一种微型发光二极管及微型发光二极管显示器的制作方法

1.本实用新型属于半导体制造技术领域，特别涉及一种微型发光二极管及微型发光二极管显示器。


背景技术：

2.微型发光二极管(包括mini led和micro led)，即发光二极管微缩化和矩阵化，其具有良好的稳定性、寿命以及温度适应性等，同时还具有发光二极管的低功耗、色彩饱和度高、反应速度快及对比度强等优点。微型发光二极管显示器是新一代显示技术，具有亮度更高、发光效率更好和功耗更低的优点。
3.在微型发光二极管制备显示器时，微型发光二极管可通过静电力、范德华力、磁力、激光选择性转移、流体转移以及直接转印等方法转移至显示基板上。但是在选择性拾取微型发光二极管时，微型发光二极管是与暂态基板紧密结合，需要对键合胶材进行刻蚀，通过干法蚀刻将键合胶材刻蚀，由于微型发光二极管正面有遮挡作用，键合胶材会有一部分剩余，剩余的部分可以支撑起微型发光二极管，以便转移头抓取。但在干法刻蚀时，微型发光二极管表层包覆的氧化硅会被刻蚀掉，微型发光二极管有刻伤的风险，微型发光二极管的可靠性以及光电性能会有影响。
4.因此，如何防止微型发光二极管在转移中刻伤是亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种微型发光二极管及微型发光二极管显示器，旨在解决在巨量转移中微型发光二极管刻伤的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
7.本实用新型提供一种微型发光二极管，其至少包括：
8.衬底；
9.半导体外延结构，设置在所述衬底上，且包括依次设置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
10.第一电极，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第一半导体层连接；
11.第二电极，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第二半导体层连接；
12.保护层，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第一电极和所述第二电极接触；以及
13.蚀刻阻挡层，设置在所述保护层内。
14.上述微型发光二极管，通过在半导体外延结构上设置保护层，且保护层中设置有刻蚀阻挡层，可在微型发光二极管转移形成弱化结构时，对微型发光二极管进行保护，防止微型发光二极管的刻蚀损伤，提高转移良率。
15.可选地，所述半导体外延结构上设置有凹部，所述凹部暴露所述第一半导体层。
16.可选地，所述第二半导体层上设置有透明导电层。
17.可选地，所述保护层设置在所述第二半导体层和所述透明导电层上，且覆盖所述凹部的侧壁及所述凹部的部分底部。
18.可选地，所述保护层包括第一保护层和第二保护层，所述蚀刻阻挡层位于所述第一保护层和所述第二保护层之间。
19.可选地，所述蚀刻阻挡层包括粘附层，且所述粘附层设置在所述第一保护层上。
20.上述蚀刻阻挡层中设置粘附层，可提高蚀刻阻挡层与保护层之间的粘附力，防止在刻蚀过程中保护层的脱落，提高保护效果。
21.可选地，所述蚀刻阻挡层包括反射层，且所述反射层设置在所述粘附层上。
22.上述蚀刻阻挡层中设置反射层，且反射层的反射率较高，可提高微型发光二极管的亮度。
23.可选地，所述蚀刻阻挡层包括阻挡层，且所述阻挡层设置在所述反射层上。
24.可选地，所述蚀刻阻挡层包括连接层，所述连接层包括第一连接层和第二连接层，其中，所述第一连接层设置在所述阻挡层与所述反射层之间，所述第二连接层设置在所述阻挡层与所述第二保护层之间。
25.上述蚀刻阻挡层中设置粘附层和连接层，可提高蚀刻阻挡层与保护层之间的粘附力，防止保护层
26.基于同样的发明构思，本技术还提供一种微型发光二极管显示器，包括：
27.显示基板；以及
28.多个微型发光二极管，设置在所述显示基板上，所述微型发光二极管包括：
29.衬底；
30.半导体外延结构，设置在所述衬底上，且包括依次设置的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
31.第一电极，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第一半导体层连接；
32.第二电极，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第二半导体层连接；
33.保护层，设置在所述半导体外延结构上，且与所述第一电极和所述第二电极接触；
34.蚀刻阻挡层，设置在所述保护层内。
