一种高显示对比度的垂直结构GaN基LED芯片及其制备方法与流程

一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，增强现实(ar)和虚拟现实(vr)等应用设备不断出现。除了这些新兴的设备外，传统的手机、电视、笔记本电脑、智能手表等设备为了达到更出色的显示效果，对于亮度高、能耗低的显示面板的需求与日俱增。而micro-led有芯片尺寸小(《100μm)、高亮度、寿命长、能耗低等特点，与市场上常用的液晶显示(lcd)和有机led(oled)相比，micro-led有光效更高、可靠性更好、响应速度更快等优点，因此micro-led显示也被誉为显示的“终极方案”，有着巨大的市场前景。
3.但micro-led显示产片仍面临着许多技术上、设备上的挑战。随着led芯片的尺寸缩小，相邻像素单元之间的距离也不断减小，相邻像素单元之间的光学串扰更严重，同时led芯片之间的不发光区域的光反射影响更大，均降低了显示的色纯度和环境对比度，成为获得高质量micro-led显示必须解决的问题之一。
4.在制造micro-led芯片的过程中，为了缓解光学串扰和光反射现象，通常会选择将发光区域以外的外延层刻蚀去除以减少光波导效应导致的光串扰，并在被刻蚀的区域蒸镀tiw等吸光能力强的材料，或者覆盖图形化的其他材料，以降低对光线的反射作用，以及对相邻发光区域的影响，提高显示的环境对比度。也有报道通过对gan层进行离子注入，选择性地创建高电阻率的区域，在micro-led相邻像素单元之间形成隔离屏障，减少相邻像素单元之间的光学串扰，提高对比度。以上方案，虽然在一定程度均可减少led芯片不发光区域的光波导和光反射率，提升了显示对比度，但仍存在环境对比度不高、制造工艺复杂、成本高等问题。
5.因此，仍需要开发一种工艺简单、制造成本低的led芯片及其制造方法，以有效减少led芯片不发光区域对光的波导和反射问题，提高环境对比度，实现高显示对比度micro-led显示的大规模应用。


