JP7296481B2 - 発光ダイオード及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本願の実施例は半導体の技術分野に関し、例えば発光ダイオード及びその製造方法に関する。
表示技術の発展過程においては、常に以下の面での性能の向上、例えばサイズの大きさ、消費エネルギー、応答速度、色域、解像度、輝度及び信頼性等を追求している。関連する表示技術において、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）はサイズの優位性を有し、大規模に普及された。有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ，ＯＬＥＤ）は消費エネルギー、色域及び柔軟性の優位性を有するため、小さいサイズでの表示、例えば携帯電話、タブレットで、大規模に応用されているが、例えばテレビなどの大きいサイズでは、コスト及び信頼性の理由で大規模に普及していない。
次世代の表示技術において、応用の見通しがよいものは、２つの発光デバイスを含み、１つはマイクロＬＥＤ（Ｍｉｃｒｏ ＬＥＤ）であり、１つは量子ドット発光ダイオード（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ，ＱＬＥＤ）である。そのうち、Ｍｉｃｒｏ ＬＥＤは輝度、コントラスト、応答速度、色域、寿命、消費エネルギーなどの面で優位性を有する。しかし、エピタキシャル及びチッププロセスの影響を受け、Ｍｉｃｒｏ ＬＥＤは光学及び電気特性の面での一致性が悪い。量子ドットの狭い帯域幅放射のため、量子ドットを応用するエレクトロルミネセンスデバイス、特に大きいサイズの商用量子ドットのアクティブ表示も有望な表示技術である。そのうち、ＱＬＥＤは量子ドットのアクティブ表示における最も基本的なユニットは、より良好な色彩品質及び効率を得るために、近年広く研究されており、全体的な性能はここ数年で着実に向上した。
しかしながら、関連する量子ドット発光技術において、フォトルミネッセンスであっても、エレクトロルミネセンスであっても、いずれも水蒸気及び酸素が量子ドットの性能及び寿命に与える影響を回避するのは難しい。
本願の実施例は、発光ダイオードの光学的及び電気的一致性を向上させ、また発光ダイオードが水蒸気及び酸素を遮断する能力を向上させる発光ダイオード及びその製造方法を提供する。
第１の面では、本願の実施例は発光ダイオードを提供し、前記発光ダイオードは、
第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層と、
前記第１型の層の上に位置し、量子ドットを含む発光層と、
前記発光層の上に位置し、第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層と、
前記第２型の層の上に位置する電極層とを含む。
第２の面では、本願の実施例は、発光ダイオードの製造方法をさらに提供し、前記発光ダイオードの製造方法は、
基板、及び第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層、を含む第１型のベース板を提供することと、
前記第１型のベース板の第１型の層の上に量子ドットを含む発光層を形成することと、
前記発光層の上に第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層を形成することと、
前記第２型の層の上に電極層を形成することとを含む。
本願の一実施例に係る発光ダイオードの構成模式図である。 本願の一実施例に係るもう１つの発光ダイオードの構成模式図である。 本願の一実施例に係る他の１つの発光ダイオードの構成模式図である。 本願の一実施例に係る他の１つの発光ダイオードの構成模式図である。 本願の一実施例に係る発光ダイオードの製造方法のフロー模式図である。 図５における発光ダイオードの製造方法の各ステップで形成された発光ダイオードの構成模式図である。 本願の一実施例に係るもう１つの発光ダイオードの製造方法のフロー模式図である。 図７における発光ダイオードの製造方法の各ステップで形成された発光ダイオードの構成模式図である。
本願の実施例は、発光ダイオードを提供する。図１は本願の一実施例に係る発光ダイオードの構成模式図である。図１に示すように、当該発光ダイオードは、第１型の層１０１、発光層、第２型の層１０４及び電極層１０５を含む。第１型の層１０１は第１型の窒化ガリウムを含み、発光層は第１型の層１０１の上に位置し、発光層は量子ドット１０３１を含み、第２型の層１０４は発光層の上に位置し、第２型の層１０４は第２型の窒化ガリウムを含み、電極層１０５は第２型の層１０４の上に位置する。
