JP2020013811A - Light-emitting element manufacturing method and light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子の製造方法および発光素子に関するものであり、そしてより具体的には発光素子の基板毎またはブロック毎の一括転写を使用した発光素子の製造方法およびそれにより製造される発光素子に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a light-emitting element and a light-emitting element, and more specifically, a method for manufacturing a light-emitting element using collective transfer of a light-emitting element for each substrate or block, and a light-emitting element manufactured thereby It is about.
現在、表示装置として液晶表示装置や有機発光ダイオードが使用されている。 Currently, liquid crystal display devices and organic light emitting diodes are used as display devices.
表示装置としては、LEDが、現在照明分野に広く使用されているが、近年、マイクロLEDが開発され、表示装置としてとして、利用され始めている。 As a display device, an LED is currently widely used in the field of lighting. In recent years, a micro LED has been developed and has begun to be used as a display device.
従来のマイクロLEDにおいては、LEDの結晶性を良くする目的で、Si基板の表面のみに、まずGaNバッファ層を5〜10μと非常に厚く形成し、その上にGaNエピタキシャル層を形成し、マイクロLEDを製造する方法を採用していた。このため表面に形成したGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層のストレスにより、ウェハが大きく反ってしまい、その結果、マイクロLEDの寸法および位置の精度が均一なパターンを得ることができず、マイクロLEDを配線用基板に一括転写することが困難であった。 In a conventional micro LED, in order to improve the crystallinity of the LED, a very thick GaN buffer layer is first formed on the surface of the Si substrate as 5 to 10 μm, and a GaN epitaxial layer is formed thereon. A method of manufacturing an LED has been adopted. For this reason, the wafer is greatly warped due to the stress of the GaN buffer layer and the GaN epitaxial layer formed on the surface, and as a result, it is not possible to obtain a pattern in which the size and position accuracy of the micro LED are uniform, and the micro LED is wired. It was difficult to transfer them all at once to the substrate.
さらに、特許文献1に示すように、従来の技術では、表示用基板には、マイクロLEDチップが1チップずつ転写されるため、非常に多くの作業時間が必要であり、さらにチップの数が多いため、全てのチップの位置合わせを完全に正確に同一にすることは不可能であった。
Further, as shown in
従って、本発明が解決しようとする課題は、発光素子の製造方法において、発光素子のフォトリソグラフィー工程での半導体基板の反りを最小限に抑え、かつ半導体基板毎、またはブロック毎のマイクロLEDチップの一括転写を実現することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing a light-emitting element, in which the warpage of a semiconductor substrate in a photolithography step of the light-emitting element is minimized, and a micro LED chip for each semiconductor substrate or for each block. This is to realize batch transfer.
本願請求項1に記載の発光素子の製造方法は、
半導体基板の両面にSiC層およびGaNバッファ層をこの順序で形成することにより、前記半導体基板の反りを少なくする工程、
前記半導体基板の表面にGaNエピタキシャル層を形成する工程、
前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNバッファ層、前記SiC層および前記半導体基板を研削する工程、
前記マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記SiC層およびGaNバッファ層と、を除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターンおよび透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
Forming a SiC layer and a GaN buffer layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a GaN epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN buffer layer on the back surface of the semiconductor substrate, the SiC layer and the semiconductor substrate,
A step of transferring the micro LED to a display wiring substrate for each semiconductor substrate or each block,
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate in a state of being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
The object is achieved by providing a method for manufacturing a light emitting device, comprising a step of forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
本願請求項1に記載の発光素子の製造方法は、半導体基板表面に青色マイクロLEDのみを形成し、その後前記青色マイクロLEDの上にそれぞれ赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子を形成し、前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組とした発光素子を完成させる。ここで発光素子とは、前記青色マイクロLED上にそれぞれ前記赤色蛍光層パターンと、前記緑色蛍光層パターン、または前記絶縁層パターンを形成し、形成した前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組としたものである。そして図1に示すように半導体基板を準備し、図2に示すように、前記半導体基板の両面にエッチストップ用とGaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのSiC層と、GaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのGaNバッファ層を形成する。前記半導体基板の両面に前記SiC層と前記GaNバッファ層を形成する理由は、前記半導体基板のそりを少なくするためである。図3に示すように前記半導体基板の表面にGaNエピタキシャル層であるp型GaN層と、量子井戸層、およびn型GaN層を形成し、図4に示すように前記青色マイクロLEDを製造する場合に、裏面にも前記SiC層および厚い前記GaNバッファ層が存在するため、前記半導体基板のそりを少なくできる。このことにより、従来のようにマイクロLEDパターンを形成するフォトグラフィー工程での半導体基板の大きなそりが原因で半導体基板を露光ステージへに完全に平坦に吸着できないという問題を解決でき、マイクロLEDのパターンの寸法と位置精度を制御よく形成できる。従来は、半導体基板の表面のみにGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層を形成するために、ウェハが大きく反り、このため、露光ステージに強制的に吸着させても、半導体基板のそりは残り、マイクロLEDのパターンおよび位置の精度が必ずしも均一にならないという欠点があった。以上の理由により、従来、半導体基板またはブロック毎の一括転写においては、マイクロLEDの位置合わせが困難であった。本発明では、図5に示すように、前記青色マイクロLEDパターンを形成した後は、表面のストレスは、解放されるが、裏面に形成した層によるストレスが残る。このため、図6、図7に示すように前記半導体基板の裏面の前記GaNバッファ層と、前記SiC層および前記半導体基板を研削し、裏面のストレスを開放する。さらに前記半導体基板を研削する理由は、前記青色マイクロLEDを備えるブロックを切り出しやすくするためでもある。そして図24に示すように前記青色マイクロLEDを半導体基板のブロック毎に切り出す。その後、図25に示すように、前記半導体基板のブロックを反転させ、図27に示すように表示用配線基板を準備し、図28に示すように前記表示用配線基板と位置合わせを行い、対向する電極同士が接合できるようにする。図29には、前記青色マイクロLEDを備えた前記半導体基板ブロックを表示配線用基板に転写した状態を示す。図30に示すように前記半導体ブロック毎の前記青色マイクロLEDを前記表示用配線基板に転写した工程後に、前記半導体基板の裏面を除いて、転写した構造全体をレジスト層または絶縁層で覆う。そして、図31に示すように、表示装置に必要のない、前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板の表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層をプラズマエッチングおよびウェットエッチングにより除去する。その後、図32に示すように、前記青色のマイクロLEDパターンの間に、層間絶縁層を形成する。その後、図33に示すように露出した前記青色のマイクロLEDの裏面に透明導電体層パターンを形成し、図34に示すように前記透明導電体層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、図35に示すように引き出し電極上の前記層間絶縁膜を除去し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を完成させることができる。
The method for manufacturing a light emitting device according to
このようにして、そりの少ない基板を使用し、フォトリソグラフィー工程で精度よく青色マイクロLEDを形成し、かつ、半導体基板毎またはブロック毎に表示用配線基板に一括転写することにより転写作業の効率を向上させたうえで、表示装置を完成できる。赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子の下部電極と、上部透明電極間に電圧を印加し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子青色の光強度を調整し、表示装置として望ましい色の光を発光させることができる。なお、蛍光層は、青色LED上に形成し、赤色および緑色を発光させるために広く使用され、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を容易に形成できる利点がある。 In this way, by using a substrate with less warpage, a blue micro LED is formed with high precision in the photolithography process, and the transfer efficiency is improved by collectively transferring the semiconductor substrate or block to the display wiring substrate. After the improvement, the display device can be completed. A voltage is applied between the lower electrode and the upper transparent electrode of the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element, and the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element. Can be adjusted to emit light of a desired color as a display device. Note that the fluorescent layer is formed on a blue LED and is widely used for emitting red and green light, and has an advantage that a light emitting element including a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element can be easily formed. .
