CN113257960A - Micro LED芯片的加工方法、Micro LED芯片以及显示模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Micro LED芯片的加工方法、Micro LED芯片以及显示模组。Micro LED芯片的加工方法包括如下步骤：提供Micro LED芯片半成品，所述Micro LED芯片半成品包括衬底、设置在所述衬底上的外延层、设置在所述外延层上的发光层以及设置在所述发光层上的电极层；对所述Micro LED芯片半成品进行前处理；对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，以去除氧化层并且氮化界面层。这种Micro LED芯片的加工方法通过对Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，从而将Micro LED芯片半成品侧面的氧化层去除，并且对Micro LED芯片半成品的界面层进行氮化，从而对MicroLED芯片半成品的侧面的刻蚀损伤进行了修复，降低了最终制得的Micro LED芯片的非辐射复合效应。
Description
技术领域
本发明涉及Micro LED芯片的加工技术领域，尤其是涉及一种Micro LED芯片的加工方法、由上述Micro LED芯片的加工方法制备得到的Micro LED芯片以及包括该MicroLED芯片的显示模组。
背景技术
Micro LED(Nano LED)芯片继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具有自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。
随着LED往小尺度方向发展，基于GaN的Micro LED芯片面临着物理上的限制，随着尺寸的减小带来的缘效应明显，这是主要因为通过刻蚀工艺制程制备的Micro LED芯片，侧壁会留下不可避免的刻蚀损伤，成为表面非辐射复合的通道。
在传统LED中，因为其具有数百微米的边缘，非辐射复合效应不显著，但对于小尺寸的Micro LED芯片来说，影响相对较大。非辐射复合会降低Micro LED芯片的亮度，出光效率较低，增加功耗。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以提高出光效率的Micro LED芯片的加工方法。
此外，还有必要提供一种由上述Micro LED芯片的加工方法制备得到的Micro LED芯片。
此外，还有必要提供一种包括该Micro LED芯片的显示模组。
一种Micro LED芯片的加工方法，包括如下步骤：
提供Micro LED芯片半成品，所述Micro LED芯片半成品包括衬底、设置在所述衬底上的外延层、设置在所述外延层上的发光层以及设置在所述发光层上的电极层；
对所述Micro LED芯片半成品进行前处理；以及
对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，以去除氧化层并且氮化界面层。
一种Micro LED芯片，所述Micro LED芯片由上述的Micro LED芯片的加工方法制备得到。
一种显示模组，包括上述的Micro LED芯片。
这种Micro LED芯片的加工方法通过对Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，从而将Micro LED芯片半成品侧面的氧化层去除，并且对Micro LED芯片半成品的界面层进行氮化，从而对Micro LED芯片半成品的侧面的刻蚀损伤进行了修复，降低了最终制得的Micro LED芯片的非辐射复合效应。
与传统的Micro LED芯片的加工方法相比，这种Micro LED芯片的加工方法降低了最终制得的Micro LED芯片的非辐射复合效应，从而提高了出光效率，降低了功耗。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
其中：
图1为一实施方式的Micro LED芯片的加工方法的流程图。
图2为一实施方式的加工前的Micro LED芯片半成品的结构示意图。
图3为如图2所示的Micro LED芯片半成品加工后的结构示意图。
图4为实施例1中，碱性腐蚀处理后的Micro LED芯片半成品的照片。
图5为对比例1得到的样品的xps测试图。
图6为实施例1得到的样品的xps测试图。
附图标记：
10-衬底，20-外延层，30-发光层，40-电极层，50-钝化层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1、图2和图3，一实施方式的Micro LED芯片的加工方法，包括如下步骤：
S10、提供Micro LED芯片半成品。
结合图2，Micro LED芯片半成品包括衬底10、设置在衬底10上的外延层20、设置在外延层20上的发光层30以及设置在发光层30上的电极层40。
具体来说，本实施方式中，衬底10为蓝宝石衬底，外延层20为n-GaN层，发光层30为多量子阱层，电极层40为ITO电极层。