35.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
36.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为一实施例中微型发光二极管结构示意图。
38.图2为一实施例中凹部结构示意图。
39.图3为一实施例中凹部结构俯视图。
40.图4为一实施例中沟槽结构示意图。
41.图5为一实施例中沟槽结构俯视图。
42.图6为一实施例中透明导电层结构示意图。
43.图7为一实施例中透明导电层结构俯视图。
44.图8为一实施例中第一保护层结构示意图。
45.图9为一实施例中第一保护层结构俯视图。
46.图10为一实施例中刻蚀阻挡层结构示意图。
47.图11为一实施例中刻蚀阻挡层内部结构示意图。
48.图12为一实施例中第二保护层结构示意图。
49.图13为一实施例中第电极结构示意图。
50.图14为一实施例中第电极结构俯视图。
51.图15为一实施例微型发光二极管转移至暂时基板的结构示意图
52.图16为一实施例衬底剥离后的微型发光二极管结构示意图。
53.图17为一实施例弱化结构示意图。
54.图18为一实施例使用转移结构转移微型发光二极管时的结构示意图。
55.图19为一实施例微型发光二极管显示器的结构示意图。
56.附图标记说明：
57.10衬底；100微型发光二极管；100a红色微型发光二极管；100b绿色微型发光二极管；100c蓝色微型发光二极管；11半导体外延层；111第一半导体层； 112发光层；113第二半导体层；114凹部；115沟槽；116透明导电层；117保护层；118第一保护层；119第二保护层；120刻蚀阻挡层；1201粘附层；1202 反射层；1203第一连接层；1204阻挡层；1205第二连接层；121第一导电通道； 122第二导电通道；123电极；124第一电极；125第二电极；20暂时基板；21 键合胶材；211键合胶柱；30转移结构；40显示基板；401基底；402电路层； 403平坦化层；404保护层；405保护基板。
具体实施方式
58.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
59.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
60.在本说明书的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本方案的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
61.请参阅图1所示，微型发光二极管100包括衬底10、半导体外延结构11、保护层117、刻蚀阻挡层120以及电极123，半导体外延结构11设置在衬底10 上，保护层117设置在半导体外延结构11上，且刻蚀阻挡层120设置在保护层 117内部。在微型发光二极管100进行转移时，刻蚀阻挡层120可保护微型发光二极管100不被刻伤，确保微型发光二极管100的光电
性能，提高微型发光二极管100的转移良率。
62.请参阅图2所示，在本实用新型一实施例中，衬底10的材料包括硅、硅锗、碳化硅、蓝宝石、磷化铟、砷化镓、砷化铟或者其它iii/v化合物形成的半导体材料，还包括这些半导体构成的叠层结构等，或者为绝缘体上硅，绝缘体上层叠硅、绝缘体上层叠锗化硅、绝缘体上锗化硅以及绝缘体上锗等。衬底10的材料可根据形成的微型发光二极管的种类以及衬底10上的半导体外延结构11确定，在一些实施例中，微型发光二极管为发出蓝光或绿光的微型发光二极管时，半导体外延结构11的材料例如为氮化镓(gan)或铟氮化镓(ingan)，衬底10的材料例如可以设置为蓝宝石(al2o3)、碳化硅(sic)、氧化锌(zno)、氮化镓(gan)、氮化铝(aln)及硅(si)等。在其他实施例中，微型发光二极管为发出红光或黄光的微型发光二极管时，半导体外延结构11的材料例如是磷化镓(gap)、铝砷化镓 (algaas)或铝镓铟磷(algainp)等材料中的一种或多种，衬底10的材料例如可以为磷化镓(gap)或砷化镓(gaas)等。