本願請求項2に記載の発光素子の製造方法は、
半導体基板の両面にSiC層とGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層をこの順序で形成することにより、前記半導体基板の反りを少なくする工程、
前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNエピタキシャル層、前記GaNバッファ層、前記SiC層、および前記半導体基板を研削する工程、
前記マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示用配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層と、を除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
Forming a SiC layer, a GaN buffer layer and a GaN epitaxial layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order, thereby reducing the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN epitaxial layer on the back surface of the semiconductor substrate, the GaN buffer layer, the SiC layer, and the semiconductor substrate;
A step of transferring the micro LED to a display wiring substrate for each semiconductor substrate or each block,
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate in a state of being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
The above object is achieved by providing a method for manufacturing a light emitting device, comprising a step of forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
本願請求項2に記載の発光素子の製造方法は、半導体基板表面に青色マイクロLEDのみを形成し、その後前記青色マイクロLEDの上にそれぞれ赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子を形成し、前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組とした発光素子を完成させる。ここで発光素子とは、青色マイクロLED上にそれぞれ前記赤色蛍光層パターンと、前記緑色蛍光層パターン、または前記絶縁層パターンを形成し、形成した前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組としたものである。そして図1に示すように前記半導体基板を準備し、図8に示すように、前記半導体基板の両面にエッチストップ用とGaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのSiC層と、GaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのGaNバッファ層、およびGaNエピタキシャル層であるp型GaN層と、量子井戸層、およびn型GaN層を形成する。前記半導体基板の両面に前記SiC層と、前記GaNバッファ層、および前記GaNエピタキシャル層を形成する理由は、前記半導体基板のそりを少なくするためである。図9に示すように前記青色マイクロLEDを製造する場合に、裏面にも前記SiC層、厚い前記GaNバッファ層、および前記GaNエピタキシャル層が存在するため、前記半導体基板のそりを少なくできる。このことにより、従来のようにマイクロLEDパターンを形成するフォトグラフィー工程での前記半導体基板の大きなそりが原因で前記半導体基板を露光ステージへに完全に平坦に吸着できないという問題を解決でき、マイクロLEDのパターンの寸法と位置精度を制御よく形成できる。従来は、半導体基板の表面のみにGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層を形成するために、ウェハが大きく反り、このため、露光ステージに強制的に吸着させても、半導体基板のそりは残り、マイクロLEDのパターンおよび位置の精度が必ずしも均一にならないという欠点があった。以上の理由により、従来、半導体基板またはブロック毎の一括転写においては、マイクロLEDの位置合わせが困難であった。本発明では、図10に示すように、前記青色のマイクロLEDパターンを形成した後は、表面のストレスは、解放されるが、裏面に形成した層によるストレスが残る。このため、図11、図12に示すように前記半導体基板の裏面の前記GaNエピタキシャル層と、前記GaNバッファ層と、前記SiC層および前記半導体基板を研削し、裏面のストレスを開放する。さらに前記半導体基板を研削する理由は、前記青色マイクロLEDを備えるブロックを切り出しやすくするためでもある。そして図24に示すように前記青色マイクロLEDを半導体基板のブロック毎に切り出す。その後、図25に示すように、前記半導体基板のブロックを反転させ、図27に示すように表示用配線基板を準備し、図28に示すように前記表示用配線基板と位置合わせを行い、対向する電極同士が接合できるようにする。図29には、前記青色マイクロLEDを備えた前記半導体基板ブロックを前記表示配線用基板に転写した状態を示す。図30に示すように前記半導体ブロック毎の青色マイクロLEDを前記表示用配線基板に転写した工程後に、前記半導体基板の裏面を除いて、転写した構造全体をレジスト層または絶縁層で覆う。そして、図31に示すように、表示装置に必要のない、前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板の表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層をプラズマエッチングおよびウェットエッチングにより除去する。その後、図32に示すように、前記青色のマイクロLEDパターンの間に、層間絶縁層を形成する。その後、図33に示すように露出した前記青色のマイクロLEDの裏面に透明導電体層パターンを形成し、図34に示すように前記透明導電体層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、図35に示すように引き出し電極上の前記層間絶縁膜を除去し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を完成させることができる。
The method for manufacturing a light emitting device according to
このようにして、そりの少ない基板を使用し、フォトリソグラフィー工程で精度よく青色マイクロLEDを形成し、かつ、半導体基板毎またはブロック毎に表示用配線基板に一括転写することにより転写作業の効率を向上させたうえで、表示装置を完成できる。赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子の下部電極と、上部透明電極間に電圧を印加し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子青色の光強度を調整し、表示装置として望ましい色の光を発光させることができる。なお、蛍光層は、青色LED上に形成し、赤色および緑色を発光させるために広く使用され、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を容易に形成できる利点がある。 In this way, by using a substrate with less warpage, a blue micro LED is formed with high precision in the photolithography process, and the transfer efficiency is improved by collectively transferring the semiconductor substrate or block to the display wiring substrate. After the improvement, the display device can be completed. A voltage is applied between the lower electrode and the upper transparent electrode of the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element, and the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element. Can be adjusted to emit light of a desired color as a display device. Note that the fluorescent layer is formed on a blue LED and is widely used for emitting red and green light, and has an advantage that a light emitting element including a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element can be easily formed. .
