CN115881863A - 三色氮化物发光二极管的制造方法 - Google Patents

三色氮化物发光二极管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种三色氮化物发光二极管的制造方法，包括在衬底上进行外延生长功能层和发光层；通过区域选择性刻蚀，形成第一区域、第二区域和第三区域，分别使第一区域、第二区域和第三区域为第一发光层、第二发光层和第三发光层；在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积透明导电薄膜层；对第一区域、第二区域和第三区域进行刻蚀形成台面结构；在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积电介质层，电介质层不完全覆盖透明导电薄膜层；分别在第一区域、第二区域和第三区域的未被电介质层覆盖的透明导电薄膜层的表面沉积电极。本发明使一种芯片具有三种不同的发光区域，减少芯片尺寸缩小后的芯片拣选次数，实现更小型的LED显示应用。

Description

三色氮化物发光二极管的制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种三色氮化物发光二极管的制造方法。
背景技术
近年来，GaN基材料在外延生长、器件工艺方面得到了很大的发展，使得III族氮化物半导体材料广泛应用于蓝/绿光和白光发光二极管、紫外探测器以及大功率电子器件；特别地，目前基于InGaN/GaN量子阱的LED器件已经进入商业化水平。但是，随着显示分辨率不断上升，发光单元逐渐减小，而单位面积显示面板所需要的芯片数量呈几何级增长，给芯片拣选与组装带来了巨大挑战。目前虽然有巨量转移技术在同步开发，但是良率仍没有一个方案可以完全解决现有问题。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种三色氮化物发光二极管的制造方法，使一种芯片具有三种不同的发光区域，减少芯片尺寸缩小后的芯片拣选次数，实现更小型的LED显示应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种三色氮化物发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
(1)在衬底上进行外延生长功能层和发光层；
(2)通过区域选择性刻蚀，形成第一区域、第二区域和第三区域，分别使第一区域、第二区域和第三区域为第一发光层、第二发光层和第三发光层；
(3)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积透明导电薄膜层；
(4)对第一区域、第二区域和第三区域进行刻蚀形成台面；第一区域、第二区域和第三区域刻蚀后形成的台面形状可以相同或不同，台面形状包括但不限于圆形、正方形、长方形和椭圆形；
(5)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积电介质层，电介质层不完全覆盖透明导电薄膜层；第一区域、第二区域和第三区域上沉积的电介质层的厚度可以相同或不同；
(6)分别在第一区域、第二区域和第三区域的未被电介质层覆盖的透明导电薄膜层的表面沉积电极。
进一步地，所述步骤(1)中，衬底的厚度是50μm～1000μm，衬底为GaN衬底、AlN衬底、Si衬底、SiC衬底或蓝宝石衬底。
进一步地，所述步骤(1)中，功能层的厚度是 0.1nm～2μm，功能层为单层或多层复合结构，功能层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(2)中，第一区域的面积是10nm2～10mm2，第二区域的面积是10nm2～10mm2，第三区域的面积是10nm2～10mm2。
进一步地，所述步骤(2)中，第一发光层、第二发光层和第三发光层的结构可以相同或不同；
第一发光层的厚度是0.1nm～5μm，第一发光层为单层或多层复合结构，第一发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第二发光层的厚度是0.1nm～5μm，第二发光层为单层或多层复合结构，第二发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第三发光层的厚度是0.1nm～5μm，第三发光层为单层或多层复合结构，第三发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(3)中，透明导电薄膜层的沉积方法为磁控溅射法或凝胶法，透明导电薄膜层的厚度是在0.1nm～5μm。
进一步地，所述步骤(3)中，透明导电薄膜层为ITO膜层。
进一步地，所述步骤(5)中，电介质层的沉积方法为磁控溅射法或PECVD法，电介质层的厚度是0.1nm～5μm，电介质层的材料为SiO2、SiN或SiON。
进一步地，所述步骤(5)中，第一区域、第二区域和第三区域上不被电介质层覆盖区域的面积是10nm2～10mm2，不被电介质层覆盖区域为连续的或不连续的，不被电介质层覆盖区域为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
进一步地，所述步骤(6)中，沉积电极为使用蒸镀法沉积厚度为10nm/10nm/100nm的Cr/Pt/Au金属电极，电极可以完全覆盖或部分覆盖第一区域、第二区域和第三区域上不被电介质层覆盖区域，且其面积在10nm2到10mm2的范围内。
