[发明专利]一种降低侧壁缺陷复合的Micro-LED芯片结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种降低侧壁缺陷复合Micro‑LED芯片结构及制备方法，在传统Micro‑LED芯片结构基础之上，该芯片结构的P型半导体材料层、P型重掺杂半导体材料层和N型材料传输层之间结构改变；P型重掺杂半导体材料层仅位于P型半导体材料层上方中间区域，N型材料传输层完全覆盖P型半导体材料层和P型重掺杂半导体材料层，其中N型材料传输层与部分P型半导体材料层直接接触；本发明提出的器件结构利用N型材料传输层与P型半导体材料层在接触界面处形成的反偏结，耗尽P型半导体材料层中的空穴，从而减小芯片侧壁区域的非辐射复合效应，同时还能够提高注入电流的横向限制作用，以此来减小显示像素点之间的光学串扰效应。

技术领域

本发明涉及一种降低侧壁缺陷复合的新型Micro-LED芯片结构及制备方法，尤其涉及一种高功率微型半导体发光二极管的制备方法，属于半导体光电子器件技术领域。

背景技术

随着显示技术的不断革新与发展，每个像素显示单元的尺寸在不断减小，Micro-LED显示技术应运而生，继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具有自发光无需背光源的特性，更具有节能环保、结构简易、体积小巧、器件轻薄等优势。预期能够应用于对亮度要求较高的增强现实微型投影装置和车用平视显示器投影，并拓展到可穿戴设备、虚拟现实、光通讯以及空间成像等诸多领域，有望在显示及可见光通信领域大放异彩。

然而当器件尺寸不断减小，因切割损伤造成器件周围不均匀的损坏会导致电流泄漏和外量子效率衰减，影响整体发光特性，尤其当器件尺寸减小到100μm以下时，这种侧壁损伤效应愈加严重。因此，Micro-LED显示技术的发展受到器件尺寸效应的严重制约。基于此，研究人员做了一系列的研究，提出利用AlN、SiO₂或Al₂O₃等绝缘材料做钝化层来抑制侧壁损伤效应，改善Micro-LED的外量子效率。如采用原子层沉积技术结合湿法刻蚀工艺，研究发现可以在一定程度上降低刻蚀对ITO层或p-GaN层造成损伤，缓解侧壁损伤效应，Micro-LED光电性能均有所改善，不仅发光强度更加均匀，而且电流泄漏明显减小，但是这并没有完全解决Micro-LED发光效率和均匀性问题(Wong M S,et al.High efficiency ofIII-nitride micro-light-emitting diodes by sidewall passivation using atomiclayer deposition[J].Optics Express,2018,26)；专利号为CN202010401581.5的中国专利公开了一种Micro-LED芯片的制备方法、结构及显示终端，该结构对ITO层中间位置进行氧离子轰击，增加ITO层中间位置的导电性，而周围的导电性较低，有效避免边缘区域上下导电性能均较大产生的漏电现象、电流拥堵效应和热效应，提高发光效率，但是此方法工艺复杂，而且ITO原本是一种良好的N型半导体，即使通过氧离子轰击提高局部导电性，但不能使得ITO中间与边缘位置产生明显的电势差，不能有效地将电流束缚在器件中间区域。因此，亟需一种新型的芯片结构设计来调制器件内部的电流横向分布规律。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术存在的不足，提供一种降低侧壁缺陷复合的Micro-LED芯片结构及其制备方法，利用N型材料传输层与P型半导体材料层界面处形成的反偏结，耗尽P型半导体材料层中的空穴，从而减小芯片侧壁区域的非辐射复合效应，同时还能够提高注入电流的横向限制作用，使得芯片的发光区域集中在芯片的中间位置，以此来减小显示像素点之间的光学串扰效应。本发明制备方法简单，可操作性强，成本低。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种降低侧壁缺陷复合的Micro-LED芯片结构，其P型重掺杂半导体材料层仅位于P型半导体材料层上方中间区域；N型材料传输层完全覆盖P型半导体材料层和P型重掺杂半导体材料露出层；N型材料传输层与部分P型半导体材料层直接接触。

所述的芯片结构P型半导体材料层边缘暴露部分的面积占其总面积的1％～80％。