提供一种形成单片LED前驱体的方法。该方法包括：提供具有顶表面的衬底；在衬底的顶表面上形成包含III族氮化物的第一半导体层；用LED掩模层选择性地掩模第一半导体层，LED掩膜层包括孔，该孔通过LED掩模层的厚度到第一半导体层的未掩模部分限定LED阱，LED阱包括从第一半导体层的顶表面延伸到LED掩模层的顶表面的LED阱侧壁；以及在第一半导体层的未掩膜部分上的LED阱内选择性地形成单片LED堆叠。单片LED堆叠包括n型半导体层、有源层和p型半导体层，n型半导体层包含III族氮化物且形成在第一半导体层上，有源层形成在第一半导体层上且包括一个或多个量子阱子层，有源层包含III族氮化物，p型半导体层包含III族氮化物且形成在第二半导体层上。单片LED堆叠的从第一半导体层的顶表面延伸的LED堆叠侧壁与LED掩模层的LED阱侧壁一致。阱侧壁一致。阱侧壁一致。
Method of forming monolithic led precursor
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成单片发光二极管前驱体的方法
[0001]本公开涉及发光二极管(light emitting diode,LED)。具体地，本公开涉及包含III族氮化物的LED。
技术介绍
[0002]微型LED阵列通常定义为尺寸为或小于100
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100μm2的LED阵列。微型LED阵列是微型显示器/投影仪中的自发光组件，其适用于各种设备，例如智能手表、头戴式显示器、抬头显示器、摄像机、取景器、多点激发源和微型投影仪。
[0003]一种类型的微型LED阵列包括多个由III族氮化物形成的LED。III族氮化物LED是无机半导体LED，包括如GaN及GaN与InN和AlN在有源发光区的合金等。与传统的大面积LED相比，III族氮化物LED可以在明显更高的电流密度下驱动并发出更高的光功率密度，例如，发光层是有机化合物的有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)。
[0004]在一种用于制造包含III族氮化物的LED的已知工艺中，如Wong,M.S在2018年8月6日的光学快报第26卷第16期“通过使用原子层沉积进行侧壁钝化来实现III族氮化物微型发光二极管的高效率”(“High efficiency of III
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nitride micro
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light emitting diodes by sidewall passivation using atomic layer deposition”Optics express,Vol.26,No.16,6August2018)中公开的工艺，微型LED结构和ITO接触层沉积在蓝宝石衬底上。然后使用其中去除了部分ITO层和微型LED结构的反应离子蚀刻步骤定义单独的微型LED台面结构。这种蚀刻工艺导致从具有暴露侧壁表面的衬底延伸的微型LED结构。RIE步骤将缺陷引入微型LED台面的侧壁表面，从而在侧壁表面上存在电荷俘获位点。侧壁表面上陷阱位点的存在降低了微型LED的外部量子效率(external quantum efficiency,EQE)。
[0005]随着LED的表面尺寸减小到微型LED尺寸，LED周长与LED表面积的比率增加。因此，侧壁表面可能包括由蚀刻导致的缺陷对器件EQE具有更显著的影响。
[0006]正如Wong,M.S等人所解释的，一种提高微型LED的EQE的方法是在侧壁表面上沉积电介质钝化层。例如,包含SiO2的电介质钝化层可用于覆盖LED台面结构的侧壁表面以试图钝化侧壁缺陷。
[0007]一种形成包含III族氮化物的LED的替代工艺使用选择性区域生长(SAG)工艺。例如，英国专利申请GB 1811109.6公开了通过掩模层的孔生长LED前驱体。每个LED前驱体形成为柱状结构，该柱状结构具有垂直于衬底的规则梯形横截面。掩模中的材料使得在生长条件下，掩模上没有直接生长额外的材料，而是仅在下面缓冲层表面的暴露部分上生长额外的材料。沿[0001]方向生长的III族氮化物的选择性区域生长的另一个值得注意的特征是，取决于生长参数，例如生长温度、压力和V/III比，相对于(0001)平面(也称为c平面)的倾斜面围绕由图案化掩模的开口区域限定的c平面半导体的生长部分的周长而获得。倾斜面通常沿纤锌矿晶体的{101}或{102}面取向，并且与c平面表面(半极性表面)相比呈现减小的极化场。因此，LED前驱体的倾斜面(侧壁)不是通过蚀刻步骤形成的。
[0008]本专利技术的目的是提供一种用于形成LED前驱体的改进方法以及改进的LED前驱体，
这种改进的前驱体至少解决与现有技术方法和阵列相关的一个问题，或者至少提供一种商业上有用的替代方案。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是提供一种EQE提高的LED前驱体。因此，本专利技术的目的是使用不会将缺陷引入LED结构侧壁的工艺形成LED结构，例如由蚀刻步骤产生的缺陷。
[0010]根据本公开的第一方面，提供了一种形成单片LED前驱体的方法。该方法包括：
