CN115799420A - 改善转移精度的发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种改善转移精度的发光二极管及其制备方法，属于光电子制造技术领域。该发光二极管包括依次层叠的衬底、解离层和外延层，所述解离层包括多个第一AlN块，所述多个第一AlN块沿所述衬底的边缘分布。本公开实施例能有效避免解离时衬底表面解离能量分布不均的情况，改善发光二极管转移精度差的问题。
Description
技术领域
本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种改善转移精度的发光二极管及其制备方法。
背景技术
微型发光二极管（Micro Light Emitting Diode，Micro LED）是指边长在10μm至100μm的超小发光二极管，微型发光二极管的体积小，可以更密集的排列而大幅度提高分辨率，并且具有自发光特性，具有高亮度、高对比度、高反应性及省电的特点。
相关技术中，在对制作的发光二极管转移至电路板的过程中，首先，会采用激光剥离的方式去除发光二极管的衬底，以降低发光二极管的厚度；接着，将去除衬底的发光二极管直接进行巨量转移。
由于发光二极管的外延层和衬底解离时，解离能量分布不均匀，发光二极管的中间区域的解离能量比边缘区域的解离能量大，导致发光二极管解离后容易出现旋转的问题，让发光二极管落入电路板的过程中产生不可控位移的问题。
发明内容
本公开实施例提供了一种改善转移精度的发光二极管及其制备方法，能有效避免解离时衬底表面解离能量分布不均的情况，改善发光二极管转移精度差的问题。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括依次层叠的衬底、解离层和外延层，所述解离层包括多个第一AlN块，所述多个第一AlN块沿所述衬底的边缘分布。
可选地，所述解离层还包括多个第二AlN块，所述多个第二AlN块分布在所述多个第一AlN块围成的区域内侧。
可选地，所述第一AlN块的数量多于所述第二AlN块的数量。
可选地，所述第一AlN块在所述衬底的承载面上的正投影为梯形，所述梯形的下底靠近所述衬底的边缘。
可选地，所述发光二极管还包括：钝化层、焊点块和支撑柱，所述钝化层位于所述外延层远离所述衬底的表面，所述焊点块位于所述钝化层的表面且通过过孔与所述外延层相连；所述支撑柱位于所述钝化层远离所述衬底的表面，且位于所述钝化层的边缘，所述支撑柱远离所述衬底的端面低于所述焊点块远离所述衬底的端面。
可选地，所述支撑柱位于所述钝化层的边缘的拐角处，且所述支撑柱在所述衬底的承载面上的正投影为L型。
可选地，所述支撑柱为氧化硅。
可选地，所述发光二极管还包括与所述支撑柱一一对应的柔性层，所述柔性层位于对应的所述支撑柱靠近所述焊点块的侧面上。
可选地，所述柔性层为聚酰亚胺。
另一方面，本公开实施例还提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底的承载面制作解离层，所述解离层包括多个第一AlN块，所述多个第一AlN块沿所述衬底的边缘分布；在所述解离层上制作外延层。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本公开实施例提供的发光二极管包括依次层叠的衬底、解离层和外延层，其中，解离层具有多个第一AlN块，多个第一AlN块沿衬底的边缘分布，由于AlN材料解离能量比较大，所以在衬底的边缘的区域设置AlN材料，能提升衬底的边缘区域的解离能量，从而改善发光二极管边缘解离能量偏低的问题，让光二极管的衬底上解离能量均匀化，以改善发光二极管转移精度差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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。
图1是相关技术提供的一种发光二极管的转移示意图；
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的俯视图；
图4是本公开实施例提供的一种解离层的结构示意图；
图5是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程图。
图中各标记说明如下：
10、衬底；
20、解离层；21、第一AlN块；22、第二AlN块；
30、外延层；31、第一半导体层；32、多量子阱层；33、第二半导体层；34、凹槽；
41、电极；42、钝化层；43、焊点块；44、过孔；
51、支撑柱；52、柔性层。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
Micro LED作为一种超小型的芯片，显示精细度得到了明显提高，但是由于其尺寸太小，分选设备难以对其进行精确地分选。因而，在转移大量发光二极管时，只能采用巨量转移的方式将发光二极管排列在电路板上。
图1是相关技术提供的一种发光二极管的转移示意图。如图1所示，在转移过程中，发光二极管C会先通过粘胶X粘附在转移板A上，让发光二极管C具有电极的一侧远离转移板A；然后，移动转移板A，使转移板A与电路板D平行相对；接着，待发光二极管C与电路板D上待转移的区域正对时，通过激光将发光二极管的衬底和外延层解离，在解离后，发光二极管就会从转移板A上掉落至下方的电路板上，完成转移作业。
