CN111312741B - 一种集成式立体Micro LED及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式立体Micro LED及其制作方法，所述Micro LED包括导电衬底、阻挡层、外延层、透明导电层、保护层、遮挡层、第一电极和第二电极。本发明在图型化的导电衬底上形成若干个Micro LED小面积的外延层，利用导电衬底上下电性倒通的特性，省去激光剥离衬底的问题，在非图型区域形成透明导电层将若干个的外延层形成导电连接，形成阵列模式，同时配合第一电极和第二电极，实现Micro LED的集成，解决了巨量转移的问题。
Description
技术领域
本发明涉及二极管技术领域，尤其涉及一种集成式立体Micro LED及其制作方法。
背景技术
微型发光二极管(Micro Light-Emitting Diode，Micro LED)是一种尺寸为微米级的发光二极管，由于Micro LED的尺寸较小，因此其可以作为显示面板上的像素，采用Micro LED制备得到的显示面板可称为Micro LED显示面板。与有机发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)显示面板相比，Micro LED显示面板的使用寿命和可视角度均优于OLED显示面板，因此Micro LED显示技术成为目前显示技术领域的研究重点。
Micro LED显示面板包括阵列基板以及阵列排布在阵列基板上的多颗Micro LED，每颗Micro LED可以视为一个像素。相关技术中，通常采用转移设备将Micro LED一颗一颗地转移并放置在阵列基板上，并通过芯片级焊接(Chip bonding)工艺将Micro LED焊接在阵列基板上，最终制备得到Micro LED显示面板。
但是由于显示面板中像素的数量很多，采用相关技术提供的制备工艺制备MicroLED显示面板的过程中，转移Micro LED的过程较繁琐，导致Micro LED显示面板的制备过程复杂且制备效率较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种集成式立体Micro LED，在导电衬底上集成多个发光结构，提高转移效率，降低成本。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种集成式立体Micro LED的制作方法，在导电衬底上集成多个发光结构，提高转移效率，降低成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成式立体Micro LED，包括导电衬底、阻挡层、外延层、透明导电层、遮挡层、第一电极和第二电极：
所述导电衬底设有若干个孔洞，所述孔洞从导电衬底的表面刻蚀到导电衬底的内部，所述阻挡层设置在孔洞以外的导电衬底正面上，所述外延层设置在孔洞内并与导电衬底形成导电连接，所述外延层不高于所述阻挡层，所述阻挡层由挡光绝缘材料制成；
所述透明导电层设置在阻挡层和外延层上，以将若干个外延层形成导电连接；
所述遮挡层贯穿所述透明导电层并设置在阻挡层上，以防止外延层侧壁漏光；
所述第一电极设置在透明导电层上，所述第二电极设置在导电衬底的背面。
作为上述方案的改进，所述导电衬底由硅制成，所述阻挡层由氮化硅制成。
作为上述方案的改进，所述导电衬底的厚度为80～150μm，所述孔洞的深度为5～10μm。
作为上述方案的改进，所述阻挡层的厚度为100～300nm。
作为上述方案的改进，所述透明导电层由ITO、AzO、ZnO、Ni-Au合金和Ru-Au合金中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述遮挡层由黑色不透光材料制成，所述遮挡层的厚度为7～15μm。
作为上述方案的改进，所述第一电极的结构为Cr/Pt/Au，其厚度为2-50nm/30-150nm/500-3000nm；
所述第二电极的结构为Al/Ti/Pt/Au，其厚度为100-300nm/50-100nm/30-150nm/800-1200nm。
作为上述方案的改进，还包括保护层和量子点，所述保护层由绝缘材料制成，其覆盖在透明导电层上；
所述量子点设置在外延层上方的保护层上，外延层发出的光经过量子点后出射。
相应地，本发明还提供了一种集成式立体Micro LED的制作方法，包括以下步骤：
一、通过长晶的方式形成导电衬底，对所述导电衬底进行刻蚀，形成若干个第一孔洞；