本願請求項3に記載の発光素子の製造方法は、
半導体基板の両面にGaN層バッファを形成することにより、前記半導体基板の反りを少なくする工程、
半導体基板の表面にGaNエピタキシャル層を形成する工程、
前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNバッファ層および前記半導体基板を研削する工程、
前記青色マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記GaN層とを、除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決している。
The method of manufacturing a light emitting device according to
Forming a GaN layer buffer on both surfaces of the semiconductor substrate to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a GaN epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate,
Forming a blue micro LED on the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN buffer layer and the semiconductor substrate on the back surface of the semiconductor substrate,
Transferring the blue micro LED to a display wiring board for each semiconductor substrate or block;
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the GaN layer on the surface of the semiconductor substrate while being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
The object is achieved by providing a method for manufacturing a light emitting device, comprising a step of forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
本願請求項3に記載の発光素子の製造方法は、半導体基板表面に青色マイクロLEDのみを形成し、その後前記青色マイクロLEDの上にそれぞれ赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子を形成し、前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組とした発光素子を完成させる。ここで発光素子とは、前記青色マイクロLED上にそれぞれ前記赤色蛍光層パターンと、前記緑色蛍光層パターン、および前記絶縁層パターンを形成し、形成した前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組としたものである。そして図1に示すように半導体基板を準備し、図13に示すように、前記半導体基板の両面にGaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのGaNバッファ層を形成する。前記半導体基板の両面に前記GaNバッファ層を形成する理由は、前記半導体基板のそりを少なくするためである。図14に示すように前記半導体基板の表面に前記GaNエピタキシャル層であるp型GaN層と、量子井戸層、およびn型GaN層を形成し、図15に示すように前記青色マイクロLEDを製造する場合に、裏面にも厚い前記GaNバッファ層が存在するため、前記半導体基板のそりを少なくできる。このことにより、従来のようにマイクロLEDパターンを形成するフォトグラフィー工程での前記半導体基板の大きなそりが原因で前記半導体基板を露光ステージへに完全に平坦に吸着できないという問題を解決でき、マイクロLEDのパターンの寸法と位置精度を制御よく形成できる。従来は、半導体基板の表面のみにGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層を形成するために、ウェハが大きく反り、このため、露光ステージに強制的に吸着させても、半導体基板のそりは残り、マイクロLEDのパターンおよび位置の精度が必ずしも均一にならないという欠点があった。以上の理由により、従来、半導体基板またはブロック毎の一括転写においては、マイクロLEDの位置合わせが困難であった。本発明では、図16に示すように、前記青色のマイクロLEDパターンを形成した後は、表面のストレスは、解放されるが、裏面に形成した層によるストレスが残る。このため、図17、図18に示すように前記半導体基板の裏面の前記GaNバッファ層、および前記半導体基板を研削し、裏面のストレスを開放する。さらに前記半導体基板を研削する理由は、前記青色マイクロLEDを備えるブロックを切り出しやすくするためでもある。そして図24に示すように前記青色マイクロLEDを半導体基板のブロック毎に切り出す。その後、図26に示すように、前記半導体基板のブロックを反転させ、図27に示すように表示用配線基板を準備し、図28に示すように前記表示用配線基板と位置合わせを行い、対向する電極同士が接合できるようにする。図29には、前記青色マイクロLEDを備えた前記半導体基板ブロックを前記表示配線用基板に転写した状態を示す。図30に示すように前記半導体ブロック毎の青色マイクロLEDを表示用配線基板に転写した工程後に、半導体基板の裏面を除いて、転写した構造全体をレジスト層または絶縁層で覆う。そして、図31に示すように、表示装置に必要のない、前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板の表面の前記GaNバッファ層をプラズマエッチングおよびウェットエッチングにより除去する。その後、図32に示すように、前記青色マイクロLEDパターンの間に、層間絶縁層を形成する。その後、図33に示すように露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電体層パターンを形成し、図34に示すように前記透明導電体層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、図35に示すように引き出し電極上の前記層間絶縁膜を除去し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を完成させることができる。
The method of manufacturing a light emitting device according to
このようにして、そりの少ない基板を使用し、フォトリソグラフィー工程で精度よく青色マイクロLEDを形成し、かつ、半導体基板毎またはブロック毎に表示用配線基板に一括転写することにより転写作業の効率を向上させたうえで、表示装置を完成できる。赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子の下部電極と、上部透明電極間に電圧を印加し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子青色の光強度を調整し、表示装置として望ましい色の光を発光させることができる。なお、蛍光層は、青色LED上に形成し、赤色および緑色を発光させるために広く使用され、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を容易に形成できる利点がある。 In this way, by using a substrate with less warpage, a blue micro LED is formed with high precision in the photolithography process, and the transfer efficiency is improved by collectively transferring the semiconductor substrate or block to the display wiring substrate. After the improvement, the display device can be completed. A voltage is applied between the lower electrode and the upper transparent electrode of the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element, and the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element. Can be adjusted to emit light of a desired color as a display device. Note that the fluorescent layer is formed on a blue LED and is widely used for emitting red and green light, and has an advantage that a light emitting element including a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element can be easily formed. .
本願請求項4に記載の発光素子の製造方法は、
半導体基板の両面にGaN層バッファおよびGaNエピタキシャル層をこの順序で形成することにより、前記半導体基板の反りを少なくする工程、
前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNエピタキシャル層と、GaNバッファ層、および前記半導体基板を研削する工程、
前記青色マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層とを、除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた発光素子の製造方法を提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
Forming a GaN layer buffer and a GaN epitaxial layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN epitaxial layer on the back surface of the semiconductor substrate, a GaN buffer layer, and the semiconductor substrate;
Transferring the blue micro LED to a display wiring board for each semiconductor substrate or block;
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate in a state transferred to the display wiring substrate and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
The above object is achieved by providing a method for manufacturing a light emitting device comprising a step of forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
本願請求項4に記載の発光素子の製造方法は、半導体基板表面に青色マイクロLEDのみを形成し、その後前記青色マイクロLEDの上にそれぞれ赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子を形成し、前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組とした発光素子を完成させる。ここで発光素子とは、前記青色マイクロLED上にそれぞれ前記赤色蛍光層パターンと、前記緑色蛍光層パターン、または前記絶縁層パターンを形成し、形成した前記赤色発光素子と、前記緑色発光素子、および前記青色発光素子を一組としたものである。そして図1に示すように半導体基板を準備し、図19に示すように、前記半導体基板の両面にGaNエピタキシャル層の結晶性を向上させるためのGaNバッファ層と、GaNエピタキシャル層であるp型GaN層と、量子井戸層、およびn型GaN層を形成する。半導体基板の両面に前記GaNバッファ層、および前記GaNエピタキシャル層を形成する理由は、前記半導体基板のそりを少なくするためである。図20に示すように前記青色マイクロLEDを製造する場合に、裏面にも厚い前記GaNバッファ層、および前記GaNエピタキシャル層が存在するため、前記半導体基板のそりを少なくできる。このことにより、従来のようにマイクロLEDパターンを形成するフォトグラフィー工程での前記半導体基板の大きなそりが原因で前記半導体基板を露光ステージへに完全に平坦に吸着できないという問題を解決でき、マイクロLEDのパターンの寸法と位置精度を制御よく形成できる。従来は、半導体基板の表面のみにGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層を形成するために、ウェハが大きく反り、このため、露光ステージに強制的に吸着させても、半導体基板のそりは残り、マイクロLEDのパターンおよび位置の精度が必ずしも均一にならないという欠点があった。以上の理由により、従来、半導体基板またはブロック毎の一括転写においては、マイクロLEDの位置合わせが困難であった。本発明では、図21に示すように、前記青色マイクロLEDパターンを形成した後は、表面のストレスは、解放されるが、裏面に形成した層によるストレスが残る。このため、図22、図23に示すように前記半導体基板の裏面の前記GaNエピタキシャル層と、前記GaNバッファ層、および前記半導体基板を研削し、裏面のストレスを開放する。さらに前記半導体基板を研削する理由は、前記青色マイクロLEDを備えるブロックを切り出しやすくするためでもある。そして図24に示すように前記青色マイクロLEDを前記半導体基板のブロック毎に切り出す。その後、図26に示すように、前記半導体基板のブロックを反転させ、図27に示すように表示用配線基板を準備し、図28に示すように前記表示用配線基板と位置合わせを行い、対向する電極同士が接合できるようにする。図29には、前記青色マイクロLEDを備えた半導体基板ブロックを前記表示配線用基板を転写した状態を示す。図30に示すように前記半導体ブロック毎の前記青色マイクロLEDを前記表示用配線基板に転写した工程後に、前記半導体基板の裏面を除いて、転写した構造全体をレジスト層または絶縁層で覆う。そして、図31に示すように、表示装置に必要のない、前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板の表面の前記GaNバッファ層をプラズマエッチングおよびウェットエッチングにより除去する。その後、図32に示すように、前記青色マイクロLEDパターンの間に、層間絶縁層を形成する。その後、図33に示すように露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電体層パターンを形成し、図34に示すように前記透明導電体層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成し、図35に示すように引き出し電極上の前記層間絶縁膜を除去し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を完成させることができる。
The method of manufacturing a light emitting device according to
このようにして、そりの少ない基板を使用し、フォトリソグラフィー工程で精度よく青色マイクロLEDを形成し、かつ、半導体基板毎またはブロック毎に表示用配線基板に一括転写することにより転写作業の効率を向上させたうえで、表示装置を完成できる。赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子の下部電極と、上部透明電極間に電圧を印加し、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子青色の光強度を調整し、表示装置として望ましい色の光を発光させることができる。なお、蛍光層は、青色LED上に形成し、赤色および緑色を発光させるために広く使用され、赤色発光素子と、緑色発光素子、および青色発光素子からなる発光素子を容易に形成できる利点がある。 In this way, by using a substrate with less warpage, a blue micro LED is formed with high precision in the photolithography process, and the transfer efficiency is improved by collectively transferring the semiconductor substrate or block to the display wiring substrate. After the improvement, the display device can be completed. A voltage is applied between the lower electrode and the upper transparent electrode of the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element, and the light emitting element including the red light emitting element, the green light emitting element, and the blue light emitting element. Can be adjusted to emit light of a desired color as a display device. Note that the fluorescent layer is formed on a blue LED and is widely used for emitting red and green light, and has an advantage that a light emitting element including a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element can be easily formed. .
