CN112271188A - 一种微型发光二极管转移方法 - Google Patents

一种微型发光二极管转移方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种微型发光二极管转移方法，涉及微型发光二极管领域，本发明通过在微型发光二极管底部做一层导电层避免刻蚀微型发光二极管时其底部断路；将微型发光二极管底部键合层的宽度刻蚀至微型发光二极管宽度的1/4‑1/2，减小导电层对微型发光二极管底部键合层的吸附力；此外，本发明还通过改变缓冲层的刻蚀顺序，保证静电转移时微型发光二极管表面的平坦度良好，从而解决转移时拾取率低的问题。

Description

一种微型发光二极管转移方法
技术领域
本发明属于微型发光二极管领域，具体涉及一种微型发光二极管转移方法。
背景技术
制作微型发光二极管(Micro LED)显示器需要先将Micro LED从生长基板上进行拾取，然后放置在驱动背板上，对Micro LED进行拾取时需要施加外力，通常使用的外力为静电力。静电转移头的电极数目可分为单极和多极，由于多极静电转移头的吸附力远远小于单极静电转移头的吸附力，所以通常使用单极静电转移头进行Micro LED的拾取。在使用单极转移头进行Micro LED拾取时，需给Micro LED和转移头接入相反的电压，使Micro LED与转移头之间带有相反电荷，转移头在静电力的作用下将Micro LED的键合层与其底部导电层分离从而将Micro LED从衬底上拾取。
目前使用的静电转移方法对Micro LED的拾取率较低，原因在于：(1)Micro LED底部金属之间的吸附力较大，导致Micro LED拾取率降低；(2)干法刻蚀键合层金属的均一性较差，部分区域的金属可能被刻穿，导致Micro LED无法通电，无法产生相反电荷，从而导致Micro LED无法拾取；(3)在使用静电力进行拾取时，Micro LED表面需保持平整，以保障转移头与Micro LED充分接触，但等离子刻蚀(ICP)会对外延层的刻蚀表面造成一定的损伤，外延层表面往往会有凹坑及凸起的存在，导致电荷分布不均、减弱静电力，降低静电转移效率。
发明内容
本发明提供一种微型发光二极管转移方法，目的在于解决静电转移时由于刻蚀微型发光二极管时底面金属层断路、微型发光二极管底部粘附力大、微型发光二极管转移表面粗糙导致的拾取率低的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明公开了一种微型发光二极管转移方法，包括以下步骤：
S1：在外延片的外延层上依次沉积电极材料层、键合材料层以及导电材料层；
其中，所述外延片从下至上依次包括生长基板、缓冲材料层和外延层，外延层从下至上依次包括N型掺杂层、发光层以及P型掺杂层；
S2：先在导电材料层上涂布一层UV胶，再将UV胶与暂态基板贴合，最后剥离生长基板，露出缓冲材料层；
S3：在缓冲材料层上涂布一层光阻，曝光显影后对缓冲材料层、外延层、电极材料层和键合材料层进行刻蚀，形成阵列分布的微型发光二极管、位于微型发光二极管上方的缓冲层以及依次位于微型发光二极管下方的电极层和键合层；
S4：先去除光阻，再湿法刻蚀键合层，将键合层的宽度刻蚀到微型发光二极管宽度的1/4-1/2；
S5：静电转移头拾取缓冲层将微型发光二极管转移至显示背板的键合电极上方进行键合；
S6：在显示背板上涂布一层高度高于缓冲层的光阻材料，曝光显影后形成阻挡层并露出缓冲层；
S7：刻蚀位于微型发光二极管上方的阻挡层和缓冲层。
优选地，步骤S1采用物理气相沉积成膜技术沉积电极材料层、键合材料层以及导电材料层。
优选地，采用物理气相沉积成膜技术为电子束蒸镀或磁控溅射。
优选地，步骤S1之前需对外延片进行清洗。
优选地，所述电极材料层采用与外延片结合力强的金属材料。
优选地，所述键合材料层采用低熔点的金属材料。
优选地，所述导电材料层采用不被Cl2及BCl3刻蚀的金属材料。
优选地，步骤S2利用激光剥离工艺或化学剥离技术剥离生长基板。
优选地，步骤S2剥离生长基板后，还包括以下步骤：在HCl及BOE溶液中浸泡洗去Ga及GaO。
本发明能够带来以下至少一项有益效果：
(1)通过在微型发光二极管底部做一层导电层避免刻蚀微型发光二极管时其底部断路；
(2)将微型发光二极管底部键合层的宽度刻蚀至微型发光二极管宽度的1/4-1/2，减小导电层对微型发光二极管底部键合层的吸附力；
(3)通过改变缓冲层的刻蚀顺序，保证静电转移时微型发光二极管表面的平坦度良好，从而解决转移时拾取率低的问题。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。