[0011](a)提供具有顶表面的衬底；
[0012](b)在衬底的顶表面上形成包含III族氮化物的第一半导体层；
[0013](c)用LED掩模层选择性地掩模第一半导体层，LED掩膜层包括孔，该孔通过LED掩膜层的厚度到第一半导体层的未掩膜部分限定LED阱，LED阱包括从第一半导体层的顶表面延伸到LED掩模层的顶表面的阱侧壁；
[0014](d)在第一半导体层的未掩膜部分上的LED阱内选择性地形成单片LED堆叠，该单片LED堆叠包括：
[0015]n型半导体层，n型半导体层包含III族氮化物，形成在第一半导体层上；
[0016]有源层，有源层形成在第一半导体层上，有源层包括一个或多个量子陷阱层，有源层包含III族氮化物。
[0017]p型半导体层，p型半导体层包含III族氮化物，形成在第二半导体层上；
[0018]其中，单片LED堆叠的从第一半导体层的顶表面延伸的LED堆叠侧壁与LED掩模层的LED阱侧壁一致。
[0019]单片LED堆叠的LED堆叠侧壁靠着LED掩模层的LED阱侧壁形成。因此，LED堆叠侧壁由LED掩模层成形。因此，可以在不蚀刻LED堆叠侧壁的情况下形成和成形单片LED堆叠，从而不会将蚀刻引起的损坏引入单片LED堆叠中。通过在制造过程中减少或消除对LED堆叠侧壁的损坏，可以提高所得LED的EQE。
[0020]单片LED堆叠在垂直于第一半导体层的平面中的截面形状由LED掩模层中的LED阱的截面形状控制。因此，与SAG工艺不同，可以通过基于限定LED阱的LED掩模侧壁的横截面形状提供不同的几何形状，从而来控制LED结构的侧壁形状。也就是说，单片LED堆叠在第一半导体层上的横截面积与LED阱暴露的第一半导体层的未掩膜部分的横截面积(即LED阱的横截面积)一致。相比之下，在SAG工艺中，LED形成在掩模层的顶部，使得LED横截面的形状和尺寸与掩模孔不同。
[0021]在单片LED堆叠的制造过程中，LED掩模层的存在导致与LED掩模侧壁直接接触的LED堆叠侧壁表面的形成。因此，LED堆叠侧壁由已经在适当位置的钝化层(LED掩模侧壁)形成。因此，形成LED前驱体的方法可以使用有效、经济的制造方法提供EQE提高的LED前驱体。
[0022]在一些实施方式中，用LED掩模层选择性地掩模第一半导体层包括：在第一半导体层的顶表面上沉积LED掩模层；通过LED掩模层的厚度选择性地去除LED掩模层的第一部分以形成LED阱。因此，可以使用光刻技术形成LED掩模层。
[0023]在一些实施方式中，LED阱侧壁在大致垂直于第一半导体层顶表面的方向上延伸。因此，单片LED堆叠可以由LED堆叠侧壁形成，LED堆叠侧壁在大致垂直于第一半导体层的顶表面的方向上延伸。相反，在SAG工艺中，由于生长工艺，LED的侧壁可能相对于法线倾斜。
[0024]在一些实施方式中，LED阱侧壁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成单片LED前驱体的方法，所述方法包括：(a)提供具有顶表面的衬底；(b)在所述衬底的顶表面上形成包含III族氮化物的第一半导体层；(c)用LED掩膜层选择性地掩膜所述第一半导体层，所述LED掩膜层包括孔，所述孔通过所述LED掩膜层的厚度到所述第一半导体层的未掩膜部分限定LED阱，所述LED阱包括从所述第一半导体层的顶表面延伸到所述LED掩模层的顶表面的LED阱侧壁；(d)在所述第一半导体层的未掩膜部分上的LED阱内选择性地形成单片LED堆叠，所述单片LED堆叠包括：n型半导体层，所述n型半导体层包含III族氮化物，形成在所述第一半导体层上；有源层，所述有源层形成在所述第一半导体层上，所述有源层包括一个或多个量子阱子层，所述有源层包含III族氮化物；p型半导体层，所述p型半导体层包含III族氮化物，形成在所述有源层上；其中，所述单片LED堆叠的从所述第一半导体层的顶表面延伸的LED堆叠侧壁与所述LED掩模层的LED阱侧壁一致。2.根据权利要求1所述的方法，其中：用LED掩模层选择性地掩模所述第一半导体层包括在所述第一半导体层的顶表面上沉积所述LED掩模层，通过所述LED掩模层的厚度选择性地去除所述LED掩模层的第一部分以形成所述LED阱。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中：所述LED阱侧壁在大致垂直于所述第一半导体层的顶表面的方向上延伸。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中：所述LED阱侧壁的在所述第一半导体层和所述LED掩模层的顶表面之间延伸的一部分相对于垂直于所述第一半导体层的顶表面的方向倾斜。5.根据权利要求4所述的方法，其中：所述LED侧壁倾斜以使得在平行于所述第一半导体层的顶表面的平面中，所述LED阱的横截面积在从所述第一半导体层的顶表面朝向所述LED掩模层的顶表面的方向上减小。6.根据权利要求5所述的方法，其中：所述LED阱侧壁倾斜以使得在平行于所述第一半导体层的顶表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：W，
申请(专利权)人：普列斯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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