本願請求項5に記載の発光素子の製造方法は、
前記半導体基板が、Si基板である、請求項1から4に記載の発光素子の製造方法を
提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
The object is achieved by providing the method for manufacturing a light emitting device according to any one of
Si基板は、半導体プロセスで広く使用されているため、発光素子のプロセスで用いる、フォトリソグラフィー工程、研削工程、転写工程、エッチング工程を容易に行うことができ、発光素子を容易に形成できる。 Since a Si substrate is widely used in a semiconductor process, a photolithography step, a grinding step, a transfer step, and an etching step used in a light emitting element process can be easily performed, and a light emitting element can be easily formed.
本願請求項6に記載の発光素子の製造方法は、
前記半導体基板が、サファイヤ基板である、請求項1から4に記載の発光素子の製造方法
を提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
The object is achieved by providing the method for manufacturing a light emitting device according to any one of
サファイヤ基板は、LEDプロセスで広く使用されているため、発光素子のプロセスで用いる、フォトリソグラフィー工程、研削工程、転写工程、エッチング工程を容易に行うことができ、発光素子を容易に形成できる。 Since the sapphire substrate is widely used in the LED process, the photolithography step, the grinding step, the transfer step, and the etching step used in the process of the light emitting element can be easily performed, and the light emitting element can be easily formed.
本願請求項7に記載の発光素子の製造方法は、
前記表示用配線基板が、赤色と、緑色、および青色発光をそれぞれ独立に制御することを可能にする配線構造を備える、請求項1から4に記載の発光素子の製造方法
を提供することにより、上記課題を解決している。
The method for manufacturing a light emitting device according to
5. The method according to
この表示用配線基板は、赤色と、緑色、および青色発光素子をそれぞれ独立して制御できるため、カラーの表示用装置を動作させることができる。 The display wiring board can independently control the red, green, and blue light-emitting elements, so that the color display device can be operated.
本願請求項8に記載の発光素子は、
請求項1から4の何れか1項に記載の発光素子の製造方法により製造される発光素子
を提供することにより、上記課題を解決している。
The light emitting device according to
The above object is achieved by providing a light emitting device manufactured by the method for manufacturing a light emitting device according to any one of
本願請求項8に記載の発光素子は、請求項1から4何れか1項に記載の工程を行い、青色マイクロLEDを使用した赤色と、緑色、および青色発光素子を一組とした発光素子の多数の組を備え、それらの発光強度を調整し、カラーの表示装置を動作させることができる。
The light emitting device according to
本発明によると、半導体基板の両面にそれぞれSiC層とGaNバッファ層、SiC層とGaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層、GaNバッファ層、GaNバッファ層およびGaNエピタキシャル層を形成し、堆積工程での半導体基板の反りを少なくできるために、発光素子の製造工程での吸着障害を無くし、フォトリソグラフィー処理工程における半導体基板内の発光素子の寸法および位置を精度よく形成できる。 According to the present invention, a SiC layer and a GaN buffer layer, a SiC layer and a GaN buffer layer and a GaN epitaxial layer, a GaN buffer layer, a GaN buffer layer and a GaN epitaxial layer are formed on both surfaces of a semiconductor substrate, respectively. Since the warpage of the light emitting device can be reduced, the size of the light emitting device and the position of the light emitting device in the semiconductor substrate in the photolithography process can be formed with high precision by eliminating the adsorption obstacle in the manufacturing process of the light emitting device.
次に、発光素子を有する半導体基板を正方形、および長方形ブロックに切り出し、発光素子の寸法および位置の精度がよいために、これらを備えるブロックと表示用配線基板の位置合わせが容易になり、このブロック毎に表示用配線基板に一括転写できることにより、マイクロLEDを一つずつ転写する方式に比べ大幅に作業時間を短縮できる。 Next, the semiconductor substrate having the light-emitting element is cut into a square and a rectangular block. Since the dimensions and the position of the light-emitting element are accurate, the block including the light-emitting element can be easily aligned with the display wiring board. By being able to collectively transfer the micro LEDs to the display wiring board every time, the working time can be greatly reduced as compared with the method of transferring the micro LEDs one by one.
そして、青色マイクロLEDを使用した赤色と、緑色、および青色発光素子を、表示用配線基板に転写するよって、任意の色を発光できる青色マイクロLEDを使用した赤色、緑色、および青色発光素子を含む表示装置を実現できる。 And, by transferring the red, green, and blue light emitting elements using the blue micro LED to the display wiring board, the red, green, and blue light emitting elements using the blue micro LED that can emit any color are included. A display device can be realized.
さらに、赤色と、緑色、および青色発光素子からなる発光素子を有するブロックを何枚も組み合わせるだけで、大型基板の赤色と、緑色、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を、容易に実現できる利点がある。そして本発光素子を備えた表示装置を自動車、航空機、ロボット、IOT、通信機器、健康器具、セキュリティ機器などに利用できる。 Further, by simply combining a plurality of blocks having light-emitting elements including red, green, and blue light-emitting elements, a display device including light-emitting elements including red, green, and blue light-emitting elements on a large substrate can be easily formed. There are advantages that can be realized. The display device including the light emitting element can be used for automobiles, aircraft, robots, IOTs, communication devices, health appliances, security appliances, and the like.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において同一部分には、同一の符号を付している。
(実施形態1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, the same portions are denoted by the same reference numerals.
