一种微型发光二极管器件的制作方法

本实用新型提供一种外延结构，具体地涉及一种微型发光二极管的外延结构以及微型发光二极管器件。

背景技术：

Micro LED是将传统尺寸的LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1~10μm等级左右；可将μLED批量式转移至电路基板上，封装形成Micro LED Display。由于形成微小尺寸的阵列排列，形成的像素点距离从毫米级降低到微米级，并且具有功耗低，亮度高和具有超高解析度和色彩饱和度，相应速率更快的特点，如今已经被国际显示面板厂商作为下一代的显示技术而不断加强研发。

目前制作Micro-LED水平结构中，因为在制作完整体芯片结构后需进行去除外延牺牲层才可使芯粒与衬底分离，但由去除外延牺牲层及衬底的方法通常为湿法蚀刻，湿法蚀刻会破坏电极结构，从而会影响可被转移芯片良率，导致在巨量转移过程中产品质量与良率有极大的损失。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供以下一种发光二极管的外延结构，其包括衬底、衬底上的外延半导体层叠结构、设置于外延半导体层叠结构上的热分解层，半导体层叠结构包括第一类型导电性半导体层、发光层和第二类型导电性半导体层。

所述的热分解层为加热条件下分解的层，所述的加热条件为半导体层叠结构不会分解。所述的热分解可以是热分解层材料自身的化学不稳定性而进行的分解，也可以是与加热气体的气氛反应而形成的分解。所述的热分解层优选形成为半导体层叠结构的外延制程中，但不限于外延工艺，也可以通过其它的沉积方式形成。热分解层的材料可以是高分子材料或金属氧化物或氮化物或非金属氧化物或氮化物等，或者金属或非金属的磷化物或砷化物等。优选所述的热分解层为在外延衬底上获得外延半导体衬底结构后，直接通过外延生成热分解层。更优选的，所述的热分解层为热氧化层，热氧化条件为：湿氧温度 300~600°C，湿氧通入流量 100~3000 sccm；湿氧时间 10~200 min。更优选的所述的热分解层为砷化物，如砷化铝、或砷化铝镓。所述砷化铝镓的铝含量为相对于铝和砷总含量的50~100%，更优选的所述的砷化铝镓的铝含量为80%以上。更进一步地，所述的外延衬底为砷化镓。所述的发光层发光波长为550-850nm。所述的发光层发光为黄、绿、橙、红、红外区域，所述的第一导电性半导体层、发光层和第二导电性半导体层为铝铟磷、铝镓铟磷或铝镓砷制成。

本实用新型根据上述外延结构，同时提供如下一种微型发光二极管器件，包括：支撑基板、支撑基板上的热氧化层、热分解层上支撑的微发光二极管单元；微发光二极管单元包括半导体层叠结构，半导体层叠结构包括第一类型导电性半导体层、发光层和第二类型导电性半导体层，以及第一类型导电性半导体层电性连接的第一电极和与第二类型导电性半导体层电性连接的第二电极。

其中热分解层从微发光二极管单元的底部形成支撑；其中第一类型导电性半导体层和第二类型导电性半导体层之间夹层设置发光层，第二类型导电性半导体层与热分解层临近或直接接触，第一电极位于第一类型半导体层的表面设置，第二电极设置在第二导电性半导体层表面无发光层和第一类型导电性半导体层的位置。

通过本实用新型的外延结构上制作热分解层，可以实现如下技术效果：

微型发光二极管元件在制作电极之前将外延结构转移到承载基板上，避免传统的水平版微发光元件制作电极后去除生长衬底时，电极以及外延结构被腐蚀，影响微发光二极管元件被转移的良率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

