CN113299804B - 一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光电器件领域内的，特别设计一种Micro‑LED芯片制备和衬底剥离方法。该Micro‑LED芯片制备和衬底剥离方法包括如下步骤：步骤一、在透明衬底上均匀涂敷紫外胶；步骤二、在涂敷有紫外胶的透明衬底上生长Al2O3薄膜和LED薄膜结构；步骤三、在Al2O3薄膜和LED薄膜结构上形成分立的Micro‑LED结构；步骤四、用紫外面光源照射透明衬底背面，透明衬底与Al2O3薄膜之间的紫外胶脱敏失去粘性，达到Micro‑LED结构与透明衬底相分离的目的，形成Micro‑LED芯片。本发明可以快速实现Micro‑LED芯片衬底剥离，工作效率高、成本低、良率高。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件技术领域，特别涉及一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法。
背景技术
随着LED在芯片制造、集成封装、显示控制和工艺技术方面的不断进步，LED除了广泛应用于半导体照明领域，还在LED显示领域逐渐渗透。LED小间距显示(Mini-LED)及微小间距显示(Micro-LED)以其亮度高、整体无拼缝、寿命长、色域广、响应时间短、大视角等优势将广泛用于高清TV、可穿戴电子、VR、AR等领域，将在未来有望成为LCD和OLED有力的竞争对手，迎来爆发式增长。
LED小间距显示(Mini-LED)及微小间距显示(Micro-LED)要求LED全彩像素的点距为10-300um，其中LED全彩像素由红、绿、蓝三个子像素组成，每个子像素尺寸2um-50um。对于这么小的Micro-LED发光芯片，如果采用常规LED工序中的激光切割和裂片工艺，会对Micro-LED芯片造成严重的损伤，因为激光切割的误差5um左右，会伤及Micro-LED芯片的有源区，并对芯片侧壁造成损伤，造成芯片不发光或光效下降。
目前，对于Micro-LED芯片通常采用衬底激光剥离，然后分立的Micro-LED薄膜结构转移到目标基板的方法。在衬底(蓝宝石、Si、GaN等)上外延生长LED材料结构，再经过ICP刻蚀、PN电极制备和保护层制备工艺形成了在衬底上多个分立的Micro-LED结构。通过激光高能量照射衬底与LED薄膜结构的界面缓冲层GaN层，融化缓冲层，达到衬底与Micro-LED结构相分离的目的，形成Micro-LED芯片。
这种方法的主要问题是工作效率太低、成本太高、成品率低。激光束的光斑很小，一次照射的面积小，一个4英寸或6英寸片子不能一次照射完成剥离，需要上百次上千次照射，才能完成整个片子的扫描和剥离。同时激光能量需精准调控到达GaN缓冲层，能量过大会伤及LED有源层，能量过小有可能无法有效融化GaN缓冲层造成剥离失败。
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，可以快速实现Micro-LED芯片衬底剥离，工作效率高、成本低、良率高。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以快速实现Micro-LED芯片衬底剥离，工作效率高、成本低、良率高的Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法。
为了实现上述发明目的，本发明一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法采用的如下技术方案：
一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，包括如下步骤：
步骤一、在透明衬底上均匀涂敷紫外胶；
步骤二、在涂敷有紫外胶的透明衬底上生长Al2O3薄膜和LED薄膜结构；
步骤三、在Al2O3薄膜和LED薄膜结构上形成分立的Micro-LED结构；
步骤四、用紫外面光源照射透明衬底背面，透明衬底与Al2O3薄膜之间的紫外胶脱敏失去粘性，达到Micro-LED结构与透明衬底相分离的目的，形成无衬底的Micro-LED芯片。紫外面光源是大面积光源，一次性照射后可以使整个4英寸或6英寸衬底与Micro-LED芯片分离，工作效率高；紫外面光源装置简单，价格是激光剥离机的百分之一，成本低；紫外面光源只对紫外脱敏胶，使其失去粘性，不会对Micro-LED芯片光电性能造成损伤，Micro-LED芯片良率高。
本发明一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法的进一步改进在于，紫外胶上采用CVD或ALD等方法淀积Al2O3薄膜和LED薄膜结构。
本发明一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法的进一步改进在于，通过ICP刻蚀、PN电极制备和保护层制备工艺，在透明衬底上形成若干分立的Micro-LED结构。
