微发光二极管及其制造方法和显示器与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种微发光二极管及其制造方法和显示器。

背景技术：

微发光二极管(Micro LED)显示器的结构是微型化LED阵列，也就是将LED结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，将像素点距离从毫米级降低至微米级，同大尺度的户外LED显示屏一样，每一个像素可定址、单独驱动点亮；而与同样是自发光显示的OLED显示器相比，微发光二极管显示器还具有材料稳定性更好、寿命更长等优点。

目前，微发光二极管发光单元有两种基本结构，平面结构和垂直结构，垂直结构的微发光二极管与平面结构的微发光二极管相比，可以提供更大发光面积，增加输出耦合效率。不过垂直结构的微发光二极管由于其复杂的几何结构，使得调节微发光二极管的颜色成为难点，且单色性容易变差。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种微发光二极管及其制造方法，能够增加发光效率和改善现有技术中单色性的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的第一个技术方案是：提供一种微发光二极管的制备方法，包括：形成缓冲层柱体；在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体；在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极之间绝缘。

其中，形成缓冲层柱体包括：提供一基底；在基底上沉积而形成第一缓冲层；对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基底；在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。

其中，基底是Si掺杂的n-GaN/Al₂O₃基底，第一缓冲层是SiO₂层。

其中，缓冲层柱体是ZnO微米管/纳米管，在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体包括：在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层；在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层；对第二缓冲层进行蚀刻以暴露出一部分n-GaN层；在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。

其中，在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层过程中，在每两相邻层之间均进一步进行以下处理：形成第三缓冲层以覆盖遮挡较下层的结构；刻蚀掉一部分第三缓冲层。

其中，多重量子阱层是μ-In_xGa_1-xN/μ-GaN多重量子阱层，p-GaN是掺Mg的p-GaN层。

其中，在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层后包括：在惰性气体氛围中退火。

其中，在PN结的构成层体外侧形成第一电极包括：在基底及PN结的构成层体上涂布并固化PI液；将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体；在基底及PN结的构成层体上沉积金属Ni/Au层和Ag层，以得到第一电极。

去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极包括：去掉基底；刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体；将PN结的构成层体翻转，并沉积金属Ti/Au层和ITO层，以得到第二电极。

为解决上述技术问题，本发明采用的第二个技术方案是：提供一种微发光二极管，包括：第一电极和套设于第一电极的第二电极，且第一电极和第二电极之间绝缘；填充于第一电极和第二电极之间的PN结的构成层体。

其中，PN结的构成层体进一步包括：由内向外依次生长的n-GaN层、多重量子阱层、p-GaN层。

为解决上述技术问题，本发明采用的第三个技术方案是：提供一种微发光二极管显示器，包括：如上所述的微发光二极管。

本发明的有益效果是：通过在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极在PN结的构成层之外相互绝缘，其制成的微发光二极管为管状结构。管状的微发光二极管结构能有效降低第一电极和第二电极之间经由PN结的构成层通路的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了PN结的有效作用面积，增加电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管的单色性。

附图说明

图1是本发明微发光二极管制造方法第一实施例的流程示意图；

图2是图1中步骤S11的流程示意图；

图3是图1中步骤S12的流程示意图；

图4是图1中步骤S13的流程示意图；

图5是图4中步骤S130的流程示意图；

图6是图4中步骤S131的流程示意图；

图7是本发明微发光二极管制造方法第二实施例的流程示意图；

图8是本发明微发光二极管一实施例的结构示意图；

图9是本发明微发光二极管显示器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，本发明微发光二极管第一实施例的流程示意图，包括：

S11：形成缓冲层柱体。

采用低温生长或蚀刻等方式形成缓冲层柱体。其中，缓冲层柱体既能有效解决基底材料和n-GaN层材料之间晶格常数和热膨胀系数失配造成的困难，同时，也能为形成PN结的构成层体起到辅助支撑的作用。

S12：在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体。

通过MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)等方式在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体，层体包围缓冲层柱体。

