一种LED显示组件及其制作方法与流程

本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种半导体led显示组件及其制作方法。

背景技术：

现今，发光二极管（led），特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。led室内外显示屏技术目前在舞台、广告、体育设施等方面已获得广泛的应用。目前led的封装尺寸在毫米级别，像素尺寸较大导致分辨率和画质较差。未来的led显示技术的发展的方向为实现超小尺寸的led，以获得更小的发光像素尺寸，从而获得更高的分辨率和画质。基于氮化物和砷化物半导体发光二极管的微型发光二极体显示（micro-led）或纳米级发光二极管显示（nano-led）具有高亮度、低功耗、超高分辨率、色彩饱和度高，老化性能优越、外延晶圆技术成熟等优点，可直接利用目前的成熟量产化的外延磊晶的晶圆技术，具有与oled、qled等下一代半导体显示器技术抗衡的优势。

传统的微型led（micro-led）的制作需要将微元件从施体基板上转移到接收基板上，工艺较为复杂繁琐，且良品率低。传统微型led一般采用先制作成一颗颗的微型芯片或元件后，再转移并集成至电路板上从而制作成led显示屏。传统micro-led因转移和封装的尺寸和精度问题，制作工艺难以延伸至纳米级别的nano-led，导致芯片像素尺寸难以进一步缩小。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件及其制作方法，可直接外延制作不同发光波长的红绿蓝（rgb）芯粒在同一晶圆片上，不需要预先制作成微型芯片后再转移至接收基板，制作工艺流程方便，且可在晶圆级别控制rgb的任意排列和任意rgb波长组合，具有宽广的波长和rgb组合调控性能。

通过制作应力控制层和应力作用层的生长模板，然后，在生长模板上直接外延生长相同组分和厚度的有源层，通过应力控制实现不同发光波长的rgb芯粒外延在同一晶圆片，可在微米-纳米级别控制rgb的排列组合和任意波段组合，使半导体led显示组件的分辨率达到微米级至纳米级的像素级别，可涵盖micro-led和nano-led的尺寸范围，从而制作高清、高画质半导体led显示组件。或者，在传统的半导体led的外延片上通过芯片制作技术制作应力控制层和应力作用层，通过控制有源层的应力获得可调控波长的rgb的半导体led显示组件，实现制作微米级至纳米级的像素级别半导体led显示组件。

根据本发明的第一部分：一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件，包括：由若干组第一导电型的第二半导体层组成的第一导电型的第一半导体层，有源层，应力控制层，应力作用层，第一隔离层，第二隔离层，第二导电型的第三半导体层，第一导电接触层，第二导电接触层，电极以及包括电连接点的集成电路控制板；所述有源层设置有若干组的有源层单元，有源层单元通过侧壁形成第一隔离层进行分隔，所述第一导电型的第二半导体通过侧壁形成第二隔离层进行分隔，并邻接第二导电接触层；于所述第一隔离层和第二隔离层的间隙形成应力作用层、应力控制层及第一导电接触层；所述第一导电接触层、第二导电接触层分别与集成电路控制板的电连接点连接。

进一步地，所述第一导电型的第二半导体层的组数为n组，优选3n组，其中n取自然数且n≥1；所述有源层单元的组数为n组，优选3n组，其中n取自然数且n≥1；组数还可根据需要进行制作；3n组的有源层形成的可调控波长的红绿蓝（rgb）微米-纳米级的半导体led显示组件，r/g/b的组成可进行任意组合，但不以此为限。

进一步地，所述有源层的量子阱材料为同一组分且厚度相同的多量子阱。

进一步地，所述有源层量子阱的材料为inxga1-xn/gan多量子阱、inxga1-xn/alingan多量子阱或alyga1-yn/alzga1-zn多量子阱，其中0<x,y,z<1，所述的多量子阱的对数小于20对。

进一步地，所述应力作用层为不同导热系数材料或磁致弹性材料，当应力作用层为磁致弹性材料时，应力控制层为磁性材料，在电流注入下可产生可控的磁场，控制应力作用层产生所需的应力，藉由应力作用于有源层控制发光波长；当所述应力作用层为不同导热系数的材料时，应力控制层为热电阻材料，通过控制注入电流可控制发热的功率，产生可控的温度，温度范围为50~500℃，通过调整不同温度使不同导热系数材料产生可控的应力，从而可调节有源层的应力大小，藉由应力作用于有源层控制发光波长。