图1是本发明微型发光二极管转移方法步骤S1的示意图；
图2是本发明微型发光二极管转移方法步骤S2的示意图；
图3是本发明微型发光二极管转移方法步骤S3的示意图；
图4是本发明微型发光二极管转移方法步骤S4的示意图；
图5是本发明微型发光二极管转移方法步骤S5的示意图；
图6是本发明微型发光二极管转移方法步骤S6的示意图；
图7是本发明微型发光二极管转移方法步骤S7的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
下面以具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
本发明提供一种微型发光二极管转移方法，包括以下步骤：
S1：如图1所示，在外延片10的外延层13上依次沉积电极材料层20、键合材料层30以及导电材料层40。
其中，所述外延片从下至上依次包括生长基板11、缓冲材料层12和外延层13，外延层从下至上依次包括N型掺杂层13a、发光层13b以及P型掺杂层13c，其中，P型掺杂层13c可以为P-GaN，N型掺杂层13a可以为N-GaN，缓冲材料层12可以为U-GaN。
外延片10使用前需先对外延片10进行清洗。首先，将外延片10放入酸性溶液中浸泡，然后清水洗净继续放入丙酮和异丙醇溶液中浸泡，期间可以使用超声进行辅助清洁。
之后再采用物理气相沉积成膜技术在清洗好的外延片10上依次沉积电极材料层20、键合材料层30以及导电材料层40。具体的，采用的物理气相沉积成膜技术可以为电子束蒸镀或磁控溅射。
其中，所述电极材料层20用于与半导体掺杂层形成欧姆接触，可以采用与外延片10结合力强的金属材料，如金属Ti等。所述键合材料层30用于在微型发光二极管被转移至显示背板后，加大微型发光二极管与显示背板之间的粘合力，因其需加热至一定温度再键合，可以采用低熔点的金属材料，如铟In、锡Sn等。所述导电材料层40用于在使用静电转移头时作为给微型发光二极管底部基板提供导电作用，为了避免在刻蚀微型发光二极管时将其刻断，导电材料层40需采用不被Cl2及BCl3刻蚀的金属材料，如镍Ni、金Au等。
S2：如图2所示，先在导电材料层40上涂布一层UV胶50，再将UV胶50与暂态基板60贴合，最后剥离生长基板11。
其中涂布的UV胶50具有一定粘性，利用UV胶50的粘性可以将暂态基板60贴合到外延片10上，之后剥离外延片10上的生长基板11，露出外延片10上的缓冲材料层12。
具体地，可以利用激光剥离工艺或化学剥离技术剥离生长基板11，剥离生长基板11后，还可以进行以下步骤：将步骤S2完成后的外延片10放入HCl溶液和BOE溶液(BufferedOxide Etch，缓冲氧化物刻蚀液)中浸泡，洗去缓冲材料层12表面的Ga和GaO等物质，便于后续的刻蚀。
S3：如图3所示，在缓冲材料层12上涂布一层光阻70，曝光显影后对缓冲材料层12、外延层13、电极材料层20和键合材料层30进行刻蚀，形成阵列分布的微型发光二极管131、位于微型发光二极管131上方的缓冲层121以及依次位于微型发光二极管131下方的电极层21和键合层31。
在将光阻70图案化后，可以采用等离子耦合设备(ICP)对缓冲材料层12、外延层13、电极材料层20和键合材料层30进行干刻蚀。刻蚀过程中，因为使用的是干刻蚀，且有光阻70作为刻蚀阻挡，所以对缓冲材料层12、外延层13、电极材料层20和键合材料层30等材料垂直刻蚀，刻蚀直至遇到惰性的导电材料层40为止。
S4：如图4所示，先去除光阻70，再湿法刻蚀键合层31，将键合层31的宽度刻蚀到微型发光二极管131宽度的1/4-1/2。
其中，通过工艺制程的控制，只对键合层31进行湿法刻蚀，将键合层31的宽度刻蚀到微型发光二极管131宽度的1/4-1/2，通过刻窄微型发光二极管131底部的键合层31的宽度，可以减小导电材料层40对微型发光二极管131底部键合层31的吸附力，便于后续转移头转移微型发光二极管131。
S5：如图5所示，静电转移头80拾取缓冲层121将微型发光二极管131转移至显示背板90的键合电极91上方进行键合。
在这一步骤中，需要给微型发光二极管131所在基板和静电转移头80接入相反的电压，使微型发光二极管131与静电转移头80之间带有相反电荷，静电转移头80在静电力的作用下吸取缓冲层121表面，将键合层31与其底部的导电材料层40分离从而将微型发光二极管131001从暂态基板60上拾取出来。
待微型发光二极管131转移至显示背板90后，可以适当的加热加压促进微型发光二极管131底部的键合层31与显示背板90的键合电极91熔融键合。