S13：在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极之间绝缘。

可以看出，本实施例通过在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，第一电极和第二电极在PN结的构成层之外相互绝缘，其制成的微发光二极管为管状结构。管状的微发光二极管结构能有效降低第一电极和第二电极之间经由PN结的构成层通路的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了PN结的有效作用面积，增加电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管的单色性。

如图2所示，在具体实施例中，图1中步骤11的流程包括：

S110：提供一基底。基底材料可以是蓝宝石(Al₂O₃)、硅(Si)或者碳化硅(SiC)，优选地，使用Si掺杂的n-GaN/Al₂O₃作为MOVPE(Metal-organic Vapor-phase Epitaxy)基底。

S111：在基底上沉积而形成第一缓冲层。第一缓冲层是SiO₂层，通过PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)在Si掺杂的n-GaN/Al₂O₃基底上沉积而形成SiO₂层，在一应用例中，SiO₂层的厚度可以为50～200nm，例如100nm。

S112：对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基底。通过匀胶、曝光、显影、刻蚀等方式制作出所需的SiO₂图案，以供在特定位置生长缓冲层柱体，其中图案形状可根据后续所需生长的缓冲层柱体形状面设定，具体不作限制。

S113：在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。缓冲层柱体材料可以是AlN(氮化铝)、GaN(氮化镓)、SiC(碳化硅)和ZnO(氧化锌)，优选地，缓冲层柱体是ZnO微米管/纳米管。通过PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)等方式在基底的预定位置生长ZnO微米管/纳米管，且多个ZnO微米管/纳米管结构间相互间隔设置，其中ZnO微米管/纳米管结构形状与SiO₂图案的形状相同。在一应用例中，多个ZnO微米管/纳米管结构可为周期性点阵结构，实现多个ZnO微米管/纳米管结构的均匀设置，保证多个ZnO微米管/纳米管结构分布的均匀，从而保证微发光二极管的出光均匀。

如图3所示，在具体实施例中，图1中步骤12包括：

S120：在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层。通过MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气象沉淀)等方式在ZnO微米管/纳米管外壁生长n-GaN层。

S121：在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层；对第二缓冲层进行蚀刻以暴露出一部分n-GaN层。在n-GaN层上沉积而形成第二缓冲层包括：在n-GaN层上沉积一定厚度的SiO₂，在一应用例中，厚度可以为50～200nm，例如为50nm，并将上面一部分SiO2刻蚀，露出一部分n-GaN；用一定厚度的PMMA(polymethyl methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃)覆盖遮挡ZnO/n-GaN/SiO2，在一应用例中，PMMA的厚度为1um，刻蚀掉上面一部分PMMA。其中，SiO₂层和PMMA层起掩模的作用，蚀刻后只遮挡一部分n-GaN层，不保留在最终微发光二极管结构中。多重量子阱层、p-GaN层依次形成于n-GaN层暴露的部分上。

S122：在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。通过MOCVD在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层过程中，在每两相邻层之间均进一步进行以下处理：形成第三缓冲层以覆盖遮挡较下层的结构；刻蚀掉一部分第三缓冲层，以在多重量子阱层暴露的部分上形成p-GaN层。

在本实施例中，第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层使得由内而外形成的n-GaN/多重量子阱层/p-GaN层所暴露出的高度不同。

其中，MQWs是μ-In_xGa_1-xN/μ-GaN MQWs，p-GaN是掺Mg的p-GaN层。在n-GaN层上依次形成MQWs、p-GaN层后包括：在惰性气体氛围中退火，如：氮气。

如图4所示，在具体实施例中，图1中步骤13包括：

S130：在PN结的构成层体外侧形成第一电极。

S131：去掉缓冲层柱体后，在PN结的构成层体内侧形成第二电极。其中，第一电极为沉积的金属Ni/Au层和Ag层，第二电极为沉积的金属Ti/Au层和ITO层。

如图5所示，在具体实施例中，图4中步骤S130进一步包括：

S1300：在基底及PN结的构成层体上涂布并固化PI液。在基底及PN结的构成层体上涂布PI(Polyimide，聚酰亚胺)液并使其固化，用于隔绝PN结的构成层体外侧形成第一电极和PN结的构成层体内侧形成第二电极，使第一电极和第二电极绝缘，且起到固定的作用，从而控制微发光二极管光的方向。