进一步地，所述应力控制层和应力作用层用于控制有源层受到不同应力作用，以3n组的有源层单元为例，通过控制第一组、第二组、第三组（共3n组）的应力控制层的输入电流，调控应力作用层产生第一应力、第二应力、第三应力，使第一组有源层发出波长为580~680nm范围的红光（r），第二组有源层发出波长为480~580nm范围的黄绿光（y/g），第三组有源层发出波长380~480nm范围的蓝光（b），从而形成晶圆级的可控波长的微米-纳米级的半导体led显示组件，无需制作成一颗颗芯粒后再进行转移、键合、集成。

进一步地，所述第一隔离层始于有源层的上表面，终止于第一导电型的第二半导体层的下表面，所述第二隔离层始于有源层的下表面，终止于第一导电型的第二半导体层的下表面，第一隔离层和第二隔离层之间形成间隙，宽度为0.5~5μm。

进一步地，所述第一隔离层，用以隔开相邻的第一导电型的第二半导体层、应力控制层以及应力作用层。

进一步地，所述第一隔离层、第二隔离层的材料为绝缘氧化物或氮化物，包括sio2或sinx等，所述第一半导体、第二半导体、第三半导体材料为iii-v族或ii-vi族化合物半导体材料。

根据本发明的第二部分：一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件的制作方法，其包括以下步骤：

步骤（1）：在第一衬底上，外延生长第一导电型的第一半导体层；

步骤（2）：将第一导电型的第一半导体层蚀刻出若干组的第一导电型的第二半导体层，其侧壁沉积第二隔离层；在相邻的第一导电型的第二半导体层的之间沉积第二隔离层，隔离出若干组的外延预生长区域；

步骤（3）：在所述第一隔离层和第二隔离层的间隙，沉积应力控制层和应力作用层，作为生长模板；

步骤（4）：在生长模板上外延生长有源层；

步骤（5）：在有源层上依次外延生长第二导电型的第三半导体层和接触层；

步骤（6）：在接触层上，键合第二衬底，并剥离第一衬底，裸露出第一导电型的第一半导体层、第一隔离层、第二隔离层和应力控制层的下表面；

步骤（7）：在应力控制层上，沉积第一导电接触层；

步骤（8）：在第一导电型的第二半导体层上，沉积第二导电接触层；

步骤（9）：将第一导电接触层与集成电路控制板上的电连接点连接，通过集成电路控制板控制应力控制层的输入电流，调控应力作用层产生的应力，使有源层单元发出不同波段的波长；将第二导电接触层与集成电路控制板上的电连接点连接，独立控制有源层单元的发光；

步骤（10）：去除第二衬底，在接触层上方沉积电极，从而制作成晶圆级的可调控波长的微米-纳米级半导体led显示组件。

进一步地，所述应力作用层可以选用不同导热系数材料或磁致弹性材料，当应力作用层为磁致弹性材料时，应力控制层为磁性材料，在电流注入下可产生可控的磁场，控制应力作用层产生所需的应力，然后，藉由应力作用于有源层控制发光波长；当所述应力作用层为不同导热系数的材料时，应力控制层为热电阻材料，通过控制注入电流可控制发热的功率，产生可控的温度，温度范围为50~500℃，通过调整不同温度使不同导热系数材料产生可控的应力，从而可调节有源层的应力大小，然后藉由应力作用于有源层控制发光波长。

根据本发明的第三部分：一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件的制作方法，其包括以下步骤：

步骤（1）：在第一衬底上依次外延第一导电型的第一半导体层，有源层，第二导电型的第三半导体层以及接触层；

步骤（2）：在接触层上方，键合第二衬底，并剥离第一衬底；

步骤（3）：从第一导电型的第一半导体层蚀刻至有源层，蚀刻出若干组的有源层，并在侧壁沉积第二隔离层；在第一导电型的第一半导体层蚀刻出若干组的第一导电型的第二半导体，并在其侧壁沉积第一隔离层；

步骤（4）：在第一隔离层和第二隔离层的间隙，沉积应力作用层；

步骤（5）：在应力作用层上，沉积应力控制层；

步骤（6）：在应力控制层上，沉积第一导电接触层；

步骤（7）：在第一导电型的第二半导体层上，沉积第二导电接触层；

步骤（8）：将第一导电接触层与集成电路控制板上的电连接点连接，通过集成电路控制板控制应力控制层的输入电流，调控应力作用层产生的应力，使有源层单元发出不同波段的波长；将第二导电接触层与集成电路控制板上的电连接点连接，独立控制有源层单元的发光；