S6：如图6所示，在上述步骤完成后的显示背板90上涂布一层高度高于缓冲层121的光阻材料，曝光显影后形成阻挡层100并露出缓冲层121。
其中，在显示背板90上涂布的光阻材料填充到所有微型发光二极管131的空隙中，所述阻挡层100也可以作为微型发光二极管的封装层。
S7：如图7所示，刻蚀位于微型发光二极管131上方的阻挡层100和缓冲层121。
利用等离子耦合设备(ICP)进行干刻蚀，刻蚀掉位于微型发光二极管131上方的阻挡层100和缓冲层31，直至露出微型发光二极管131的N型掺杂层13a。
通过在微型发光二极管131转移至显示背板90后再刻蚀微型发光二极管131表面的缓冲层121，可以保证静电转移时吸取的缓冲层121表面具有良好的平坦度。与现有技术相比，因在转移后才使用等离子耦合设备对微型发光二极管131表面的缓冲层121进行刻蚀，可以避免在转移前对微型发光二极管131进行刻蚀造成表面损伤，也进一步避免了因转移时表面凹坑或凸起的存在导致的电荷分布不均、静电转移效率低的问题。
本发明通过在微型发光二极管底部做一层导电层避免刻蚀微型发光二极管时其底部断路；将微型发光二极管底部键合层的宽度刻蚀至微型发光二极管宽度的1/4-1/2，减小导电层对微型发光二极管底部键合层的吸附力；此外，本发明还通过改变缓冲层的刻蚀顺序，保证静电转移时微型发光二极管表面的平坦度良好，从而解决转移时拾取率低的问题。
应当说明的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明的技术构思范围内，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些改进、润饰和等同变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微型发光二极管转移方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在外延片的外延层上依次沉积电极材料层、键合材料层以及导电材料层；
其中，所述外延片从下至上依次包括生长基板、缓冲材料层和外延层，外延层从下至上依次包括N型掺杂层、发光层以及P型掺杂层；
S2：先在导电材料层上涂布一层UV胶，再将UV胶与暂态基板贴合，最后剥离生长基板，露出缓冲材料层；
S3：在缓冲材料层上涂布一层光阻，曝光显影后对缓冲材料层、外延层、电极材料层和键合材料层进行刻蚀，形成阵列分布的微型发光二极管、位于微型发光二极管上方的缓冲层以及依次位于微型发光二极管下方的电极层和键合层；
S4：先去除光阻，再湿法刻蚀键合层，将键合层的宽度刻蚀到微型发光二极管宽度的1/4-1/2；
S5：静电转移头拾取缓冲层将微型发光二极管转移至显示背板的键合电极上方进行键合；
S6：在显示背板上涂布一层高度高于缓冲层的光阻材料，曝光显影后形成阻挡层并露出缓冲层；
S7：刻蚀位于微型发光二极管上方的阻挡层和缓冲层。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，步骤S1采用物理气相沉积成膜技术沉积电极材料层、键合材料层以及导电材料层。
3.根据权利要求2所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，采用物理气相沉积成膜技术为电子束蒸镀或磁控溅射。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，步骤S1之前需对外延片进行清洗。
5.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，所述电极材料层采用与外延片结合力强的金属材料。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，所述键合材料层采用低熔点的金属材料。
7.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，所述导电材料层采用不被Cl2及BCl3刻蚀的金属材料。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，步骤S2利用激光剥离工艺或化学剥离技术剥离生长基板。
9.根据权利要求1所述的微型发光二极管转移方法，其特征在于，步骤S2剥离生长基板后，还包括以下步骤：在HCl及BOE溶液中浸泡洗去Ga及GaO。
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