ここで、第１型の窒化ガリウムの形態は第１型の窒化ガリウム単結晶薄膜又は第１型の窒化ガリウム多結晶薄膜であってもよい。量子ドット１０３１は硫化亜鉛、セレン化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀又はそれらのコアシェルナノ構造を含む、又は、量子ドット１０３１はセレン化カドミウム－硫化亜鉛、硫化カドミウム－硫化亜鉛、セレン化カドミウム－セレン化亜鉛、硫化カドミウム－セレン化亜鉛又はグラフェン量子ドット１０３１などを含む。量子ドット１０３１の発光特性から分かるように、量子ドット１０３１の発光色は量子ドット１０３１の寸法によって決定される。第２型の窒化ガリウムは低温堆積のプロセスを用いて形成されてもよく、量子ドット１０３１で形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。電極層１０５は例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，酸化インジウムスズ）を含んでもよく、ＩＴＯは透明な導電性材料であり、発光ダイオードの光出射率を確保することに有利である。例示的に、電極層１０５は低温堆積のプロセスを用いて形成されてもよく、量子ドット１０３１で形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。
これから分かるように、本願の実施例は第２型の層１０４を発光層の上に設置することによって、第２型の層１０４に発光層を被覆させることができる。このように、一方では、第２型の層１０４は量子ドット１０３１に対して良好なシール作用を果たし、水蒸気及び酸素の発光層へのエロージョンを回避することに有利で、量子ドット１０３１の寿命及び性能を向上させることに有利であり、他方では、第２型の窒化ガリウムは低温堆積のプロセスを用いて形成してもよく、量子ドット１０３１によって形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。ちなみに、発光層の主体は量子ドット１０３１であり、発光層の発光波長は量子ドット１０３１のサイズのみによって決定され、発光ダイオードの光学的及び電気的一致性を向上させることに有利である。したがって、本願の実施例は発光ダイオードの光学的及び電気的一致性を向上させるだけでなく、水蒸気及び酸素の発光層へのエロージョン、高温環境の発光層への破壊を回避し、発光ダイオードの性能を向上させた。
なお、図１では発光層が単層量子ドット層を含むことを例示的に示しているが、本願を限定するものではない。他の実施例において、図２に示すように、発光層を超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層を含む複合構造にしてもよい。ここで、量子ドット層は超格子量子井戸層２０１及び第２型の層１０４との間に位置し、発光層が超格子量子井戸層２０１を含むようにすることは複数の色の光の混合に有利である。
一実施例において、発光層は白色光又は単色光を発光してもよく、単色光は例えば赤色光、緑色光又は青色光であってもよい。
ここで、発光層が単層量子ドット層を含む場合、発光層の発光色は量子ドット層によって決定され、単層量子ドット層は赤色光、緑色光及び青色光のうちの少なくとも１つの種類を発光する。ここで、単層量子ドット層が赤色の量子ドットのみを含む場合、発光層は赤色光を発光し、単層量子ドット層が緑色の量子ドットのみを含む場合、発光層は緑色光を発光し、単層量子ドット層が青色の量子ドットのみを含む場合、発光層は青色光を発光し、単層量子ドット層が混合された赤色の量子ドット、緑色の量子ドット及び青色の量子ドットを含む場合、発光層は白色光を発光する。
発光層が超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層の複合構造を含む場合、発光層の発光色は超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層によって共同で決定される。例示的には、超格子量子井戸層２０１は青色光を発光し、量子ドット層は赤色光及び緑色光のうちの少なくとも１つの種類を発光する。ここで、超格子量子井戸層２０１は青色光を発光し、量子ドット層が混合された赤色の量子ドット及び緑色の量子ドットを含む場合、発光層は白色光を発光する。
一実施例において、第２型の層１０４の厚さの範囲は２０ｎｍ～３００ｎｍである。このように、一方で、第２型の層１０４の厚さが薄く、第２型の層１０４が水蒸気及び酸素を遮断する効果に影響を与えることを回避し、他方で、第２型の層１０４の厚さが厚く、エピタキシャルが成長する時間を増加させることを回避し、つまり第２型の層１０４が水蒸気及び酸素を遮断することを確保した上で、生産効率を保証する。