本发明一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法的进一步改进在于，Micro-LED芯片为倒装结构芯片，芯片的P、N电极在同侧。方便Mini/Micro-LED显示屏的互联，无需打线。
本发明一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法的进一步改进在于，紫外面光源选用均匀的大面积光源。不存在激光剥离由于能量不均造成的边缘效应，剥离良率高。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、紫外面光源是大面积光源，一次性照射后可以使整个4英寸或6英寸衬底与Micro-LED芯片分离，工作效率高。
2、紫外面光源装置简单，价格是激光剥离机的百分之一，成本低。
3、紫外面光源是均匀的大面积光源，不存在激光剥离由于能量不均造成的边缘效应，剥离良率高。
4、紫外面光源只对紫外脱敏胶，使其失去粘性，不会对Micro-LED芯片光电性能造成损伤，Micro-LED芯片良率高。
4、本发明制备的Micro-LED芯片为倒装结构芯片，芯片的P、N电极在同侧，方便Mini/Micro-LED显示屏的互联，无需打线。
附图说明
图1为传统Micro-LED结构和激光剥离示意图；
图2为本发明Micro-LED结构和紫外面光源剥离示意图。
其中，1衬底，2紫外胶；3Al2O3薄膜；4GaN缓冲层，5N-GaN，6量子阱，7P-GaN，8P电极，9N电极，10紫外面光源，11激光束。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“外周面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示，一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，包括如下步骤：
步骤一、在蓝宝石或玻璃透明衬底1上采用旋涂或者喷涂方式均匀涂敷紫外胶2，厚度0.1-5um；
步骤二、在紫外胶2上采用CVD或ALD等薄膜淀积方法淀积Al2O3薄膜3，厚度1-2um，此Al2O3薄膜可以为平面薄膜状，也可以刻蚀成若干小山形状充当图形衬底；
步骤三、在Al2O3薄膜3上，采用CVD或ALD等薄膜淀积方法生长LED薄膜材料结构，分别生长GaN缓冲层4、N-GaN 5、量子阱6和P-GaN 7,总的薄膜厚度4-10um。Al2O3薄膜与LED薄膜材料结构中的GaN晶格匹配，相当于在Al2O3薄膜衬底上实现了GaN基LED材料结构的生长；
步骤四、采用光刻和ICP刻蚀工艺将LED材料结构刻蚀成若干分立状，刻蚀深度到达蓝宝石或玻璃透明衬底；
步骤五、采用光刻和ICP刻蚀工艺对分立的LED材料结构的部分台面进行刻蚀，刻蚀深度到达N-GaN 5；
步骤六、采用光刻和电子束蒸发工艺对P-GaN 7和N-GaN 5的台面进行P、N金属电极制备，形成P电极8和N电极9，形成分立的Micro-LED结构；
步骤七、用紫外面光源10照射透明衬底1背面，透明衬底与Al2O3薄膜3之间的紫外胶2脱敏胶失去粘性，Micro-LED结构与透明衬底1相分离，形成分立的无衬底Micro-LED芯片。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。
Claims (5)
1.一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在透明衬底上均匀涂敷紫外胶；
步骤二、在涂敷有紫外胶的透明衬底上生长Al2O3薄膜和LED薄膜结构；
步骤三、在所述Al2O3薄膜和所述LED薄膜结构上形成分立的Micro-LED结构；
步骤四、用紫外面光源照射透明衬底背面，透明衬底与Al2O3薄膜之间的紫外胶脱敏失去粘性，达到Micro-LED结构与透明衬底相分离的目的，形成无衬底Micro-LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，其特征在于：紫外胶上采用CVD或ALD等方法淀积Al2O3薄膜和LED薄膜结构。
3.根据权利要求1所述的一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，其特征在于：通过ICP刻蚀、PN电极制备和保护层制备工艺，在所述透明衬底上形成若干分立的Micro-LED结构。
4.根据权利要求1所述的一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，其特征在于：Micro-LED芯片为倒装结构芯片，芯片的P、N电极在同侧。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种Micro-LED芯片制备和衬底剥离方法，其特征在于：所述紫外面光源选用均匀的大面积光源。
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