(Embodiment 1)
この実施形態は、赤色と、緑色、および青色LEDを形成する代わりに青色マイクロLED13を形成し、その上に透明電極配線48を形成した後、その上に赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および透明絶縁層パターン53を形成し、それぞれ、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成するものであり、またこれら赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を一組とした発光素子を基板1上に多数展開し、カラー表示装置として機能させるものである。
In this embodiment, instead of forming red, green, and blue LEDs, a blue
図1に示すように半導体基板1を準備し、図2に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に50〜200nmのSiC層2を形成し、その上に3〜10μmのGaNバファ層3を形成し、そして図3に示すように、半導体基板1の表面に0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、青色マイクロLEDの形成前に半導体基板1の反りを少なくした構造を形成する工程を示す。なお、半導体基板1の表面にエピタキシャル層を形成するのは、市販のエピタキシャル装置を利用することを考慮したものである。
As shown in FIG. 1, a
図4は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上に青色マイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成する。図5は、半導体基板1の表面に青色マイクロLED13を形成する工程を示す。各マイクロLEDは、0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6および500nm〜2μmの電極層7を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、選択的なイオン注入によっても良いし、また選択的なエピタキシャル成長によっても良い。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開する。
In FIG. 4, an
図6は、裏面のGaNバッファ層3と、SiC層2、および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1の残りの厚さを50〜300μmとする工程を示す。点線部分は研削する部分である。図7は、裏面のGaNバッファ層3と、SiC層2、および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1の残りの厚さを50〜300μmの厚さになるまで研削する工程後の状態を示す。
FIG. 6 shows a step of grinding the back surface of the
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出す工程を示す。
FIG. 24 shows a step of cutting the
図25は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させる工程を示す。
FIG. 25 shows a step of inverting the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させる転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤またははんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合する。
FIG. 28 shows a transfer step of aligning the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合する工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of joining the
図30は、接合した半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40構造の半導体基板1のブロック30以外をレジスト(または有機物、または絶縁層)21で塗布する工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護する。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させる。
プラズマエッチングを使用する場合には、半導体基板1のブロック以外を絶縁層、例えばSOG膜で覆う。
FIG. 30 shows a step of applying a block other than the bonded
When plasma etching is used, portions other than the block of the
図31は、半導体基板1をTMAHまたはTMAH+過硫酸アンモニウムで選択的にウェットエッチングし、表面側のSiC層2およびバッファ層3をプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去する工程後の状態を示す。SF6により選択ドライエッチングを行う場合には、エッチング後に、SOG膜を除去する。
FIG. 31 shows a state after the step of selectively wet etching the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成する工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成する工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLED13を備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成しても良いし、あらかじめ別な透明基板(図示せず)に電極配線構造48を形成し、この透明基板を表示装置に接合しても良い。通常はこの電極配線構造48をグランドとするが、それに限定するものではない。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成する工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and an insulating layer pattern that emits blue light as they are are formed on the transparent electrode wiring, and a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続させる工程後の状態を示す。
FIG. 35 shows a state after the step of removing the interlayer insulating layer above the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を備える表示装置を、表示用配線基板40の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させる。
(実施形態2)
The display device including the red
(Embodiment 2)
この実施形態は、赤色と、緑色、および青色LEDを形成する代わりに青色マイクロLED13を形成し、その上に透明電極配線48を形成した後、その上に赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および透明絶縁層パターン53を形成し、それぞれ、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成するものであり、またこれら赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を一組とした発光素子を基板1上に多数展開し、カラー表示装置として機能させるものである。
In this embodiment, instead of forming red, green, and blue LEDs, a blue
図1に示すように半導体基板1を準備し、図8に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に50〜200nmのSiC層2を形成し、その上に3〜10μmのGaNバファ層3を形成し、そして0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、マイクロLEDの形成前に半導体基板1の反りを少なくした構造を形成する工程を示す。
As shown in FIG. 1, a
図9は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上にマイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成する。図10は、半導体基板1の表面に青色マイクロLED13を形成する工程を示す。各マイクロLEDは、0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6および500nm〜2μmの電極層11を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、選択的なイオン注入によりに形成しても良いし、また選択的なエピタキシャル成長によっても良い。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開する。
In FIG. 9, an
図11は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3と、SiC層2、および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1基板の残りの厚さを50〜300μmとする工程を示す。点線部分は研削する部分である。図12は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3と、SiC層2、および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1を50〜300μmの厚さになるまで研削する工程後の状態を示す。
FIG. 11 shows that the back surface of the n-
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出す工程を示す。
FIG. 24 shows a step of cutting the
図25は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させる工程を示す。
FIG. 25 shows a step of inverting the
図27は、青色マイクロLEDを駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLEDを備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させる転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤またははんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合する。
FIG. 28 shows a transfer step of aligning the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合する工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of joining the
図30は、接合した半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40構造の半導体基板1のブロック30以外をレジスト(または有機物、または絶縁層)21で塗布する工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護する。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させる。
プラズマエッチングを使用する場合には、半導体基板1のブロック以外を絶縁層、例えばSOG膜で覆う。
FIG. 30 shows a step of applying a block other than the bonded
When plasma etching is used, portions other than the block of the
図31は、半導体基板1をTMAHまたはTMAH+過硫酸アンモニウムで選択的にウェットエッチングし、表面側のSiC層2およびバッファ層3をプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去する工程後の状態を示す。SF6により選択ドライエッチングを行う場合には、エッチング後に、SOG膜を除去する。
FIG. 31 shows a state after the step of selectively wet etching the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成する工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成する工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLED13を備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成しても良いし、あらかじめ別な透明基板(図示せず)に電極配線構造48を形成し、この透明基板を表示装置に接合しても良い。通常はこの電極配線構造48をグランドとするが、それに限定するものではない。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成する工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and an insulating layer pattern that emits blue light as they are are formed on the transparent electrode wiring, and a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続させる工程後の状態を示す。
FIG. 35 shows a state after the step of removing the interlayer insulating layer above the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を、表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させる。
(実施形態3)
The display device including the red
(Embodiment 3)
この実施形態は、赤色と、緑色、および青色LEDを形成する代わりに青色マイクロLED13を形成し、その上に透明電極配線48を形成した後、その上に赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および透明絶縁層パターン53を形成し、それぞれ、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成するものであり、またこれら赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を一組とした発光素子を基板1上に多数展開し、カラー表示装置として機能させるものである。
In this embodiment, instead of forming red, green, and blue LEDs, a blue
図1に示すように半導体基板1を準備し、図13に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に3〜10μmのGaNバファ層3を形成し、そして図14に示すように、半導体基板1の表面に0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、および0.3〜2μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、青色マイクロLEDの形成前に半導体基板1の反りを少なくした構造を形成する工程を示す。なお、半導体基板1の表面にエピタキシャル層を形成するのは、市販のエピタキシャル装置を利用することを考慮したものである。
A
図15は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上に青色マイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成する。図16は、半導体基板1の表面に青色マイクロLED13を形成する工程を示す。青色マイクロLEDは、0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6および500nm〜2μmの電極層7を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、選択的なイオン注入によっても良いし、また選択的なエピタキシャル成長によっても良い。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開する。
In FIG. 15, an
図17は、裏面のGaNバッファ層3および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1基板の残りの厚さを50〜300μmとする工程を示す。点線部分は研削する部分である。図18は、裏面のGaNバッファ層3および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1を50〜300μmの厚さになるまで研削する工程後の状態を示す。
FIG. 17 shows a process in which the
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出す工程を示す。
FIG. 24 shows a step of cutting the
図26は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させる工程を示す。
FIG. 26 shows a step of inverting the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させる転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤またははんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合する。
FIG. 28 shows a transfer step of aligning the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合する工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of joining the
図30は、接合した半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40構造の半導体基板1のブロック30以外をレジスト(または有機物、または絶縁層)21で塗布する工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護する。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させる。
プラズマエッチングを使用する場合には、半導体基板1のブロック以外を絶縁層、例えばSOG膜で覆う。
FIG. 30 shows a step of applying a block other than the bonded
When plasma etching is used, portions other than the block of the
図31は、半導体基板1をTMAHまたはTMAH+過硫酸アンモニウムで選択的にウェットエッチングし、表面側のバッファ層3をプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去する工程後の状態を示す。
SF6により選択ドライエッチングを行う場合には、エッチング後に、SOG膜を除去する。
FIG. 31 shows a state after the step of selectively wet etching the
When performing selective dry etching by SF6, the SOG film is removed after the etching.
