DE202022002984U1 - RGB InGaN-basierten Mikro-LED-Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine RGB InGaN-basierte Mikro-LED-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren RGB InGaN LED-Komponenten besteht; wobei die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten entsprechend einem für einen Endprodukt erforderlichen Layout-Design verteilt werden; zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten in der mehreren RGB InGaN LED-Komponenten auf einen demselben Epitaxiewafer (1) hergestellt werden; eine Epitaxiezonen-Isolierschicht (3) wird auf dem Epitaxiewafer (1) gebildet; Blockgrabenzonen (31) für die zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten werden in den Epitaxiezonen-Isolierschicht (3) gebildet, und dementsprechend wird eine Zwischenschicht (41, 42, 43) zur Modulation der epitaktischen Gitterkonstante am Boden jeder der Blockgrabenzonen (31) für mindestens ein- bzw. zwei-farbige Lichtkomponenten gebildet, und eine epitaktische Schicht aus einem InGaN-basierten Material der entsprechenden farbigen Lichtkomponenten wird in jeden der Blockgrabenzonen (31) gebildet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine RGB InGaN-basierten Mikro-LED-Vorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Mit dem Fortschritt der Zeit sind Bildschirme leichter, dünner, und stromsparender geworden, und die Mainstream-Technologie von Bildschirmen hat sich allmählich von Kathodenstrahlröhren- (CRT) und LCD-Bildschirmen zu den aufkommenden OLED-Bildschirmen gewandelt, und Mikro-LED-Bildschirme, in die verschiedene Länder aktiv investieren, haben überlegene Eigenschaften und Machbarkeit und werden voraussichtlich die Mainstream-Technologie für die nächste Generation von Bildschirmen unter der Führung von international führenden Herstellern und aktiver Beteiligung des industriellen Sektors werden. Die Mikro-LED-Technologie miniaturisiert die Größe herkömmlicher LEDs in der typischen Millimeter-Klasse (10-3m) auf weniger als 100 Mikrometer (10-6m), was 1 % des ursprünglichen LED-Volumens entspricht. Durch die Massentransfertechnologie werden die auf einem Epitaxiesubstrat (auch bekannt als Primärsubstrat oder homogenes Substrat) gezüchteten RGB-Dreifarben-Mikro-LEDs im Mikrometerbereich zu einem Anzeigesubstrat (auch bekannt als Zielsubstrat) transportiert. Die RGB-Pixel werden in einer Matrix angeordnet, um ihre Dunkelheit und Helligkeit durch Adressierung zu steuern und so eine vollfarbige Mikro-LED-Anzeige zu erzeugen.
  • Die Mikro-LED im Vergleich zu LCD und OLED hat überlegene Eigenschaften, was zunächst von der Struktur erklärt werden kann. LCD ist nicht selbstleuchtend und benötigt ein Hintergrundbeleuchtungsmodul als Lichtquelle, und Flüssigkristallmoleküle benötigen Polarisatoren und Farbfilter als eine Lichtpolarisation, um die Helligkeit und Farbe zu steuern, so dass sie eine komplexere und schwerere Struktur aufweisen. OLED hat die Eigenschaft, dass die Pixel selbstleuchtend sind, was das Hintergrundbeleuchtungsmodul von TFT-LCD überflüssig macht; allerdings ist das organische, lichtemittierende Material feuchtigkeitsempfindlich, so dass eine versiegelte Struktur auf dem oberen und unteren Substrat gebildet werden muss, um die Witterungsbeständigkeit gegenüber der Umgebung zu verbessern. Mikro-LED mit anorganischen LEDs als Pixel hat nicht die Verpackungsprobleme von OLEDs; im Vergleich dazu hat Mikro-LED die einfachste Zusammensetzung und kann zu den dünnsten und leichtesten Strukturen verarbeitet werden. Während herkömmliche LEDs als Hintergrundbeleuchtung in TFT-LCD-Bildschirmen verwendet werden, werden Mikro-LEDs bei der Entwicklung zur Mikro-LED-Bildschirmen direkt als lichtemittierende Pixel verwendet. Dann durch die Eigenschaften zu erklären, Mikro-LED hat selbstleuchtende, niedriger Stromverbrauch, schnelle Reaktionszeit, hohe Helligkeit, ultrahoher Kontrast, breite Farbskala, breiter Betrachtungswinkel, ultradünn, lange Lebensdauer, Anpassung an eine Vielzahl von Betriebstemperaturen, und viele andere hervorragende Eigenschaften. Die technischen Spezifikationen von Mikro-LED haben einen überwältigenden Vorteil gegenüber LCD und OLED.
