基于光电隔离的Micro-LED器件

基于光电隔离的micro-led器件
技术领域
1.本实用新型属于半导体显示技术领域，具体涉及一种基于光电隔离的micro-led器件。


背景技术：

2.现有技术中micro-led器件制备方法是在常规led的基础上经过微刻蚀工艺，获得具有微米量级尺寸的led微发光器件，然而在上述micro-led器件的制备过程中，刻蚀工艺会形成大量侧壁损伤和悬挂键，这些损伤意味着micro-led器件的边缘区域存在高密度的缺陷能级，而悬挂键则对应于载流子的泄漏通路，这将极大的限制micro-led器件获得更好光电学特性。此外，利用常规工艺制备的相邻micro-led器件之间会存在严重的光学串扰，这会严重影响器件的微显示效果。例如，单颗micro-led像素发光会引起相邻micro-led像素侧壁反光，当微显示过程中需要发光像素周围都是黑色以提高对比度时，上述光学串扰问题的存在会使显示效果大打折扣。同时，光学串扰还会造成光输送的分散性，因此大幅降低了micro-led器件亮度，如果将其应用于交通指示灯的光信号，会受到强烈太阳光线的严重影响，从而使驾驶人员做出错误操作，影响安全运行。
3.为了提高micro-led器件的亮度和对比度，需要不断提高其发光效率，并减小相邻micro-led器件之间的光学串扰。传统刻蚀方法对于micro-led器件的损伤特别显著，并且随着micro-led器件尺寸的降低，侧壁损伤会大幅降低整个发光阵列的电光转换效率，也会对器件良率和工艺可靠性提出了更高的要求。
4.因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于光电隔离的micro-led器件。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于光电隔离的micro-led器件。
6.为了实现上述目的，本实用新型一实施例提供的技术方案如下：
7.一种基于光电隔离的micro-led器件，所述micro-led器件包括自下而上依次设置的衬底、n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层及电极，所述多量子阱层包括若干分离设置的多量子阱结构，p型半导体层包括若干位于多量子阱结构上的p型半导体结构，所述多量子阱结构上还设有形成于p型半导体结构侧壁上的隔离层，所述隔离层及多量子阱结构的侧壁上设有反射层，所述电极包括与n型半导体层电性连接的n电极及与p型半导体结构电性连接的p电极。
8.一实施例中，所述隔离层的高度与p型半导体结构的高度相等；和/或，所述隔离层的侧壁与p型半导体结构的侧壁平齐分布。
9.一实施例中，所述反射层至少覆盖隔离层及多量子阱结构的侧壁，反射层的高度大于或等于隔离层的高度与多量子阱结构的高度之和。
10.一实施例中，所述n型半导体层上形成有n台阶，所述n电极位于所述n台阶上；所述反射层还形成于所述n台阶的表面及侧壁上，反射层的高度等于隔离层的高度、多量子阱结
构的高度及n台阶的深度之和。
11.一实施例中，所述p型半导体结构的顶面上形成有电流扩散层，电流扩散层上形成有p电极，所述p电极通过电流扩散层与p型半导体结构电性连接。
12.一实施例中，所述电流扩散层还形成于隔离层及反射层的顶面上及全部或部分反射层的侧壁上。
13.一实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底；和/或，
14.所述n型半导体层为n型gan层；和/或，
15.所述p型半导体层为p型gan层，p型半导体结构为p型gan结构；和/或，
16.所述多量子阱层为ingan/gan多量子阱层；和/或，
17.所述隔离层为h
+
离子隔离层；和/或，
18.所述衬底与n型半导体层之间形成有缓冲层。
19.本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型中的micro-led器件通过引入隔离层及反射层，可以实现器件的电学隔离及光学隔离，提高了器件的发光效率及显示对比度，降低了光学串扰效应。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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技术中记载的一些实施例，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。
22.图1为本实用新型一具体实施例中micro-led器件的结构示意图；
23.图2为本实用新型一具体实施例中micro-led器件的制备方法流程示意图；
24.图3a～3f为本实用新型一具体实施例中micro-led器件的工艺流程图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