一実施例において、量子ドット層の厚さの範囲は２ｎｍ～２０μｍである。
上述の各実施例に基づいて、本願の実施例は他の構造の発光ダイオードをさらに提供する。図３は本願の一実施例に係る他の１つの発光ダイオードの構成模式図である。図３に示すように、本願の１つの実施例において、発光ダイオードはブラックマトリクス１０２１及び絶縁層１０６をさらに含む。ブラックマトリクス１０２１は第１型の層１０１と第２型の層１０４との間に位置し、ブラックマトリクス１０２１は第１のウィンドウを含み、発光層は第１のウィンドウ内に位置し、絶縁層１０６は電極層１０５の上面、電極層１０５の側面及び第２型の層１０４の側面を被覆する。
ここで、ブラックマトリクス１０２１は遮光及びシールの役割を果たす。ブラックマトリクス１０２１における第１のウィンドウは発光層を収容するように設置され、当該第１のウィンドウは発光層を充填する予め設定された領域であり、第１のウィンドウは底部の第１型の層１０１を露出することにより、発光層と第１型の層１０１とを接触させる。一実施例において、ブラックマトリクス１０２１の厚さは発光層の厚さよりも大きく、発光層のシールに有利である。絶縁層１０６は絶縁機能を有する膜層であってもよく、絶縁機能と反射機能を兼ね備える膜層であってもよく、例示的には、絶縁層１０６は単層反射層又は分布ブラッグ反射層を含む。本願の実施例はこのように設置することにより、発光ダイオードのシール性能を向上させた。
図３に示すように、一実施例において、発光ダイオードは第１の電極１０７１及び第２の電極１０７２をさらに含む。絶縁層１０６は第２のウィンドウを含み、ブラックマトリクス１０２１は第３のウィンドウを含み、第１の電極１０７１は第２のウィンドウ内に位置し、第２の電極１０７２は第３のウィンドウ内に位置する。ここで、第１の電極１０７１は陽極であってもよく、第２の電極１０７２は陰極であってもよく、第１の電極１０７１及び第２の電極１０７２は発光ダイオードに電圧及び電流を提供してもよく、２つの電極の材質及び構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。例示的に、第１の電極１０７１と第２の電極１０７２は面一に配置され、つまり第１の電極１０７１と第２の電極１０７２の表面の高さが一致し、これにより発光ダイオードと駆動回路基板の溶接に有利で、これにより発光ダイオードの溶接難易度を低減させた。
図４は本願の一実施例に係る他の１つの発光ダイオードの構成模式図である。図４に示すように、図３と異なることは、図４における発光層は超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層の複合構造を含む。
本願の実施例は、発光ダイオードの製造方法をさらに提供する。図５は本願の一実施例に係る発光ダイオードの製造方法のフロー模式図であり、図６は図５における発光ダイオードの製造方法の各ステップで形成された発光ダイオードの構成模式図である。図５及び図６に示すように、当該発光ダイオードの製造方法は、ステップＳ１１０～ステップＳ１９０を含む。
ステップＳ１１０において、第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層を含むか、又は基板及び第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層を含む、第１型のベース板を提供する。
ここで、第１型の層の膜層の厚さが予め設定された値よりも大きい場合、第１型のベース板は第１型の層のみを含み、例示的に、第１型のベース板はＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ，ハイドライド気相エピタキシー）方法によって製造された第１型の単結晶窒化ガリウム膜層であってもよく、第１型の層の膜層の厚さが予め設定された値以下である場合、第１型のベース板は基板と第１型の層を含み、基板は第１型の層を支持するように設置され、例示的に、第１型のベース板は基板と第１型の窒化ガリウム単結晶薄膜の複合構造を含んでもよく、又は第１型のベース板は基板と第１型の窒化ガリウム多結晶薄膜の複合構造を含んでもよい。基板は例えばガラス、サファイア、シリコン又は炭化ケイ素等を含んでもよく、当該基板は後続のステップで除去され、前記第１型の窒化ガリウム単結晶薄膜又は第１型の窒化ガリウム多結晶薄膜はＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ－ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，金属有機化合物化学気相堆積）によって堆積して形成してもよい。