附图1为实施例制作方法中获得的外延结构；

附图2为实施例制作方法中外延结构上制作固定层并与承载基板键合后获得的结构；

附图3为实施例制作方法中去除外延生长衬底后获得的外延结构转移至承载基板上结构；

附图4为实施例制作方法中外延结构转移至承载基板上定义微器件单元区A和切割道区B的结构示意图；

附图5为实施例制作方法中外延结构上制作电极后获得的结构；

附图6为实施例制作方法中外延结构上经过切割道区域B进行蚀刻获得的侧向分开的微发光二极管器件；

附图7为微发光二极管单元。

实施例

下面结合制作方法和示意图对本实用新型的外延结构以及微型发光二极管器件进行详细的描述。

提供一种发光二极管外延结构如图1所示，其一般可包括生长衬底1和其上外延半导体层叠结构，外延半导体层叠结构包括N型导电性半导体层2、发光层3、P型导电性半导体层4和热分解层5。具体以红光发射LED器件为例，所述红光LED器件由如磷化铝镓铟(AlGaInP)和铝铟磷（AlInP）形成；其中该外延结构也适用于其他LED器件诸如红外发光区域或绿光LED器件或蓝光 LED器件的形成，所述绿光LED器件由材料诸如氮化铟镓(InGaN)、氮化镓(GaN)、磷化镓(GaP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)和磷化铝镓(AlGaP)形成，所述蓝光LED器件由材料诸如氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)和硒化锌(ZnSe)形成。可选的，蚀刻停止层可形成于生长衬底1与N型导电性半导体层2之间以有助于生长衬底的后续移除。

在一个较佳实施例中，生长衬底可由GaAs形成，为了后续分离生长衬底1与外延半导体层叠序列，可以在两者之间至少形成蚀刻停止层（图中未示出），蚀刻停止层可由InGaP形成，所述的外延半导体层叠结构中的N导电性型半导体层2的材料可为砷化铝镓AlxGa1-xAs，x>0.4或磷化铝镓铟 (AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4；发光层3的材料例可为磷化铝镓铟（(AlxGa1-x)yIn1-yP，x<0 .5）；P型导电性半导体层的材料可为砷化铝镓(AlxGa1-xAs，x>0.4) 或磷化铝镓铟 (AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4，所述的P型导电性半导体层4侧还可以包括形成在热分解层5之前的窗口层（图中未示出），窗口层材料例如可为磷化镓、磷化镓砷、砷化铝镓或磷化铝镓铟，其厚度为1~10微米，用于P型导电性半导体层4与外部连接电极之间的电接触和电流扩展。

所述的热分解层为5加热条件下分解的层，所述的加热条件为半导体层叠结构不会分解。所述的热分解可以是热分解层材料自身的化学不稳定性而进行的分解，也可以是与热分解层材料加热气体的气氛反应而形成的分解。所述的热分解层可以形成为半导体层叠结构的外延制程中，也可以通过其它的沉积方式形成，如涂覆固化或化学气相沉积或溅射或蒸镀等物理化学方法获得，热分解层可以是高分子材料或金属氧化物或氮化物或非金属氧化物或氮化物等，或者金属或非金属的磷化物或砷化物等。优选所述的热分解层为在外延衬底上获得外延半导体层叠结构后，直接通过外延生成热分解层。所述的热分解能够通过所述的热分解条件与外延半导体堆叠结构之间实现分离。

所述的热分解层为砷化铝、或砷化铝镓。优选的，所述砷化铝镓的铝含量为相对于铝和砷总含量的50~100%，更优选的所述砷化铝镓的铝含量为80%以上，更优选的，所述的铝含量为90%以上，铝含量越高，越容易发生热氧化反应，实现完全移除。热分解层的厚度优选为500A~5um，热分解的条件为：湿氧温度 300~600°C，湿氧通入流量 100~3000 sccm；湿氧时间 10~200 min。

如图2所示，在热分解层5的表面上形成固定层6，用于将外延结构键合到支撑基板7上（例如玻璃基板、蓝宝石或其他具有平面的基板或其它的暂时性衬底）。固定层6的材料可为热固型粘合性材料，例如但不限于苯并环丁烯(BCB)或环氧树脂。根据所选择的具体材料，固定层6可被热固化或者利用施加UV能量来固化。

