CN111785813A

CN111785813A - 一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法

Info

Publication number: CN111785813A
Application number: CN202010504542.8A
Authority: CN
Inventors: 张晓蓉; 郑烨琳; 冯筱; 陈明兰
Original assignee: Beijing Hurricane Core Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Hurricane Core Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-06-05
Also published as: CN111785813B

Abstract

本发明涉及一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法。该方法在异质衬底上制备立体掩模层；在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。该方法针对立体掩模衬底的特点和MicroLED较高的晶体质量要求，在立体掩模衬底上生长过程中，在沟道生长阶段插入预置应力层；在电极制作过程中使用SiN_x替代常用的SiO₂作为绝缘保护层；使用湿法腐蚀方法剥离衬底；采用KOH溶液处理MicroLED的底部以提高出光效率。

Description

一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法

技术领域

本发明属于微米发光二极管显示器技术领域，具体涉及一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法。

背景技术

微米发光二极管显示器(Micro LED Display)为新一代的显示技术，结构是微型化LED阵列，也就是将LED结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，使其体积约为目前主流LED大小的1％，达到10～30um尺寸范围，每一个像素都能定址、单独驱动发光，将像素点的距离由原本的毫米级降到微米级。承继了LED的特性，Micro LED优点包括低功耗、高亮度、超高分辨率与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等，其功率消耗量约为LCD的10％、OLED的50％。而与同样是自发光显示的OLED相较之下，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500PPI(像素密度)，而且不易受水蒸汽、氧气或高温的影响，因而其在稳定性、使用寿命、工作温度等方面具有明显的优势。与TFT-LCD的图像反应速度毫秒、OLED的微秒相比，Micro-LED的图像反应速度是纳秒级别的。作为穿戴式电子设备的显示屏占比80％的耗电量；Micro-LED的低耗电量和快速响应速度等特点最适合于VR/AR设备、车载显示和智能手机等，对于提升用户使用体验有着明显的优势。因此，从目前来看，Micro-LED市场最先可能集中在超小尺寸显示上，例如：车载显示器、智能手机、智能手表和VR/AR等。可见，Micro-LED是发展下一代显示技术和设备的核心器件，已经成为当前国际上半导体光电器件研发热点和产业化的重点。当前，Micro-LED核心技术在显示领域的应用正面临重大突破。但其产业化仍然有许多问题亟待解决如：微缩化与阵列化，芯片巨量转移和色彩变换，检测和修复等关键技术问题。

MicroLED的应用场景对材料生长和加工工艺有诸多要求，比如要求发光波长一致性高、中心发光波长分布要窄(小于±1nm)、承受电流密度要大、量子效率要高、电学良率要高、要易于剥离易于转移、成本要低等等。而目前的技术条件很难全部满足这些条件，只能部分满足。现有技术主要有以下缺点：

1)为了使得量子效率高、承受电流密度要大、发光波长一致性要高、波长分布范围窄，那么就要求制作MicroLED的晶体质量要高，同时器件内部残余应力要尽可能的小，并且应力要分布均匀，这需要高质量的GaN同质衬底来生长MicroLED，但目前国内没有批量供应高质量同质GaN衬底的厂商，而国际上少数国家的技术和产品也是对中国限制出口的。因此生长MicroLED需要的衬底是瓶颈。就算是可以批量采购同质衬底进行生产，也会应为价格高昂而使得MicroLED丧失竞争力。

2)由于MicroLED需要转移到背板电路上，如果使用异质衬底来生长，则需要容易与衬底剥离，方便进行转移，如果使用同质衬底来生长，则需要减薄衬底。异质衬底的剥离，现在主要的技术是使用激光剥离的方法。即使用特定波长的高能量密度的激光照射GaN外延片，选择性吸收的高能激光使得界面GaN被快速分解汽化，从而与衬底分离。该方法的缺点较多：a)目前的技术条件是逐点扫描，剥离效率低；b)设备昂贵，稳定性差；c)对材料和界面有损伤，甚至会由于应力释放不均匀导致外延片碎裂。而对于使用同质衬底的方案，由于自支撑同质衬底较厚，一般标准是430微米厚，因此要减薄几百微米，需要较长的时间，并且有部分损坏器件的可能性。目前行业内有较多的研究者致力于异质衬底剥离技术的研究，但实现易剥离的同时还需要获得高的GaN晶体质量，这是还未完全解决的难点。