进一步地，所述步骤(2)和步骤(4)中，步骤(4)中刻蚀的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，刻蚀后形成的台面为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
现有技术一般单个芯片只能发一种颜色的光，相比于现有技术，本发明在一个芯片上同时可以发出三种不同颜色的光，避免了将三种不同颜色的发光芯片拣选在一起的步骤，减少了显示面板制造过程中芯片拣选次数，为LED照明芯片小型化和精度进一步提高提供了可行方案。
附图说明
图1本发明三色氮化物发光二极管的结构示意图；
附图标记：
100-蓝宝石衬底、201-低温AlN缓冲层、202-非掺杂GaN层、
301-n型GaN层、302-由GaN和InGaN交叠形成的5量子阱MQW层、303-p型AlGaN层、304-p型GaN层、305-ITO层、
401-n型GaN层、402-由GaN和InGaN交叠形成的5量子阱MQW层、403-p型AlGaN层、404-p型GaN层、305-ITO层、
501-n型GaN层、502-由GaN和InGaN交叠形成的5量子阱MQW层、503-p型AlGaN层、504-p型GaN层、505-ITO层、
600-SiO2层、700-金属电极。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明，一种三色氮化物发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
(1)在衬底上进行外延生长功能层和发光层；
(2)通过区域选择性刻蚀，形成第一区域、第二区域和第三区域，分别使第一区域、第二区域和第三区域为第一发光层、第二发光层和第三发光层；
(3)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积透明导电薄膜层；
(4)对第一区域、第二区域和第三区域进行刻蚀形成台面；第一区域、第二区域和第三区域刻蚀后形成的台面形状可以相同或不同，台面形状包括但不限于圆形、正方形、长方形和椭圆形；
(5)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积电介质层，电介质层不完全覆盖透明导电薄膜层；第一区域、第二区域和第三区域上沉积的电介质层的厚度可以相同或不同；
(6)分别在第一区域、第二区域和第三区域的未被电介质层覆盖的透明导电薄膜层的表面沉积电极。
进一步地，所述步骤(1)中，衬底的厚度是50μm～1000μm，衬底为GaN衬底、AlN衬底、Si衬底、SiC衬底或蓝宝石衬底。
进一步地，所述步骤(1)中，功能层的厚度是0 . 1 nm～2 μm，功能层为单层或多层复合结构，功能层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(2)中，第一区域的面积是10nm2～10mm2，第二区域的面积是10nm2～10mm2，第三区域的面积是10nm2～10mm2。
进一步地，所述步骤(2)中，第一发光层、第二发光层和第三发光层的结构可以相同或不同；
第一发光层的厚度是0.1nm～5μm，第一发光层为单层或多层复合结构，第一发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第二发光层的厚度是0.1nm～5μm，第二发光层为单层或多层复合结构，第二发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第三发光层的厚度是0.1nm～5μm，第三发光层为单层或多层复合结构，第三发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种。
进一步地，所述步骤(3)中，透明导电薄膜层的沉积方法为磁控溅射法或凝胶法，透明导电薄膜层的厚度是在0.1nm～5μm。
进一步地，所述步骤(3)中，透明导电薄膜层为ITO膜层。
进一步地，所述步骤(5)中，电介质层的沉积方法为磁控溅射法或PECVD法，电介质层的厚度是0.1nm～5μm，电介质层的材料为SiO2、SiN或SiON。
进一步地，所述步骤(5)中，第一区域、第二区域和第三区域上不被电介质层覆盖区域的面积是10nm2～10mm2，不被电介质层覆盖区域为连续的或不连续的，不被电介质层覆盖区域为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
进一步地，所述步骤(6)中，沉积电极为使用蒸镀法沉积厚度为10nm/10nm/100nm的Cr/Pt/Au金属电极，电极可以完全覆盖或部分覆盖第一区域、第二区域和第三区域上不被电介质层覆盖区域，且其面积在10nm2到10mm2的范围内。
进一步地，所述步骤(2)和步骤(4)中，步骤(4)中刻蚀的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，刻蚀后形成的台面为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
本实例中，一种三色氮化物发光二极管的制造方法，包括如下步骤：