  • Wie bereits erwähnt, ist es nach Abschluss des Epitaxieprozesses notwendig, den Mikro-LED-Transferprozess durchzuführen, um Millionen von Mikro-LEDs auf das Anzeigesubstrat zu übertragen, was als Massentransfertechnologie bekannt ist. Wenn der Transferprozess nicht effizient und in angemessener Zeit durchgeführt werden kann, ist eine Massenproduktion nicht möglich, und die Anzahl der Transfers pro Durchgang und die hohe Präzision, die für Pick-and-Place erforderlich ist, sind in der derzeitigen Massenproduktionstechnologie nicht gegeben. Die erste große Herausforderung bei der Entwicklung von der Mikro-LED- Bildschirmen ist daher der Massentransfer, bei dem es darum geht, Millionen bis zehn Millionen Mikro-LEDs mit Präzision und Genauigkeit in angemessener Zeit vom Epitaxiesubstrat auf das Anzeigesubstrat zu übertragen. Die Entwicklung von neuartigen Transfertechnologie auf die bestehenden LED-oder LCD-Industrie ist unbekannt und schwierig, und die Transfertechnologie hat erhebliche Bedeutung für die patentierte Technologie der Epitaxie, Reparatur, und Ausrüstung. Bis zu einem gewissen Grad sind verschiedene Transfertechnologien mit entsprechenden Epitaxie-, Reparatur- und Gerätetechnologien gepaart, so dass die Transfertechnologie als die Schlüsseltechnologie in der Entwicklung der Mikro-LED-Anzeigetechnologie angesehen werden kann. Die Komplexität und Herausforderung der Herstellung von Mikro-LEDs im Mikrometerbereich mit der Massentransfertechnologie, einschließlich des Massentransfers und des entsprechenden Prüf- und Reparaturverfahrens, ist sowohl eine Schwierigkeit bei der Entwicklung der Technologie selbst als auch der Hauptgrund, warum die Herstellungskosten noch verbessert werden müssen. Wenn die bestehenden Hindernisse technisch überwunden werden und die drei RGB-LED-Komponenten oder zumindest zwei von ihnen auf demselben Epitaxiesubstrat hergestellt und entsprechend der Nachfrage nach fertigen Produkten angeordnet werden, kann das Massentransferprozess übersprungen oder vereinfacht werden.
  • Bei der Herstellung von Mikro-LED-Bildschirmen ist es notwendig, drei Primärfarben (rote, grüne, und blaue (RGB)) Leuchtdioden zu verwenden, um die Pixel der Einheit zu bilden. Derzeit müssen bei der Herstellung hauptsächlich Nitrid- und Phosphid-Leuchtdioden gemischt und eingesetzt werden, um den Bedarf an der drei Primärfarben zu decken. Wenn verschiedene Materialsysteme von Leuchtdioden gemischt werden, wirken sich unterschiedliche Wärmeerzeugungs- und Dämpfungseigenschaften direkt auf die Qualität der Bilddarstellung aus; unterschiedliche elektrische Antriebseigenschaften führen direkt zur Komplexität des Antriebsdesigns des Anzeigemoduls. Wenn direktlichtemittierende RGB-Leuchtdioden mit drei Primärfarben auf demselben Materialsystem realisiert werden, wird dies nicht nur die Lösung der oben genannten Probleme erleichtern, sondern auch der Entwicklung der Mikro-LED-Technologie zugutekommen, da der Wegfall von Farbumwandlungsmechanismen, wie z. B. Leuchtstoffröhren, die Prozesskomplexität und die durch die Umwandlung bedingten Energieeffizienzverluste verringert. Indium-Gallium-Nitrid InxGa1-xN epitaktischen Material ist eines der wichtigsten Materialsysteme für die Herstellung von blauen Leuchtdioden, die theoretisch durch das Verhältnis von Indium zu Gallium-Mischkristall reguliert werden können, um den gesamten sichtbaren Licht emittierenden Bereich abzudecken. Indium-Gallium-Nitrid wird voraussichtlich eine bessere Lichtausbeute aufgrund der direkten Energie Lücke Eigenschaften haben, vor allem das blaue Licht Massenproduktion Technologie ist gut etabliert, und erhält daher mehr Aufmerksamkeit als andere Materialsysteme. Die Herstellung direkter roter, grüner und blauer Leuchtdioden (RGB-Direkt-LED) mit Indium-Gallium-Nitrid unter ungefähren Kontrollbedingungen und guter Leistung hat ein großes Potenzial. Grüne und rote Leuchtdioden, die auf InxGa1-xN-Epitaxiematerialien basieren, sind jedoch derzeit mit technischen Engpässen konfrontiert. Da der Anteil des In-Gehalts in InxGa1-xN-Epitaxiematerialien erhöht werden muss, um die geeigneten Licht emittierenden Wellenlängen für grünes und rotes Licht zu erreichen, ist es notwendig, den In-Gehalt zu erhöhen, indem die Temperatur des Epitaxieherstellungsprozesses gesenkt wird, aber die Qualität der Epitaxien entspricht nicht den Spezifikationen der Anwendung und anderen Hindernissen. In Anbetracht dessen kündigte das französische Unternehmen Soitec im Jahr 2017 die Entwicklung eines Substratmaterials an, das für die oben genannten Zwecke geeignet ist, im selben Jahr wurde die erfolgreiche Produktion von direkten grünen Leuchtdioden (direkte grüne LED) unter Verwendung des Substrats veröffentlicht. Das Unternehmen gab bekannt, dass die Oberflächengitterkonstanten des entwickelten Substrats ein Maximum von 0,3205 Nanometern (nm). Im Jahr 2018 gab das Unternehmen die erfolgreiche Produktion von direkten roten LEDs bekannt; die maximale Gitterkonstante des vom Unternehmen freigegebenen Substrats liegt unverändert bei 0,3205 Nanometern (nm). Die Substratentwicklung des Unternehmens hat zu konkreten Ergebnissen geführt, allerdings erfordert die Substrattechnologie komplexe und komplizierte Herstellungsprozesse, und die hohen Herstellungskosten sind ein Hindernis, das einer breiten Akzeptanz auf dem Markt entgegenstehen könnte. Das Ergebnis beweist auch, dass die Gitterkonstante des Substrats einer der Schlüssel für die erfolgreiche Realisierung von direkten grünen/roten InxGa1-xN-LEDs ist, d. h. der in den meisten Studien erwähnte Gittersog-Effekt. Bei epitaktischem InxGa1-xN wird der Anteil des In-Gehalts in der Epitaxieschicht erhöht, wenn die Gitterkonstante des Substrats oder der unteren Schicht vom GaN-Ende zum InN-Ende hin verschoben und erhöht wird; dieser Effekt kann auch genutzt werden, um den gleichen In-Gehalt der epitaktischen InxGa1-xN-Schicht beizubehalten, während die Epitaxietemperatur erhöht wird, um die kristalline Qualität der Epitaxieschicht und die Lumineszenzeffizienz zu verbessern.