3)针对面板像素电学良率问题，目前的技术方案是逐个器件检测。这个方案的缺点是检测成本较高。由于MicroLED尺寸较小，单位面积集成的器件数量会更多，因此一个大尺寸的显示屏往往有数百万个像素单元，而且每个单元有三种颜色的MicroLED，这是一个庞大的数量，要逐一电学检查需要耗费大量的时间。而且由于尺寸较小，对检测设备的精度要求也高，从而增加设备的成本和时间成本。这个问题需要从本质上去解决，那就是提高外延片的晶体质量和整体的均匀性。因为MicroLED尺寸较小，对于局部的高位错密度区域是不能容忍的，因为局部高位错密度就会导致该器件与其他器件不一致，甚至是完全失效。从这个角度看，ELOG技术虽然翼区质量较高可以满足MicroLED对晶体质量的需求，但是窗口区的高位错密度是不可接受的。

4)在制作成本方面，MicroLED也有严格的限制。因为用量较大，这就要求单个MicroLED的成本极低。使用同质衬底批量生产MicroLED是不现实的，因为价格太高，市场难以接受。另一方面，使用激光剥离技术、逐一电学检查等技术也是成本难以进一步降低的原因。

5)目前巨量转移问题仍然是MicroLED产业化的重要技术问题，为此国内外研究者发展出了多种巨量转移的方法，但是都比较耗时，成本较高。有的方法还需要工艺配合，预先在MicroLED上制备出可供抓取的结构，否则在转移过程中容易脱落，导致转移失败。

6)由于MicroLED尺寸较小，一般在边长在10～30um范围，现有技术在分割MicroLED过程或者电极制作过程都会用到刻蚀技术。但是刻蚀过程对侧面是有损伤的。侧壁损伤会导致发光效率降低，发光波长偏移，承受电流能力下降，增加发热等问题，是需要尽量避免的。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的MicroLED制作方案，从而解决MicroLED产业化过程中的如上所述的多个问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法，包括以下步骤：

在异质衬底上制备立体掩模层，所述立体掩模层包括第一层掩模、第二层掩模和位于第一层掩模、第二层掩模之间的中间填充层，所述第一层掩模的窗口与所述第二层掩模的窗口错开一定距离；

在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；

在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。

进一步地，所述异质衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或者碳化硅衬底等。

进一步地，所述在异质衬底上制备立体掩模层，包括：

在异质衬底上沉积第一层掩模；

在第一层掩模上刻蚀窗口；

在第一层掩模上沉积中间填充层；

在中间填充层上沉积第二层掩模；

在第二层掩模上制备与第一层掩模相同图案的窗口，并与第一层掩模上的窗口错开一定距离；

使用腐蚀溶液腐蚀中间填充层，露出第一层掩模的窗口。

进一步地，在所述立体掩模层的沟道内或沟道外设置预置应力层；对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层提供张应力；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层提供压应力。

进一步地，对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层为InGaN或InGaN/GaN的超晶格；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层为AlGaN或AlGaN/GaN的超晶格。

进一步地，所述预置应力层为InGaN层时，其中In的摩尔百分含量为3％～30％，厚度为10～500nm。

进一步地，在对所述MicroLED结构层制备电极之前，通过LPCVD沉积SiN_x绝缘薄膜作为绝缘保护层。

进一步地，在外延生长所述激光器结构层之后，首先在MicroLED结构层上粘接背板，然后采用HF酸溶液通过湿法腐蚀方式剥离衬底。

进一步地，采用氢氧化钾热溶液腐蚀剥离衬底后的MicroLED器件的底部，以增加光提取效率；所述氢氧化钾热溶液的温度为170℃～270℃，腐蚀时间为1～15min。