ステップＳ１２０において、第１型のベース板の上に間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウ１０２２を含むブラックマトリクスを形成する。
ここで、ブラックマトリクス１０２１の材料は例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、単層Ｃｒ、Ｃｒ及びＣｒＯｘからなる多層構造、ＣｒＯｘＮｙ及びＣｒＮｙからなる多層構造、Ｓｉ及びＳｉＯｘからなる多層構造又は黒色樹脂であってもよい。ブラックマトリクス１０２１は遮光及びシールの役割を果たし、ブラックマトリクス１０２１における第１のウィンドウ１０２２は第１型の層１０１を露出し、第１のウィンドウ１０２２は発光層を収容するように設置される。例示的に、ブラックマトリクス１０２１を形成するプロセスは、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，プラズマ増強化学気相堆積）プロセスによって、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む材料を第１型のベース板の上に形成し、ブラックマトリクス１０２１材料層を形成してから、フォトリソグラフィプロセスによってブラックマトリクス１０２１材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウ１０２２を形成することにより、ブラックマトリクス１０２１を形成する。又は、ブラックマトリクス１０２１を形成するプロセスは、スパッタリングプロセス又は蒸着プロセスによって単層Ｃｒ、Ｃｒ及びＣｒＯｘからなる多層構造、ＣｒＯｘＮｙ及びＣｒＮｙからなる多層構造又はＳｉとＳｉＯｘからなる多層構造を含む材料を第１型のベース板に形成し、ブラックマトリクス１０２１材料層を形成してから、フォトリソグラフィプロセスによってブラックマトリクス１０２１材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウ１０２２を形成することにより、ブラックマトリクス１０２１を形成する。又は、ブラックマトリクス１０２１を形成するプロセスは、スピンコートプロセス又はスプレーコートプロセスによって黒色樹脂を含む材料を第１型のベース板に形成し、ブラックマトリクス１０２１材料層を形成し、フォトリソグラフィプロセスによってブラックマトリクス１０２１材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウ１０２２を形成することにより、ブラックマトリクス１０２１を形成する。
ステップＳ１３０において、第１型のベース板の第１型の層の上に量子ドットを含む発光層を形成する。
ここで、発光層が形成される位置は第１のウィンドウ１０２２内であってもよく、このように、発光層の側面がブラックマトリクス１０２１に包まれ、発光層のシールに有利し、発光ダイオードのシール性能を向上させる。一実施例において、発光層の厚さはブラックマトリクス１０２１の厚さよりも小さく、発光層のシールに有利である。量子ドット１０３１の発光特性から分かるように、量子ドット１０３１の発光色は量子ドット１０３１の寸法によって決定される。例示的には、図６に示すように、発光層は単層量子ドット層を含み、発光層を形成するプロセスは例えば、赤色の量子ドット、緑色の量子ドット又は青色の量子ドットを提供し、少なくとも一回のスピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスによって単層量子ドット層を第１型の層１０１の上に形成してもよい。このように形成された発光層は単色光を発光する。又は、発光層を形成するプロセスは例えば、赤色の量子ドット、緑色の量子ドット及び青色の量子ドットを混合してから、少なくとも一回のスピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスによって単層量子ドット層を第１型の層１０１に形成してもよい。このように形成された発光層は白色光を発光する。
ステップＳ１４０において、発光層の上に第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層を形成する。