  • Daher hat der vorliegende Anmelder CN201910240892.5 „RGB Vollfarb InGaNbasierend LED und deren Herstellungsverfahren“ entwickelt, bei dem ein 2D-Schichtmaterial verwendet wird, um die Oberfläche des Substratmaterials als Zwischenschicht der InxGa1-xN-Epitaxieschicht zu bedecken, und eine Van-der-Waals-Epitaxie oder Quasi-Van-der-Waals-Epitaxie durchgeführt wird. Die Technologie der Van-der-Waals-Epitaxie oder Quasi-Van-der-Waals-Epitaxie wird angewandt, so dass die Spannungen oder Dehnungen, die sich aus der Fehlanpassung des Gitters und der thermischen Ausdehnung im Epitaxieprozess ergeben, bis zu einem gewissen Grad abgebaut werden können, so dass eine hochwertige InxGa1-xN-Epitaxie mit hohem In-Gehalt auf der Oberfläche der derzeit verfügbaren Substrate und hocheffiziente direkte grüne/rote Leuchtdioden (direkte grüne/rote LEDs) realisiert werden können. Wenn die äußerste Schicht des 2D-Schichtmaterials MoSe2 oder WSe2 annimmt, die Gitterkonstante bis zu 0,3283nm oder 0,3297nm betragen kann, was eine perfekt auf den Rotlichtbereich abgestimmte Epitaxieschicht bietet, um die Qualität der Epitaxieschicht zu gewährleisten, und es besteht die Möglichkeit, die Epitaxie- und Bauteilprozesse zu vereinfachen. Die Leuchtdiode besteht aus InxGa1-xN-Epitaxieschichten vom n-Pol, Multiple Quantum Well (MQW), bis zum p-Pol, wodurch auch hochwertige direkte grüne/rote Leuchtdioden realisiert werden können. Darüber hinaus kann eine Nitridschicht, die Al, In, oder Ga mit genau eingestellten Gitterkonstanten enthält, auf der Oberfläche des 2D-Schichtmaterials als oberste Schicht der epitaktischen Zwischenschicht weiter abgedeckt werden, und zusätzlich zur Verbesserung der Keimbildung des InxGa1-xN-Epitaxieprozesses wird ein Parameter zur Einstellung des Epitaxieprozesses hinzugefügt, und es ist möglich, die für den Epitaxieprozess des InxGa1-xN erforderliche Temperatur effizient einzustellen und die gleichen Parameter wie die Temperatur der blauen, grünen, und roten InGaN-Leuchtdioden zu ermöglichen.
  • Der Anmelder hat weiter geforscht und herausgefunden, dass auf der Grundlage der Anwendung der vorherigen Technologie die Durchführbarkeit des Epitaxieprozesses von zwei oder drei InGaN LED-Komponenten nacheinander auf demselben Epitaxiewafer verbessert werden kann, wenn das thermische Budget des Prozesses durch die Reduzierung der Epitaxieschichtstruktur und des Prozesses effektiv reduziert wird. Unter Verwendung eines bewährten Verfahrens für integrierte Schaltkreise wird jede Zone auf einem Epitaxiewafer ausgewählt, der 2D- und Nitrid-Gittermodifikationsschichten und eventuell erforderliche Epitaxieprozesse umfasst. Je nach den Temperaturanforderungen des Epitaxieprozesses wird der Hochtemperatur- bis Niedrigtemperaturprozess nacheinander durchgeführt. Nachdem die Epitaxieprozesse abgeschlossen sind, können die für die übrigen gemeinsamen Komponenten erforderlichen Prozesse gleichzeitig durchgeführt werden. Auch auf der Grundlage der Anwendung der vorherigen Technologie wird es möglich sein, den Epitaxieprozess von zwei oder drei InGaN LED-Komponenten auf demselben Epitaxiewafer zur gleichen Zeit abzuschließen, wenn die Epitaxieprozesstemperatur und andere Parameter des Epitaxieprozesses über die verschiedenen Komponenten durch die 2D- und Nitrid-Gittermodulationsschicht konsistent sind. Unter Verwendung eines bewährten Verfahrens für integrierte Schaltkreise wird jede Zone auf einem Epitaxiewafer ausgewählt, die eventuell erforderlichen 2D- und Nitrid-Gittermodulationsschichtprozesse abschließen und dann den Epitaxieprozess und die für die übrigen Komponenten erforderlichen Prozesse gleichzeitig durchführen. Auf diese Weise kann das Massentransferprozess effektiv reduziert werden.