S1301：将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体。

S1302：在基底及PN结的构成层体上沉积金属Ni/Au层和Ag层，以得到第一电极。在一实施例中，金属Ni/Au层的厚度可以为5～20nm，例如10nm，Ag层的厚度为几个微米。

如图6所示，，在具体实施例中，图4中步骤S131进一步包括：

S1310：去掉基底。

S1311：刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体。从而形成中空的ZnO微米管/纳米管结构。

S1312：将PN结的构成层体翻转，并沉积金属Ti/Au层和ITO层，以得到第二电极。在一应用例中，金属Ti/Au层的厚度为2～5nm，ITO层的厚度为800～1200nm。

上述说明中各层的厚度、各层的沉积方式以及金属电极层材料仅为示例，实际应用可根据需要决定。

在其他实施例中，N型半导体层和P型半导体层材料可以是InGaN、AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。

通过上述实施例的实施，在缓冲层柱体外壁依次形成PN结的构成层体后，在PN结的构成层体外侧形成第一电极，且去掉缓冲层柱体后在PN结的构成层体内侧形成第二电极，从而制成具有金属电极与中空的微米管/纳米管结构的微发光二极管。微发光二极管利用中空的几何形貌制备金属电极，有效降了金属电极间的阻抗，从而提高导电率，增加微发光二极管的发光效率；同时，其微米管/纳米管的结构增加了p-n结有效作用面积，增高电流密度，从而有效提高微发光二极管的发光效率，改善微发光二极管单色性。

如图7所示，本发明微发光二极管制造方法的第二实施例的流程示意图，包括：

S71：提供一基底。

S72：在基底上沉积而形成第一缓冲层。

S73：对第一缓冲层的预定位置进行蚀刻，以在预定位置暴露出基地。

S74：在基底的预定位置处生长出缓冲层柱体。

S75：在缓冲层柱体外币生长n-GaN层。

S76：在n-GaN层上依次形成多重量子阱层、p-GaN层。

S77：在基底及PN结的构成层体上涂布并固化PI液，将PN结的构成层体的上端的PI液蚀刻掉，暴露出PN结的构成层体。

S78：在基底及PN结的构成层体上形成第一电极。

S79：去掉基底，刻蚀掉作为牺牲层的第一缓冲层和缓冲层柱体后，将PN结的构成层体翻转，在PN结的构成层体内侧形成第二电极。

本实施例中各层的材料、功能、厚度具体可参考本发明微发光二极管制造方法第一实施例中的描述，在此不再重复。其中，各层的厚度、各层的沉积方式以及金属电极层材料仅为示例，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，n型半导体层和p型半导体层材料可以是InGaN、AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。

如图8所示，本发明微发光二极管一实施例的结构示意图，包括：第一电极81、第二电极82、PI层83、PN结的构成层体84。

第二电极82套设于第一电极81；PI层83位于第二电极82的上方，使得第一电极81和第二电极82之间绝缘；PN结的构成层体84填充于第一电极81和第二电极82之间。

第一电极为沉积的金属Ti/Au层和ITO层；第二电极为金属Ni/Au层820和Ag层821；PN结的构成层体84进一步包括由内而外依次生长n-GaN层840、多重量子阱层841、p-GaN层842。

本实施例中各层的材料、功能、厚度具体可参考本发明微发光二极管制造方法第一实施例中的描述，在此不再重复。其中，各层的厚度、大小及位置仅为示意，实际应用可根据需要决定。在其他实施例中，n型半导体层和p型半导体层材料可以是InGaN、AlGaInP、GaAlAs或其任一两者之间的组合，但不仅限于此。

如图9所示，本发明微发光二极管显示器一实施例的结构示意图，包括：基板90；设置于基板90上的子像素区域91；设置于子像素区域91内的微发光二极管92。

其中，子像素区域91阵列排布；微发光二极管92的结构如图8所示。

图中子像素区域91和微发光二极管92的大小以及相对位置关系仅为示意，实际应用可根据需要决定。

在此基础上，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。