ここで、第２型の層１０４を形成するプロセスは低温堆積プロセスであってもよく、例示的にＰＡＭＢＥ（Ｐｌａｓｍａ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ，プラズマ支援の分子線エピタキシー）、ＲＰＣＶＤ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，減圧化学気相堆積）、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，原子層堆積）、ＰＥＡＬＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，プラズマ増強原子層堆積）、Ｌａｓｅｒ ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，レーザ分子線エピタキシー）、ＰＥＭＯＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，プラズマ増強金属有機化学気相堆積）、ＥＣＲ－ＰＥＭＯＣＶＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ－Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，電子サイクロトロン共鳴－プラズマ増強金属有機化学気相堆積）、又はＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，パルスレーザ堆積）などを含む。第２型の窒化ガリウムは低温堆積のプロセスを用いて形成してもよく、量子ドット１０３１で形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。
ステップＳ１５０において、第２型の層の上に電極層を形成する。
ここで、電極層１０５は例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，酸化インジウムスズ）を含んでもよく、ＩＴＯは透明な導電性材料であり、発光ダイオードの光出射率を確保することに有利である。例示的に、電極層１０５を形成するプロセスは低温堆積プロセスであってもよく、例示的にはマグネトロンスパッタリングプロセス等を含み、かつ高温焼鈍過程を経過する必要がない。このように、電極層１０５は低温堆積のプロセスを用いてもよく、量子ドット１０３１で形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。
ステップＳ１６０において、一部の電極層及び第２型の層を除去する。
ここで、保留された電極層１０５及び第２型の層１０４は発光層に対応し、つまり第２型の層１０４は発光層を被覆する。一部の電極層１０５を除去するプロセスは例えばウェットエッチングプロセスであってもよく、一部の第２型の層１０４を除去するプロセスは例えばドライエッチングプロセスであってもよい。
ステップＳ１７０において、電極層の上に絶縁層を形成し、かつ絶縁層の電極層に対応する位置にウィンドウを開設し、第２のウィンドウを形成し、ブラックマトリクスの第１型の層に対応する位置にウィンドウを開設し、第３のウィンドウを形成する。
ここで、絶縁層１０６は電極層１０５の上面、電極層１０５の側面及び第２型の層１０４の側面を被覆することにより、発光層に対してシール及び絶縁を行う。絶縁層１０６は絶縁機能を有する膜層であってもよく、絶縁機能と反射機能を兼ね備える膜層であってもよく、例示的には、絶縁層１０６は単層反射層又は分布ブラッグ反射層を含む。例示的に、絶縁層１０６を形成するプロセスはスパッタリングプロセス、蒸着プロセス又はＰＥＣＶＤプロセスである。ウィンドウを開設して第２のウィンドウを形成するプロセスは例えばウェットエッチングプロセス又はドライエッチングプロセスであってもよく、電極層１０５を露出させ、ウィンドウを開設して第３のウィンドウを形成するプロセスは例えばウェットエッチングプロセス又はドライエッチングプロセスであってもよく、第１型の窒化ガリウムを露出させる。
ステップＳ１８０において、第２のウィンドウ内に第１の電極を形成し、かつ第３のウィンドウ内に第２の電極を形成し、発光ダイオードアレイマザーボードを形成する。
ここで、第１の電極１０７１は陽極であってもよく、第２の電極１０７２は陰極であってもよく、第１の電極１０７１及び第２の電極１０７２は発光ダイオードに電圧及び電流を提供してもよく、２つの電極の材質及び構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。例示的に、第１の電極１０７１と第２の電極１０７２は面一に配置され、つまり第１の電極１０７１と第２の電極１０７２の表面の高さが一致し、これにより発光ダイオードと駆動回路基板の溶接に有利で、これにより発光ダイオードの溶接難易度を低減させた。例示的に、第１の電極１０７１及び第２の電極１０７２を形成するプロセスは電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを含む。