基于同一发明构思，本发明还提供一种采用上面所述方法制备的MicroLED。

本发明的的关键点包括：

1、使用立体掩模衬底来制备MicroLED，以及提供一套相应配套的晶体生长技术和加工工艺技术方案。需要明确，并非直接在立体掩模衬底上套用常规平面衬底的LED生长方法和加工工艺步骤就可以得到较高质量的MicroLED。

2、针对立体掩模衬底的特点和MicroLED较高的晶体质量要求，提出在例如基于蓝宝石衬底制备的立体掩模衬底上生长GaN等III族氮化物材料的过程中，在沟道生长阶段插入InGaN预置应力层。

3、在P电极制作过程中，使用SiN_x替代常用的SiO₂作为绝缘保护层。

4、使用湿法腐蚀方法剥离衬底。

5、用KOH溶液处理MicroLED的n侧，由于剥离衬底后，露出的面是GaN等III族氮化物材料的氮极性面，而氮极性面是容易被KOH溶液腐蚀的。而且氮极性面是底面，有较多的位错，在KOH溶液的腐蚀下容易形成V型坑，使得表面粗糙。表面粗糙化是为了提高出光效率。

与现有技术比较，本发明有诸多优点：

1)本方案使用的立体掩模衬底，配合相应的晶体生长技术和工艺步骤，在制备MicroLED方面有明显的优势。与现有技术中使用的PSS蓝宝石或者硅衬底相比，本衬底技术能提供更高的GaN等III族氮化物材料的外延晶体质量，通过合适的生长条件，可以获得接近同质衬底的外延晶体质量。更高的晶体质量，可以解决多个由于晶体质量差引起的问题。而与同质衬底相比，相同尺寸不到同质衬底价格的1/5。并且可以应用于更大尺寸(4寸、6寸、8寸等)的晶圆，使得衬底面积理论利用率高于2英寸的同质衬底。更重要的是，目前国内缺乏稳定批量供应高质量同质衬底的商家，而国际上同质衬底又是被限制输出的产品。晶体质量的提高会带来多方面的影响。一方面解决了一些现有技术还未克服的问题，另一方面也可以简化现有技术中为了克服问题而采取的弥补工艺措施。例如克服了电学良率的问题，即可不用逐一检查的方式来排查坏点，只需要通过外观检测这一步即可或排除不良品，大大的提高了检测效率。又比如，低的缺陷密度和其均匀的分布，可以解决现有技术还未完全克服的波长漂移的问题和波长半宽较大的问题。因此本方案中所使用的衬底技术，将推进MicroLED的商业化进程。

2)本方案使用衬底技术具有高度可定制化性，因此可以制作过程中就使得各个器件相互独立，每一个单元就是一个MicroLED，这样可以节省划片的工艺步骤，并且减少侧壁损伤，提高出光效率。同时还可以订制器件的宽度和厚度，灵活的兼容多种电极工艺和散热封装工艺。同时也可以兼容平面衬底的工艺，可以先让薄膜合拢成为连续的GaN等III族氮化物材料基础层后，再进行LED器件结构外延，这样可以最大程度的兼容现有LED制备工艺。因此本方案具有极高的灵活性。

3)本方案使用的衬底技术非常容易使GaN等III族氮化物材料与异质衬底剥离。这比激光剥离技术的效率高，损伤小，并且成本更低。并且剥离后残留的小凸起有助于转移过程中的抓取，防止脱落。易剥离的特性，使得MicroLED在制作垂直结构器件和散热等方面都有一定的优势，可以多种其他工艺来进一步的解决MicroLED应用中的实际问题。

