一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法。该方法在异质衬底上制备立体掩模层；在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。该方法针对立体掩模衬底的特点和MicroLED较高的晶体质量要求，在立体掩模衬底上生长过程中，在沟道生长阶段插入预置应力层；在电极制作过程中使用SiN

【技术实现步骤摘要】
一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法
本专利技术属于微米发光二极管显示器
，具体涉及一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法。
技术介绍
微米发光二极管显示器(MicroLEDDisplay)为新一代的显示技术，结构是微型化LED阵列，也就是将LED结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，使其体积约为目前主流LED大小的1％，达到10～30um尺寸范围，每一个像素都能定址、单独驱动发光，将像素点的距离由原本的毫米级降到微米级。承继了LED的特性，MicroLED优点包括低功耗、高亮度、超高分辨率与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等，其功率消耗量约为LCD的10％、OLED的50％。而与同样是自发光显示的OLED相较之下，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500PPI(像素密度)，而且不易受水蒸汽、氧气或高温的影响，因而其在稳定性、使用寿命、工作温度等方面具有明显的优势。与TFT-LCD的图像反应速度毫秒、OLED的微秒相比，Micro-LED的图像反应速度是纳秒级别的。作为穿戴式电子设备的显示屏占比80％的耗电量；Micro-LED的低耗电量和快速响应速度等特点最适合于VR/AR设备、车载显示和智能手机等，对于提升用户使用体验有着明显的优势。因此，从目前来看，Micro-LED市场最先可能集中在超小尺寸显示上，例如：车载显示器、智能手机、智能手表和VR/AR等。可见，Micro-LED是发展下一代显示技术和设备的核心器件，已经成为当前国际上半导体光电器件研发热点和产业化的重点。当前，Micro-LED核心技术在显示领域的应用正面临重大突破。但其产业化仍然有许多问题亟待解决如：微缩化与阵列化，芯片巨量转移和色彩变换，检测和修复等关键技术问题。MicroLED的应用场景对材料生长和加工工艺有诸多要求，比如要求发光波长一致性高、中心发光波长分布要窄(小于±1nm)、承受电流密度要大、量子效率要高、电学良率要高、要易于剥离易于转移、成本要低等等。而目前的技术条件很难全部满足这些条件，只能部分满足。现有技术主要有以下缺点：1)为了使得量子效率高、承受电流密度要大、发光波长一致性要高、波长分布范围窄，那么就要求制作MicroLED的晶体质量要高，同时器件内部残余应力要尽可能的小，并且应力要分布均匀，这需要高质量的GaN同质衬底来生长MicroLED，但目前国内没有批量供应高质量同质GaN衬底的厂商，而国际上少数国家的技术和产品也是对中国限制出口的。因此生长MicroLED需要的衬底是瓶颈。就算是可以批量采购同质衬底进行生产，也会应为价格高昂而使得MicroLED丧失竞争力。2)由于MicroLED需要转移到背板电路上，如果使用异质衬底来生长，则需要容易与衬底剥离，方便进行转移，如果使用同质衬底来生长，则需要减薄衬底。异质衬底的剥离，现在主要的技术是使用激光剥离的方法。即使用特定波长的高能量密度的激光照射GaN外延片，选择性吸收的高能激光使得界面GaN被快速分解汽化，从而与衬底分离。该方法的缺点较多：a)目前的技术条件是逐点扫描，剥离效率低；b)设备昂贵，稳定性差；c)对材料和界面有损伤，甚至会由于应力释放不均匀导致外延片碎裂。而对于使用同质衬底的方案，由于自支撑同质衬底较厚，一般标准是430微米厚，因此要减薄几百微米，需要较长的时间，并且有部分损坏器件的可能性。目前行业内有较多的研究者致力于异质衬底剥离技术的研究，但实现易剥离的同时还需要获得高的GaN晶体质量，这是还未完全解决的难点。3)针对面板像素电学良率问题，目前的技术方案是逐个器件检测。这个方案的缺点是检测成本较高。由于MicroLED尺寸较小，单位面积集成的器件数量会更多，因此一个大尺寸的显示屏往往有数百万个像素单元，而且每个单元有三种颜色的MicroLED，这是一个庞大的数量，要逐一电学检查需要耗费大量的时间。而且由于尺寸较小，对检测设备的精度要求也高，从而增加设备的成本和时间成本。这个问题需要从本质上去解决，那就是提高外延片的晶体质量和整体的均匀性。因为MicroLED尺寸较小，对于局部的高位错密度区域是不能容忍的，因为局部高位错密度就会导致该器件与其他器件不一致，甚至是完全失效。从这个角度看，ELOG技术虽然翼区质量较高可以满足MicroLED对晶体质量的需求，但是窗口区的高位错密度是不可接受的。