ステップＳ１９０において、第１型の層を薄くするか又は第１型のベース板における基板を除去し、アレイマザーボードを切断し、独立した発光ダイオードを形成する。
ここで、第１型の層の膜層の厚さが予め設定された値よりも大きい場合、第１型の層を薄くし、第１型の層の膜層の厚さが予め設定された値以下である場合、第１型のベース板における基板を除去し、基板を除去するプロセスは、レーザによる基板の剥離、溶解による基板の除去などを含む。例示的に、レーザ剥離プロセスによって、サファイア基板を除去してもよく、酸又はアルカリのエッチングによってシリコン基板を除去してもよく、研磨ポリシングプロセスによって、全てのタイプの基板を除去してもよく。アレイマザーボードを切断するプロセスはレーザ切断プロセス又はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈｉｎｇ，誘導結合プラズマエッチング）プロセスを含み、独立した発光ダイオードを形成する。なお、本願の実施例は第１型の層を薄くするか又は第１型のベース板における基板を除去するステップと、アレイマザーボードを切断するステップとの実行の順序を限定しない。
本願の実施例は発光層の上に第２型の層１０４を形成することによって、第２型の層１０４に発光層を被覆させることができる。このように、一方で、第２型の層１０４は量子ドット１０３１に対して良好なシール作用を果たし、水蒸気及び酸素の発光層へのエロージョンを回避することに有利で、量子ドット１０３１の寿命及び性能を向上させることに有利であり、他方で、第２型の窒化ガリウムは低温堆積のプロセスを用いて形成してもよく、量子ドット１０３１によって形成された発光層が高温で破壊されないことを保証することに有利である。ちなみに、発光層の主体は量子ドット１０３１であり、発光層の発光波長は量子ドット１０３１のサイズのみによって決定され、発光ダイオードの光学的及び電気的一致性を向上させることに有利である。したがって、本願の実施例は発光ダイオードの光学的及び電気的一致性を向上させるだけでなく、水蒸気及び酸素の発光層へのエロージョン、高温環境の発光層への破壊を回避したため、発光ダイオードの性能を向上させた。
図７は本願の一実施例に係るもう１つの発光ダイオードの製造方法のフロー模式図であり、図８は図７における発光ダイオードの製造方法の各ステップで形成された発光ダイオードの構成模式図である。図７及び図８に示すように、図５と異なることは、本願の実施例における発光層の構造は、超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層の複合構造を含む。当該発光ダイオードの製造方法は、ステップＳ２１０～ステップＳ２Ａ０を含む。
ステップＳ２１０において、第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層を含むか、又は基板及び第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層を含む、第１型のベース板を提供する。
ステップＳ２２０において、第１型のベース板の第１型の層の上に超格子量子井戸層を形成する。
ここで、超格子量子井戸層２０１は複数の色の光の混合に有利である。例示的に、超格子量子井戸層２０１を形成するプロセスはＭＯＣＶＤを含み、そしてフォトリソグラフィプロセス又はドライエッチングプロセスによって、超格子量子井戸層２０１をブロック状構造にエッチングし、各ブロック構造が１つの発光ダイオードに対応する。
ステップＳ２３０において、第１型のベース板の上にブロック構造の間に対応してブラックマトリクスを形成する。
ここで、ブロック構造に対応する位置はブラックマトリクス１０２１の第１のウィンドウ１０２２である。例示的に、ブラックマトリクス１０２１の厚さは超格子量子井戸層２０１の厚さよりも大きく、これにより第１のウィンドウ１０２２が量子ドット層を収容することに有利である。
ステップＳ２４０において、超格子量子井戸層の上に量子ドット層を形成する。
ここで、量子ドット層を形成するプロセスはスピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセス等を含み、スピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスの実行回数は少なくとも１回である。このように、ブラックマトリクス１０２１の第１のウィンドウ１０２２内に発光層が形成され、当該発光層は超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層を含む。発光層の側面がブラックマトリクス１０２１に包まれ、発光層のシールに有利し、発光ダイオードのシール性能を向上させる。当該発光層の発光特性から分かるように、発光層の発光色は超格子量子井戸層２０１及び量子ドット層によって共同で決定される。例示的には、超格子量子井戸層２０１は青色光を発光し、量子ドット層は赤色光及び緑色光のうちの少なくとも１つの種類を発光する。超格子量子井戸層２０１は青色光を発光し、量子ドット層は混合された赤色の量子ドット及び緑色の量子ドットを含む場合、発光層は白色光を発光する。