  • Gemäß der bestehenden Praxis der Mikro-LED-Technologie können die lichtemittierenden Komponenten in einer Mikro-LED-Vorrichtung eine Fläche von weit weniger als 50 % einnehmen, so dass das Layout der Ebene Platz für die Aufnahme von Berührungs- oder Sensormodulen bietet. Daher wird, wenn es möglich ist, zwei oder drei InGaN LED-Komponenten auf demselben Epitaxiewafer zu bilden, das übliche Redundanz-Reparaturkonzept für lichtemittierende Komponenten, wie z. B. die Einführung eines dynamischen Direktzugriffsspeichers (DRAM), ebenfalls durchführbar werden, was die Komplexität und die Kosten des anschließenden Reparaturprozesses erheblich reduzieren und die Ausbeute effektiv erhöhen wird. In bestimmten Ausführungsformen werden mehrere Komponenten in RGBselektiven Zonen in jedem Pixel hergestellt, und in die Steuerschaltung ist eine Reparatur-Schaltung zur Durchführung der Reparatur während einer Reparatur-Erkennungsphase integriert.
  • Bestehende Prozess, wie in gezeigt: Getrenntproduktion von blauen, grünen, und roten Mikro-LED-Chips; Trennen einer großen Anzahl von der blauen, grünen, und roten LED-Chips vom Epitaxiewafer; Massentransferprozess zum Anzeigesubstrat im Pick-and-Place Prozess; Testen und Reparieren der Mikro-LED-Chips.
  • Inhalt der vorliegenden Anmeldung
  • Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist die Bereitstellung einer RGB InGaN-basierten Mikro-LED-Vorrichtung.
  • Um die oben genannten Ziele zu erreichen, ist die Lösung der vorliegenden Anmeldung:
    • Eine RGB InGaN-basierte Mikro-LED-Vorrichtung, die aus mehreren RGB InGaN LED-Komponenten besteht; wobei die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten entsprechend einem für einen Endprodukt erforderlichen Layout-Design verteilt werden; zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten in der mehreren RGB InGaN LED-Komponenten auf demselben Epitaxiewafer hergestellt werden; eine Epitaxiezonen-Isolierschicht wird auf dem Epitaxiewafer gebildet; Blockgrabenzonen für die zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten werden in den Epitaxiezonen-Isolierschicht gebildet, und dementsprechend wird eine Zwischenschicht zur Modulation der epitaktischen Gitterkonstante am Boden jeder der Blockgrabenzonen für mindestens ein- bzw. zwei-farbige Lichtkomponenten gebildet, und eine epitaktische Schicht aus einem InGaN-basierten Material der entsprechenden farbigen Lichtkomponenten wird in jeden der Blockgrabenzonen gebildet.
  • Die Zwischenschicht aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien besteht. Oder, die Zwischenschicht aus einer unteren Schicht und einer Oberflächenschicht besteht; die untere Schicht aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien besteht, und die Oberflächenschicht über die untere Schicht gezogen wird und die Oberflächenschicht aus einem Nitrid besteht, das ein Element wie Al oder Ga oder In enthält; die Dicke der Nitrid-Oberflächenschicht auf etwa 20 nm eingestellt wird.
  • Der Epitaxiewafer wird aus Wafers wie Saphir, Silizium, Siliziumkarbid, oder anderen Materialien hergestellt, die für den Bereich der Bedingungen des InGaN-Epitaxieprozesses geeignet sind.
  • Eine vollständig abgedeckte 2D-Materialgrundierungsschicht zwischen dem Epitaxiewafer und der Epitaxiezonen-Isolierschicht; der Boden der Blockgrabenzone an der 2D-Materialgrundierungsschicht endet.
  • Die Dicke der 2D-Materialgrundierungsschicht reicht von 0,5 nm bis 1000 nm.
  • Eine Fasenbeschichtung oder eine Rückseitenbeschichtung von außerhalb des effektiven Einsatzbereichs der Kante des Epitaxiewafers auf der 2D-Materialgrundierungsschicht gebildet wird.
  • Das 2D-Material kann hBN (hexagonales Bornitrid), Graphen, und TMD-Familie (Übergangsmetalldithiocarbid) usw. sein.
