一种无需巨量转移的三色Micro/Nano LED阵列及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种无需巨量转移的三色Micro/Nano LED阵列及其制作方法，在n型GaN基底上通过图形化光刻、感应耦合等离子体刻蚀等技术，形成包含极性面和半极性面的六边形微纳米孔阵结构，再经二次外延同时形成发光波长分别为580～680nm、480～580nm及380～480nm的红绿蓝光多量子阱结构及p型层，利用光刻、刻蚀、镀膜等工艺制作出晶圆级的三色Micro/Nano LED阵列，该阵列的所有单个重复单元内包含三颗同轴嵌套六边形结构的RGB三色波长LED。本发明专利技术极大地简化了三色Micro/Nano LED的制备工艺，缩短了器件的制备周期，且可扩展至纳米量级，为降低单个显示像素的尺寸提供有力途径。这种无需巨量转移的方法可制成覆盖Micro至Nano尺寸级别的三色LED阵列和超高分辨率的Micro/Nano LED显示屏。

【技术实现步骤摘要】
一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列及其制作方法
本专利技术属于半导体光电子
，涉及半导体光电子器件，特别是一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列及其制作方法。
技术介绍
随着便携式移动电子产品的广泛应用，显示技术朝小尺寸、高分辨率、低功耗的方向发展。目前基于III族氮化物的传统LED显示屏的像素点距离在毫米量级，已不能满足人们对于高分辨率的需求，而Micro/Nano(微纳米)LED由于像素点距离减小至微米甚至纳米量级，集合了高分辨率、低功耗、高亮度、高色彩饱和度等优点，可视为超越液晶显示和有机发光二极管的最新一代显示技术。MicroLED显示当前面临着巨量转移的核心技术难题，如何将大量不同发光波长(红绿蓝，RGB)的MicroLED单颗元器件从施体基板转移至接受基板并确保良品率，对涉及的工艺过程和精度都提出了极高的要求。尽管提出的静电力吸附、电磁力吸附、流体装配、范德华力转印等方法可用来实现巨量转移，但这些方法因制备周期长，导致器件的效率和可靠性降低，且制作工艺难以扩展至纳米量级，因此也无法进一步降低单个显示像素的尺寸并最终提高分辨率。最近有研究组通过在同一衬底上外延纳米柱/线结构实现了Micro/NanoLED发光单元阵列，但纳米柱/线结构的外延生长难以控制，相应的器件制作工艺更为复杂。申请号为201710111713.9的中国专利公开了一种晶圆级的微米—纳米级半导体LED显示屏及其制备方法，通过蚀刻出3X组微米—纳米尺寸元件来控制三组表面夹角，从而调控三组有源层InGaN/GaN的发光波长在RGB波段，但该结构需要非常精准地晶面定位微切，制作工艺精度高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列及其制作方法，有效避免了巨量转移的工艺难度大和精度高的问题。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列，包括由下至上依次设置的衬底、GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p型层；所述n型GaN层的至少部分分隔成复数个阵列单元，各个阵列单元分别包括形成于所述n型GaN层的六边形微纳米孔，所述六边形微纳米孔的侧壁包括第一半极性面和第二半极性面，底面形成下极性面，所述InGaN/GaN多量子阱形成于所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面上，所述p型层覆盖所述InGaN/GaN多量子阱并对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的交界处设有分隔孔。优选的，所述形成于第一半极性面、第二半极性面和下极性面上的多量子阱的发光波长分别为380～480nm、480～580nm及580～680nm。优选的，所述六边形微纳米孔的孔径为200nm～500μm，深度为50nm～5μm。优选的，所述InGaN/GaN多量子阱的周期数为1～20个，每个周期厚度为5～50nm。优选的，还包括第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极和n型电极，所述第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极分别设于对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的p型层上；所述阵列单元的间隔形成n型GaN层台阶，所述n型电极设于所述n型GaN层台阶上。优选的，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝、氮化镓或者氧化镓衬底中的任意一种。一种上述三色Micro/NanoLED阵列的制作方法包括以下步骤：1)在衬底上外延生长GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层以及n型GaN层；2)采用图形化技术于n型GaN层上形成微纳米孔阵列；3)采用湿法腐蚀蚀刻所述微纳米孔阵列，于微纳米孔的侧壁形成第一半极性面和第二半极性面，底面为下极性面，形成六边形微纳米孔阵列；4)于步骤3)形成的结构表面形成InGaN/GaN多量子阱的外延层；5)于所述InGaN/GaN多量子阱的外延层上生长p型层；6)采用图形化技术分隔形成阵列单元，并分隔对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的p型层，阵列单元的间隔露出n型GaN台阶。优选的，所述图形化技术为纳米压印、紫外光刻、X射线光刻、激光干涉或电子束直写。优选的，步骤6之后，还包括于所述n型GaN台阶上形成n型电极，于所述p型层上对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的区域分别形成第一p型电极、第二p型电极和第三p型电极的步骤。