ステップＳ２５０において、発光層の上に第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層を形成する。
ステップＳ２６０において、第２型の層の上に電極層を形成する。
ステップＳ２７０において、一部の電極層及び第２型の層を除去する。
ステップＳ２８０において、電極層の上に絶縁層を形成し、かつ絶縁層の電極層に対応する位置にウィンドウを開設し、第２のウィンドウを形成し、ブラックマトリクスの第１型の層に対応する位置にウィンドウを開設し、第３のウィンドウを形成する。
ステップＳ２９０において、第２のウィンドウ内に第１の電極を形成し、かつ第３のウィンドウ内に第２の電極を形成し、発光ダイオードアレイマザーボードを形成する。
ステップＳ２Ａ０において、第１型の層を薄くするか又は第１型のベース板における基板を除去し、アレイマザーボードを切断し、独立した発光ダイオードを形成する。
第１型はｎ型又はｐ型であり、第２型はｐ型又はｎ型であり、第１型がｎ型である場合、第２型はｐ型であり、第１型がｐ型である場合、第２型はｎ型である。

Claims (18)

  1. 第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層と、前記第１型の層の上に位置し、量子ドットを含む発光層と、前記発光層の上に位置し、第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層と、前記第２型の層の上に位置する電極層と、前記第１型の層と前記第２型の層との間に位置し、前記発光層を収容する第１のウィンドウを含むブラックマトリクスと、前記電極層の上面、前記電極層の側面及び前記第２型の層の側面を被覆する絶縁層とを含む、発光ダイオード。
  2. 前記第２型の層の厚さの範囲は、２０ｎｍ～３００ｎｍである、請求項１に記載の発光ダイオード。
  3. 前記発光層は、単層量子ドット層を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
  4. 前記単層量子ドット層は、赤色光、緑色光及び青色光のうちの少なくとも１つの種類を発光する、請求項３に記載の発光ダイオード。
  5. 前記発光層は、超格子量子井戸層及び量子ドット層の複合構造を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
  6. 前記超格子量子井戸層は、青色光を発光し、前記量子ドット層は、赤色光及び緑色光のうちの少なくとも１つの種類を発光する、請求項５に記載の発光ダイオード。
  7. 前記量子ドット層の厚さの範囲は、２ｎｍ～２０μｍである、請求項３又は５に記載の発光ダイオード。
  8. 前記電極層は、酸化インジウムスズＩＴＯを含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
  9. 前記絶縁層は、第２のウィンドウを含み、前記ブラックマトリクスは、第３のウィンドウを含み、前記発光ダイオードは、前記第２のウィンドウ内に位置する第１の電極と、前記第３のウィンドウ内に位置する第２の電極とをさらに含む、請求項８に記載の発光ダイオード。
  10. 第１型の窒化ガリウムを含む第１型の層を含むか、又は基板及び前記第１型の層を含む、第１型のベース板を提供することと、前記第１型のベース板の第１型の層の上に量子ドットを含む発光層を形成することと、前記発光層の上に第２型の窒化ガリウムを含む第２型の層を形成することと、前記第２型の層の上に電極層を形成することとを含み、
    前記第１型のベース板の第１型の層の上に発光層を形成する前に、前記第１型のベース板の上にブラックマトリクスを形成することをさらに含み、前記ブラックマトリクスは、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウを含み、前記発光層は、前記第１のウィンドウ内に形成され、
    前記電極層を前記第２型の層の上に形成した後に、絶縁層を前記電極層の上に形成して、前記電極層の上面、前記電極層の側面及び前記第２型の層の側面を被覆する絶縁層を形成することをさらに含む、発光ダイオードの製造方法。
