用于生产发光二极管的方法与流程

本发明涉及生产发光二极管或led的领域。本发明特别地涉及具有led的显示设备的生产，并且更特别地涉及具有led的微显示设备的生产。

背景技术：

1、显示设备，特别是例如用于智能手机屏幕的微显示设备，包括像素的集合。当显示设备对应于彩色屏幕时，每个像素可以包括至少三个led或微led，每个led或微led形成子像素，每个子像素局部地发射以下三种基本色或原色之一：红色、绿色和蓝色。在这种情况下，这些像素被称为rgb像素。

2、这样的显示设备通常通过将各种led组装在支撑件上(为了获得大量像素)而生产。这个组装步骤无缺陷地执行是复杂的。这在小的高分辨率显示设备的生产过程中是特别关键的。这些缺陷中仅一个会产生不发射所需颜色的“死”像素(坏点)的情况时，这对于打算出售的显示设备来说就是不可接受的。

3、用于生产显示设备的led通常包括有机材料，因此被称为oled(organic light-emitting diodes；有机发光二极管)。三种颜色红色、绿色和蓝色的发射通过由不同的有机材料生产oled来实现。对于每种颜色，制造具有大表面积的结构，然后在最终组装之前将其切割成各自对应于led的小元件。这种解决方案成本高昂且可靠性有限。

4、此外，包含oled的显示设备的亮度受到限制，这在高分辨率显示设备中使用的具有非常小尺寸的像素的情况下尤其麻烦。

5、这个亮度可以通过由无机半导体生产led来提高。例如，包含氮化物的半导体材料允许制造非常有效的led，用于产生蓝色的光发射，并在较小程度上产生绿色的光发射。特别地，可以生产gan/ingan异质结构，gan/ingan异质结构形成量子阱，并且在gan/ingan异质结构中调整掺入的铟的量以改变led的发射波长。然而，这些包含氮化物的半导体材料不允许利用这种相同的技术获得与在对应于蓝色和绿色的波长范围内发射的led一样有效的发射红色光的led。因此，为了形成红色子像素，必须使用另一族材料，即磷化物(gap/gainp)族材料。用于生产led的这种技术复杂性以及与大量led的无缺陷组装相关的困难目前限制了可以用这种技术生产的显示设备的性能和大小。

6、还已知通过在gan或aln的纳米线中注入稀土离子来生产单色led。然而，这个解决方案也面临与由此产生的子像素的组装相关的问题以及由此产生的缺陷。

7、s.ichikawa等人的文献“eu-doped gan and ingan monolithically stackedfull-color leds with a wide color gamut(具有宽色域的eu掺杂的gan和ingan单片堆叠的全色led)”(2021应用物理快报(appl.phys.express)14 031008)提出了单片竖直堆叠形式的led的生产，led包括三个堆叠的有源层，每个有源层发射原色之一。这些有源层之一包括铕原子，并用于产生红色的光发射。另两个有源层包括ingan的量子阱，ingan的量子阱的化学组成被调整为对于这两个层中的一层以蓝色发射并且对于这两个层中的另一层以绿色发射。这个文献中提出的解决方案解决了上面公开的组装问题，但是它需要多个技术步骤以能够在堆叠的各个层级处形成led中的每一者的电触点。

技术实现思路

1、本发明的一个目标是提出一种不具有上述现有技术的方法的缺点的用于生产发光二极管或led的方法。

2、为此，提出一种用于生产发光二极管的方法，该方法至少包括：

3、-生产根据第一导电类型掺杂的无机半导体的至少一个部分；

4、-在该根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分上并通过至少一个掩模来生产无机半导体的至少一个第一发射部分，至少一个掩模包括至少一个开口，至少一个开口设置成面向根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分的至少一个第一区域；

5、-移动掩模，使得开口设置成面向根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分的与第一区域不同的至少一个第二区域；

6、-在根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分上并通过掩模来生产无机半导体的至少一个第二发射部分；