  • Die Epitaxiezonen-Isolierschicht auf dem Epitaxiewafer ist zu der Blockgrabenzonen für die drei-farbige Lichtkomponenten ausgebildet, und der Boden jeder Blockgrabenzone für die drei-farbige Lichtkomponenten ist zu der Zwischenschicht zum Modulieren der epitaktischen Gitterkonstanten ausgebildet; wobei die Zwischenschicht am Boden der Blockgrabenzone der blauen Lichtkomponenten aus einer WS2-Schicht und einer GaN-Schicht besteht, die Zwischenschicht am Boden der Blockgrabenzone der grünen Lichtkomponenten aus einer WSe2-Schicht und einer InxGa1-xN-Schicht besteht, und die Zwischenschicht am Boden der Blockgrabenzone der roten Lichtkomponenten aus einer WSe2-Schicht und einer InyGa1-yN-Schicht besteht, wobei y>x.
  • Nach Anwendung des obigen Schemas werden in der vorliegenden Anmeldung die Parameter wie die Temperatur des Epitaxieprozesses für verschiedenfarbige Fotomodule durch 2D-Material und Nitrid-Gittermodulation konsistent. Die vorliegende Anmeldung ermöglicht es, den Epitaxieprozess von zwei oder drei InGaN LED-Komponenten nacheinander oder gleichzeitig auf demselben Epitaxiewafer durchzuführen und den für die übrigen Komponenten erforderlichen Prozess zu vervollständigen, so dass das Massentransferprozess effektiv reduziert werden kann. Durch die Einführung eines Redundanz-Reparaturdesigns für lichtemittierende Komponenten werden die Komplexität und die Kosten des nachfolgenden Reparaturprozesses erheblich reduziert und die Ausbeute effektiv verbessert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
    • 1 ist ein Flussdiagramm eines bestehenden Verfahrens.
    • 2 ist ein Prozessflussdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 3 ist ein Prozessflussdiagramm gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm einer RGB InGaN LED-Baugruppe gemäß der vorliegenden Anmeldung.
    • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Produkts gemäß der vorliegenden Anmeldung.
  • In den Abbildungen:
    • 1
    Epitaxiewafer
    2
    2D-Materialgrundierungsschicht
    3
    Isolierschicht
    31
    Blockgrabenzone
    41, 42, 43
    Zwischenschicht
    5
    Epitaxieschicht
    6
    Elektroden
    7
    Metallpad
    8
    Treiber- und Steuerschaltung
    9
    Substrat
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • Die vorliegende Anmeldung wird im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und spezifischen Ausführungsformen näher beschrieben.
  • Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Herstellungsverfahren einer RGB InGaN-basierten Mikro-LED zur Herstellung einer Mikro-LED-Vorrichtung, die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten umfasst; wobei die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten in drei Farbtypen unterteilt werden; zwei- oder dreifarbige Lichtkomponenten in der mehreren RGB InGaN LED-Komponenten in drei Farbtypen auf demselben Epitaxiewafer hergestellt und entsprechend einem für einen Endprodukt erforderlichen Layout-Design verteilt werden.
  • Ein Beispiel für das Herstellungsverfahren der vorliegenden Anmeldung zur Herstellung roter, grüner, und blauer LED-Komponenten auf demselben Wafer ist in den 2 bis 5 dargestellt.
  • Schritt 1: Polieren eines Materials eines Epitaxiewafers 1 (Saphirwafer) auf einen Epitaxiewachstumsgrad; Nehmen eines polierten Saphirwafers, der den Epitaxiewachstumsgrad erfüllt, als Ausgangsmaterial; und Vorbereiten für nachfolgende Herstellungsprozesse durch geeignete Vorbehandlung (einschließlich Waferreinigung).
  • Der Epitaxiewafer 1 wird aus Wafers wie Saphir, Silizium, Siliziumkarbid, oder anderen Materialien hergestellt, die für den Bereich der Bedingungen des InGaN-Epitaxieprozesses geeignet sind.
  • Als nächstes kann eine 2D-Materialgrundierungsschicht 2 entsprechend den Konstruktionsanforderungen hinzugefügt werden, d. h. die 2D-Materialgrundierungsschicht 2 kann mit einem etablierten Herstellungsprozess (z. B. hBN) gezüchtet werden. Insbesondere kann die 2D-Materialgrundschicht 2 auf einer Oberfläche des Epitaxiewafers 1, als Ätzstoppschicht im RGB-Epitaxieprozess in einer selektiven Zone, als Substrat für das Wachstum des 2D-Materials in der selektiven Zone, und als Van-der-Waals-Bindungsschicht für die Ablösung der Komponenten vom Epitaxiewafer 1 nach Abschluss des LED-Prozesses, umfassend beschichtet werden.