図32は、青色マイクロLEDのパターン間に層間絶縁層22を形成する工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成する工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLEDを備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成しても良いし、あらかじめ別な透明基板(図示せず)に電極配線構造48を形成し、この透明基板を表示装置に接合しても良い。通常はこの電極配線構造48をグランドとするが、それに限定するものではない。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成する工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and an insulating layer pattern that emits blue light as they are are formed on the transparent electrode wiring, and a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続させる工程後の状態を示す。
FIG. 35 shows a state after the step of removing the interlayer insulating layer above the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子を備える3色の発光素子を使用した表示装置を、表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させる。
(実施形態4)
The display device using the three color light-emitting elements including the red light-emitting
(Embodiment 4)
この実施形態は、赤色と、緑色、および青色LEDを形成する代わりに青色マイクロLED13を形成し、その上に透明電極配線48を形成した後、その上に赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および透明絶縁層パターン53を形成し、それぞれ、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成するものであり、またこれら赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を一組とした発光素子を基板1上に多数展開し、カラー表示装置として機能させるものである。
In this embodiment, instead of forming red, green, and blue LEDs, a blue
図1に示すように半導体基板1を準備し、図19に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に3〜10μmのGaNバファ層3を形成し、そして0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、マイクロLEDの形成前に半導体基板1の反りを少なくした構造を形成する工程を示す。
As shown in FIG. 1, a
図20は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上に、青色マイクロLEDを形成するための、レジストパターン8を形成する。図21は、半導体基板1の表面に青色マイクロLED13を形成する工程を示す。青色マイクロLEDは、0.3〜2μmのp型GaN層4と、10〜100nmの量子井戸層5、0.3〜2μmのn型GaN層6および500nm〜2μmの電極層7を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、選択的なイオン注入によっても良いし、また選択的なエピタキシャル成長によっても良い。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開する。
In FIG. 20, an
図22は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3、および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1基板の残りの厚さを50〜300μmとする工程を示す。点線部分は研削する部分である。図23は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3および半導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、半導体基板1を50〜300μmの厚さになるまで研削する工程後の状態を示す。
FIG. 22 shows that the back surface of the n-
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出す工程を示す。
FIG. 24 shows a step of cutting the
図26は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させる工程を示す。
FIG. 26 shows a step of inverting the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させる転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤またははんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合する。
FIG. 28 shows a transfer step of aligning the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合する工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of joining the
図30は、接合した半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40構造の半導体基板1のブロック30以外をレジスト(または有機物、または絶縁層)21で塗布する工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護する。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させる。
プラズマエッチングを使用する場合には、半導体基板1のブロック以外を絶縁層、例えばSOG膜で覆う。
FIG. 30 shows a step of applying a block other than the bonded
When plasma etching is used, portions other than the block of the
図31は、半導体基板1をTMAHまたはTMAH+過硫酸アンモニウムで選択的にウェットエッチングし、表面側のバッファ層3をプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去する工程後の状態を示す。SF6により選択ドライエッチングを行う場合には、エッチング後に、SOG膜を除去する。
FIG. 31 shows a state after the step of selectively wet etching the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成する工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成する工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLEDを備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成しても良いし、あらかじめ別な透明基板(図示せず)に電極配線構造48を形成し、この透明基板を表示装置に接合しても良い。通常はこの電極配線構造48をグランドとするが、それに限定するものではない。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成する工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and an insulating layer pattern that emits blue light as they are are formed on the transparent electrode wiring, and a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続させる工程後の状態を示す。
FIG. 35 shows a state after the step of removing the interlayer insulating layer above the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置を、表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させる。
(実施例1)
The display device including the red
(Example 1)
図1に示すように半導体基板1を準備し、図3に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に100nmのSiC層2を形成し、その上に7μmのGaNバファ層3を形成し、そして図4に示すように、半導体基板1の表面に0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5、および0.7μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、青色マイクロLED13の形成前にSi基板1の反りを少なくした構造を形成した工程後の状態を示す。
As shown in FIG. 1, a
図4は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上にマイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成した。図5は、半導体基板1の表面に青色マイクロLED13を形成した工程後の状態を示す。青色マイクロLEDは、0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5と、0.7μmのn型GaN層6および1μmの電極層7を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、エピタキシャル成長によった。このようにしてSi基板1上には3個の青色マイクロLED13を一組としたマイクロLEDの多数の組を展開した。
In FIG. 4, an
図6は、裏面のGaNバッファ層3と、SiC層2、および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、基板の残りの厚さを250μmとした工程を示す。点線部分は研削した部分である。図7は、裏面のGaNバッファ層3と、SiC層2、およびSi基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板の残りの厚さを250μmの厚さになるまで研削した工程後の状態を示す。
FIG. 6 shows a process in which the back surface of the
図24は、青色マイクロLED13を備えたSi基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出した工程を示す。
FIG. 24 shows a process in which the
図25は、青色マイクロLED13を備えたSi基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させた工程を示す。
FIG. 25 shows a reversed process for transferring the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えたSi基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させた転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合した。
FIG. 28 shows a transfer step in which the
図29は、Si基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合した工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of bonding the
図30は、接合したSi基板1のブロック30と表示用配線基板40構造のSi基板1のブロック30以外をレジスト21で塗布した工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護した。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させた。
FIG. 30 shows a process in which the
図31は、Si基板1を25重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム液(TMAH)に2重量%の過硫酸アンモニウムを加えたエッチング液でウェットエッチングし、表面側のSiC層2およびバッファ層3をCF4のプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去した工程後の状態を示す。
FIG. 31 shows that the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成した工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成した工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLED13を備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用した。この電極配線構造48をグランドとした。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層53パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成した工程後の状態を示す。
In FIG. 34, on the transparent electrode wiring, a