作为另一种实施例，固定层6也可先形成在支撑基板7的表面上。作为再一种实施例，可同时在热分解层的表面上和支撑基板的表面上涂布BCB作为固定层，进行软烤、硬烤，然后键合。作为再一种实施例，可先于外延结构的表面上和/或支撑基板的表面上形成AP3000作为粘合增进剂，再涂布BCB。

如图3所示，去除生长衬底，露出外延半导体层叠结构的N型导电性半导体层2表面。生长衬底可通过多种方法来实现去除，包括激光剥离(LLO)、磨削或者蚀刻，具体取决于生长衬底的材料选择，在所示的具体实施例中，在生长衬底由GaAs形成的情况下，可通过湿法蚀刻或磨削及选择性湿法蚀刻的组合连同蚀刻停止层上的选择性蚀刻停止来实现移除。通过在制作微发光二极管电极之前，移除生长衬底，可有效避免湿法蚀刻对电极的腐蚀，影响电极的电性连接，也可有效避免对外延湿法蚀刻对外延结构的破坏，影响后期微型微发光二极管的转移良率。

如图4所示，在外延结构的表面上定义微器件单元区A和切割道区B，借由对切割道区B的蚀刻可以将外延结构划分为一系列微二极管器件元件阵列。

如图5所示，在微发光二极管器件单元区A通过N型导电性半导体层蚀刻至P型半导体层侧形成制作电极的台面，在N型半导体层侧和台面上分别制作与N型导电性半导体层电性连接的第一电极以及与P型半导体层电性连接的第二电极，所述的电极为金属电极。所述的金属电极包括单层或多层的金属材料制成，如铝、镍、铂、钛、银、金等材料。根据电流分散均匀性，第一电极和或第二电极可以具有电流注入部分和电流扩展部分。所述的第一电极与N型导电性半导体层之间可以进一步包括欧姆接触层如砷化镓、金属反射层如金、银、铝等，所述的第二电极与P型导电性半导体层之间可以通过窗口层进一步形成电接触以及电流扩展。窗口层可以制作热分解层之前，通过外延生长获得。

如图6所示，通过切割道区域B进行蚀刻至热分解层，形成凹槽，露出部分热分解层的表面，实现外延半导体层叠结构之间侧向完整分离的微发光二极管单元阵列。即形成微发光二极管单元与支撑基板7之间仅依靠热分解层进行连接的微发光二极管器件。更优选地，本实施例提供的热分解层的分解方法为热氧化分解法，通过湿热氧化条件实现热分解层的分解。所述的热分解层为砷化铝、或砷化铝镓。所述砷化铝镓的铝含量为相对于铝和砷总含量的50~100%，更优选的所述砷化铝镓的铝含量为80%以上，更优选的，所述的铝含量高于9%以上，铝含量越高，越有利于在湿热氧化条件下分解形成微发光二极管与衬底的分离。热分解层的厚度优选为500A~5um，热分解的条件为：湿氧温度 300~600°C，湿氧通入流量 100~3000 sccm；湿氧时间 10~200 min。湿热氧化工艺可以通过水加热后形成的蒸汽流借由惰性气体输送至露出部分热氧化层的表面实现氧化分解，热氧化分解可以延伸至微发光二极管单元与支撑基板之间的热氧化层部分，通过合适的反应时间实现完整的分离。热氧化分解过程中，微发光二极管单元可以借由可分解剥离薄膜(UV膜、热剥离膜、PDMS薄膜)等通过粘覆或范德华力或其它作用力临时固定在背离热分解层的一侧。

通过本实用新型的微发光二极管器件可以提供暂时支撑微发光二极管器件的结构，所述的热分解层提供一种支撑微发光二极管阵列的支撑方式，该支撑方式可以后续通过利用热分解膜在热分解的条件实现承载基板与微发光二极管阵列之间的分离。

以上实施例仅为直观说明本实用新型使用，并非对本实用新型的限制。具体的图形方案可以做各种变化，只要在各权利要求所限定的范围，都属于本实用新型保护的范畴。