  • Die 2D-Materialgrundierungsschicht 2 enthält eine heterogene Materialbindungsschicht (Heterostruktur) oder eine Einzelschicht mit einer Gesamtdicke von 0,5 nm bis 1000 nm. 2D-Material kann hBN (hexagonales Bornitrid), Graphen, und TMD-Familie (Übergangsmetalldithiocarbid) usw. sein. Bestehende Verfahren wie Wachstum, Abscheidung, Übertragung, Beschichtung usw. sowie die erforderlichen Vor- und Nachbehandlungsverfahren können genutzt werden. Wenn die Oberfläche des Epitaxiewafers 1 mit der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 umfassend beschichtet ist und ein Epitaxie-Montageprozess durchgeführt wird, kann eine Fasenbeschichtung oder eine Rückseitenbeschichtung von außerhalb des effektiven Einsatzbereichs der Kante des Epitaxiewafers 1 durchgeführt werden, nachdem die 2D-Materialgrundierungsschicht 2 beschichtet ist, um eine Seitenkante der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 wirksam zu verkapseln und so das Risiko einer teilweisen oder vollständigen Ablösung während des Montageprozesses zu vermeiden. Nach Abschluss des Montageprozesses wird die Schutzschicht durch Fasenätzung entfernt und der Epitaxiewafer desorbiert; das Material der Schutzschicht kann Oxid oder Nitrid sein.
  • Schritt 2: Aufdampfen, wobei SiO2 auf dem Epitaxiewafer als Epitaxiezonen-Isolierschicht 3 für jede farbige Lichtkomponente abgeschieden wird. SiO2 kann auch durch andere Oxide, Nitride, oder Karbide mit elektrischer Isolierung, Durchlässigkeit für sichtbares Licht, und nichtkristalliner Qualität ersetzt werden.
  • Schritt 3: Gelblicht/Ätzen, wobei SiO2 aus der LED-Epitaxiezonen-Isolierschicht, die jeder farbigen Lichtkomponente auf demselben Epitaxiewafer 1 entspricht, entfernt wird, und das Ätzen endet an der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 (hBN-Oberfläche), um drei Sätze von Blockgrabenzonen 31 für die Herstellung der dreifarbigen Komponente zu bilden. Wenn es keine 2D-Materialgrundierungsschicht 2 gibt, wie zuvor beschrieben, endet das Ätzen am Epitaxiewafer 1.
  • Schritt 4: Auswahl der Zone, was bedeutet, dass mindestens (n-1) der n Blockgrabenzonen 31 im Schritt 3 ausgewählt werden, um eine Zwischenschicht auf der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 (hBN-Oberfläche) am Boden der Blockgrabenzone 31 zu wachsen, und die Zwischenschicht ist so konfiguriert, dass sie eine epitaktische Gitterkonstante moduliert. Wenn beispielsweise dreifarbige Lichtkomponente auf demselben Wafer hergestellt werden und die drei Gruppen von Blockgrabenzonen 31 in dem oben erwähnten Schritt 3 hergestellt werden, dann werden mindestens zwei (es können zwei oder drei sein) Gruppen von Blockgrabenzonen 31 ausgewählt, um die Zwischenschicht am Boden wachsen zu lassen; wenn nur zweifarbige Lichtkomponente auf demselben Wafer hergestellt werden, gibt es nur zwei Gruppen von Blockgrabenzonen in der Epitaxiezonen-Isolierschicht 3, und dann wird der Boden der Blockgrabenzone 31, der mindestens einer Typ der Komponenten entspricht, mit der Zwischenschicht zur Modulation der epitaktischen Gitterkonstante gezüchtet.
  • In den 2 bis 5 werden die roten, grünen, und blauen LED-Komponenten auf demselben Wafer hergestellt, die Epitaxiezonen-Isolierschicht 3 hat drei Gruppen von Blockgrabenzonen 31, dann wird die Zwischenschicht auf dem Boden jeder der Blockgrabenzonen 31 aufgewachsen, die mindestens zwei Komponenten entsprechen. In den Abbildungen ist die Zwischenschicht zu sehen, die auf dem Boden jeder der den drei Komponenten entsprechenden Blockgrabenzonen 31 wächst. In diesem Fall kann die Zwischenschicht aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien bestehen. Alternativ besteht die Zwischenschicht aus einer unteren Schicht und einer Oberflächenschicht, wobei die untere Schicht aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien besteht, und die Oberflächenschicht über die untere Schicht gezogen wird und die Oberflächenschicht aus einem Nitrid besteht, das ein Element wie Al oder Ga oder In usw. enthält. Die 2D-Materialien können auch hBN (hexagonales Bornitrid), Graphen, und die TMD-Familie (Übergangsmetalldithiocarbid), usw. sein. Wie in den 2 bis 5 gezeigt, wächst auf der Blockgrabenzone 31 für die Blaulichtkomponente eine WS2-Schicht durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) auf der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 (hBN-Oberfläche) auf und wächst dann GaN durch Molekularstrahlepitaxie (MBE), wodurch die Zwischenschicht 41 des Blaulichtbereichs gebildet wird; die Zwischenschicht 41 der Blockgrabenzone 31 für die Grünlichtkomponenten auf der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 ist MBE InxGa1-xN/CVD WSe2, und die Zwischenschicht 43 der Blockgrabenzone 31 für die Rotlichtkomponenten auf der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 ist MBE InyGa1-yN/CVD WSe2, wobei y > x.