63.请参阅图2所示，在本实用新型一实施例中，可同时在衬底10上形成多个同一类型的微型发光二极管，本实用新型以独立的一个微型发光二极管为例进行阐述。在衬底10上设置半导体外延结构11，其中，半导体外延结构11可以包括依次设置的第一半导体层111、发光层112和第二半导体层113，即第一半导体层111设置在衬底10上，发光层112位于第一半导体层111上，第二半导体层113位于发光层112上。在本实施例中，第一半导体层111可以是掺有第一杂质的n型半导体层，或者是掺有第二杂质的p型半导体层，相对应的第二半导体层113可以是掺有第二杂质的p型半导体层，或者是掺有第一杂质的n型半导体层。第一杂质例如为施主杂质，第二杂质例如为受主杂质，根据所使用的半导体材料，第一杂质和第二杂质可以为不同的元素。在本实施例中，第一半导体层111和第二半导体层113可以为氮化镓，即第一半导体层111为n型氮化镓，第二半导体层113为p型氮化镓，其中，第一半导体层111的厚度例如为3.5～6μm，第二半导体层113的厚度例如为1～2μm，且第一杂质可以为硅(si) 或碲(te)元素等，第二杂质可以为镁(mg)或锌(zn)元素等。在其他实施例中，第一半导体层111和第二半导体层113还可以是其他合适的材料形成。
64.请参阅图2，在本实用新型一实施例中，发光层112是本征半导体层或低掺杂半导体层，发光层112掺杂浓度较相邻的同种掺杂类型的半导体层的更低，同时发光层112可以是量子阱发光层。在本实施例中，半导体外延结构11例如发出蓝光或绿光，发光层112的材料为铟氮化镓(ingan)，且发光层112的厚度例如为1～2μm。在其他实施例中，发光层112可例如为发出不同光色波段的量子阱，发光层112的材料可选硒化锌(znse)、铟氮化镓/氮化镓(ingan/gan)、铟氮化镓/氮化镓(ingan/gan)、磷化镓(gap)、铝磷化镓(algap)或铝砷化镓(algaas) 等材料中的一种或多种。
65.请参阅图2至图3所示，在本实用新型一实施例中，在半导体外延结构11 内设置凹部114，以形成台面(mesa)结构，且凹部114暴露第一半导体层111。具体的，在所述半导体外延结构11上设置凹部114，凹部114的底部与第一半导体层111接触，且与衬底10具有预设距离。在本实施例中，凹部114例如呈圆形设置。在其他实施例中，凹部114可呈矩形或多边形等其他形状。
66.请参阅图4至图5所示，在本实用新型一实施例中，在微型发光二极管的外侧设置沟槽115，且沟槽115与衬底10接触，沟槽115环绕每个微型发光二极管设置，以隔离相邻的
微型发光二极管。通过设置沟槽115，可在微型发光二极管制作完成后，进行切割，分割成单个微型发光二极管，以利于后期的转移或封装。
67.请参阅图6和图7所示，在本实用新型一实施例中，透明导电层116设置在部分第二半导体层113上，且透明导电层116位于凹部114的一侧。在本实施例中，透明导电层116可以例如为氧化铟锡(indium tin oxide，ito)，且透明导电层116的厚度例如为30～300nm。本实用新型并不限制透明导电层116的形状，例如可设置为圆形、矩形或圆角矩形等形状，在本实施例中，透明导电层 116例如设置为矩形。通过设置透明导电层116，以定位后续电极的位置，且与电极之间形成良好的欧姆接触。
68.请参阅图8和图11所示，在本实用新型一实施例中，保护层117包括第一保护层118和第二保护层119，且第一保护层118和第二保护层119分步设置。第一保护层118设置在第二半导体113、凹部114、沟槽115以及透明导电层116 上，即部分第一保护层118覆盖第二半导体113，部分第一保护层118覆盖凹部 114的侧壁及部分凹部114底部，部分第一保护层118覆盖沟槽115的侧壁及部分沟槽115底部，部分第一保护层118覆盖透明导电层116的侧壁及部分透明导电层116。本实用新型并不限制第一保护层118的材料，在不同实施例中，第一保护层118例如设置为氧化硅或氮化硅等绝缘材料。在本实施例中，第一保护层118的材料具体例如为氧化硅，且第一保护层118的厚度例如为200～1000nm。
69.请参阅图9所示，在本实用新型一实施例中，在第一保护层118上设置有第一导电通道121和第二导电通道122，其中，第一通道121设置在凹部114内，且暴露出第一半导体层111，第二导电通道122设置在透明导电层116上，且暴露出透明导电层116。其中，本实用新型并不限制第一导电通道121和第二导电通道122的形状，第一导电通道121和第二导电通道122可设置为任意形状，例如呈圆柱、四棱柱或其他形状的柱状设置。在本实施例中，第一导电通道121 和第二导电通道122呈圆台形设置，其中，第一导电通道121和第一半导体层 111之间的夹角记为β，且β的范围例如为90～110
°
，以便后期电极制备。第二导电通道122和透明导电层116之间的夹角记为α，且α的范围例如为90～110
°
。通过将第一导电通道121和第二导电通道122设置成圆台状，可以简化工艺，且能够保证后续电极沉积与透明导电层116或第一半导体层111之间形成良好的接触。
