[发明专利]一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法

说明书

本发明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_x替代常用的SiO₂作为绝缘保护层；使用湿法腐蚀方法剥离衬底；采用KOH溶液处理MicroLED的底部以提高出光效率。

技术领域

本发明属于微米发光二极管显示器技术领域，具体涉及一种基于立体掩模衬底的MicroLED制备方法。

背景技术

微米发光二极管显示器(Micro LED Display)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，Micro LED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)，而且不易受水蒸气、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。