二、在第一孔洞以外的导电衬底上形成阻挡层，所述阻挡层由挡光绝缘材料制成；
三、在第一孔洞内形成外延层，所述外延层与导电衬底形成导电连接；
四、在阻挡层和外延层上形成透明导电层，以将若干个外延层形成导电连接；
五、对外延层以外的透明导电层进行刻蚀，刻蚀至阻挡层的表面，形成第二孔洞，在第二孔洞内形成遮挡层；
六、在透明导电层上形成第一电极，在导电衬底的背面形成第二电极。
作为上述方案的改进，所述孔洞的深度为5～10μm，所述阻挡层的厚度为100～300nm。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在图型化的导电衬底上形成若干个Micro LED小面积的外延层，利用导电衬底上下电性倒通的特性，省去激光剥离衬底的问题，在非图型区域形成透明导电层将若干个的外延层形成导电连接，形成阵列模式，同时配合第一电极和第二电极，实现MicroLED的集成。
本发明的集成式立体Micro LED将若干个外延层集成在导电衬底中，其中一个外延层相当于一个像素，即本发明的集成式立体Micro LED包括若干个像素。由于本发明通过导电衬底、第一电极和第二电极的相互配合，形成阵列模式，因此在转移的时候，转移一个本发明的集成式立体Micro LED，就相当于转移了若干个单颗的Micro LED，有效地提高了转移效率。
与现有的将一颗一颗的Micro LED焊接在基板上的方法相比，本发明将若干个外延层集成在导电衬底上，设置导电衬底背面的第二电极将若干个外延层形成导电连接，通过第二电极即可完成若干个外延层的焊接，即焊接一个本发明的集成式立体Micro LED，就等于现有的焊接多个Micro LED。
本发明通过透明导电层和导电衬底作为导电中介，分别与第一电极和第二电极形成导电连接，有效减少电极的数量，降低成本。
本发明可在导电衬底上形成单色或多色的外延层，以满足显示器的要求。
本发明通过设置量子点，可以使本发明的集成式立体Micro LED实现单色出光、RGB三色出光或RGBY四色出光。
与在导电衬底上形成外延层，然后刻蚀外延层形成裸露区域，最后在裸露区域形成阻挡层的方法相比，本发明通过形成图形化的导电衬底后，再形成阻挡层，最后在第一孔洞内形成外延层，这样不仅提高了外延层的晶格质量，还可以节省外延层的材料，降低成本。
附图说明
图1是本发明集成式立体Micro LED的第一种实施例的结构示意图；
图2是本发明集成式立体Micro LED的第二种实施例的结构示意图；
图3是本发明集成式立体Micro LED的第二种实施例的立体图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1，本发明提供的一种集成式立体Micro LED，包括导电衬底10、阻挡层20、外延层30、透明导电层40、遮挡层50、第一电极60和第二电极70。
本发明的导电衬底10设有若干个孔洞，所述孔洞从导电衬底10的表面刻蚀到导电衬底10的内部，所述孔洞的形状为圆形、矩形或多边形，但不限于此。优选的，所述孔洞的形状为方形。
所述孔洞的深度需要配合外延层30来进行设计，以提高外延层30的晶格质量。优选的，所述孔洞的深度为5～10μm。若孔洞的深度小于5μm，则深度太浅，外延层30容易侧壁漏光，若孔洞的深度大于10μm，则深度太深，不利于外延层30的形成。
本发明孔洞的宽度为外延层的尺寸，即为单个发光结构的尺寸，因此所述孔洞的宽度与单个发光结构的尺寸相配。优选的，所述孔洞的宽度为5～50μm。
本发明孔洞之间的间距大小主要按照集成电路进行设计，若孔洞之间的间距过小，则形成后续制程，优选的，所述孔洞的间距大于3μm。
本发明的导电衬底10要满足以下要求：1、由于本发明外延层30要形成在导电衬底10上，为了减少晶格失配，本发明的导电衬底10要由可长晶的材料制成；2、本发明需要导电衬底10来将多个外延层30集中在其上，以便于转移，同时通过导电衬底10上下电性导通的特效，省去激光剥离衬底的步骤，因此本发明的导电衬底10要由导电材料制成；3、为了防止漏光，提高芯片的出光效率，本发明的导电衬底10要由不透光的材料制成。
优选的，所述导电衬底10由硅制成。
优选的，所述导电衬底10的厚度为80～150μm。更优的，所述导电衬底10的厚度为80～120μm。
本发明导电衬底10的厚度为80～150μm。若导电衬底10的厚度小于80μm，则厚度太薄，容易裂开，其不到支撑、连接的作用；若其厚度大于150μm，则芯片的电压会增高。