然而，由于发光二极管的外延层和衬底解离时，发光二极管的中间区域的解离能量比边区域的解离能量大，导致发光二极管解离后容易出现旋转的问题，让发光二极管落入电路板的过程中产生不可控位移，导致转移精度低。
为此，本公开实施例提供了一种发光二极管。图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。如图2所示，发光二极管包括依次层叠的衬底10、解离层20和外延层30，解离层20包括多个第一AlN块21，多个第一AlN块21沿衬底10的边缘分布。
本公开实施例提供的发光二极管包括依次层叠的衬底10、解离层20和外延层30，其中，解离层20具有多个第一AlN块21，多个第一AlN块21沿衬底的边缘分布，由于AlN材料解离能量比较大，所以在衬底10的边缘的区域设置AlN材料，能提升衬底10的边缘区域的解离能量，从而改善发光二极管边缘解离能量偏低的问题，让光二极管的衬底10上解离能量均匀化，以改善发光二极管转移精度差的问题。
可选地，衬底10为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底透光率比较高，即衬底为透明衬底。且蓝宝石材料比较坚硬，化学特性比较稳定，使发光二极管具有良好的发光效果和稳定性。
本公开实施例中，如图2所示，外延层30可以包括依次层叠于衬底10上的第一半导体层31、多量子阱层32和第二半导体层33。其中，第一半导体层31和第二半导体层33中的一个为p型层，第一半导体层31和第二半导体层33中的另一个为n型层。
作为一种示例，第一半导体层为n型层，第二半导体层为p型层。
示例性地，第一半导体层31为掺硅的n型GaN层。n型GaN层的厚度可为0.5μm至3μm。
示例性地，多量子阱层32包括交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其中，多量子阱层32可以包括交替层叠的3至8个周期的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
作为示例，本公开实施例中，多量子阱层32包括交替层叠的5个周期的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
示例性地，多量子阱层32的厚度可以为150nm至200nm。
示例性地，第二半导体层33为掺镁的p型GaN层。p型GaN层的厚度可为0.5μm至3μm。
可选地，如图2所示，发光二极管还包括两个电极41，第二半导体层的表面具有露出第一半导体层的凹槽34，一个电极41位于凹槽34内，另一个电极41位于第二半导体层远离衬底10的表面。
其中，位于凹槽34内的电极41为n型电极41，位于第二半导体层33表面的电极41为p型电极41。
可选地，如图2所示，发光二极管还包括：钝化层42和两个焊点块43，钝化层42至少位于第二半导体层33的表面、凹槽34的底面和两个电极41的表面上，钝化层42具有过孔44，焊点块43位于钝化层42的表面且通过过孔44与外延层30相连。
示例性地，如图2所示，钝化层42具有两个过孔44，两个焊点块43分别通过两个过孔44与两个电极41相连，从而让两个焊点块43分别与两个半导体层连接。
示例性地，钝化层42可以是分布式布拉格反射镜（Distributed BraggReflection，简称DBR层），DBR层包括多个周期性交替层叠的SiO2层和TiO2层。且DBR层的周期数可以在20至50之间。例如，DBR层的周期数为32。
其中，DBR层中SiO2层的厚度可以是800埃至1200埃，TiO2层的厚度可以是500埃至900埃。
DBR层除了具有钝化作用外，还用于将从多量子阱层32射向DBR层的光反射至衬底10，提高出光效果。
图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的俯视图。如图3所示，两个焊点块43均为矩形块，增大面积，便于导电。且在钝化层42的表面上，两个焊点块43间隔分布。
可选地，如图2、3所示，发光二极管还包括支撑柱51，支撑柱51位于钝化层42远离衬底10的表面，且位于钝化层42的边缘，支撑柱51远离衬底10的端面低于焊点块43远离衬底10的端面。且支撑柱51远离衬底10的端面与焊点块43远离衬底10的端面的间距为0至1000埃。
示例性地，发光二极管包括四个支撑柱51，钝化层42呈矩形，四个支撑柱51分别位于钝化层42的四角，即支撑柱51位于钝化层42的边缘的拐角处，支撑柱51远离衬底10的端面与焊点块43远离衬底10的端面的间距为500埃，支撑柱51的高度与焊点块43的高度接近。
这样在靠近发光二极管的边缘位置设置了四个支撑柱51，且让支撑柱51的高度接近于焊点块43的高度，发光二极管从转移板上掉落后，四个支撑柱51同时与电路板抵靠，能提升发光二极管更稳定地掉落在电路板上，减少转移误差。
示例性地，如图3所示，支撑柱51在衬底10的承载面上的正投影为L型。通过将支撑柱51设置为L型，让支撑柱51有更大的面积与电路板接触，且L型能更平稳地抵在电路板上，提升转移稳定性。
可选地，支撑柱51为氧化硅块。支撑柱51采用硬质材料制作，能更好地支撑发光二极管，提升稳定性。
