CN116978999A - 一种电流限域Micro-LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及Micro‑LED技术领域，具体涉及一种电流限域Micro‑LED芯片及其制作方法，该Micro‑LED芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、ITO层、钝化层、P电极和N电极；N型半导体层依次包括N‑限制层、N‑电流扩展层和N‑GaAs层；N‑电流扩展层和N‑GaAs层的侧壁与所述芯片的侧壁不平齐，并向芯片中心缩进，形成隔离槽。本发明通过在芯片上制作隔离槽，切断电流扩散至侧壁的通道，同时将N‑GaAs层设计成距离芯片中心一定距离的平行栅线，将电流限制在芯片中间区域，可以有效减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高Micro‑LED的效率。
Description
技术领域
本发明涉及Micro-LED技术领域，具体涉及一种电流限域Micro-LED芯片及其制作方法。
背景技术
Micro-LED（微发光二极管）是新一代显示技术，比现有的LED技术亮度更高、发光效率更好、且功率更低，同时其还因具有轻薄化、可小型化的属性。虽然Micro-LED已有终端应用产品出现，但其发展仍然处于初期阶段。
目前，随着LED尺寸的减小，周长与面积的比值逐渐增大，使得其边缘效应逐渐变得明显，这样在进行ICP干法蚀刻时发光层侧壁会被损伤，产生大量缺陷，而侧壁缺陷常常是非辐射复合中心，将会使得Micro-LED效率显著下降。如何降低侧壁损伤导致的Micro-LED效率下降问题已成为行业难点。因此，开发一款电流限域Micro-LED芯片显得很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种电流限域Micro-LED芯片及其制作方法，通过在芯片上制作隔离槽，切断电流扩散至侧壁的通道，同时将N-GaAs层设计成距离芯片中心一定距离的平行栅线，将电流限制在芯片中间区域，可以有效减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高Micro-LED的效率。
本发明的第一个目的是提供一种电流限域Micro-LED芯片，所述Micro-LED芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、ITO层、钝化层、P电极和N电极；
所述N型半导体层自下而上依次包括N-限制层、N-电流扩展层和N-GaAs层；
所述N-电流扩展层和N-GaAs层的侧壁与所述芯片的侧壁不平齐，并向芯片中心缩进，形成隔离槽。
由于芯片尺寸的减小，在干法蚀刻N型半导体层和发光层的过程中，发光层的侧壁不可避免的受到等离子体的轰击损伤，产生大量的缺陷，这些缺陷通常是非辐射复合中心，而复合发光都发生在发光层，发光层侧壁的损失直接影响Micro-LED的发光效率。本发明通过在芯片的N-电流扩展层部位制作隔离槽，切断电流扩散至侧壁的通道，减少发光层侧壁得到的电流，可以有效减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高Micro-LED的效率。
进一步的，上述技术方案中，所述隔离槽的宽度为侧壁向芯片中心缩进4±0.5μm。
进一步的，上述技术方案中，所述N-GaAs层为垂直于芯片侧壁的两条GaAs栅线，且每条GaAs栅线距离芯片中心的位置为7±0.5μm。本技术方案中通过将N-GaAs层设计成距离芯片中心一定距离的平行栅线，将电流限制在芯片中间区域，电流可以均匀分布，提高稳定性。
进一步的，上述技术方案中，所述ITO层覆盖住所述N-GaAs层，且其侧壁距离所述隔离槽边缘向芯片缩进3±0.2μm。本技术方案中通过在两条GaAs栅线上覆盖ITO层，在两条GaAs栅线和ITO的中间区域形成电流扩散通道，使得N电极注入的电流可以均匀的在芯片中间区域扩散，稳定性好，出光效率高。
本发明的第二个目的是提供一种上述电流限域Micro-LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、在P型半导体表面沉积SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将其与外延片通过键合层进行键合；
S4、通过湿法腐蚀的方法去除GaAs衬底；
S5、通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在露出的P型半导体表面制作P电极；
S7、通过ICP干法蚀刻将局部的N-GaAs层和N-电流扩展层去除，制作隔离槽；
S8、通过湿法蚀刻将剩下的N-GaAs层进行图形化处理，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道；
S9、在芯片表面蒸镀一层ITO层，然后通过湿法蚀刻的方法对ITO进行图像化；
S10、在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面沉积SiO2，制作钝化层；
S12、通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片。
进一步的，上述技术方案步骤S4中，湿法刻蚀所用溶液为氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液。