附图说明

图1是立体掩模制作方法示意图。

图2是MicroLED结构示意图，其中(a)是横向结构MicroLED示意图；(b)是垂直结构MicroLED示意图。

图3是生长完的MicroLED器件结构图，其中(a)是生长完MicroLED器件结构后的状态示意图；(b)是实际生长器件外观SEM图，每一个短条就是一个MicroLED。

图4是在分立器件顶部键合支撑性背板的示意图。

图5是通过腐蚀去除衬底和掩模的示意图，其中(a)是HF酸腐蚀后的情况示意图；(b)是去除衬底和掩模后的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，以III族氮化物材料中的GaN为例对本发明做进一步详细说明。

本发明中，使用的立体掩模衬底技术，首先可以提供超高晶体质量的GaN材料，用于MicroLED的器件结构外延，从而解决MicroLED中对高晶体质量的需求，克服多个由于晶体质量不够引起的问题。第二个方面，立体掩模技术的易剥离特点，且剥离后的单体带有小凸起，方便巨量转移过程中吸附抓取MicroLED，这可以很好的满足MicroLED易剥离易转移的需求。第三方面，可以定制尺寸生长，直接生长单体MicroLED，而无需切割，从而减少刻蚀过程的损伤。第四个方面，该技术可以在蓝宝石、硅等价格低廉的衬底上应用，使得整体成本较低，可以批量化制备大尺寸晶圆，提高晶圆面积的利用率，进一步摊薄成本。

然而在立体掩模衬底上直接套用现有的LED生长方法和加工工艺步骤，是不能得到很好的MicroLED器件的。主要有以下几个难点需要克服。第一，残余应力分布不均的困难。MicroLED要求波长展宽小于±1nm，这不仅要求较高的晶体质量，还要求残余应力较低，且分布均匀。由于立体掩模衬底自身的特点，虽然弯曲的沟道已经过滤了大量的位错，但是衬底与GaN晶体的失配应力仍有部分残余，并且通过沟道部分的晶体向外传递。因为沟道是长条形的，因此传递出来的应力也是在条形的轴向，是一个单轴应力。这样的单轴应力使得晶体中的应力分布不均匀，这将导致发光波长的展宽。第二，剥离的困难。MicroLED制备中，衬底剥离的常规做法是用激光剥离。由于立体掩模衬底的特点，外延结构只有通过很窄的沟道部分与衬底弯曲相连，且界面较多，不好定义，无法方便的使用激光剥离方法。第三，出光效率问题。在常规的LED制备过程中，通常使用PSS衬底(图形化衬底)，在衬底上制备出凸起结构，从而使得外延出的LED底面有起伏结构。由于高亮度MicroLED的大电流密度，一般都采用倒装封装的方案，利于散热。倒装结构要求最终光从底面射出，底面的凹凸结构有利于光从LED的内部耦合出来，增加光的提取效率，得到较高的亮度。而平行的顶面和底面会形成多次反射，最终光被内部材料吸收，得不到很高的光输出效率。然而立体掩模衬底的掩模层很难做成凸起结构的，而且生长过程中使用的是侧向外延技术，即使制备了凸起结构也不能让外延结构的底面随着掩模层凹凸起伏。因此立体掩模衬底在制作MicroLED时需要额外的步骤来增加光的提取效率。