4)在制作成本方面，MicroLED也有严格的限制。因为用量较大，这就要求单个MicroLED的成本极低。使用同质衬底批量生产MicroLED是不现实的，因为价格太高，市场难以接受。另一方面，使用激光剥离技术、逐一电学检查等技术也是成本难以进一步降低的原因。5)目前巨量转移问题仍然是MicroLED产业化的重要技术问题，为此国内外研究者发展出了多种巨量转移的方法，但是都比较耗时，成本较高。有的方法还需要工艺配合，预先在MicroLED上制备出可供抓取的结构，否则在转移过程中容易脱落，导致转移失败。6)由于MicroLED尺寸较小，一般在边长在10～30um范围，现有技术在分割MicroLED过程或者电极制作过程都会用到刻蚀技术。但是刻蚀过程对侧面是有损伤的。侧壁损伤会导致发光效率降低，发光波长偏移，承受电流能力下降，增加发热等问题，是需要尽量避免的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的MicroLED制作方案，从而解决MicroLED产业化过程中的如上所述的多个问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法，包括以下步骤：在异质衬底上制备立体掩模层，所述立体掩模层包括第一层掩模、第二层掩模和位于第一层掩模、第二层掩模之间的中间填充层，所述第一层掩模的窗口与所述第二层掩模的窗口错开一定距离；在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。进一步地，所述异质衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或者碳化硅衬底等。进一步地，所述在异质衬底上制备立体掩模层，包括：在异质衬底上沉积第一层掩模；在第一层掩模上刻蚀窗口；在第一层掩模上沉积中间填充层；在中间填充层上沉积第二层掩模；在第二层掩模上制备与第一层掩模相同图案的窗口，并与第一层掩模上的窗口错开一定距离；使用腐蚀溶液腐蚀中间填充层，露出第一层掩模的窗口。进一步地，在所述立体掩模层的沟道内或沟道外设置预置应力层；对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层提供张应力；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层提供压应力。进一步地，对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层为InGaN或InGaN/GaN的超晶格；对于传递张应力的异质衬底，所述预置应力层为AlGaN或AlGaN/GaN的超晶格。进一步地，所述预置应力层为InGaN层时，其中In的摩尔百分含量为3％～30％，厚度为10～500nm。进一步地，在对所述MicroLED结构层制备电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在异质衬底上制备立体掩模层，所述立体掩模层包括第一层掩模、第二层掩模和位于第一层掩模、第二层掩模之间的中间填充层，所述第一层掩模的窗口与所述第二层掩模的窗口错开一定距离；/n在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；/n在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在异质衬底上制备立体掩模层，所述立体掩模层包括第一层掩模、第二层掩模和位于第一层掩模、第二层掩模之间的中间填充层，所述第一层掩模的窗口与所述第二层掩模的窗口错开一定距离；
在所述异质衬底上利用所述立体掩模层外延生长III族氮化物材料；
在所述III族氮化物材料上外延生长MicroLED结构层。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述异质衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或者碳化硅衬底。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在异质衬底上制备立体掩模层，包括：
在异质衬底上沉积第一层掩模；
在第一层掩模上刻蚀窗口；
在第一层掩模上沉积中间填充层；
在中间填充层上沉积第二层掩模；
在第二层掩模上制备与第一层掩模相同图案的窗口，并与第一层掩模上的窗口错开一定距离；
使用腐蚀溶液腐蚀中间填充层，露出第一层掩模的窗口。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述立体掩模层的沟道内或沟道外设置预置应力层；对于传递压应力的异质衬底，所述预置应力层提供张应力；对于传递张应力...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓蓉，郑烨琳，冯筱，陈明兰，
申请(专利权)人：北京飓芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11