进一步的，上述技术方案步骤S8中，两条GaAs栅线与P电极和N电极水平方向连线平行。
进一步的，上述技术方案步骤S9中，所述ITO层的厚度为250±10nm。
进一步的，上述技术方案步骤S11中，钝化层的厚度为1±0.2μm。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1、本发明通过在芯片的N-电流扩展层部位制作隔离槽，切断电流扩散至侧壁的通道，减少发光层侧壁得到的电流，可以有效减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高Micro-LED的效率。
2、本发明通过将N-GaAs层设计成距离芯片中心一定距离的平行栅线，将电流限制在芯片中间区域，电流可以均匀分布，提高稳定性；通过在两条GaAs栅线上覆盖ITO层，在两条GaAs栅线和ITO的中间区域形成电流扩散通道，使得N电极注入的电流可以均匀的在芯片中间区域扩散，稳定性好，出光效率高。
3、本发明制备方法简单，得到的芯片稳定、出光效率高，可满足LED尺寸变化带来的需求。
附图说明
图1为本发明电流限域Micro-LED芯片结构示意图；
图2为本发明电流限域Micro-LED芯片俯视图。
示意图中标号说明：
1、蓝宝石衬底；2、键合层；3、P型半导体层；4、发光层；5、N-限制层；6、N-电流扩展层；7、N-GaAs层；8、ITO层；9、钝化层；10、P电极；11、N电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1和图2，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明中公开了一种电流限域Micro-LED芯片，其结构示意图如图1所示，所述Micro-LED芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底1、键合层2、P型半导体层3、发光层4、N型半导体层、ITO层8、钝化层9、P电极10和N电极11；
所述N型半导体层自下而上依次包括N-限制层5、N-电流扩展层6和N-GaAs层7；
所述N-电流扩展层6和N-GaAs层7的侧壁与所述芯片的侧壁不平齐，并向芯片中心缩进，形成隔离槽，这样可以减少发光层侧壁得到的电流，从而减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高芯片发光效率。
进一步的，将隔离槽的宽度为侧壁向芯片中心缩进4±0.5μm；
进一步的，将N-GaAs层设置成垂直于芯片侧壁的两条GaAs栅线，且每条GaAs栅线距离芯片中心的位置为7±0.5μm，这样可以将电流限制在芯片中间区域，电流可以均匀分布，提高稳定性和效率；
进一步的，ITO层覆盖住所述N-GaAs层，且其侧壁距离所述隔离槽边缘向芯片缩进3±0.2μm，ITO层将N-GaAs层覆盖，结合N-GaAs层的结构，可形成电流扩散通道，将电流均匀分布在芯片的中心区域。
本发明的中还提供一种电流限域Micro-LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、在P型半导体表面沉积SiO2作为键合层；具体地，将外延片浸入丙酮溶液内清洗干净，然后通过PECVD在P型半导体表面沉积3±0.5μm厚的SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将其与外延片通过键合层进行键合；具体地，提供一蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底与GaAs衬底对齐，键合层与蓝宝石紧密接触，在高温高压下完成键合；
S4、通过湿法腐蚀的方法去除GaAs衬底；具体地，将键合后的外延片放入到氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液内，将GaAs衬底腐蚀去除；
S5、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在芯片表面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，蒸镀金属制作P电极；
S7、通过ICP干法蚀刻将局部的N-GaAs层和N-电流扩展层去除，制作隔离槽；具体地，旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N-GaAs层和N-电流扩展层的侧壁进行蚀刻，制作隔离槽，其中，隔离槽宽度为芯片侧壁向内4±0.5μm；
S8、通过湿法蚀刻将剩下的N-GaAs层进行图形化处理，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道；具体地，旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过磷酸、双氧水、水的混合溶液对N-GaAs层进行蚀刻，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道，且两条GaAs栅线距离芯片中心位置7±0.5μm；
S9、在芯片表面蒸镀一层ITO层，然后通过湿法蚀刻的方法对ITO进行图像化；具体地，在芯片表面蒸镀一层厚度为250±10nm的ITO层，然后在ITO层表面旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过盐酸去除无掩膜保护区域的ITO，其中，ITO层侧壁距离隔离槽边缘3±0.2μm；
