一种具有介电质边框的微型发光二极管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有介电质边框的微型发光二极管及其制备方法，该微型发光二极管包括：一n型掺杂层磊晶于磊晶基板上；一介电质边框形成于磊晶基板或n型掺杂层上；一多重量子阱层成长于介电质边框中，且位于n型掺杂层上；一p型掺杂层成长于介电质边框中，且位于多重量子阱层上；一第一金属电极导接于p型掺杂层；一第二金属电极导接于n型掺杂层或磊晶基板；以及一保护层覆于介电质边框及透明电流分散层之外表面，并暴露出第一金属电极及第二金属电极；有效避免平台蚀刻所造成的瑕疵，从源头解决Micro

【技术实现步骤摘要】
一种具有介电质边框的微型发光二极管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有介电质边框的微型发光二极管结构，并涉及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着时代的进步，显示器变得更轻薄、更省电，显示器主流技术已从新兴的OLED显示器，转而积极投入微型发光二极管(Micro light emitting diode,Micro
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LED)显示器，Micro LED显示器由于具有自发光、低功耗、回应时间快、高亮度、超高对比、广色域、广视角、超轻薄、使用寿命长与适应各种工作温度的诸多优异特性与可行性，在国际领导厂商的引领与产业界的积极参与之下，有望成为下一世代的显示器的主流技术。Micro LED技术将一般毫米(10
‑3m)等级之传统LED尺寸微缩至100微米(10
‑6m)以下，是原本LED体积的1％。但在生产组装过程，需透过巨量转移技术，将成长于磊晶基板(或称为原生基板或同质基板)之微米等级RGB三色Micro LED晶粒搬运至显示基板(或称为目的基板)上，矩阵排列RGB像素经由定址控制其暗亮程度而达成全彩化，才能形成完整的Micro LED显示器。
[0003]因此，在考量巨量转移过程中的复杂性与良率、产出效率的困扰，就形成关键挑战和重大困扰。由于磊晶及分粒完成的晶粒尺寸相当袖珍，要将数以百万计微米等级的Micro LED晶粒精准地转移至显示基板上的正确位置，就成为业界的技术障碍。
[0004]为了摆脱上述巨量转移的难题，目前已经有人提出将RGB三种LED元件或至少其中两种元件在同一磊晶基板上制造，并按照成品需求布局的技术方案，本申请人也对此提出有相关前案。在Micro
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LED的显示器制造过程中，需采用红绿蓝(RGB)三原色发光二极管来构成单元的像素(pixels)，目前主要的制造技术需混和采用氮化物(Nitrides)系和磷化物(Phosphides)系的发光二极管，才能满足三原色的需求。不同材料系统发光二极管混用时，不同的发热及衰减特性直接影响了影像呈现的质量；不同的电气驱动特性，则直接导致了显示模块驱动设计上的复杂度。因此，如果在同一材料系统上，实现直接发光RGB(红绿蓝)三原色发光二极管，除了有利于上述问题解决外，也同时因为省去荧光物等色光转换机制将降低工序复杂度以及转换所致能效损失，将对Micro LED技术的发展更有利。
[0005]氮化铟镓In
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Ga1‑
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N系磊晶材料是目前制作主流蓝光发光二极管的材料系统之一，理论上可借助铟镓固溶比例调控覆盖整个可见光发光范围，氮化铟镓受益于具有直接能隙(energy gap)特性也预期将有较佳的发光效能，尤其蓝光量产技术纯熟，因此受到比其他材料系统更多的关注，在制作具有近似控制条件同时效能佳的直接红绿蓝发光二极管(RGB direct LED)深具潜能。然而受限于基板，目前在In
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N系磊晶材料的红光发光二极管却面临技术瓶颈，由于要达到红光合适的发光波段时，需增加In
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N系磊晶的In含量比例，在磊晶制造工序上必须降以低磊晶温度等方式增加In含量，却面临磊晶质量不符应用规格等阻碍。因此，在红光InGaN基芯片技术成熟之前,红光AlGaInP基芯片仍是直接发光芯片使用的主要选择。
[0006]然而，Micro
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LED随着晶粒尺寸大幅微缩，却同时面临外部量子效率(EQE,external quantum efficiency)急速下降的问题。Micro
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LED元件尺寸需要微缩到小于5～
10μm才能达到较低成本水平，显示器商品才能和LCD、OLED display作价格上的竞争；现有一般尺寸蓝光LED元件EQE水平达80％，然而，微缩到5～10μm的蓝光LED组件EQE通常仅20％或更低；这样的EQE无法支援能超越LCD、OLED display效能的产品；因此，Micro
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LED元件的低EQE问题必须要有效解决才能进入高度竞争的消费市场。
[0007]EQE低落问题的根源来自于芯片侧壁存在显著的缺陷效应；侧壁缺陷包含结构损伤、外来污染物以及空悬键(dangling bonds)等，这些缺陷将导致侧壁表面发生Shockley
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Hall(SRH)非辐射载子复合效应。相关的研究与分析已经证实，这些芯片侧壁缺陷主要由LED芯片的平台蚀刻(mesa etch)造成，一般LED芯片标准蚀刻制程采用的是ICP RIE干式
[0008]蚀刻，其高能电浆体、离子轰击与化学反应等在蚀刻后的侧壁表面留下上述缺陷。一般尺寸LED元件侧壁即存在前述缺陷导致的非辐射复合效应，随着元件尺寸微缩，侧壁表面积占元件整体表面积比例随之上升，侧壁缺陷对元件整体发光效率影响也越发显著，进入Micro
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LED尺寸范围不论是蓝光及绿光InGaN基芯片或红光AlGaInP基芯片均呈现EQE急速下降现象，尤其AlGaInP基芯片因为表面复合速率以及载子扩散长度(carrier diffusion length)均大于InGaN基芯片，EQE下降问题更显著。
[0009]Micro
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LED晶粒面临低EQE问题，主要来自于芯片平台蚀刻(mesa etch)造成的侧壁缺陷。目前最主要的改善方案，是将平台蚀刻造成的缺陷，以钝化层(passivation layer)披覆、或侧壁表面的化学处理制程等后续的缺陷移除或修复制程加以弥补。其中，钝化层披覆目前以原子层沉积(ALD，atomic layer deposition)Al2O3钝化层效益获得最佳成效，优于其他制程如PECVD和材料如SiO2的改善效益；钝化层与改善组件光萃取率(LEE)的反射层(reflector)组合搭配也成为重要的研发主题；平台蚀刻后的缺陷移除制程目前常以KOH或NH4S等进行化学处理；N2等离子(plasma)处理也是平台蚀刻后的缺陷修复制程之一。
[0010]然而，前述各种技术方案都是等侧壁缺陷已经形成之后，再以后续的额外制程进行缺陷移除或修复，都是增加工序、让制程更复杂的方案，只会对于制造良率和产出效率造成进一步限制。如何提前避免平台蚀刻造成侧壁缺陷及损伤，而彻底消除EQE下降的问题，才能真正达到釜底抽薪的技术效果。