在其他的实施方式中，衬底10、外延层20、发光层30和电极层40还可以选择其他材料，只要能够实现功能即可。
S20、对Micro LED芯片半成品进行前处理。
本实施方式中，S20为：采用碱性溶液对Micro LED芯片半成品进行碱性腐蚀处理，接着采用酸性溶液对Micro LED芯片半成品进行酸性腐蚀处理。
碱性腐蚀处理的目的是去除表面损伤。
用碱性溶液对Micro LED芯片半成品进行碱性腐蚀处理时，腐蚀反应表现出各项异性，在Micro LED芯片半成品可以形成具有特征角度的晶面(120°)，表明表面损伤区域已完全去除，表面为完整的非极性m-plane。
具体来说，碱性溶液的溶质为NaOH、KOH或四甲基氢氧化铵，碱性溶液的摩尔浓度为1mol/L～5mol/L。
当碱性腐蚀处理的温度较高如达到80℃，会破坏了反应的各项异性，在量子阱表面产生三角形缺陷。碱性腐蚀处理时，需控制好温度。
优选的，碱性腐蚀处理的温度为15℃～60℃，碱性腐蚀处理的时间为5min～60min。
特别优选的，碱性腐蚀处理的温度为40℃，碱性腐蚀处理的时间为30min。
酸性腐蚀处理的目的是去除表面氧化层。
具体来说，酸性溶液的溶质为HCl、HNO3或H2SO4，酸性溶液的质量浓度为2％～20％。
优选的，酸性腐蚀处理的温度为15℃～40℃，酸性腐蚀处理的时间为5min～60min。
S30、对前处理后的Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，以去除氧化层并且氮化界面层。
优选的，本实施方式中，S30为：采用NH3/Ar等离子体对前处理后的Micro LED芯片半成品进行第一次等离子体处理，接着采用N2等离子体对前处理后的Micro LED芯片半成品进行第二次等离子体处理。
具体来说，第一次等离子体处理的时间为5min～20min，第二次等离子体处理的时间为10min～60min。
特别优选的，第一次等离子体处理的时间为10min，第二次等离子体处理的时间为30min。
具体来说，第一次等离子体处理中，NH3的流量为10sccm～100sccm，Ar的流量为10sccm～100sccm。
具体来说，第二次等离子体处理中，N2的流量为10sccm～100sccm。
等离子体处理的其他参数可以根据实际情况设置。
具体来说，第一次和第二次等离子体处理时，等离子体的压力可以为10mtorr～350mtorr，感应耦合线圈功率可以为100～500W，等离子体加速偏压功率可以为20W～300W。
结合图3，本实施方式中，Micro LED芯片的加工方法还包括在对前处理后的MicroLED芯片半成品进行等离子体处理的操作之后，在外延层20和发光层30的侧面沉积钝化层50的操作。
具体来说，钝化层的材料可以为AlN。
这种Micro LED芯片的加工方法通过对Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，从而将Micro LED芯片半成品侧面的氧化层去除，并且对Micro LED芯片半成品的界面层进行氮化，从而对Micro LED芯片半成品的侧面的刻蚀损伤进行了修复，降低了最终制得的Micro LED芯片的非辐射复合效应。
与传统的Micro LED芯片的加工方法相比，这种Micro LED芯片的加工方法降低了最终制得的Micro LED芯片的非辐射复合效应，从而提高了出光效率，降低了功耗。
这种Micro LED芯片的加工方法有效的解决了1)刻蚀损伤；2)表面氧化层；3)氮空位；4)悬挂键这4个主要问题，从而解决侧壁损伤问题。
这种Micro LED芯片的加工方法处理后，再经过加工得到的Micro LED芯片中，尺寸为6μm Micro-LED器件的EQE峰值为13.4％，对应峰值电流密度为32.9A/cm2。通过优化Micro-LED制备工艺，大幅提高器件EQE，远高于目前文献报道的6μm器件EQE最高值(4.5％)。
本发明还公开了一种由上述的Micro LED芯片的加工方法制备得到的Micro LED芯片。
本发明还公开了一种包括上述的Micro LED芯片的显示模组。
以下为具体实施例。
实施例1
提供Micro LED芯片半成品。Micro LED芯片半成品包括依次层叠的蓝宝石衬底、n-GaN层、多量子阱层和ITO电极层。
碱性腐蚀处理：采用摩尔浓度为2mol/L的KOH溶液对Micro LED芯片半成品进行碱性腐蚀处理，碱性腐蚀处理的温度为40℃，时间为30min。
酸性腐蚀处理：采用质量浓度为5％的HCl溶液对碱性腐蚀处理后的Micro LED芯片半成品进行酸性腐蚀处理，酸性腐蚀处理的温度为25℃，时间为20min。
等离子体处理：采用NH3/Ar等离子体对酸性腐蚀处理后的Micro LED芯片半成品进行第一次等离子体处理，接着采用N2等离子体对前处理后的Micro LED芯片半成品进行第二次等离子体处理。其中，第一次等离子体处理的时间为10min，NH3的流量为50sccm，Ar的流量为50sccm；第二次等离子体处理的时间为30min，N2的流量为80sccm。
对比例1
提供Micro LED芯片半成品。Micro LED芯片半成品包括依次层叠的蓝宝石衬底、n-GaN层、多量子阱层和ITO电极层。