面对上述几个难点，本发明提出了相应的技术方案来克服问题。首先是针对残余应力分布不均的问题，经过研究发现，可以插入预置应力层来减弱残余应力。由于InGaN晶格常数>GaN晶格常数>AlGaN晶格常数，因此插入InGaN层可以为GaN提供张应力，插入AlGaN层可以为GaN提供压应力。例如以蓝宝石为基础制备的立体掩模衬底，那么衬底对GaN材料施加的是压应力，一种很好的方法就是在沟道生长材料的过程中，在合适的区间掺入In元素，即插入InGaN预置应力层来提供一定的张应力。在In组份合适的情况下，有可能将衬底的残余压应力抵消。但是较高的In组份会使得插入层与两侧的GaN晶体有较大的晶格常数差，从而产生额外的位错。然而本发明中使用的立体掩模衬底的弯曲沟道有过滤位错的功能，如果将预置应力层插入到沟道部分，即使产生了新的位错，也将会被弯曲的沟道过滤掉。这是常规平面衬底不具备的优势。经过计算和试验，优选组份In含量在3％～30％，更优选的In组份为5％，即InGaN组份为In_0.05Ga_0.95N。预置应力层厚度为10～500nm。预置应力层既可以是InGaN单层，也可以是InGaN/GaN的超晶格。由于单层InGaN不容易生长得太厚，因此更优选的是插入超晶格层。如果使用的是Si衬底来制作立体掩模衬底，那么传递给GaN晶体的是张应力，因此需要预置应力层来提供压应力，即需要在沟道内插入AlGaN层。其他类型的衬底也以此类推。

针对无法使用激光剥离的方法来剥离衬底的难点，本发明提供的方案是使用湿法腐蚀来剥离衬底。使用HF酸溶液对衬底中的SiO₂层进行腐蚀，由于衬底中有空洞，HF酸溶液能很快的到达深处从而快速的腐蚀支撑作用的SiO₂层。在失去了支撑后，用很小的机械力就可以使得GaN弯曲部分断裂，从而将衬底与GaN器件分离，同时掩模残片也会在清洗过程中自动脱落。该剥离方法比激光剥离技术速度快，成本更低。

针对如何提高出光效率的问题，本发明提供的方案是用KOH(氢氧化钾)热溶液腐蚀剥离衬底后的器件的底部。由于底部是氮极性面，容易被腐蚀，会形成V型坑，这样就增加了底面的粗糙程度，从而增加了光提取效率。

图1是本发明的立体掩模衬底具体制作方法示意图，包括以下步骤：

1、使用LPCVD方法在蓝宝石、硅等单晶衬底1上沉积约50nm厚的SiNx薄膜，作为第一层掩模2，如图1中(a)图所示。

2、通过光刻技术，在第一层掩模2上刻蚀出窗口图形，如图1中(b)图所示。

3、通过PECVD沉积SiO₂层作为中间填充层3，如图1中(c)图所示，填充层起支撑作用，同时要便于腐蚀，方便后续通过腐蚀形成沟道。

4、通过LPCVD沉积第二层约50nm厚的SiNx掩模，作为第二层掩模4，如图1中(d)图所示。

5、通过光刻技术，在第二层掩模4上刻蚀出上层窗口图形，要求上层图形与底层窗口图形错开，便于形成弯曲沟道，如图1中(e)图所示。

6、通过BOE腐蚀液对中间填充层3进行腐蚀，在使得底层掩模(第一层掩模2)的窗口完全暴露出来的时刻停止腐蚀，并冲洗干净烘干待用，如图1中(f)图所示。

通过该衬底技术，只需要一次MOCVD外延生长即可生长出高质量的GaN衬底。由于沟道生长过程插入了预置应力层，插入位置如图3的(a)图所示，位于立体掩模层的沟道内，充分释放了应力，生长出的接近无应力的GaN晶体具有很低的穿透位错密度(～1×10⁶/cm²)，满足MicroLED的生长需求。