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続する準備を行った工程後の状態を示す。
FIG. 35 shows a state after the step of removing the interlayer insulating layer above the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を使用した表示装置の表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子の表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させた。
(実施例2)
The red light-emitting element embedded
(Example 2)
図1に示すようにSi基板1を準備し、図8に示すように、低圧CVD法(図示せず)によりSi基板1の両面に100nmのSiC層2を形成し、その上に7μmのGaNバファ層3を形成し、そして0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5、0.7μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、青色マイクロLEDの形成前にSi基板1の反りを少なくした構造を形成した工程を示す。
As shown in FIG. 1, a
図9は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上に、青色マイクロLEDを形成するためのにレジストパターン8を形成した。図10は、Si基板1の表面に青色マイクロLED13を形成した工程を示す。青色マイクロLED13は、0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5と、0.7μmのn型GaN層6および1μmの電極層11を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、エピタキシャル成長によった。このようにしてSi基板1上には3個の青色マイクロLED13を一組としたマイクロLEDの多数の組を展開した。
In FIG. 9, an
図11は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3と、SiC層2、および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板1の残りの厚さを250μmとした工程を示す。点線部分は研削した部分である。図12は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3と、SiC層2、および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板1の残りの厚さを250μmの厚さになるまで研削した工程後の状態を示す。
FIG. 11 shows that the back surface of the n-
図24は、青色マイクロLED13を備えたSi基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出した工程を示す。
FIG. 24 shows a process in which the
図25は、青色マイクロLED13を備えたSi基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させた工程を示す。
FIG. 25 shows a reversed process for transferring the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させた転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、導電性接着剤(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合した。
FIG. 28 shows a transfer step in which the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合した工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of bonding the
図30は、接合したSi基板1のブロック30と表示用配線基板40構造のSi基板1のブロック30以外をレジスト21で塗布した工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護した。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させた。
FIG. 30 shows a process in which the
図31は、Si基板1を25重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム液(TMAH)に2重量%の過硫酸アンモニウムを加えたエッチング液でウェットエッチングし、表面側のSiC層2およびバッファ層3をCF4のプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去した工程後の状態を示す。
FIG. 31 shows that the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成した工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成した工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLEDを備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成した。この電極配線構造48をグランドとした。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層51パターンと、緑色蛍光層52パターン、および青色をそのまま発光させる絶縁層53パターンを形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成した工程後の状態を示す。
In FIG. 34, on the transparent electrode wiring, a
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続する準備を行った工程を示す。
FIG. 35 shows a step in which the interlayer insulating layer on the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置の表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させた。
(実施例3)
The red light emitting element embedded
(Example 3)
図1に示すようにSi基板1を準備し、図13に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に7μmのGaNバファ層3を形成し、そして図14に示すように、Si基板1の表面に0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5、および0.7μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、青色マイクロLED13の形成前に半導体基板1の反りを少なくした構造を形成した工程を示す。
As shown in FIG. 1, a
図15は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上にマイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成した。図16は、Si基板1の表面に青色マイクロLED13を形成した工程を示す。青色マイクロLEDは、0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5と、0.7μmのn型GaN層6および1μmの電極層11を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、エピタキシャル成長によった。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開した。
In FIG. 15, an
図17は、裏面のGaNバッファ層3および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板1の残りの厚さを250μmとした工程を示す。点線部分は研削した部分である。図18は、裏面のGaNバッファ層3およびSi基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板1の残りの厚さを250μmの厚さになるまで研削した工程後の状態を示す。
FIG. 17 shows a step of grinding the back surface of the
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出した工程を示す。
FIG. 24 shows a process in which the
図26は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させた工程を示す。
FIG. 26 shows a reversed process for transferring the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させた転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、はんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合した。
FIG. 28 shows a transfer step in which the
図29は、半導体基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合した工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of bonding the
図30は、接合したSi基板1のブロック30と表示用配線基板40構造のSi基板1のブロック30以外をレジスト21で塗布した工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護した。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させた。
FIG. 30 shows a process in which the
図31は、Si基板1を25重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム液(TMAH)に2重量%の過硫酸アンモニウムを加えたエッチング液でウェットエッチングし、表面側のバッファ層3をCF4のプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去した工程後の状態を示す。
FIG. 31 shows that the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成した工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成した工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLEDを備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成した。この電極配線構造48をグランドとした。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターン51と、緑色蛍光層パターン52、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターン53を形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成した工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続する準備を行った工程を示す。
FIG. 35 shows a step in which the interlayer insulating layer on the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子を備える3色の発光素子を使用した表示装置の表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させた。
(実施例4)
The red
(Example 4)
図1に示すようにSi基板1を準備し、図19に示すように、低圧CVD法(図示せず)により半導体基板1の両面に7μmのGaNバファ層3を形成し、そして0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5と、0.7μmのn型GaN層6をエピタキシャル成長し、マイクロLEDの形成前にSi基板1の反りを少なくした構造を形成した工程を示す。
As shown in FIG. 1, a
図20は、さらにn型エピタキシャル層6上に電極層7を形成し、その上にマイクロLEDを形成するためのレジストパターン8を形成した。図21は、Si基板1の表面に青色マイクロLED13を形成した工程を示す。青色マイクロLEDは、0.7μmのp型GaN層4と、50nmの量子井戸層5と、0.7μmのn型GaN層6および1μmの電極層7を含んだ構造となっている。量子井戸層のIn濃度の調整は、エピタキシャル成長によった。このようにして半導体基板1上には3個の青色マイクロLEDを一組としたマイクロLEDの多数の組を展開した。
In FIG. 20, an
図22は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3および導体基板1の裏面をグラインダーによって研削し、基板の残りの厚さを250μmとした工程を示す。点線部分は研削した部分である。図23は、裏面のn型GaN層6と、量子井戸層5と、p型GaN層4と、GaNバッファ層3、およびSi基板1の裏面をグラインダーによって研削し、Si基板1の残りの厚さを250μmの厚さになるまで研削した工程後の状態を示す。
FIG. 22 shows that the back surface of the n-
図24は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、ブロック30に切り出した工程を示す。
FIG. 24 shows a process in which the