  • Das 2D-Material der in ausgewählten Zonen gewachsene Zwischenschicht kann durch ein einstufiges Wachstums- oder Abscheideverfahren (z. B. CVD oder MOCVD usw.) oder ein zweistufiges Wachstumsverfahren, wie z. B. die Abscheidung einer Wolfram- oder Molybdän-Metallschicht und die anschließende Selenisierung oder Schwefelung dieser Schicht, erzeugt werden.
  • Die Nitrid-Oberflächenschicht, die ein Element wie Al oder Ga oder In usw. enthält und für die in ausgewählten Zonen gewachsene Zwischenschicht verwendet wird, kann durch verschiedene physikalische oder chemische Gasphasenabscheidungsverfahren wie MOCVD, Sputtern, oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden werden, und die Dicke kann auf etwa 20 nm eingestellt werden, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Schritt 5: Aufgrund des Gittermodulationseffekts der oben genannten Zwischenschichten 41, 42, 43 ist es möglich, die Temperatur des Epitaxieprozesses und andere Parameter konstant zu halten, und der LED-Epitaxieprozess wird in den Blockgrabenzonen 31 auf demselben Epitaxiewafer 1 durchgeführt, um eine Epitaxieschicht 5 zu bilden. Der Epitaxieprozess zur Herstellung verschiedener Farblichtkomponenten auf demselben Wafer kann gleichzeitig oder nacheinander durchgeführt werden. Die Größe der InGaN LED-Komponenten, für die die Komponentenherstellung auf demselben Epitaxiewafer 1 abgeschlossen ist, liegt im Bereich der Mikro-LED-Größe.
  • Nachdem der Prozess der blau-grün-roten InGaN LED-Epitaxieschicht 5 abgeschlossen ist, kann der gewöhnliche LED-Komponenten-Fertigungsprozess fortgesetzt werden, und typische Prozesse umfassen das Mesa-Ätzen und die Herstellung von Elektroden 6, Isolationsschichten, und Metallpads 7. Dann wird, wie in 2 gezeigt, ein Substrat 9, das Treiber und Steuerschaltungen 8 enthält, direkt verbunden, und dann wird der Epitaxiewafer 1, der für die ursprüngliche Epitaxie verwendet wurde, abgetrennt oder entfernt; oder, wie in 3 gezeigt, wird der Epitaxiewafer 1 zuerst abgetrennt und dann mit den Treibern und Steuerschaltungen 8 und dergleichen verbunden. Bei dem Substrat 9 kann es sich um ein Substrat handeln, das eine CMOS-Komponente auf Siliziumbasis oder eine Steuerschaltung enthält, oder um ein Glassubstrat, auf dem ein TFT hergestellt wurde, usw. Prüfung der blau-grün-roten LED-Komponenten wird durchgeführt, und die Reparatur erfolgt unter Verwendung redundanter blau-grün-roter LED-Komponenten (z. B. mit Hilfe von Mechanismen wie einer elektronischen Sicherung). Die besagte Treiber- und Steuerschaltung umfasst einen Mechanismus zur redundanten Prüfung und Reparatur von RGB LED-Komponenten (z. B. elektronische Sicherung usw.).
  • Auf diese Weise vervollständigt diese Anwendung die Produktion von Mikro-LED-Vorrichtung. Die funktionelle Kernstruktur der dreitypen RGB InGaN LED-Komponenten besteht aus der Nitrid-Halbleiter-Epitaxieschicht, und das Material der aktiven lichtemittierenden Schicht ist InGaN. Diese Methode kann den Massentransferprozess bei der Herstellung von Mikro-LED-Bildschirmen eliminieren oder vereinfachen.
  • Unter nochmaliger Bezugnahme auf die 2 bis 5 besteht eine RGB InGaN-basierte Mikro-LED-Vorrichtung, die in der vorliegenden Anmeldung hergestellt wird, aus mehreren RGB InGaN LED-Komponenten; wobei die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten entsprechend einem für einen Endprodukt erforderlichen Layout-Design verteilt werden; dreifarbige Lichtkomponenten in der mehreren RGB InGaN LED-Komponenten auf demselben Epitaxiewafer 1 hergestellt werden; eine 2D-Materialgrundierungsschicht 2 wird durch Aufdampfen auf dem Epitaxiewafer 1 gebildet, und eine Epitaxiezonen-Isolierschicht 3 aus SiO2 wird durch Abscheidung auf der 2D-Materialgrundierungsschicht 2 gebildet; die Epitaxiezonen-Isolierschicht 3 wird geätzt, um Blockgrabenzonen 31 für die dreifarbige Lichtkomponenten zu bilden; Zwischenschichten 41, 42 und 43 zur Modulation der epitaktischen Gitterkonstanten werden jeweils am Boden der Blockgrabenzone 31 für die dreifarbige Lichtkomponenten gebildet; und eine epitaktische Schicht 5 aus einem InGaN-basierten Material entsprechend den dreifarbigen Lichtkomponenten wird dann auf den Zwischenschichten 41, 42 und 43 in den Blockgrabenzonen 31 gebildet.