S10、旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面沉积SiO2，制作钝化层；具体地，在芯片表面通过PECVD沉积厚度为1±0.2μm的SiO2，制作钝化层；
S12、通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极；具体地，旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片，其中Micro-LED芯片俯视图如图2所示。
具体实施例如下：
实施例1
一种电流限域Micro-LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、将外延片浸入丙酮溶液内清洗干净，然后通过PECVD在P型半导体表面沉积2.5μm厚的SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底与GaAs衬底对齐，键合层与蓝宝石紧密接触，在高温高压下完成键合；
S4、将键合后的外延片放入到氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液内，将GaAs衬底腐蚀去除；
S5、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在芯片表面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，蒸镀金属制作P电极；
S7、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N-GaAs层和N-电流扩展层的侧壁进行蚀刻，制作隔离槽，其中，隔离槽宽度为芯片侧壁向内3.5μm；
S8、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过磷酸、双氧水、水的混合溶液对N-GaAs层进行蚀刻，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道，且两条GaAs栅线距离芯片中心位置6.5μm；
S9、在芯片表面蒸镀一层厚度为250nm的ITO层，然后在ITO层表面旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过盐酸去除无掩膜保护区域的ITO，其中，ITO层侧壁距离隔离槽边缘2.8μm；
S10、旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面通过PECVD沉积厚度为0.8μm的SiO2，制作钝化层；
S12、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片。
实施例2
一种电流限域Micro-LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、将外延片浸入丙酮溶液内清洗干净，然后通过PECVD在P型半导体表面沉积3μm厚的SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底与GaAs衬底对齐，键合层与蓝宝石紧密接触，在高温高压下完成键合；
S4、将键合后的外延片放入到氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液内，将GaAs衬底腐蚀去除；
S5、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在芯片表面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，蒸镀金属制作P电极；
S7、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N-GaAs层和N-电流扩展层的侧壁进行蚀刻，制作隔离槽，其中，隔离槽宽度为芯片侧壁向内4μm；
S8、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过磷酸、双氧水、水的混合溶液对N-GaAs层进行蚀刻，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道，且两条GaAs栅线距离芯片中心位置7μm；
S9、在芯片表面蒸镀一层厚度为250nm的ITO层，然后在ITO层表面旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过盐酸去除无掩膜保护区域的ITO，其中，ITO层侧壁距离隔离槽边缘3μm；
S10、旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面通过PECVD沉积厚度为1μm的SiO2，制作钝化层；
S12、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片。
实施例3
一种电流限域Micro-LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、将外延片浸入丙酮溶液内清洗干净，然后通过PECVD在P型半导体表面沉积3.5μm厚的SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将蓝宝石衬底与GaAs衬底对齐，键合层与蓝宝石紧密接触，在高温高压下完成键合；