図26は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1を表示用配線基板40に転写するために、反転させた工程を示す。
FIG. 26 shows a reversed process for transferring the
図27は、青色マイクロLED13を駆動する配線を有する表示用配線基板40を示し、表示用配線基板の中には、赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42と、青色発光素子用埋め込み配線43、さらに赤色発光素子用コンタクト電極44と、緑色発光素子用コンタクト電極45と、青色発光素子用コンタクト電極46、および引出し電極47を含む。
FIG. 27 shows a
図28は、青色マイクロLED13を備えた半導体基板1のブロック30を、表示用配線基板40に位置合わせし、両基板の対応する電極同士を接合させた転写工程を示す。表示配線基板40の表面の電極表面には、はんだ(図示せず)を形成してある。ここでは、一点鎖線の矢印で示すように3個一組の青色マイクロLED13の一つと赤色発光素子用コンタクト電極44、3個一組の青色マイクロLED13の他の一つと緑色発光素子コンタクト電極45、3個一組の青色マイクロLED13の別の一つと青色発光素子用コンタクト電極46をアライメントした上で接合した。
FIG. 28 shows a transfer step in which the
図29は、Si基板1のブロック30と表示用配線基板40を接合した工程後の状態を示す。
FIG. 29 shows a state after the step of bonding the
図30は、接合したSi基板1のブロック30と表示用配線基板40構造のSi基板1のブロック30以外をレジスト21で塗布した工程を示し、半導体基板1のブロック30をエッチングする際に、他の部分を、ウェットエッチングチング液またはプラズマエッチング用イオンまたはラジカルが内部に侵入しないように保護した。ここで、半導体基板1のブロック30を覆うレジスト21を紫外線露光および現像し、露出させた。
FIG. 30 shows a process in which the
図31は、Si基板1を25重量%の水酸化テトラメチルアンモニウム液(TMAH)に2重量%の過硫酸アンモニウムを加えたエッチング液でウェットエッチングし、表面側のバッファ層3をCF4のプラズマエッチングにより除去し、またまた周辺のレジスト層21も除去した工程後の状態を示す。
FIG. 31 shows that the
図32は、青色マイクロLED13のパターン間に層間絶縁層22を形成した工程後の状態を示す。
FIG. 32 shows a state after the step of forming the interlayer insulating
図33は、青色マイクロLED13の表面に透明電極配線48形成した工程後の状態を示す。透明電極配線48は、図32に示す青色マイクロLEDを備える表示装置に直接フォトリソグラフィーを使用して形成した。この電極配線構造48をグランドとした。
FIG. 33 shows a state after the step of forming the
図34には、透明電極配線上に、赤色蛍光層パターン51と、緑色蛍光層パターン52、および青色をそのまま発光させる絶縁層パターン53を形成し、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子63を形成した工程後の状態を示す。
In FIG. 34, a red
図35には、引き出し電極47の上部の層間絶縁層を除去し、電源(図示せず)と接続する準備を行った工程を示す。
FIG. 35 shows a step in which the interlayer insulating layer on the
このようにして得られた赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子からなる発光素子を備えた表示装置の表示用配線基板12の赤色発光素子用埋め込み配線41と、緑色発光素子用埋め込み配線42、および青色発光素子用埋め込み配線43と、赤色発光素子61と、緑色発光素子62、および青色発光素子表面の透明電極48間に電圧を印加し、電圧の大きさを組み合わせて、各種発光色を生成する表示装置として機能させた。
The red light emitting element embedded
1 半導体基板(Siウェハ)または絶縁体基板(サファイヤウェハ)
2 SiC層(またはGaNの格子定数に近い格子定数を有する結晶層)
3 GaNバッファ層(または半導体バッファ層)
4 p型GaNエピタキシャル層
5 量子井戸層
6 n型GaNエピタキシャル層
7 電極層
8 レジストパターン
13 青色マイクロLED
21 レジスト層または絶縁層
22 絶縁層
30 半導体基板矩形ブロック(Si矩形ブロック)またはサファイヤ矩形ブロック)
40 表示用配線基板
41 赤色発光素子用埋め込み配線
42 緑色発光素子用埋め込み配線
43 青色発光素子用埋め込み配線
44 赤色発光素子用コンタクト電極
45 緑色発光素子用コンタクト電極
46 青色発光素子用コンタクト電極
47 引出し電極
48 透明電極配線
51 赤色蛍光層パターン
52 緑色蛍光層パターン
53 透明絶縁層パターン
61 赤色発光素子
62 緑色発光素子
63 青色発光素子
1 semiconductor substrate (Si wafer) or insulator substrate (sapphire wafer)
2 SiC layer (or crystal layer having a lattice constant close to that of GaN)
3 GaN buffer layer (or semiconductor buffer layer)
4 p-type
13. Blue micro LED
21 Resist layer or insulating
Claims (8)
前記半導体基板の表面にGaNエピタキシャル層を形成する工程、
前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNバッファ層、前記SiC層および前記半導体基板を研削する工程、
前記マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記SiC層およびGaNバッファ層と、を除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターンおよび透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法。 Forming a SiC layer and a GaN buffer layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a GaN epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN buffer layer on the back surface of the semiconductor substrate, the SiC layer and the semiconductor substrate,
A step of transferring the micro LED to a display wiring substrate for each semiconductor substrate or each block,
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate in a state transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
Forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNエピタキシャル層、前記GaNバッファ層、前記SiC層、および前記半導体基板を研削する工程、
前記マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示用配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記SiC層および前記GaNバッファ層と、を除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法。 Forming a SiC layer, a GaN buffer layer and a GaN epitaxial layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order, thereby reducing the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN epitaxial layer on the back surface of the semiconductor substrate, the GaN buffer layer, the SiC layer, and the semiconductor substrate;
A step of transferring the micro LED to a display wiring substrate for each semiconductor substrate or each block,
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the SiC layer and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate in a state of being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
Forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
半導体基板の表面にGaNエピタキシャル層を形成する工程、
前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNバッファ層および前記半導体基板を研削する工程、
前記青色マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記GaN層とを、除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた、発光素子の製造方法。 Forming a GaN layer buffer on both surfaces of the semiconductor substrate to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a GaN epitaxial layer on the surface of the semiconductor substrate,
Forming a blue micro LED on the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN buffer layer and the semiconductor substrate on the back surface of the semiconductor substrate,
Transferring the blue micro LED to a display wiring board for each semiconductor substrate or block;
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the GaN layer on the surface of the semiconductor substrate in a state of being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層上に青色マイクロLEDを形成する工程、
前記半導体基板裏面の前記GaNエピタキシャル層と、前記GaNバッファ層、および前記半導体基板を研削する工程、
前記青色マイクロLEDを半導体基板毎またはブロック毎に、表示用配線基板に転写する工程、
前記表示配線基板に転写した状態で前記半導体基板の残りの部分と、前記半導体基板表面の前記GaNバッファ層とを、除去する工程、
前記青色マイクロLEDパターン間に層間絶縁層を形成する工程、
露出した前記青色マイクロLEDの裏面に透明導電層パターンを形成する工程、
前記透明導電層パターン上に赤色蛍光層パターンと、緑色蛍光層パターン、および透明絶縁層パターンを形成する工程
を備えた発光素子の製造方法。 Forming a GaN layer buffer and a GaN epitaxial layer on both surfaces of the semiconductor substrate in this order to reduce the warpage of the semiconductor substrate;
Forming a blue micro LED on the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate;
Grinding the GaN epitaxial layer on the back surface of the semiconductor substrate, the GaN buffer layer, and the semiconductor substrate;
Transferring the blue micro LED to a display wiring board for each semiconductor substrate or block;
Removing the remaining portion of the semiconductor substrate and the GaN buffer layer on the surface of the semiconductor substrate in a state of being transferred to the display wiring substrate;
Forming an interlayer insulating layer between the blue micro LED patterns,
Forming a transparent conductive layer pattern on the exposed back surface of the blue micro LED,
Forming a red fluorescent layer pattern, a green fluorescent layer pattern, and a transparent insulating layer pattern on the transparent conductive layer pattern.
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