技术实现要素：

6.为了解决micro-led芯片存在的光串扰，导致环境对比度低等问题，本发明的第一个目的是提供一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片，实现具有高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的制造。
7.本发明的第二个目的是提供一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的制备方法。
8.本发明的第一个目的是这样实现的：
9.一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片，所述led芯片从下至上依次包括支撑基板、邦定层金属、p型反射电极层、半导体层和n型电极；所述半导体层从下至上依次包
括p型半导体层、量子阱发光半导体层、n型半导体层；特征是：在半导体层中设置有隔离区，隔离区将半导体层分隔为发光区域的半导体层和不发光区域的半导体层；所述发光区域的半导体层和不发光区域的半导体层具有相同的gan材料和相同粗化结构的表面，粗化的表面对可见光的反射率低于5％。
10.所述半导体层的材料为alyin
x
ga
1-x-y
n(0≤x≤1，0≤y≤1)。
11.所述隔离区从上向下垂直贯穿半导体层，且在所述隔离区内填充不导电介质材料。
12.所述不导电介质材料为sio2、si3n4、al2o3或聚酰亚胺中的一种。
13.所述发光区域半导体层和不发光区域半导体层均与底部p型反射电极层连通；p型反射电极层为金属ag，厚度为200
‑‑
2000埃。
14.所述n型电极为金属cr/pt/au，仅位于发光区域的半导体层中的n型半导体层的表面。
15.本发明的第二个目的是这样实现的：
16.一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的制备方法，特征是：包括以下步骤：
17.a、在衬底上依次生长缓冲层，n型半导体层，量子阱发光半导体层，p型半导体层，形成led外延片；
18.b、在所述led外延片的p型半导体层的表面蒸发p型反射电极层和邦定层金属；
19.c、将led外延片邦定至支撑基板的表面；
20.d、去除衬底后放入高温koh溶液中进行腐蚀，去除缓冲层，并在n型半导体层的表面形成粗化结构表面；
21.e、在所述表面粗化的n型半导体层表面旋涂光刻胶，并进行曝光、显影，暴露隔离区的图形；对已光刻的led外延片从n型半导体层的一侧进行刻蚀，从上向下垂直刻穿部分区域的n型半导体层、量子阱发光半导体层和p型半导体层，形成隔离区，将半导体层分隔为发光区域和不发光区域两类功能区域；
22.f、在所述隔离区内填充不导电介质材料，并钝化半导体层的侧壁；
23.g、在所述发光区域的n型半导体层的表面蒸镀金属形成n型电极。
24.本发明提供的一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片，具有如下特点是：形成贯穿半导体层的隔离区，通过保留具有粗化结构表面的不发光区域的半导体层，达到减少对光的反射和波导作用，降低光串扰的目的。本发明的制备方法的工艺简单、成本低，本发明通过保留与通电发光区域相同材料和相同粗化结构表面的不发光区域的半导体层，能明显提高芯片发光的环境对比度，获得高对比度的垂直结构gan基led显示芯片。
附图说明
25.图1为本发明的一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的外延结构示意图；
26.图2为本发明实施例一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的邦定后的示意图；
27.图3为本发明实施例一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的去除衬底后的示意图；
28.图4为本发明实施例一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的粗化n型半导
体层表面并刻蚀形成隔离区后的结构示意图；
29.图5为本发明实施例一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的在隔离区填充不导介质电材料并蒸镀n型电极后的结构示意图；
30.图6为本发明实施例一种高显示对比度的垂直结构gan基led芯片的俯视图；
31.图中：101-衬底，102-缓冲层，103-n型半导体层，104-量子阱发光半导体层，105-p型半导体层，106-发光区域，107-不发光区域，201-半导体层，301-p型反射电极层，401-邦定层金属，501-支撑基板，601-隔离区，701-不导电介质材料，801-n型电极。
具体实施方式
32.下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
33.实施例：
34.一种高显示对比度的垂直结构led芯片的制备方法，包括以下步骤：
35.(1)生长led外延片：首先采用mocvd生长方法制备gan基垂直结构发光二极管的外延材料，提供衬底101，衬底为si(111)，在衬底101上依次外延生长缓冲层102，n型半导体层103，量子阱发光半导体层104，p型半导体层105，且n型半导体层103、量子阱发光半导体层104、p型半导体层105构成半导体层201；半导体层201的材料为alyin
x
ga
1-x-y
n(0≤x≤1，0≤y≤1)，如图1所示；
36.(2)p型反射电极层301和邦定层金属401：采用电子束蒸发的方法，在led外延片的p型半导体层105的表面蒸镀p型反射电极层301和邦定层金属401，p型反射电极层301的材质为ag；
37.(3)邦定：将蒸镀有p型反射电极层301和邦定层金属401的led外延片邦定至支撑基板501表面，支撑基板501为si基板，如图2所示；
38.(4)移除衬底101：湿法腐蚀去除衬底101，腐蚀液为硝酸、氢氟酸、冰醋酸的混合溶液，如图3所示；
39.(5)粗化：放入高温koh溶液中进行腐蚀，去除缓冲层102并在n型半导体层103的表面形成粗化结构表面；
40.(6)刻蚀形成隔离区：在所述表面粗化的n型半导体层103表面旋涂光刻胶，并进行曝光、显影，暴露隔离区的图形；对已光刻的led外延片从n型半导体103一侧开始进行刻蚀，从上向下垂直刻穿隔离区的n型半导体层103、量子阱发光半导体层104和p型半导体层105，形成隔离区601，将半导体层201分隔为发光区域106和不发光区域107的两类功能区域，如图4所示；
41.(7)沉积不导电介质材料：在所述隔离区601和不发光区域107表面填充不导电介质材料701，不导电介质材料701为sio2，对发光区域106和不发光区域107的两类功能区域进行电隔离，并钝化半导体层的侧壁；
42.(8)n电极蒸发：采用电子束蒸发的方法，于所述发光区域106的n型半导体层103的表面蒸镀金属cr/pt/au，形成n型电极801，如图5所示；由此制备完成获得高显示对比度的垂直结构led芯片。
43.俯视图如图6所示；
44.由此得到本发明实施例1的一种高显示对比度的垂直结构led芯片结构。
45.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。