在立体掩模衬底的基础上，可以进行LED结构外延。常见的LED大致结构如图2所示，在蓝宝石(或者硅等)衬底上先外延N型GaN层，然后是量子阱层，然后是P型GaN层。通过文献查阅，可以获得常见LED结构的生长条件。在结构外延好的基础上，需要进行电极加工，为LED注入电流才能正常工作。为了防止p电极和n电极意外导通发生短路，通常在p电极制备之前要沉积绝缘层。常规的方法是用PECVD沉积SiO₂作为绝缘保护层。而在本方案中，由于衬底的剥离是用湿法腐蚀工艺，在剥离衬底的时候使用的HF酸溶液容易将绝缘保护层也腐蚀掉，因此本发明中替换为使用LPCVD沉积SiN_x薄膜作为绝缘保护层。LPCVD制备的SiN_x薄膜具有较高的致密度，被腐蚀的速率相对要更慢，可以在剥离衬底的较短腐蚀时间内基本不被腐蚀，从而保证其电气绝缘性。然后进行金属电极制备。常见的电极制备方式有图2所示的横向结构器件和垂直结构器件。在横向器件结构中，需要使用刻蚀的办法，将P型电极和量子阱刻蚀穿，直到N型GaN层。然后在N型层上附着金属电极。而垂直结构如图2的(b)图所示，它需要与异质衬底剥离，因为蓝宝石衬底是不导电的，需要在背面制备金属电极来注入电流。从示意图中可以看出，在出光面积占比方面，垂直结构优于横向结构。同时侧壁损伤面积占比方面，垂直结构也优于横向结构。并且在散热性能方面，垂直结构也有优势。但是在制作背板电路方面，横向器件却有一定的优势，因为正负极都在同一面，可以用回流焊一次完成焊接，而不需要打线。因此两种器件结构均在进行研究。

本发明方案的重点并不在于器件结构上，而是在其他方面，但同时本技术方案也是兼容和支持这两种器件结构的。同样的原理，本方案也兼容和支持在LED外延层的具体结构上的调整。通过衬底窗口图形的设计，可以获得如图3的(b)图所示的短条状分立的GaN单元，通过在外延的过程中的掺杂生长，可以获得需要的LED外延结构。因此每一个分立单元就是一个独立的MicroLED器件。通过衬底窗口长度的设计，可以获得不同长度的分立单元。通过对侧向外延生长条件的控制，可以获得不同宽度的单元。通过对垂直方向生长速率的控制，也可以获得不同厚度的分立单元。因此具有很高的灵活性和可控性，十分利于MicroLED的制备。

在获得了MicroLED所需的外延结构之后，还需要做电极工艺和衬底剥离。无论是垂直结构器件还是横向结构器件，都可以将异质衬底剥离。对于本方案中使用的立体掩模衬底，有很好的可剥离性。在准备剥离之前，先在分立MicroLED单元顶部键合一块支撑作用的背板，防止在剥离之后独立单元变得无序分散。键合背板如图4所示。

在键合好背板之后，可以使用HF酸溶液对衬底中的SiO₂层进行腐蚀，由于衬底中有空洞，HF酸溶液能很快的到达深处从而快速的腐蚀支撑作用的SiO₂层。在失去了支撑后，用很小的机械力就可以使得GaN弯曲部分断裂，从而将衬底与GaN器件分离，同时掩模残片也会在清洗过程中自动脱落，如图5所示。

为了增加出光效率，需要使用热的KOH溶液对器件底面进行处理。KOH溶液温度范围为170℃～270℃，腐蚀时间在1～15min。更优选的溶液温度为210℃，腐蚀时间3min。由于氮极性面更容易腐蚀，所以相对的腐蚀温度可以低些，腐蚀时间也可以短些。

在背板上，获得了规则排列的分立MicroLED单元，通过选择合适的电极制备方法和转移手段，可以完成MicroLED转移到驱动电路上，实现显示面板的集成。由于其他工艺步骤并非本发明关注的重点，在此将不做详细描述。