本发明的导电衬底10可为2寸的硅衬底、4寸的硅衬底或6寸的硅衬底，但不限于此。
所述阻挡层20设置在孔洞以外的导电衬底10正面上，本发明的阻挡层20用于阻挡外延层30的侧壁出光，同时防止外延层30之间发生短路，此外，所述阻挡层20还其粘合的作用。因此，所述阻挡层20的材料必须由不透光的绝缘材料制成，同时，其必须与导电衬底10具有良好的黏附性。
优选的，所述阻挡层20由氮化硅制成。
优选的，所述阻挡层20的厚度为100～300nm。若阻挡层20的厚度小于100nm，则厚度太薄，其不到阻挡和粘合的作用；由于氮化硅的材质容易开裂，因此其厚度不能大于300nm。
所述外延层30设置在孔洞内，并与导电衬底10形成导电连接。优选的，所述外延层30不高于阻挡层20，以防止外延层30侧壁漏光。优选的，所述外延层30的厚度为5～10μm。
所述外延层30包括依次设置的AlN层、U-GaN层、N-GaN层、SL层、MQW层和P-GaN层。
所述透明导电层40设置在阻挡层20和外延层30上，以将若干个外延层30形成导电连接。所述透明导电层40由ITO、AzO、ZnO、Ni-Au合金和Ru-Au合金中的一种或几种制成，但不限于此。优选的，所述透明导电层40的厚度为10～300nm。
所述遮挡层50贯穿所述透明导电层40并设置在阻挡层20上，用于阻挡外延层30的侧壁漏光，不让每一个单独的外延层30出光影响到另外一个外延层30的出光，还有让每个外延层30的出光颜色对比加深。
优选的，所述遮挡层50由黑色不透光材料制成。
更优的，所述遮挡层50由黑色的PE或PET制成。
优选的，所述遮挡层50的厚度为7～15μm。若遮挡层50的厚度小于7μm，则每个单独发光区发出的光会出现相互影响；若遮挡层50的厚度大于15μm，则影响发光区的出光。
所述第一电极60设置在透明导电层40上，所述第二电极70设置在导电衬底10的背面。
本发明的第一电极60设置在透明导电层40上，通过透明导电层40与若干个外延层30形成导电连接；本发明的第二电极70设置在导电衬底10的背面，通过导电衬底10与若干个外延层30形成导电连接。
所述第一电极60的结构为Cr/Pt/Au，优选的，其厚度为2-50nm/30-150nm/500-3000nm。
第一电极60中Cr作为欧姆接触层，若其厚度若低于2nm，则会附著不牢固，若其厚度大于50nm，则会吸光；Pt作为叠障层，防止Cr往上扩散，若其厚度小于30nm，则起不到防扩散的效果，若其厚度大于150nm，则厚度过大，造成浪费；Au作为导电层，若其厚度小于500nm，则厚度太薄，不利封装打线，若其厚度大于3000nm，则厚度太厚，造成浪费。
所述第二电极70的结构为Al/Ti/Pt/Au，优选的，其厚度为100-300nm/50-100nm/30-150nm/800-1200nm。
第二电极70中Al作为黏附层，若其厚度小于100nm，则厚度太薄，黏不好，若其厚度大于300nm，则容易因高温迁移；Ti作为阻隔层，若其厚度小于50nm，则阻挡效果不佳，若其厚度大于100nm，则会导致芯片电压升高；Pt作为叠障层，防止Al迁移，若其厚度小于30nm，则防迁移效果不佳，若其厚度大于150nm，则厚度过厚，造成浪费；Au作为导电层，若其厚度小于800nm，则厚度太薄，不利于后续的焊接，若厚度大于1200nm，则厚度太厚，造成浪费。
本发明的Micro LED还包括保护层80，所述保护层80覆盖在透明导电层40上，用于保护透明导电层40，提高Micro LED的可靠性。优选的，所述保护层80还延伸到透明导电层40的侧壁上。
优选的，所述保护层80由SiO2和/或Al2O3制成。所述保护层80的厚度为300～600nm。
本发明在图型化的导电衬底上形成若干个Micro LED小面积的外延层，利用导电衬底上下电性倒通的特性，省去激光剥离衬底的问题，在非图型区域形成透明导电层将若干个的外延层形成导电连接，形成阵列模式，同时配合第一电极和第二电极，实现MicroLED的集成，解决了巨量转移的问题。
本发明通过透明导电层和导电衬底作为导电中介，分别与第一电极和第二电极形成导电连接，有效减少电极的数量，降低成本。
本发明可在导电衬底上形成单色或多色的外延层，以满足显示器的要求。
参见图2和图3，在本发明集成式立体Micro LED的另一实施例中，还包括量子点90，所述量子点90设置在外延层30上方的保护层80上，外延层30发出的光经过量子点90后出射。
本发明通过设置量子点90，可以使本发明的集成式立体Micro LED实现单色出光、RGB三色出光或RGBY四色出光。
