一种Micro-LED的制备方法技术

本发明专利技术的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种Micro

【技术实现步骤摘要】
一种Micro
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LED的制备方法


[0001]本专利技术属于光电子器件领域，具体涉及一种Micro
‑
LED的制备方法。

技术介绍

[0002]微型发光二极管（Micro
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LED，μLED）具有高亮度、高分辨率、长寿命、高响应速率、低功耗、高可靠性等优势，在高分辨率显示、可穿戴/可植入光电设备、光通信、生物医学检测等许多领域具有广泛的应用前景。
[0003]常规的Micro
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LED在衬底上依次生长n
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型半导体层、发光层、p
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型半导体层形成LED外延片，然后通过干法刻蚀技术自上至下刻蚀LED外延片，形成微型芯片阵列结构。ICP刻蚀后需要采用PECVD、ALD等工艺沉积钝化层SiO2、Al2O3或者Si3N4，钝化层能够钝化表面缺陷，减少芯片漏电流，还在n
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p极间起到绝缘作用。但是，干法刻蚀后的微型LED芯片表面存在悬挂键、应力驰豫形成的缺陷、ICP刻蚀形成的残余损伤等，在PECVD、ALD工艺中，由于芯片暴露在高温、等离子体环境中，侧壁表面脆弱的位置容易受到损伤形成缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种Micro
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LED的制备方法，采用低温溶胶
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凝胶法形成SiO2侧壁钝化层，能够有效降低常规采用ALD、CVD工艺进行表面钝化过程中产生的缺陷，从而提高器件性能，且制备方法简单，生产成本较低。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种Micro
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LED的制备方法，包括如下步骤：S1：制备LED外延片，所述外延片从下至上依次包括衬底、第一导电类型半导体层、发光层和第二导电类型半导体层；S2：刻蚀LED外延片形成沟槽，刻蚀深度至第一导电类型半导体层，沟槽将外延片分成微型发光阵列；S3：在微型发光阵列的表面包括沟槽底部及侧壁形成钝化层，所述钝化层包括第一钝化层，第一钝化层采用低温溶胶
‑
凝胶法形成。
[0006]进一步地，所述外延片还包括电流扩展层，电流扩展层沉积在第二导电类型半导体层的上表面。
[0007]进一步地，所述衬底包括硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟、蓝宝石、氮化镓和玻璃衬底中的任意一种。
[0008]进一步地，所述第一导电类型半导体层为n
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GaN、发光层为InGaN/GaN、第二导电类型半导体层为p
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GaN。
[0009]进一步地，所述第一导电类型半导体层为n
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AlGaInP、发光层为GaInP/AlGaInP多量子阱层、第二导电类型半导体层为p
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AlGaInP。
[0010]进一步地，所述刻蚀LED外延片形成沟槽，采用氧化硅作为硬掩膜层，通过光刻、刻蚀形成图形化掩膜层。
[0011]进一步地，所述刻蚀采用干法刻蚀形成沟槽，再用湿法腐蚀调整沟槽形貌和减少刻蚀后的损伤。
[0012]进一步地，所述第一钝化层包括SiO2、Al2O3、HfO2、ZrO2、ZnO和Ga2O3中的任意一种，厚度为2~200nm。
[0013]进一步地，所述钝化层还包括第二钝化层，第二钝化层沉积在第一钝化层的上表面。
[0014]进一步地，所述第二钝化层包括ALD、CVD、或者溅射工艺形成的Al2O3、Si3N4、AlN、Ga2O3中的任意一种，厚度为2~200nm。
[0015]进一步地，所述第一钝化层为SiO2，制备过程如下：S31：在室温下，将外延片浸渍在无水乙醇和去离子水形成的混合溶液中；S32：将十六烷基三甲基溴化铵加入S31所述的混合溶液中形成胶束，以50~1000 rpm搅拌以上混合物1~30分钟；S33：将正硅酸乙酯、氨水溶液依次滴入步骤S32中的混合物中，以50~1000 rpm连续搅拌0.5~5小时；S34：用去离子水和乙醇清洗外延片，并干燥1~10h；S35：将S34得到的外延片进行热处理，采用两步热处理法，第一步热处理温度为80~300℃，第二步热处理温度为300~600℃；S36：根据第一钝化层的厚度需要，重复S31
‑