可选地，如图2、3所示，发光二极管还包括与支撑柱51一一对应的柔性层52，柔性层52位于对应的支撑柱51中靠近焊点块43的侧面上。通过在支撑柱51靠近焊点块43的侧面设置柔性层52，避免与焊点块43焊接的部件在与焊点块43对接时，磕碰支撑柱51，提升可靠性。
示例性地，柔性层52可以是聚酰亚胺块。
图4是本公开实施例提供的一种解离层20的结构示意图。如图4所示，解离层20还包括多个第二AlN块22，多个第二AlN块22分布在多个第一AlN块21围成的区域内侧。
通过在衬底10的中部设置第二AlN块22，也提升衬底10的中部区域的解离能量，能均衡边缘区域和中部区域的解离能量，让衬底10整个表面的解离能量均匀化，以改善发光二极管转移精度差的问题。
可选地，如图4所示，第一AlN块21的数量多于第二AlN块22的数量。
示例性地，如图4所示，第一AlN块21的数量为20个，第二AlN块22的数量为8个。
这样衬底的中部区域设置更少的AlN块，让衬底的边缘区域的解离能量高于衬底的中部区域的解离能量，解决发光二极管的中间区域的解离能量比边缘区域的解离能量大的问题，让衬底10整个表面的解离能量均匀化，从而改善发光二极管转移精度差的问题。
可选地，如图4所示，第一AlN块21在衬底10的承载面上的正投影为梯形，梯形的下底靠近衬底10的边缘。
这样靠近衬底10的边缘的第一AlN块21的尺寸更大，使得靠近衬底10边缘的AlN材料解离时需要更大的解离能量，而靠近衬底10中部的区域AlN的尺寸稍小解离能量也较低，实现改善发光二极管边缘解离能量偏低的问题，让光二极管的衬底10上解离能量均匀化。
图5是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程图。该方法用于制备图2所示的发光二极管。如图5所示，该制备方法包括：
S11：提供一衬底。
在步骤S11中，衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。衬底可以为平片衬底，也可以为图形化衬底。
作为示例，本公开实施例中，衬底为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底为一种常用衬底，技术成熟，成本低。具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。
其中，可以对蓝宝石衬底进行预处理，将蓝宝石衬底置于MOCVD（Metal-organicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）反应腔中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理12分钟至18分钟。作为示例，本公开实施例中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理15分钟。
具体地，烘烤温度可以为1000℃至1200℃，烘烤时MOCVD反应腔内的压力可以为100mbar至200mbar。
步骤S12：在衬底的承载面制作解离层。
其中，解离层包括多个第一AlN块和多个第二AlN块，多个第一AlN块沿衬底的边缘分布，多个第二AlN块分布在多个第一AlN块围成的区域内侧。
具体可以包括：在衬底上溅射整层AlN膜层，然后对AlN膜层进行图形化处理，以在衬底多个间隔分布的第一AlN块和多个第二AlN块。
步骤S13：在解离层上制作外延层。
其中，外延层可以包括依次层叠的第一半导体层。
步骤S12中生长第一半导体层可以包括：通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上形成第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层。其中，第一半导体层和第二半导体层中的一个为p型层，第一半导体层和第二半导体层中的另一个为n型层。
作为一种示例，第一半导体层为n型层，第二半导体层为p型层。
其中，第一半导体层为n型GaN层。n型GaN层的生长温度可为1000℃至1100℃，n型GaN层的生长压力可为100torr至300torr。
可选地，n型GaN层的厚度为0.5μm至3μm。例如，n型GaN层的厚度可以为1μm。
步骤S13中生长多量子阱层可以包括：在n型GaN层上形成多量子阱层。
其中，多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其中，多量子阱层可以包括交替层叠的3至8个周期的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
作为示例，本公开实施例中，多量子阱层包括交替层叠的5个周期的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
可选地，多量子阱层的厚度可以为150nm至200nm。
生长多量子阱层时，MOCVD反应室压力控制在200torr。生长InGaN量子阱层时，反应室温度为760℃至780℃。生长GaN量子垒层时，反应室温度为860℃至890℃。该种工艺条件生长出的多量子阱层的质量较好。
步骤S13中生长第二半导体层可以包括：在多量子阱层上形成p型GaN层。
可选地，p型GaN层的厚度为0.5μm至3μm。例如，p型GaN层的厚度为1μm。