70.请参阅图10至图11所示，在本实用新型一实施例中，刻蚀阻挡层120设置在第一保护层118上，即刻蚀阻挡层120覆盖全部第一保护层118。在本实施例中，刻蚀阻挡层120的厚度例如为300～800nm，在其他实施例中，刻蚀阻挡层120的厚度可根据具体情况进行选择。在本实施例中，刻蚀阻挡层120包括依次设置的粘附层1201、反射层1202、第一连接层1203、阻挡层1204以及第二连接层1205。刻蚀阻挡层120例如为cr/al/ti/pt/ti结构，其中，粘附层1201 的材料例如为铬(cr)等粘附性好的金属材料，可提高刻蚀阻挡层120与第一保护层118之间的粘附力，确保在形成弱化结构过程中，刻蚀阻挡层120不会从第一保护层118上脱落。反射层1202的材料例如为铝(al)等反射率高的金属材料，通过设置反射率较高的反射层1202，可以提高微型发光二极管的亮度。阻挡层1204为性质稳定的材料构成，阻挡层1204的材料例如为铂(pt)等性质稳定且不与刻蚀气体反应的材料，在形成弱化结构时，阻挡层1204可阻挡刻蚀，防止刻蚀向阻挡层1204内进行，以保护微型发光二极管不会被刻蚀。连接层包括第一连接层1203和第二连接层1205，其中，第一连接层1203设置在阻挡层 1204和反射层1202之间，第二连接层1205设置在阻挡层1204和第二保护层 119之间。连接层的材料
例如为钛(ti)等粘附性好的金属材料，可以提高阻挡层1204与反射层1202之间、阻挡层1204与第二保护层119之间的粘附。在本实施例中，粘附层1201的厚度例如为2～10nm，反射层1202的厚度例如为 125～400nm，第一连接层1203的厚度例如为25～100nm，阻挡层1204的厚度例如为125～290nm，第二连接层1205的厚度例如为25～100nm。在其他实施例中，刻蚀阻挡层120的结构还可以设置为其他适用的结构，例如为cr/al/ni/pt/ti或 cr/al/ni/pt/ni等结构。通过设置刻蚀阻挡层120，既可防止微型发光二极管在转移过程中被刻伤，提高微型发光二极管的转移良率，也可提高微型发光二极管的亮度。
71.请参阅图12所示，在本实用新型一实施例中，第二保护层119设置在刻蚀阻挡层120上，即第二保护层119完全覆盖刻蚀阻挡层120。其中，位于透明导电层116上的第二保护层119的厚度例如为200～1000nm，和第一保护层118的厚度相同，相当于蚀阻挡层120设置在保护层117的中间，且所有第二保护层 119相对于衬底10的一侧端面位于同一平面。例如可在第二保护层119沉积完成后，对其进行化学机械研磨，以保证第二保护层119相对于衬底10的一侧端面位于同一平面，以利于后期电极的制作以及转移操作。在本实施例中，第二保护层119的材料例如设置为氧化硅或氮化硅等绝缘性材料，且第二保护层119 的材料与第一保护层118的材料选择保持一致。
72.请参阅图12所示，在本实用新型一实施例中，保护层117完全包覆刻蚀阻挡层120，即刻蚀阻挡层120不存在突出或外漏的部分。在第一导电通道121和第二导电通道122内沉积电极时，电极可通过绝缘的保护层117进行隔离，以防止电极通过刻蚀阻挡层120导通，从而保证该微型发光二极管的导电性能。
73.请参阅图12图13所示，在本实用新型一实施例中，电极123包括第一电极124和第二电极125，其中，第一电极124设置在第一导电通道121内，且与第一半导体层111连接，第二电极125设置在第二导电通道122内，且与透明导电层116连接。其中，第一电极124和第二电极125远离衬底10的一侧端面位于同一平面内，以便将微型发光二极管转移至显示基板时，方便将微型发光二极管的电极连接到显示基板上，降低制作工艺的复杂性。在本实施例中，第一电极124和第二电极125的厚度例如为2～4um，且第一电极124和第二电极 125的材料例如为金(au)的合金制成，其中，第一电极124例如为n型电极，且材料例如为ni/au，第二电极125例如为p型电极，材料例如为ni/al/ni/au。
74.请参阅图14所示，本实用新型并不限制第一电极124和第二电极125的形状，第一电极124和第二电极125的形状例如可设置为矩形、方形或圆柱形等，在本实施例中，第一电极124和第二电极125的形状设置为圆角矩形。
75.为方便理解本实用新型一种微型发光二极管及微型发光二极管显示器，以下具体阐述了本实用新型一实施例中微型发光二极管的转移过程及微型发光二极管显示器。
76.请参阅图15至图16所示，在本实用新型一实施例中，在微型发光二极管 100上设置一层键合胶材21，同时在暂时基板20上也设置一层键合胶材21，微型发光二极管100和暂时基板20通过键合胶材21粘结在一起。其中，暂时基板20例如为蓝宝石基板。当微型发光二极管100转移到暂时基板20上后，将衬底10移除。例如可以通过激光剥离(laser lift off，llo)技术将衬底10剥离。