7、-至少在第一发射部分和第二发射部分上生产根据与第一导电类型相反的第二导电类型掺杂的无机半导体的至少一个部分，

8、其中，第一和第二发射部分的化学组成彼此不同，并且使得它们的禁带能量小于或等于掺杂的无机半导体的部分的禁带能量。

9、这种方法提出生产至少两个led，其中，第一发射部分和位于这个第一发射部分的任一侧上的掺杂的半导体的该部分的一些部分形成第一led。这个第一led通过限定并定位这个第一发射部分的掩模的开口在与掩模的主面(具有最大表面积并且第一开口穿过其的面)平行的平面中用几何学(形状和尺寸)来限定。

10、同样地，第二发射部分和位于这个第二发射部分的任一侧上的掺杂的半导体的该部分的一些部分形成第二led。这个第二led通过相对于第一发射部分的生产而移动并限定且定位这个第二发射部分的掩模的开口在与掩模的主面(具有最大表面积且第二开口穿过其的面)平行的平面中用几何学(形状和尺寸)来限定。

11、因此，这种方法提出了一种技术解决方案，用于例如在相当大的表面区域之上生产多个led，而无需组装这些led或无需用于能够在这些led上形成电触点的复杂步骤。

12、这种方法允许通过水平集成在同一层级上生产不同波长范围内发射的各种led，同时避免竖直集成的缺点和相关联的技术复杂性。

13、这种方法提出了局部地生产能够发射可见光范围的不同波长的光的led，这取决于所生产的发射部分的化学组成。因此，led在同一半导体堆叠中连续地原位生产，从而避免了led的组装的后续实施。

14、此外，这种方法不使用有机材料，并潜在地允许获得比oled获得的亮度更好的亮度。

15、在整个文件中，术语“led”用于表示led或微led，不区分其尺寸。

16、掺杂的无机半导体的部分的禁带能量可以不同，并且在这种情况下，发射部分之一的禁带能量可以小于或等于具有最低禁带能量的掺杂的无机材料的部分的禁带能量。

17、所生产的各个发射部分的化学组成之间的差异可以通过在各个发射部分中掺入不同性质的稀土离子和/或通过用包括各种性质的原子的化学化合物(例如algan、ingan等)和/或化学化合物的比例不同(例如inxga(1-x)n和inyga(1-y)n，其中，x具有与y不同的值)生产各个发射部分来获得。

18、可以在这种方法中实施的稀土离子的掺入中的每一者对应于至少一种类型的稀土离子的掺入。换言之，掺入中的每一者可以对应于一种或多种不同类型的稀土离子的掺入，并且可选地对应于不与稀土离子相对应的原子的掺入。例如，为了优化给定颜色的稀土离子的光发射的化学过程，可以在同一发射部分中生产可选不同的稀土的共掺杂，伴随有不与稀土离子对应的原子。例如，对于红光发射，可以进行铕和氧的共掺杂。

19、在本发明的意义上，稀土离子的掺入对应于在框架(例如mbe型(“分子束外延(molecular beam epitaxy)”))中使用包括稀土的原子流(atomic flux)，并且例如通过这些发射部分的外延，用于生产发射部分。

20、所生产的发光二极管中的每一者可以包括设置在掺杂的无机半导体的部分之间的单个发射部分，或由一个或多个势垒层彼此分离的若干发射部分的堆叠，其禁带能量大于发射部分的禁带能量，该堆叠设置在掺杂的无机半导体的部分之间。

21、此外，根据所使用的掩模的开口的数量，所实施的用于生产发射部分的步骤中的每个步骤可以形成一个或多个发射部分。

22、掩模的移动对应于掩模相对于其上生产发射部分的根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分的相对移动，也就是说，可以移动掩模和/或半导体部分。

23、可以将第一稀土离子掺入到第一发射部分的无机半导体中，和/或可以将第二稀土离子掺入到第二发射部分的无机半导体中。

24、根据具体的示例性实施例，可以将第一稀土离子掺入到第一发射部分的无机半导体中，并且可以将与第一稀土离子性质不同的第二稀土离子掺入到第二发射部分的无机半导体中。

25、该方法可以进一步包括，在生产第二发射部分之后且在生产根据第二导电类型掺杂的无机半导体的部分之前：

26、-移动掩模，使得开口设置成面向根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分的与第一区域和第二区域不同的至少一个第三区域，然后