技术实现思路

[0011]本专利技术的主要目的在于提供一种具有介电质边框的微型发光二极管，以及其制备方法，通过先成型介电质边框，并在介电质边框之中磊晶，由此完全避免平台蚀刻所造成Micro LED侧壁的缺陷及损伤，而解决外部量子效率(EQE)急速下降的问题，进而提高Micro LED的发光效率。
[0012]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0013]本专利技术的一种具有介电质边框的微型发光二极管，是供成型于一磊晶基板上，该微型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：是供成型于一磊晶基板上，该微型发光二极管包括：一n型掺杂层，磊晶在磊晶基板上；一介电质边框，形成在磊晶基板或n型掺杂层上；一多重量子阱层，成长在介电质边框中，并且位于n型掺杂层上；一p型掺杂层，成长在介电质边框中，并且位于多重量子阱层上；一第一金属电极，导接至p型掺杂层供导通电流；一第二金属电极，导接至n型掺杂层或磊晶基板；以及一保护层，覆设在介电质边框的外表面，并暴露出第一金属电极及第二金属电极。2.如权利要求1所述的一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：所述介电质边框设置在磊晶基板上，n型掺杂层位于介电质边框中。3.如权利要求1所述的一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：还包括位于p型掺杂层和第一金属电极之间的一透明电流分散层，保护层覆设在介电质边框及透明电流分散层的外表面。4.如权利要求1所述的一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：所述第二金属电极导接于n型掺杂层时，磊晶基板为一蓝宝石基板，且n型掺杂层的材料为n型氮化镓或n型氮化铟镓，多重量子阱层的材料为氮化铟镓，且p型掺杂层的材料为p型氮化镓或p型氮化铟镓。5.如权利要求1所述的一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：所述第二金属电极导接于磊晶基板时，磊晶基板为一砷化镓导电基板，且n型掺杂层的材料为n型磷化铝镓铟，该多重量子阱层的材料为磷化铝镓铟，且该p型掺杂层的材料为p型磷化铝镓铟。6.如权利要求1所述的一种具有介电质边框的微型发光二极管，其特征在于：所述介电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓靁，施能泰，宋高梅，
申请(专利权)人：王晓靁，
类型：发明
国别省市：