77.请参阅图17所示，在本实用新型一实施例中，在将微型发光二极管100转移到暂时基板20上后，对键合胶材21进行干法刻蚀，形成键合胶柱211，即为弱化结构。键合胶材21为
含硅胶材，在刻蚀时需要使用含氟气体进行刻蚀，例如使用氟气(f2)、四氟甲烷(cf4)或三氟化氮(f3n)等中的一种或几种混合。在刻蚀时，保护层117中的氧化硅也会被刻蚀，但当刻蚀到刻蚀阻挡层120 时，刻蚀阻挡层120中的阻挡层，可以阻挡刻蚀向内进行，从而保护微型发光二极管100不被刻伤，从而提高微型发光二极管100的良率。
78.请参阅18至图19所示，在本实用新型一实施例中，在形成键合胶柱211 后，将微型发光二极管100转移至显示基板40上，形成微型发光二极管显示器。
79.请参阅图18至图19所示，将微型发光二极管100转移的方法有多种，根据转移过程中的作用力或具体的转移方式，可包括范德华力派，静电力派，磁力派，激光转印派，流体自组装派和卷对卷转印派。在本实施例中，使用范德华力转移微型发光二极管100，转移结构30例如为弹性印章，且弹性印章的材料例如为聚二甲基硅氧烷(pdms)。可通过弹性印章拾取微型发光二极管100，并将其转移至显示基板40上，且在拾取微型发光二极管100的过程中，弹性印章保持一个较高的速度，此时弹性印章与器件之间的吸附力较大。将微型发光二极管100放置到显示基板40的过程中，弹性印章保持一个较低的转移速度，此时弹性印章与器件之间的吸附力较小。且在使用弹性印章转移微型发光二极管100时，可调节弹性印章的温度以确保转移的效果，例如在拾取以及转移微型发光二极管100的过程中，采用一个较低的温度，以保证弹性印章与器件之间的吸附力较大，在放置微型发光二极管100的过程中，采用一个较高的温度，以保证弹性印章与器件之间的吸附力较小。
80.请参阅图18所示，在其他实施例中，可使用静电力或磁力转移微发光二极管100，当使用静电力转移微发光二极管100时，转移结构30例如为静电转移头，在静电转移头的顶端有两个分离的电极，两个电极通过金属引出来，然后在金属电极的上面沉积绝缘材料，当给两个电极施加交流电，则由于库伦力的作用，微发光二极管100将被吸附到静电转移头上，以将微发光二极管100转移到显示基板40上。当使用磁力转移微发光二极管100时，转移结构30例如为微磁性转移头，微磁性转移头采用具有磁性的材料作为铁芯，例如硅铁合金 (fesi)，然后用金线在平面内或多层平面内制作线圈，当电流通过时，线圈中就会产生强大的磁场以拾取微发光二极管100。
81.请参阅图19所示，在本实用新型一实施例中，微型发光二极管显示器包括显示基板40以及设置在显示基板40上的多个微型发光二极管100。显示基板 40例如为薄膜晶体管阵列基板，显示基板40例如包括基底401以及设置在基底 401上的电路层402，电路层402中具有多个薄膜晶体管，用于驱动微型发光二极管100。在本实施例中，显示基板40上例如设置有多个红色微型发光二极管 100a、绿色微型发光二极管100b以及蓝色微型发光二极管100c，每个微型发光二极管100为一个子像素，红色微型发光二极管100a可形成一个红色子像素，绿色微型发光二极管100b可形成一个绿色子像素，蓝色微型发光二极管100c 可形成一个蓝色子像素，且依次排列的红色微型发光二极管100a、绿色微型发光二极管100b以及蓝色微型发光二极管100c组成一个像素。
82.请参阅图19所示，在本实用新型一实施例中，在一个像素内，且在微型发光二极管100上以及相邻的微型发光二极管100之间，可设置平坦化层403。在平坦化层403上还可以设置保护层404，保护层404设置在相邻像素之间以及像素上方。在保护层404上还可以设置保护基板405，保护基板405与保护层404 键合形成密闭空腔，以保护内部的微型发光二极管100。
83.综上所示，本实用新型提供的一种微型发光二极管及微型发光二极管显示器，在衬底上形成微型发光二极管，并在微型发光二极管上设置保护层，在保护层内设置刻蚀阻挡层。将微型发光二极管转移至暂态基板上，在形成弱化结构的过程中，防止刻蚀向刻蚀阻挡层内进行。在刻蚀阻挡层内设置反射层，可提高发光二极管的亮度。将微型发光二极管转移到显示基板上，并进行封装，形成了微型发光二极管显示器。本实用新型提供的微型发光二极管及微型发光二极管显示器，通过在微型发光二极管中设置刻蚀阻挡层，可提高巨量转移的良率。
84.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。