(1)使用430μm蓝宝石衬底100，在蓝宝石衬底100上使用MOCVD进行依次外延生长100nm低温AlN缓冲层201、500nm非掺杂GaN层202和第一发光层、第二发光层、第三发光层，第一发光层、第二发光层和第三发光层的膜层结构相同，且从下往上均为500nm厚n型GaN层(301、401、501)、由GaN和InGaN交叠形成的总厚度为50nm的5量子阱MQW层(302、402、502)、500nm厚p型AlGaN层(303、403、503)和500nm厚p型GaN层(304、404、504)。
(2)进行区域选择性刻蚀，使用干法刻蚀形成第一区域、第二区域和第三区域，使第一区域表层为第一发光层，第二区域表层为第二发光层，第三区域表层为第三发光层。
(3)在第一区域、第二区域和第三区域上沉积厚度均为100nm的ITO膜层505。
(4)对第一区域、第二区域和第三区域的ITO膜层和和发光区进行刻蚀形成直径为100nm的圆形台面。
(5)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积膜层厚度相同的SiO2电介质层600，并且SiO2电介质层600为环形区域包裹100nm直径圆形台面周围，在中心区域预留50nm直径区域不被SiO2电介质层600覆盖。
(6)分别在第一区域、第二区域和第三区域的中心区域使用蒸镀法沉积厚度分别为10nm/10nm/100nm的Cr/Pt/Au金属电极700。
根据上述说明书的揭示，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在衬底上进行外延生长功能层和发光层；
(2)通过区域选择性刻蚀，形成第一区域、第二区域和第三区域，分别使第一区域、第二区域和第三区域为第一发光层、第二发光层和第三发光层；
(3)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积透明导电薄膜层；
(4)对第一区域、第二区域和第三区域进行刻蚀形成台面结构；
(5)在第一区域、第二区域和第三区域上分别沉积电介质层，电介质层不完全覆盖透明导电薄膜层；
(6)分别在第一区域、第二区域和第三区域的未被电介质层覆盖的透明导电薄膜层的表面沉积电极。
2.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中，衬底的厚度是50μm～1000μm，衬底为GaN衬底、AlN衬底、Si衬底、SiC衬底或蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中，功能层的厚度是0.1nm～2μm，功能层为单层或多层复合结构，功能层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlInGaN中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，第一区域的面积是10nm2～10mm2，第二区域的面积是10nm2～10mm2，第三区域的面积是10nm2～10mm2。
5.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中，
第一发光层的厚度是0.1nm～5μm，第一发光层为单层或多层复合结构，
第一发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第二发光层的厚度是0.1nm～5μm，第二发光层为单层或多层复合结构，第二发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种；
第三发光层的厚度是0.1nm～5μm，第三发光层为单层或多层复合结构，第三发光层的材料为GaN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaN、AlIn、AlInGaN中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中，透明导电薄膜层的沉积方法为磁控溅射法或凝胶法，透明导电薄膜层的厚度是在0.1nm～5μm，透明导电薄膜层为ITO膜层。
7.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)中，电介质层的沉积方法为磁控溅射法或PECVD法，电介质层的厚度是0.1nm～5μm，电介质层的材料为SiO2、SiN或SiON。
8.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(5)中，第一区域、第二区域和第三区域上不被电介质层覆盖区域的面积是10nm2～10mm2，不被电介质层覆盖区域为连续的或不连续的，不被电介质层覆盖区域为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
9.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(6)中，沉积电极为使用蒸镀法沉积厚度为10nm/10nm/100nm的Cr/Pt/Au金属电极。
10.根据权利要求1所述的三色氮化物发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(4)中，刻蚀的方法为干法刻蚀或湿法刻蚀，步骤(4)中刻蚀后形成的台面为圆形、正方形、长方形或椭圆形。
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