S35，获得预设厚度的第一钝化层。
[0016]上述溶胶
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凝胶形成第一钝化层SiO2中，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源，氨水溶液为催化剂，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂，无水乙醇为溶剂，通过控制TEOS、氨水溶液、CTAB的加入比例，来控制TEOS水解和缩合速率，限制溶胶的数量，使得在每个溶胶
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凝胶过程中氧化硅的厚度随反应时间先是线性增加后达到饱和。通过多次溶胶
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凝胶过程得到预设厚度的第一钝化层。
[0017]进一步地，所述第一钝化层为Al2O3，制备过程如下：S31：在室温下，将外延片浸渍在铝胶溶液中；S32：在铝胶溶液中采用提拉法成膜，提拉速度为1~300mm/s；S33：密封老化1~48h后，经热处理在微型发光阵列的表面包括沟槽底部及侧壁上形成Al2O3薄膜，采用三步热处理法，第一步热处理温度为80~200℃，第二步热处理温度为200~350℃，第三步热处理温度为300~600℃；S34：根据第一钝化层的厚度需要，重复S31
‑
S33，获得预设厚度的第一钝化层。
[0018]所述铝胶溶液可以采用六水三氯化铝（AlCl3·
6H2O）、去离子水、聚乙二醇(PEG) 4000 为分散剂、氨水溶液为沉淀剂配置而成。
[0019]进一步地，所述S3中第一钝化层是HfO2，通过溶解HfCl4到乙醇或者其他溶剂中，接着再加入酸进行水解和胶溶，通过多次浸渍法在基底上成膜，经过热处理后形成HfO2。
[0020]进一步地，所述S3中第一钝化层是Ga2O3，将硝酸镓水合物溶解于无水乙醇中，配制一定浓度的溶液，加入适当比例的曲拉通作为表面活性剂，通过多次浸渍法在基底上成膜，经过热处理后形成Ga2O3。
[0021]在后续制备p电极时，需要去除第二导电类型半导体层上部分区域的钝化层以制备p电极。在后续制备n电极时，需要去除第一导电类型半导体层上部分区域的钝化层以制
备n电极。
[0022]本专利技术的有益效果如下：常规Micro
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LED制备工艺中，外延片通过干法刻蚀工艺形成阵列发光结构后，通常采用CVD、ALD形成钝化层来保护发光阵列结构的侧壁，然而干法刻蚀后的阵列结构表面存在诸多缺陷、悬挂键、刻蚀残余损伤等，这种表面暴露在CVD、ALD的高温、等离子体环境中，极易受到新的损伤。本方案采用低温溶胶
‑
凝胶法形成SiO2钝化层，能够有效降低常规采用ALD、CVD工艺进行表面钝化过程中产生的缺陷，从而提高器件性能，且低温溶胶
‑
凝胶法制备方法简单，生产成本较低。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Micro
‑
LED的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：制备LED外延片，所述外延片从下至上依次包括衬底、第一导电类型半导体层、发光层和第二导电类型半导体层；S2：刻蚀LED外延片形成沟槽，刻蚀深度至第一导电类型半导体层，沟槽将外延片分成微型发光阵列；S3：在微型发光阵列的表面包括沟槽底部及侧壁形成钝化层，所述钝化层包括第一钝化层，第一钝化层采用低温溶胶
‑
凝胶法形成。2.根据权利要求1所述的一种Micro
‑
LED的制备方法，其特征在于：所述外延片还包括电流扩展层，电流扩展层沉积在第二导电类型半导体层的上表面。3.根据权利要求1所述的一种Micro
‑
LED的制备方法，其特征在于：所述衬底包括硅、碳化硅、砷化镓、磷化铟、蓝宝石、氮化镓和玻璃衬底中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种Micro
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LED的制备方法，其特征在于：所述第一导电类型半导体层为n
‑
GaN、发光层为InGaN/GaN、第二导电类型半导体层为p
‑
GaN。5.根据权利要求1所述的一种Micro
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LED的制备方法，其特征在于：所述第一导电类型半导体层为n
‑
AlGaInP、发光层为GaInP/AlGaInP多量子阱层、第二导电类型半导体层为p
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AlGaInP。6.根据权利要求1所述的一种Micro
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LED的制备方法，其特征在于：所述刻蚀LED外延片形成沟槽，采用氧化硅作为硬掩膜层，通过光刻、刻蚀形成图形化掩膜层；所述刻蚀采用干法刻蚀形成沟槽，再用湿法腐蚀调整沟槽形貌和减少刻蚀后的损伤。7.根据权利要求1所述的一种Micro
‑
LED的制备方法，其特征在于：所述第一钝化层包括SiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚丹，卢太平，张立春，王美山，梁豆豆，贺文伟，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：