27、-在根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分上并通过掩模来生产无机半导体的至少一个第三发射部分，至少一个第三发射部分的化学组成不同于第一和第二发射部分的化学组成，并且使得该第三发射部分的禁带能量小于或等于掺杂的无机半导体的部分的禁带能量。

28、根据具体的示例性实施例，可以将性质不同于第一和第二稀土离子的性质的第三稀土离子掺入到第三发射部分中，和/或第三发射部分可以包括化学化合物，该化学化合物包括不同性质的原子或其比例不同于第一和第二发射部分的化学化合物。

29、有利地，可以选择第一、第二和第三发射部分的化学组成使得第一、第二和第三发射部分各自能够发射对应于红色、绿色和蓝色之一的波长。在具体的示例性实施例中，掺入到第一、第二和第三发射部分中的稀土离子可以选自铕(允许发射红光)离子、铽和/或铒(允许发射绿光)离子、以及铥(允许发射蓝光)离子。还可以使用镨(允许发射红光)离子和/或钬(允许发射绿光)离子和/或铈(允许发射蓝光)离子。

30、该方法可以进一步包括，在生产第三发射部分之后且在生产根据第二导电类型掺杂的无机半导体的部分之前：

31、-移动掩模，使得开口设置成面向根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分的与第一、第二和第三区域不同的至少一个第四区域，然后

32、-在根据第一类型的导电性掺杂的无机半导体的部分上并通过掩模来生产无机半导体的至少一个第四发射部分，该第四发射部分的化学组成类似于第一、第二和第三发射部分之一的化学组成。

33、根据具体的示例性实施例，可以将性质类似于第一或第二或第三稀土离子的第四稀土离子掺入到第四发射部分中，和/或第四发射部分可以包括化学化合物，该化学化合物包括性质相似的原子并且其比例类似于第一、第二和第三发射部分之一的化学化合物。

34、在这种情况下，可以有利地生产第一、第二、第三和第四发射部分，使得它们通过形成矩阵来布置。

35、用于生产发射部分中的每一者的掩模对应于硬掩模。

36、用于生产掺杂的无机半导体的部分和发射部分的步骤可以各自包括外延或沉积的实施。

37、有利地，掺杂的无机半导体的部分和发射部分可以包括含有氮原子以及铝和/或镓和/或铟原子的化学化合物。因此，在这种方法中生产的iii-n半导体可以对应于gan或aln或inn及其三元或四元合金(algan、ingan、inaln、algainn)。使用这样的含有氮化物的半导体是特别有利的，因为：

38、-能量转移到可以发射光的稀土离子的效率甚至更高，由于半导体的间隙值高，这是含有氮化物的半导体的情况，特别是gan和aln以及含有algan的合金的情况；

39、-通过掺入eu生产能够发射红光的发射部分，可以用含有氮化物的半导体族，特别是通过ingan制造发射蓝光和绿光的其他发射部分。

40、在有利的示例性实施例中，掺杂的无机半导体的部分和发射部分可以包括aln。

41、有利地，该方法可以进一步包括，在生产根据第一类型的导电性掺杂的无机半导体的部分之前，在衬底上生产根据第一类型的导电性掺杂的半导体的至少一个部分，该半导体的至少一个部分称为基底部分，然后在基底部分上生产根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分。在这种情况下，这样的基底部分允许在任何类型的衬底(例如半导体、非晶或金属)上开始根据第一导电类型掺杂的无机半导体的第一部分的生长。

42、有利地，基底部分包括gan或由gan构成。

43、无机半导体的部分和发射部分可以以纳米线或平面层的形式生产。以纳米线形式生产半导体部分是有利的，因为它允许避免在led的生产期间传送的原子种类的可能的横向扩散。因此，可以获得由所生产的各个发射部分发射的各种颜色的完全分离。

44、在这种情况下，当无机半导体的部分和发射部分以纳米线的形式生产时，该方法可以进一步包括在纳米线之间沉积电绝缘材料的步骤，该步骤在生产根据第二导电类型掺杂的无机半导体的部分之后实施。这尤其允许钝化纳米线的侧面。