  11. 前記発光層は、単層量子ドット層を含み、前記第１型のベース板の第１型の層の上に発光層を形成するプロセスは、スピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスによって前記単層量子ドット層を前記第１型の層の上に形成することを含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  12. 前記発光層は、超格子量子井戸層及び量子ドット層の複合構造を含み、前記第１型のベース板の第１型の層の上に発光層を形成するプロセスは、金属有機化合物化学気相堆積ＭＯＣＶＤプロセスによって、前記超格子量子井戸層を前記第１型の層の上に形成することと、スピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスによって前記量子ドット層を前記超格子量子井戸層に形成することとを含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  13. 前記スピンコートプロセス、印刷プロセス、転写プロセス又は物理気相堆積プロセスの実行回数は少なくとも１回である、請求項１１又は１２に記載の発光ダイオードの製造方法。
  14. 前記第１型のベース板の上にブラックマトリクスを形成するプロセスは、プラズマ増強化学気相堆積ＰＥＣＶＤプロセスによって、二酸化ケイ素又は窒化ケイ素を含む材料を前記第１型のベース板の上に形成し、ブラックマトリクス材料層を形成することと、フォトリソグラフィプロセスによって前記ブラックマトリクス材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウを形成することにより、前記ブラックマトリクスを形成することとを含むか、又は、スパッタリングプロセス又は蒸着プロセスによって単層Ｃｒ、Ｃｒ及びＣｒＯ ｘ からなる多層構造、ＣｒＯ ｘ Ｎ ｙ 及びＣｒＮ ｙ からなる多層構造又はＳｉとＳｉＯ ｘ からなる多層構造を含む材料を前記第１型のベース板の上に形成し、ブラックマトリクス材料層を形成することと、フォトリソグラフィプロセスによって前記ブラックマトリクス材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウを形成することにより、ブラックマトリクスを形成することとを含むか、又は、スピンコートプロセス又はスプレーコートプロセスによって黒色樹脂を含む材料を前記第１型のベース板の上に形成し、ブラックマトリクス材料層を形成することと、フォトリソグラフィプロセスによって前記ブラックマトリクス材料層をエッチングし、間隔を置いて配置された複数の第１のウィンドウを形成することにより、ブラックマトリクスを形成することとを含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  15. 前記発光層の上に第２型の層を形成するプロセスは、プラズマ支援の分子線エピタキシーＰＡＭＢＥ、減圧化学気相堆積ＲＰＣＶＤ、原子層堆積ＡＬＤ、プラズマ増強原子層堆積ＰＥＡＬＤ、レーザ分子線エピタキシーＬａｓｅｒ ＭＢＥ、プラズマ増強金属有機化学気相堆積ＰＥＭＯＣＶＤ、電子サイクロトロン共鳴－プラズマ増強金属有機化学気相堆積ＥＣＲ－ＰＥＭＯＣＶＤ、又はパルスレーザ堆積ＰＬＤを含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  16. 前記電極層は、酸化インジウムスズＩＴＯを含み、前記第２型の層の上に電極層を形成するプロセスは、マグネトロンスパッタリングプロセスを含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  17. 前記第２型の層の上に電極層を形成した後、前記絶縁層の前記電極層に対応する位置にウィンドウを開設し、第２のウィンドウを形成し、前記ブラックマトリクスの第１型の層に対応する位置にウィンドウを開設し、第３のウィンドウを形成することと、前記第２のウィンドウ内に第１の電極を形成し、かつ前記第３のウィンドウ内に第２の電極を形成し、発光ダイオードアレイマザーボードを形成することとをさらに含む、請求項１０に記載の発光ダイオードの製造方法。
  18. 前記第２のウィンドウ内に第１の電極を形成し、かつ前記第３のウィンドウ内に第２の電極を形成した後、第１型の層を薄くするか又は前記第１型のベース板における基板を除去し、前記発光ダイオードアレイマザーボードを切断し、独立した発光ダイオードを形成することをさらに含む、請求項１７に記載の発光ダイオードの製造方法。
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