生长p型GaN层时，p型GaN层的生长压力可为200Torr至600Torr，p型GaN层的生长温度可为800℃至1000℃。
形成外延层后，制备方法还可以包括以下几步：
第一步，刻蚀第二半导体层的表面，形成露出第一半导体层的凹槽。
第二步，在外延片上制作两个电极。
其中，一个电极位于凹槽内，另一个电极位于第二半导体层远离衬底的一侧。
其中，形成电极可以包括：采用负胶剥离的方式分别加工电极。
其中，一个电极以金铍为主体成分，另一个电极以金锗为基层材料蒸镀，金锗合金蒸发时也需要保证蒸发的功率，避免蒸发时间超过秒钟，以防止合金成分的偏离，并进行退火。
第三步，制作完成两个电极后，在外延片上形成钝化层。钝化层至少位于第二半导体层、凹槽和电极上。
第四步，在钝化层上制作分别露出两个电极的两个通孔。
第五步，形成通孔后，在钝化层的表面制作两个焊点块，两个焊点块分别通过两个通孔与两个电极连接。
本公开实施例中，焊点块均可以包括依次层叠的Ti层、第一Ni层、Au层、第二Ni层和Sn合金层。
示例性地，Ti层的厚度可以是500埃至1500埃，例如，Ti层的厚度可以是1000埃。
示例性地，第一Ni层的厚度可以是500埃至1500埃，例如，第一Ni层的厚度可以是1000埃。
示例性地，Au层的厚度可以是8000埃至12000埃，例如，Au层的厚度可以是10000埃。
示例性地，第二Ni层的厚度可以是2000埃至4000埃，例如，第二Ni层的厚度可以是3000埃。
示例性地，Sn合金层的厚度可以是80000埃至100000埃，例如，Sn合金层的厚度可以是90000埃。
第六步，制作支撑柱和柔性层。
其中，支撑柱位于钝化层远离衬底的表面，钝化层呈矩形，四个支撑柱分别位于钝化层的四角，支撑柱的高度不小于焊点块的高度。
示例性地，支撑柱为氧化硅块。
其中，柔性层与支撑柱一一对应，柔性层位于对应的支撑柱中靠近焊点块的侧面上。
示例性地，柔性层为聚酰亚胺块。
最后，可以对蓝宝石进行隐形切割划裂，隐形切割划裂可以较好的减少亮度的损失。然后，测试得到发光二极管。
通过上述发光二极管制备方法制备的发光二极管包括依次层叠的衬底、解离层和外延层，其中，解离层具有多个第一AlN块，多个第一AlN块沿衬底的边缘分布，由于AlN材料解离能量比较大，所以在衬底的边缘的区域设置AlN材料，能提升衬底的边缘区域的解离能量，从而改善发光二极管边缘解离能量偏低的问题，让光二极管的衬底上解离能量均匀化，以改善发光二极管转移精度差的问题。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括依次层叠的衬底（10）、解离层（20）和外延层（30），所述解离层（20）包括多个第一AlN块（21），所述多个第一AlN块（21）沿所述衬底（10）的边缘分布。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述解离层（20）还包括多个第二AlN块（22），所述多个第二AlN块（22）分布在所述多个第一AlN块（21）围成的区域内侧。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于，所述第一AlN块（21）的数量多于所述第二AlN块（22）的数量。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一AlN块（21）在所述衬底（10）的承载面上的正投影为梯形，所述梯形的下底靠近所述衬底（10）的边缘。
5.根据权利要求1至4任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括：钝化层（42）、焊点块（43）和支撑柱（51），所述钝化层（42）位于所述外延层（30）远离所述衬底（10）的表面，所述焊点块（43）位于所述钝化层（42）的表面且通过过孔（44）与所述外延层（30）相连；
所述支撑柱（51）位于所述钝化层（42）远离所述衬底（10）的表面，且位于所述钝化层（42）的边缘，所述支撑柱（51）远离所述衬底（10）的端面低于所述焊点块（43）远离所述衬底（10）的端面。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述支撑柱（51）位于所述钝化层（42）的边缘的拐角处，且所述支撑柱（51）在所述衬底（10）的承载面上的正投影为L型。
7.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述支撑柱（51）为氧化硅。
8.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括与所述支撑柱（51）一一对应的柔性层（52），所述柔性层（52）位于对应的所述支撑柱（51）靠近所述焊点块（43）的侧面上。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其特征在于，所述柔性层（52）为聚酰亚胺。
10.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底的承载面制作解离层，所述解离层包括多个第一AlN块，所述多个第一AlN块沿所述衬底的边缘分布；
在所述解离层上制作外延层。
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