  • Je nach dem für das Endprodukt erforderlichen Layout-Design bilden die RGB InGaN LED-Komponenten Pixel, und das Layout der RGB InGaN LED-Komponenten in einem einzelnen Pixel kann mit mehr als einem Satz von RGB InGaN LED-Komponenten als Redundanz zur Reparatur defekter Komponenten entworfen werden, um die Ausbeute zu verbessern. Das Layout ist so gestaltet, dass genügend Fläche für die Berührungs-, Erfassungs-, und verschiedenen biometrischen Komponenten zur Verfügung steht, mit denen das Bildschirm konfiguriert werden kann. Nach Abschluss des LED-Montageprozesses besteht eine weitere Prozessoption darin, TFT- und andere Arrays direkt auf demselben Epitaxiewafer 1 auszuführen, die in denselben Epitaxiewafer integriert werden können; nach Abschluss des Prozesses kann der Epitaxiewafer abgetrennt und dann mit einem Substrat verbunden werden, das die notwendigen Mechanismen (Treiber und Steuerschaltungen usw.) enthält, oder direkt mit dem Substrat verbunden werden, das die notwendigen Mechanismen enthält, und vom Epitaxiewafer abgenommen werden.
  • Mit dem Verfahren der vorliegenden Anmeldung können verschiedene Bildschirme und zugehörige Komponenten hergestellt werden.
  • Das Vorstehende ist nur eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Anmeldung dar. Es sollte beachtet werden, dass alle gleichwertigen Änderungen, die von einem Fachmann nach dem Lesen der vorliegenden Spezifikation in Übereinstimmung mit den Designideen der vorliegenden Anmeldung vorgenommen werden, in den Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • CN 201910240892 [0006]

Claims (6)

  1. Eine RGB InGaN-basierte Mikro-LED-Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehreren RGB InGaN LED-Komponenten besteht; wobei die mehrere RGB InGaN LED-Komponenten entsprechend einem für einen Endprodukt erforderlichen Layout-Design verteilt werden; zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten in der mehreren RGB InGaN LED-Komponenten auf einen demselben Epitaxiewafer (1) hergestellt werden; eine Epitaxiezonen-Isolierschicht (3) wird auf dem Epitaxiewafer (1) gebildet; Blockgrabenzonen (31) für die zwei- oder drei-farbige Lichtkomponenten werden in den Epitaxiezonen-Isolierschicht (3) gebildet, und dementsprechend wird eine Zwischenschicht (41, 42, 43) zur Modulation der epitaktischen Gitterkonstante am Boden jeder der Blockgrabenzonen (31) für mindestens ein- bzw. zwei-farbige Lichtkomponenten gebildet, und eine epitaktische Schicht aus einem InGaN-basierten Material der entsprechenden farbigen Lichtkomponenten wird in jeden der Blockgrabenzonen (31) gebildet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht (41, 42, 43) aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zwischenschicht (41, 42, 43) aus einer unteren Schicht und einer Oberflächenschicht besteht; die untere Schicht aus einer einzigen Art von 2D-Material oder einer Verbundschicht aus mehreren Arten von 2D-Materialien besteht, und die Oberflächenschicht über die untere Schicht gezogen wird und die Oberflächenschicht aus einem Nitrid besteht, das ein Element wie Al oder Ga oder In enthält; die Dicke der Nitrid-Oberflächenschicht auf etwa 20 nm eingestellt wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine vollständig abgedeckte 2D-Materialgrundierungsschicht (2) zwischen dem Epitaxiewafer (1) und der Epitaxiezonen-Isolierschicht (3); der Boden der Blockgrabenzone (31) an der 2D-Materialgrundierungsschicht (2) endet.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fasenbeschichtung oder eine Rückseitenbeschichtung von außerhalb des effektiven Einsatzbereichs der Kante des Epitaxiewafers (1) auf der 2D-Materialgrundierungsschicht (2) gebildet wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Epitaxiezonen-Isolierschicht (3) auf dem Epitaxiewafer (1) ist zu der Blockgrabenzonen (31) für die drei-farbige Lichtkomponenten ausgebildet, und der Boden jeder Blockgrabenzone (31) für die drei-farbige Lichtkomponenten ist zu der Zwischenschicht (41, 42, 43) zum Modulieren der epitaktischen Gitterkonstanten ausgebildet; wobei die Zwischenschicht (41, 42, 43) am Boden der Blockgrabenzone (31) der blauen Lichtkomponenten aus einer WS2-Schicht und einer GaN-Schicht besteht, die Zwischenschicht (41, 42, 43) am Boden der Blockgrabenzone (31) der grünen Lichtkomponenten aus einer WSe2-Schicht und einer InxGa1-xN-Schicht besteht, und die Zwischenschicht (41, 42, 43) am Boden der Blockgrabenzone (31) der roten Lichtkomponenten aus einer WSe2-Schicht und einer InyGa1-yN-Schicht besteht, wobei y>x.
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