S4、将键合后的外延片放入到氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液内，将GaAs衬底腐蚀去除；
S5、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在芯片表面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，蒸镀金属制作P电极；
S7、旋涂正性光刻胶制作掩膜图像，通过ICP干法蚀刻对N-GaAs层和N-电流扩展层的侧壁进行蚀刻，制作隔离槽，其中，隔离槽宽度为芯片侧壁向内4.5μm；
S8、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过磷酸、双氧水、水的混合溶液对N-GaAs层进行蚀刻，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道，且两条GaAs栅线距离芯片中心位置7.5μm；
S9、在芯片表面蒸镀一层厚度为260nm的ITO层，然后在ITO层表面旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过盐酸去除无掩膜保护区域的ITO，其中，ITO层侧壁距离隔离槽边缘3.2μm；
S10、旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面通过PECVD沉积厚度为1.2μm的SiO2，制作钝化层；
S12、旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片。
综上所述，本发明通过在芯片的N-GaAs层和N-电流扩展层的侧壁上制作隔离槽，切断电流扩散至芯片侧壁的通道，同时将N-GaAs层设计成距离芯片中心一定距离的平行GaAs栅线，将电流限制在芯片中间区域，可以有效减少侧壁缺陷带来的非辐射复合，提高Micro-LED的出光效率和稳定性。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电流限域Micro-LED芯片，其特征在于，所述Micro-LED芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、ITO层、钝化层、P电极和N电极；
所述N型半导体层自下而上依次包括N-限制层、N-电流扩展层和N-GaAs层；
所述N-电流扩展层和N-GaAs层的侧壁与所述芯片的侧壁不平齐，并向芯片中心缩进，形成隔离槽。
2.根据权利要求1所述的一种电流限域Micro-LED芯片，其特征在于，所述隔离槽的宽度为侧壁向芯片中心缩进4±0.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种电流限域Micro-LED芯片，其特征在于，所述N-GaAs层为垂直于芯片侧壁的两条GaAs栅线，且每条GaAs栅线距离芯片中心的位置为7±0.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种电流限域Micro-LED芯片，其特征在于，所述ITO层覆盖住所述N-GaAs层，且其侧壁距离所述隔离槽边缘向芯片缩进3±0.2μm。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的电流限域Micro-LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供一GaAs衬底，自下而上依次外延生长N-GaAs层、N-电流扩展层、N-限制层、发光层、P型半导体层，其中N-限制层、N-电流扩展层、N-GaAs层组成N型半导体层；
S2、在P型半导体表面沉积SiO2作为键合层；
S3、提供一蓝宝石衬底，将其与外延片通过键合层进行键合；
S4、通过湿法腐蚀的方法去除GaAs衬底；
S5、通过ICP干法蚀刻对N型半导体层和发光层进行蚀刻，露出P型半导体层；
S6、在露出的P型半导体表面制作P电极；
S7、通过ICP干法蚀刻将局部的N-GaAs层和N-电流扩展层去除，制作隔离槽；
S8、通过湿法蚀刻将剩下的N-GaAs层进行图形化处理，剩余两条GaAs栅线，形成电流通道；
S9、在芯片表面蒸镀一层ITO层，然后通过湿法蚀刻的方法对ITO进行图像化；
S10、在ITO层表面制作N电极；
S11、在芯片表面沉积SiO2，制作钝化层；
S12、通过干法蚀刻去除部分钝化层，露出P电极和N电极，得到Micro-LED芯片。
6.根据权利要求5所述的电流限域Micro-LED芯片的制作方法，其特征在于，步骤S4中，湿法刻蚀所用溶液为氨水、双氧水、水体积比为1:5:5的混合溶液。
7.根据权利要求5所述的电流限域Micro-LED芯片的制作方法，其特征在于，步骤S8中，两条GaAs栅线与P电极和N电极水平方向连线平行。
8.根据权利要求5所述的电流限域Micro-LED芯片的制作方法，其特征在于，步骤S9中，所述ITO层的厚度为250±10nm。
9.根据权利要求5所述的电流限域Micro-LED芯片的制作方法，其特征在于，步骤S11中，钝化层的厚度为1±0.2μm。
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