45、第一导电类型可以对应于n型，并且第二导电类型可以对应于p型。

46、该方法可以是这样的：

47、-根据第二导电类型掺杂的无机半导体的部分被镁原子和/或铟原子掺杂，和/或

48、-根据第一导电类型掺杂的无机半导体的部分被硅原子和/或锗原子掺杂。

49、在已经掺入了稀土离子的半导体的光发射中涉及的电子跃迁对应于对于属于稀土离子的电子层4f的深层电子发生的那些电子跃迁。外层的电子对这个层的屏蔽使得发射非常稳定且与周围材料的性质无关，周围材料可以是结晶的或无定形的、半导体的或绝缘的。当将这些稀土离子掺入到半导体中时，电子层4f中发生的电子跃迁可以通过电流的通过而被激发，因此返回到基态伴随着光发射。一方面激发和耦合的功效以及另一方面激发的发光的存在期对掺入稀土离子的半导体的间隙值敏感。间隙越大，总功效增加越多。

50、有利地，在这里描述的方法中，p掺杂半导体的镁原子和铟原子的掺杂允许使用具有大间隙的半导体，比如举例而言的aln，这允许获得具有非常好的发光效率的光发射区域。

51、在根据第二导电类型掺杂的无机半导体中铟的存在允许相对于不包括任何铟的这种相同半导体掺入更大数目的镁掺杂原子，因为获得的镁的原子浓度与存在于半导体中的铟的量成比例。因此，例如可以在第二部分的半导体中获得的p型掺杂的水平在这种情况下更大，并允许获得更大的电流注入和电流线的更好分布。例如，铟在aln或algan中的存在允许将镁在这些材料中的溶解度增加等于大约10倍，并因此增加可以在这个半导体中获得的掺杂水平。

52、当半导体包括铟时，掺入更多数量的镁原子的可能性是出乎意料的，因为当这两种类型的原子分别掺入特别是分别掺入aln中时，它们引起压应力。因此，就累积的弹性能而言，它们的同时引入没有理由是有利的，因为铟的添加对由镁的添加引起的弹性应力的松弛没有贡献。

53、根据第二导电类型掺杂的无机半导体中镁的原子浓度可以在1020at/cm3至1021at/cm3之间、或大于1020at/cm3，和/或根据第一导电类型掺杂的无机半导体中的硅和/或锗的原子浓度可以在1019at/cm3至1020at/cm3之间。例如，当镁的原子浓度与铟的原子浓度之间的比率在1至20之间、或在1至50之间、或甚至在1至100之间、并且优选地为大约10时，获得镁的这洋的原子浓度。这种配置允许通过例如在这样的掺杂水平下镁的有效电离能的显著降低，获得半导体的良好的p型掺杂水平，并因此，通过与金属电极的导电性接近或相似的第二部分的导电性，获得在led中良好的电流注入。

54、还提出了一种用于生产显示设备的方法，其包括实施如上所述的用于生产发光二极管的方法。

55、可以有利地实施这种方法以生产具有rgb像素的显示设备，也就是说，每个像素包括发射对应于红色、绿色和蓝色的波长的至少三个子像素。但是一般而言，可以实施这种方法以生产设置有像素的显示设备，每个像素包括发射不同波长的至少两个子像素，这些子像素不一定对应于rgb像素。

56、这种方法不具有与将单独生产的若干子像素组装成显示设备的每种形式的像素有关的缺点。

57、可以实施这种方法以生产具有大表面积的显示设备。这些设备中的若干设备的后续组装可以允许将最终设备的大小增加任意大的倍数，以达到计算机或电视屏幕或用于墙壁显示的大小。

58、在整个文件中，使用术语“上”而不区分这个术语所指的元件的空间定向。例如，在特征“在一部分的面上”中，该部分的这个面不一定向上定向，而是可以对应于根据任何方向定向的面。此外，第一元件在第二元件上的布置必须理解为能够对应于第一元件直接抵靠第二元件的布置，在第一元件与第二元件之间没有任何中间元件，或者理解为能够对应于第一元件在第二元件上的布置，其中，一个或多个中间元件设置在第一元件与第二元件之间。