步骤（9）：去除第二衬底，在接触层上方沉积电极，制作成晶圆级的可调控波长的微米-纳米级的半导体led显示组件。

进一步地，所述应力作用层可以选用不同导热系数材料或磁致弹性材料，当应力作用层为磁致弹性材料时，应力控制层为磁性材料，在电流注入下可产生可控的磁场，控制应力作用层产生所需的应力，然后，应力作用于有源层控制发光波长；当所述应力作用层为不同导热系数的材料时，应力控制层为热电阻材料，通过控制注入电流可控制发热的功率，产生可控的温度，温度范围为50~500℃，通过调整不同温度使不同导热系数材料产生可控的应力，从而可调节有源层的应力大小，然后藉由应力作用于有源层控制发光波长。

附图说明

图1~图10为本发明实施例1的led显示组件及其制作步骤示意图。

图11~图19本发明实施例2的led显示组件及其制作步骤示意图。

图中标示说明：101：第一衬底；102：第一导电型的第一半导体层；103：第一导电型的第二半导体层；104：第二隔离层；105：第一隔离层；106：应力控制层；107：应力作用层；108：有源层；109：第二导电型的第三半导体层；110：接触层；111：第二衬底；112（112a、112b、112c）：第一导电接触层；113（113a、113b、113c）：第二导电接触层；114：集成电路控制板；115：透明导电层；116：电极；201：第一衬底；202：第一导电型的第一半导体层；203：有源层；204：第二导电型的第三半导体层；205：接触层；206：第二衬底；207：第二隔离层；208：第一导电型的第二半导体层；209：第一隔离层；210：应力作用层；211：应力控制层；212（212a、212b、212c）：第一导电接触层；213（213a、213b、213c）：第二导电接触层；214：集成电路控制板；215：透明导电层；216：电极。

具体实施方式：

传统的微型led（micro-led）的制作需要将微元件从施体基板上转移到接收基板上，工艺较为复杂繁琐，且良品率低。传统微型led一般采用先制作成一颗颗的微型芯片或元件后，再转移并集成至电路板上从而制作成led显示屏。本发明提供的一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件及其制作方法。

通过制作应力控制层和应力作用层的生长模板，然后，在生长模板上外延生长相同组分和厚度的有源层，通过应力控制实现不同发光波长的rgb芯粒外延在同一晶圆片，可在微米-纳米尺度级别控制rgb的排列组合和任意波段组合，使led显示组件的分辨率达到微米级至纳米级的像素级别，可涵盖micro-led和nano-led的尺寸范围，从而制作高清、高画质半导体led显示组件。

在传统的半导体led的外延片上通过芯片制作技术制作应力控制层和应力作用层，通过控制有源层的应力获得可调控波段的rgb的半导体led显示组件，实现制作微米级至纳米级的像素级别半导体led显示组件。

实施例1

如图1~图10所示，本实施例提供一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件的及其制作方法，包括：

如图1所示，步骤（1）：在第一衬底101上，外延生长第一导电型的第一半导体层102；

如图2所示，步骤（2）：将第一导电型的第一半导体层102蚀刻出3n组的第一导电型的第二半导体层103，其两侧侧壁（但不以此为限，也可以是四周侧壁）沉积6n组的第二隔离层104；3n组的第二半导体层的之间沉积第一隔离层105，隔离出3n组的rgb预生长区域；

如图3所示，步骤（3）：在6n组的第二隔离层104和3n组的第一隔离层105之间间隙，依次沉积应力控制层106和应力作用层107，作为生长模板，其中间隙宽度为0.5~5μm，应力作用层可以选用不同导热系数材料或磁致弹性材料，当应力作用层选用磁致弹性材料时，应力控制层选用磁性材料，在电流注入下可产生可控的磁场，控制应力作用层产生所需的应力，然后，通过应力作用于有源层控制发光波长；

如图4所示，步骤（4）：将沉积应力控制层106和应力作用层107的生长模板，传进mocvd反应室，采用金属有机化学气相外延的生长方法，生长3n组有源层单元的有源层108；所述有源层的量子阱材料为同一组分且厚度相同的多量子阱；所述有源层量子阱的材料为inxga1-xn/gan多量子阱、inxga1-xn/alingan多量子阱或alyga1-yn/alzga1-zn多量子阱，其中0<x,y,z<1，所述的多量子阱的对数小于20对，优选多量子阱的对数为8对；

如图5所示，步骤（5）：在有源层108上方，采用mocvd依次外延生长第二导电型的第三半导体层109和接触层110；

如图6所示，步骤（6）：在接触层110上方，键合第二衬底111，并剥离第一衬底101，裸露出第一导电型的第一半导体层103、第二隔离层104、第一隔离层105和应力控制层106的下表面；