优选的，步骤3)中，所述湿法腐蚀的腐蚀液为酸、碱或中性溶液，腐蚀时间为1～30min。本专利技术的有益效果为：本专利技术克服了传统的将外延晶圆制成单颗LED后再进行巨量转移的工艺限制，通过同时在包含极性面和半极性面的微纳米孔阵上二次外延形成RGB三色波长的LED结构，可制成晶圆级的Micro/NanoLED阵列，该阵列的所有单个重复单元内包含三颗同轴嵌套六边形结构的RGB三色波长LED。本专利技术极大地简化了三色Micro/NanoLED的制备工艺，缩短了器件的制备周期，且可扩展至纳米量级，为降低单个显示像素的尺寸提供有力途径。这种无需巨量转移的方法可制成覆盖Micro至Nano尺寸级别的三色LED阵列和超高分辨率的Micro/NanoLED显示屏。附图说明图1为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤一，从衬底外延至n型GaN层的结构示意图；图2为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤二，在n型GaN层制备微纳米孔阵列结构的侧面示意图；图3为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤二，在n型GaN层制备微纳米孔阵列结构的俯视示意图；图4为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤三，经过湿法腐蚀后形成的包含极性面和半极性面的六边形微纳米孔阵列结构的侧面示意图；图5为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤三，经过湿法腐蚀后形成的包含极性面和半极性面的六边形微纳米孔阵列结构的俯视示意图；图6为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤四，在包含极性面和半极性面的n型GaN层上生长多量子阱的外延层的结构示意图；图7为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤五，在多量子阱的外延层上再外延生长p型层的结构示意图；图8为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤六，露出n型GaN台阶，分隔开不同极性面多量子阱上p型层的示意图；图9为本专利技术实施例的一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列的制作方法步骤七，制作n型电极和不同极性面多量子阱对应的p型电极的示意图，其中虚线箭头表示电流方向；图10为本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需巨量转移的三色Micro/Nano LED阵列，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底、GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p型层；所述n型GaN层的至少部分分隔成复数个阵列单元，各个阵列单元分别包括形成于所述n型GaN层的六边形微纳米孔，所述六边形微纳米孔的侧壁包括第一半极性面和第二半极性面，底面形成下极性面，所述InGaN/GaN多量子阱形成于所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面上，所述p型层覆盖所述InGaN/GaN多量子阱并对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的交界处设有分隔孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种无需巨量转移的三色Micro/NanoLED阵列，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底、GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱及p型层；所述n型GaN层的至少部分分隔成复数个阵列单元，各个阵列单元分别包括形成于所述n型GaN层的六边形微纳米孔，所述六边形微纳米孔的侧壁包括第一半极性面和第二半极性面，底面形成下极性面，所述InGaN/GaN多量子阱形成于所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面上，所述p型层覆盖所述InGaN/GaN多量子阱并对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的交界处设有分隔孔。


2.根据权利要求1所述的三色Micro/NanoLED阵列，其特征在于：所述形成于第一半极性面、第二半极性面和下极性面上的多量子阱的发光波长分别为380～480nm、480～580nm及580～680nm。


3.根据权利要求1所述的三色Micro/NanoLED阵列，其特征在于：所述六边形微纳米孔的孔径为200nm～500μm，深度为50nm～5μm。


4.根据权利要求1所述的三色Micro/NanoLED阵列，其特征在于：所述InGaN/GaN多量子阱的周期数为1～20个，每个周期厚度为5～50nm。


5.根据权利要求1所述的三色Micro/NanoLED阵列，其特征在于：还包括第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极和n型电极，所述第一p型电极、第二p型电极、第三p型电极分别设于对应所述第一半极性面、第二半极性面和下极性面的p型层上；所述阵列单元的间隔形成n型GaN层台...

【专利技术属性】
技术研发人员：高娜，卢诗强，冯向，黄凯，李书平，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35