本发明的关键点在于，通过应用立体掩模衬底技术，配合相应的晶体生长技术和工艺步骤，解决了MicroLED制作过程中的多个难点。概括起来有以下几个方面的优点。首先是晶体质量的提升，解决了由于晶体质量差引起的一系列问题，使得多方面性能得以提升，例如发光效率得到了提升、承受的电流密度更大、相同电流下发热更少、寿命增加、电学良率提高、波长一致性更好、波长分布范围更窄等等。其次，通过衬底图形的定制化可以实现单个单元的独立生长，从而避免了切割等工艺步骤。第三，沟道内插入预置应力层的方法，可以使得外延出的器件的单轴应力大大减小，增加发光波长的均匀性，减小波长的展宽。第四，本衬底技术具有易剥离的特性，可以很方便的剥离异质衬底，避免了耗时较长的磨抛工艺步骤，使得器件制备更具灵活性和兼容性。第五，通过KOH溶液对底面的腐蚀，形成带有V形坑的粗糙面，可以增加出光效率。第六，通过立体掩模衬底制备的MicroLED器件，在剥离衬底后，底面会留下一段类似“牙根”的弯曲沟道残余段GaN，这个凸起在巨量转移技术中有较好的用处，因为部分巨量转移技术需要抓取器件，如果器件本身的面太平整，将不能被很好的抓起，有很高的脱落概率。一般的做法是要引入额外的步骤来制作便于抓取的结构，而这个“牙根”是使用立体掩模衬底制备MicroLED时方便转移抓取的天然优势之一。第七，成本低廉，本衬底是基于蓝宝石或者硅等大面积晶圆的衬底技术，成本略高于平面蓝宝石衬底和硅衬底，但远远低于同质衬底的价格，非常适合量产，具有很强的市场应用前景。同时可以应用在大尺寸的晶圆衬底上，通过提高衬底面积利用率来进一步降低成本。

虽然现有的侧向外延技术(ELOG)也可以实现分立MicroLED的生长，但本质上却是与本发明不同的。因为ELOG技术的窗口去有大量的穿透位错聚集，而MicroLED需要承受的最大的电流密度要比普通LED高一个量级，如果用ELOG技术制备MicroLED将会在窗口的高位错密度区形成严重的漏电通道，增加发热量。另外高的位错密度也会影响掺杂元素的并入速率，从而导致组分分布不均匀，使得波长分布范围较大。综合来看，晶体质量将影响MicroLED多方面的性能，是一个非常关键的元素，对此本发明具有明显的优势。

本发明方案中，具体的实施方式可以有其他的变化。制作立体掩模衬底的材料不限于蓝宝石和硅，也可以是碳化硅等其他可以生长三族氮化物的衬底材料。生长MicroLED的立体掩模衬底除了制备成条形，还可以制备成其他形状的图案，例如三角形、六边形等其他形状。为了减少应力分布不均匀而插入的预置应力层，除了设置在立体掩模的沟道内之外，还可以放置在钻出沟道之外，适当的减少In组份，也可以达到减弱应力的同时尽量少的产生位错，从而达到类似的效果。

以上公开的本发明的具体实施例和附图，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例和附图所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims

1.一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异质衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或者碳化硅衬底。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在异质衬底上制备立体掩模层，包括：

在异质衬底上沉积第一层掩模；

在第一层掩模上刻蚀窗口；

在第一层掩模上沉积中间填充层；

在中间填充层上沉积第二层掩模；

使用腐蚀溶液腐蚀中间填充层，露出第一层掩模的窗口。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述立体掩模层的沟道内或沟道外设置预置应力层；对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层提供张应力；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层提供压应力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层为InGaN或InGaN/GaN的超晶格；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层为AlGaN或AlGaN/GaN的超晶格。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预置应力层为InGaN层时，其中In的摩尔百分含量为3％～30％，厚度为10～500nm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述MicroLED结构层制备电极之前，通过LPCVD沉积SiN_x绝缘薄膜作为绝缘保护层。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在外延生长所述激光器结构层之后，首先在MicroLED结构层上粘接背板，然后采用HF酸溶液通过湿法腐蚀方式剥离衬底。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用氢氧化钾热溶液腐蚀剥离衬底后的MicroLED器件的底部，以增加光提取效率；所述氢氧化钾热溶液的温度为170℃～270℃，腐蚀时间为1～15min。

10.根据权利要求1～9中任一权利要求所述方法制备的MicroLED。