碱性腐蚀处理：采用摩尔浓度为2mol/L的KOH溶液对Micro LED芯片半成品进行碱性腐蚀处理，碱性腐蚀处理的温度为40℃，时间为30min。
酸性腐蚀处理：采用质量浓度为5％的HCl溶液对碱性腐蚀处理后的Micro LED芯片半成品进行酸性腐蚀处理，酸性腐蚀处理的温度为25℃，时间为20min。
测试例
对实施例1中，碱性腐蚀处理后的Micro LED芯片半成品进行拍照，得到图4。
由图4可以看出，碱性腐蚀表现出各项异性，在Micro LED芯片半成品的侧壁形成具有特征角度的晶面(120°)，表明表面损伤区域已完全去除，表面为完整的非极性m-plane。
分别对实施例1和对比例1得到的样品进行xps测试，得到图5和图6。
图5和图6中各参数代表如下含义。
Binding Energy：电子结合能；
Intensity：强度；
Sample A w/o RPP：未采用远程等离子体处理过的样品A；
Sample B with RPP：采用远程等离子体处理过的样品B；
O_2s：O元素2s轨道能级的光电子能谱峰；
Ga_3d：Ga元素3d轨道能级的光电子能谱峰；
Ga-N：Ga元素和N元素的摩尔比；
Ga-O：Ga元素和O元素的摩尔比；
Fitting line：拟合线。
对比图5和图6可以看出，经等离子体处理后，在Micro LED芯片半成品侧壁界面处，Ga-N和Ga-O比例从0.54提高到2。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供Micro LED芯片半成品，所述Micro LED芯片半成品包括衬底、设置在所述衬底上的外延层、设置在所述外延层上的发光层以及设置在所述发光层上的电极层；
对所述Micro LED芯片半成品进行前处理；以及
对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行等离子体处理，以去除氧化层并且氮化界面层。
2.根据权利要求1所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行等离子体处理的操作为：采用NH3/Ar等离子体对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行第一次等离子体处理，接着采用N2等离子体对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行第二次等离子体处理。
3.根据权利要求2所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理的时间为5min～20min，所述第二次等离子体处理的时间为10min～60min；
所述第一次等离子体处理中，NH3的流量为10sccm～100sccm，Ar的流量为10sccm～100sccm；
所述第二次等离子体处理中，N2的流量为10sccm～100sccm。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述对所述Micro LED芯片半成品进行前处理的操作为：采用碱性溶液对所述Micro LED芯片半成品进行碱性腐蚀处理，接着采用酸性溶液对所述Micro LED芯片半成品进行酸性腐蚀处理。
5.根据权利要求4所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述碱性溶液的溶质为NaOH、KOH或四甲基氢氧化铵，所述碱性溶液的摩尔浓度为1mol/L～5mol/L；
所述酸性溶液的溶质为HCl、HNO3或H2SO4，所述酸性溶液的质量浓度为2％～20％；
所述碱性腐蚀处理的温度为15℃～60℃，所述碱性腐蚀处理的时间为5min～60min；
所述酸性腐蚀处理的温度为15℃～40℃，所述酸性腐蚀处理的时间为5min～60min。
6.根据权利要求4所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，还包括在所述对前处理后的所述Micro LED芯片半成品进行等离子体处理的操作之后，在所述外延层和所述发光层的侧面沉积钝化层的操作。
7.根据权利要求6所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述钝化层的材料为AlN。
8.根据权利要求1所述的Micro LED芯片的加工方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述外延层为n-GaN层，所述发光层为多量子阱层，所述电极层为ITO电极层。
9.一种Micro LED芯片，其特征在于，所述Micro LED芯片由如权利要求1～8中任意一项所述的Micro LED芯片的加工方法制备得到。
10.一种显示模组，其特征在于，包括如权利要求9所述的Micro LED芯片。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210813 |
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