如图7所示，步骤（7）：在3n组的应力控制层106的下方，沉积3n组的第一导电接触层112（112、112b、112c）；

如图8所示，步骤（8）：在3n组的第二半导体层103下方，沉积3n组的第二导电接触层113（113a、113b、113c）；

如图9所示，步骤（9）：第一导电接触层112（112、112b、112c）分别与集成电路控制板114上的电连接点1、3、5连接，通过集成电路控制板可独立控制第一组、第二组、第三组（共3n组）的应力控制层的输入电流，调控应力作用层分别产生第一应力、第二应力、第三应力，使第一组有源层发出波长为580~680nm范围的红光，第二组有源层发出波长为480~580nm范围的黄绿光，第三组有源层发出波长380~480nm范围的蓝光；第二导电接触层113（113a、113b、113c）分别与集成电路控制板114上的电连接点2、4、6连接，独立控制第一组、第二组、第三组（共3n组）有源层的发光；

如图10所示，步骤（10）：去除第二衬底，在接触层110上方沉积透明导电层115和电极116，从而制作成晶圆级的可调控rgb波长的微米-纳米级半导体led显示组件，从图10中可知，第一隔离层105始于有源层108的上表面，终止于第一导电型的第二半导体层103的下表面，所述第二隔离层104始于有源层108的下表面，终止于第一导电型的第二半导体层103的下表面，其中第一隔离层105，用以隔开相邻的第一导电型的第二半导体层103、应力控制层106以及应力作用层107。

实施例2

如图11~19所示，本实施例提供一种晶圆级的微米-纳米级半导体led显示组件的及其制作方法，包括：

如图11所示，步骤（1）：采用传统mocvd的外延方法，在第一衬底201上，依次外延第一导电型的第一半导体层202，有源层203，第二导电型的第三半导体层204以及接触层205；所述有源层的量子阱材料为同一组分且厚度相同的多量子阱；所述有源层量子阱的材料为inxga1-xn/gan多量子阱、inxga1-xn/alingan多量子阱或alyga1-yn/alzga1-zn多量子阱，其中0<x,y,z<1，所述的多量子阱的对数小于20对，优选多量子阱的对数为8对；

如图12所示，步骤（2）：在接触层205上方，键合第二衬底206，并剥离第一衬底；

如图13所示，步骤（3）：从第一导电型的第一半导体层202，蚀刻至有源层203，从而蚀刻出3n组的有源层单元，并在有源层单元的侧壁沉积第二隔离层207；在第一导电型的第一半导体层202蚀刻出3n组的第一导电型的第二半导体层208，并在其侧壁沉积第一隔离层209；

如图14所示，步骤（4）：在第一隔离层209和第二隔离层207之间间隙，宽度为0.5~5μm，沉积3n组的应力作用层210，应力作用层选用不同导热系数材料或磁致弹性材料；

如图15所示，步骤（5）：在第二隔离层207和第一隔离层209间隙的3n组的应力作用层210上方，沉积应力控制层211；当应力作用层为磁致弹性材料时，应力控制层为磁性材料，在电流注入下可产生可控的磁场，控制应力作用层产生所需的应力，然后，藉由应力作用于有源层控制发光波长；当所述应力作用层为不同导热系数的材料时，应力控制层为热电阻材料，通过控制注入电流可控制发热的功率，产生可控的温度，温度范围为50~500℃，通过调整不同温度使不同导热系数材料产生可控的应力，从而可调节有源层的应力大小，然后藉由应力作用于有源层控制发光波长；

如图16所示，步骤（6）：在3n组应力控制层211下方，沉积3n组的第一导电接触层212（212a、212b、212c）；

如图17所示，步骤（7）：在3n组第一导电型的第二半导体层208上方，沉积3n组的第二导电接触层213（213a、213b、213c）；

如图18所示，步骤（8）：3n组的第一导电接触层212（212a、212b、212c）分别与集成电路控制板214上的电连接点1、3、5连接，通过集成电路控制板可独立控制第一组、第二组、第三组（共3n组）的应力控制层的输入电流，调控应力作用层产生第一应力、第二应力、第三应力，使第一组有源层发出波长为580~680nm范围的红光，第二组有源层发出波长为480~580nm范围的黄绿光，第三组有源层发出波长380~480nm范围的蓝光；3n组的第一导电型的第二半导体层208通过第二导电接触层213（213a、213b、213c）分别与集成电路控制板214上的电连接点2、4、6连接，独立控制第一组、第二组、第三组（共3n组）的有源层的发光；

如图19所示，步骤（9）：去除第二衬底，在接触层205上方沉积透明导电层215和电极216，制作成晶圆级的可调控rgb波长的微米-纳米级半导体led显示组件。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。