相应地，本发明还提供了一种集成式立体Micro LED的制作方法，包括以下步骤：
一、通过长晶的方式形成导电衬底；
本发明的导电衬底要满足以下要求：1、由于本发明外延层要形成在导电衬底上，为了减少晶格失配，本发明的导电衬底要由可长晶的材料制成；2、本发明需要导电衬底来将多个外延层集中在同一基板上，以便于转移，同时通过导电衬底上下电性导通的特效，省去激光剥离衬底的步骤，因此本发明的导电衬底要由导电材料制成；3、为了防止漏光，提高芯片的出光效率，本发明的导电衬底由不透光的材料制成。
优选的，所述导电衬底由硅制成。
优选的，所述导电衬底的厚度为80～150μm。更优的，所述导电衬底的厚度为80～120μm。
本发明的导电衬底可为2寸的硅衬底、4寸的硅衬底或6寸的硅衬底，但不限于此。需要说明的是，2寸的硅衬底厚度一般为450μm，4寸的硅衬底厚度一般为650μm，6寸的硅衬底厚度一般为1000μm，在外延层形成后，第二电极形成之前，需要对硅衬底进行减薄，使其厚度减薄到80～150μm。
二、对所述导电衬底进行刻蚀，形成若干个第一孔洞；
具体的，采用黄光工艺和ICP刻蚀工艺，形成若干个第一孔洞，所述第一孔洞的形状为圆形、矩形或多边形，但不限于此。优选的，所述第一孔洞的形状为方形。
所述第一孔洞的深度需要配合外延层来进行设计，以提高外延层的晶格质量。优选的，所述第一孔洞的深度为5～10μm。若第一孔洞的深度小于5μm，则深度太浅，外延层容易侧壁漏光，若第一孔洞的深度大于10μm，则深度太深，不利于外延层的形成。
本发明第一孔洞的宽度为外延层的尺寸，即为单个发光结构的尺寸，因此所述第一孔洞的宽度与单个发光结构的尺寸相配。优选的，所述第一孔洞的宽度为5～50μm。
本发明第一孔洞之间的间距大小主要按照集成电路进行设计，若第一孔洞之间的间距过小，则形成后续制程，优选的，所述第一孔洞的间距大于3μm。
三、在第一孔洞以外的导电衬底上形成阻挡层；
具体的，采用蒸镀或磁控溅射的方法在第一孔洞以外的导电衬底正面上沉积一层阻挡层，本发明的阻挡层用于阻挡外延层的侧壁出光，同时防止外延层之间发生短路，此外，所述阻挡层还其粘合的作用。因此，所述阻挡层的材料必须由不透光的绝缘材料制成，同时，其必须与导电衬底具有良好的黏附性。
优选的，所述阻挡层由氮化硅制成。
优选的，所述阻挡层的厚度为100～300nm。若阻挡层的厚度小于100nm，则厚度太薄，其不到阻挡和粘合的作用；由于氮化硅的材质容易开裂，因此其厚度不能大于300nm。
四、在第一孔洞内形成外延层；
具体的，采用MOCVD工艺在第一孔洞内形成外延迟。由于导电衬底是通过长晶的方式形成，其晶格排列有序。而阻挡层是通过蒸镀或磁控溅射的方式形成，其中阻挡层的形成温度一般为250～300摄氏度，其形成方式属于镀膜的方式，因此阻挡层的晶格堆叠会比较散乱、晶格不完整。
因此外延层只会在晶格排列有序、晶格完整的导电衬底上形成，即在第一孔洞内形成本发明所述的外延层。
与在导电衬底上形成外延层，然后刻蚀外延层形成裸露区域，最后在裸露区域形成阻挡层的方法相比，本发明通过形成图形化的导电衬底后，再形成阻挡层，最后在第一孔洞内形成外延层，这样不仅提高了外延层的晶格质量，还可以节省外延层的材料，降低成本。
优选的，所述外延层不高于阻挡层，以防止外延层侧壁漏光。优选的，所述外延层的厚度为5～10μm。
所述外延层包括依次设置的AlN层、U-GaN层、N-GaN层、SL层、MQW层和P-GaN层。
具体的，采用MOCVD工艺在第一孔洞内的导电衬底上在温度为750～850摄氏度的条件下形成AlN层，在950～1100摄氏度的条件下形成U-GaN层和N-GaN层，在700～800摄氏度的条件下形成SL层和MQW层，在850～950摄氏度的条件下形成P-GaN层。
五、在阻挡层和外延层上形成透明导电层；
具体的，采用蒸镀或磁控溅射的方法在在阻挡层和外延层上形成透明导电层。所述透明导电层由ITO、AzO、ZnO、Ni-Au合金和Ru-Au合金中的一种或几种制成，但不限于此。优选的，所述透明导电层的厚度为10～300nm。
六、对外延层以外的透明导电层进行刻蚀，刻蚀至阻挡层的表面，形成第二孔洞，在第二孔洞内形成遮挡层；
本发明遮挡层用于阻挡外延层的侧壁漏光，不让每一个单独的外延层出光影响到另外一个外延层的出光，还有让每个外延层的出光颜色对比加深。
优选的，所述遮挡层由黑色不透光材料制成。
更优的，所述遮挡层由黑色的PE或PET制成。
优选的，所述遮挡层的厚度为7～15μm。若遮挡层的厚度小于7μm，则每个单独发光区发出的光会出现相互影响；若遮挡层的厚度大于15μm，则影响发光区的出光。
七、在透明导电层上形成第一电极，在导电衬底的背面形成第二电极；
本发明的第一电极设置在透明导电层上，通过透明导电层与若干个外延层形成导电连接；本发明的第二电极设置在导电衬底的背面，通过导电衬底与若干个外延层形成导电连接。
所述第一电极的结构为Cr/Pt/Au，优选的，其厚度为2-50nm/30-150nm/500-3000nm。
第一电极中Cr作为欧姆接触层，若其厚度若低于2nm，则会附著不牢固，若其厚度大于50nm，则会吸光；Pt作为叠障层，防止Cr往上扩散，若其厚度小于30nm，则起不到防扩散的效果，若其厚度大于150nm，则厚度过大，造成浪费；Au作为导电层，若其厚度小于500nm，则厚度太薄，不利封装打线，若其厚度大于3000nm，则厚度太厚，造成浪费。
所述第二电极的结构为Al/Ti/Pt/Au，优选的，其厚度为100-300nm/50-100nm/30-150nm/800-1200nm。
第二电极中Al作为黏附层，若其厚度小于100nm，则厚度太薄，黏不好，若其厚度大于300nm，则容易因高温迁移；Ti作为阻隔层，若其厚度小于50nm，则阻挡效果不佳，若其厚度大于100nm，则会导致芯片电压升高；Pt作为叠障层，防止Al迁移，若其厚度小于30nm，则防迁移效果不佳，若其厚度大于150nm，则厚度过厚，造成浪费；Au作为导电层，若其厚度小于800nm，则厚度太薄，不利于后续的焊接，若厚度大于1200nm，则厚度太厚，造成浪费。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (8)
1.一种集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、通过长晶的方式形成导电衬底，对所述导电衬底进行刻蚀，形成若干个第一孔洞；所述第一孔洞从导电衬底的表面刻蚀到导电衬底的内部；
二、在第一孔洞以外的导电衬底上形成阻挡层，所述阻挡层由挡光绝缘材料制成；
三、在第一孔洞内形成外延层，所述外延层与导电衬底形成导电连接；所述外延层不高于所述阻挡层；
四、在阻挡层和外延层上形成透明导电层，以将若干个外延层形成导电连接；
五、对外延层以外的透明导电层进行刻蚀，刻蚀至阻挡层的表面，形成第二孔洞，在第二孔洞内形成遮挡层；所述遮挡层贯穿所述透明导电层并设置在阻挡层上，以防止外延层侧壁漏光；
六、在透明导电层上形成第一电极，在导电衬底的背面形成第二电极。
2.如权利要求1所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述导电衬底由硅制成，所述阻挡层由氮化硅制成。
3.如权利要求2所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述导电衬底的厚度为80~150μm，所述第一孔洞的深度为5~10μm。
4.如权利要求2所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为100~300nm。
5.如权利要求1所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述透明导电层由ITO、AzO、ZnO、Ni-Au合金和Ru-Au合金中的一种或几种制成。
6.如权利要求1所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述遮挡层由黑色不透光材料制成，所述遮挡层的厚度为7~15μm。
7.如权利要求1所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，所述第一电极的结构为Cr/Pt/Au，其厚度为2-50nm/30-150 nm /500-3000 nm；
所述第二电极的结构为Al/Ti/Pt/Au，其厚度为100-300nm/50-100 nm /30-150nm/800-1200nm。
8.如权利要求1所述的集成式立体Micro LED的制作方法，其特征在于，集成式立体Micro LED还包括保护层和量子点，所述保护层由绝缘材料制成，其覆盖在透明导电层上；
所述量子点设置在外延层上方的保护层上，外延层发出的光经过量子点后出射。
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