26.本实用新型公开了一种基于光电隔离的micro-led器件，该micro-led器件包括自下而上依次设置的衬底、n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层及电极，多量子阱层包括若干分离设置的多量子阱结构，p型半导体层包括若干位于多量子阱结构上的p型半导体结构，多量子阱结构上还设有形成于p型半导体结构侧壁上的隔离层，隔离层及多量子阱结构的侧壁上设有反射层，电极包括与n型半导体层电性连接的n电极及与p型半导体结构电性连接的p电极。
27.本实用新型中基于光电隔离的micro-led器件的制备方法，包括：
28.提供衬底；
29.在衬底上依次外延生长n型半导体层、多量子阱层及p型半导体层；
30.对p型半导体层的非发光区域进行离子注入，形成若干离子注入区；
31.刻蚀部分离子注入区及其下方的多量子阱层，形成若干分离设置的多量子阱结构、及位于其上的p型半导体结构和隔离层；
32.在隔离层及多量子阱结构的侧壁上形成反射层；
33.在p型半导体结构上形成p电极，及，在n型半导体层上形成n电极。
34.以下结合具体实施例对本实用新型的micro-led器件及其制备方法作进一步说明。
35.参图1所示，本实用新型一具体实施例中的micro-led器件包括自下而上依次设置的衬底10、n型半导体层20、多量子阱层30、p型半导体层40及电极。
36.具体地，多量子阱层30包括若干分离设置的多量子阱结构31，p型半导体层40包括若干位于多量子阱结构上的p型半导体结构41，多量子阱结构31上还设有形成于p型半导体结构侧壁上的隔离层60，隔离层60及多量子阱结构31的侧壁上设有反射层70。电极包括与n型半导体层20电性连接的n电极51及与p型半导体结构31电性连接的p电极52。
37.优选地，本实施例中隔离层60的高度与p型半导体结构41的高度相等，且隔离层60的侧壁与p型半导体结构41的侧壁平齐分布。
38.进一步地，本实施例中的n型半导体层20上刻蚀形成有n台阶，n电极51位于n台阶上。反射层70覆盖隔离层60及多量子阱结构31的侧壁，还形成于n台阶的表面及侧壁上，在n台阶以外的区域，反射层的高度等于隔离层的高度与多量子阱结构的高度之和，在n台阶区域，反射层的高度等于隔离层的高度、多量子阱结构的高度及n台阶的深度之和。
39.另外，p型半导体结构41的顶面上形成有电流扩散层80，电流扩散层上形成有p电极52，p电极52通过电流扩散层80与p型半导体结构41电性连接。优选地，本实施例中的电流扩散层80除了形成于p型半导体结构41的顶面上，还形成于隔离层及反射层的顶面上及反射层的侧壁上。
40.优选地，本实施例中的衬底为蓝宝石衬底，n型半导体层为n型gan层，p型半导体层为p型gan层，p型半导体结构为p型gan结构，多量子阱层为ingan/gan多量子阱层，隔离层为h
+
离子隔离层，电流扩散层为ito电流扩散层，电极为cr/al/ti/au金属电极。
41.优选地，本实施例中的衬底与n型半导体层之间形成有缓冲层90，缓冲层90可以为非掺杂gan缓冲层等。
42.当然，在其他实施例中，衬底、n型半导体层、p型半导体层、多量子阱层、电流扩散层、电极、缓冲层的材料也可以选用本领域的其他材料。例如，衬底也可以采用硅衬底或碳化硅衬底等，p型半导体层/n型半导体层也可以为p型/n型掺杂的gaas、inp、ingaasp，电流扩散层也可以为izo电流扩散层等，此处不再一一进行赘述。
43.参图2并结合图3a～图3f所示，本实施例中micro-led器件的制备方法，包括以下步骤：
44.参图3a所示，提供衬底10，并在衬底上依次外延生长缓冲层90、n型半导体层20、多量子阱层30及p型半导体层40，其中，衬底为蓝宝石衬底，缓冲层为非掺杂gan缓冲层，n型半导体层为n型gan层，p型半导体层为p型gan层，多量子阱层为ingan/gan多量子阱层。
45.参图3b所示，对p型半导体层40的非发光区域进行h
+
离子注入，形成若干离子注入区401。
46.通过注入掩膜版将离子注入p型半导体层40可以形成高阻态p型隔离区域，p型半导体层40被离子注入区隔离形成若干p型半导体结构41。
47.参图3c所示，采用干法刻蚀工艺，刻蚀部分离子注入区及其下方的多量子阱层，形成若干分离设置的多量子阱结构31、及位于其上的p型半导体结构41和隔离层60。
48.另外，刻蚀部分n型半导体层20形成n台阶201。
49.参图3d所示，在隔离层60及多量子阱结构31的侧壁上、以及n台阶201的部分表面及侧壁上形成反射层70。
50.其中，反射层可以通过溅射工艺、蒸镀工艺或电镀工艺等工艺进行制备。
51.参图3e所示，在p型半导体结构41及隔离层60和反射层70的顶面上、及反射层60的侧壁上沉积电流扩散层80，电流扩散层为ito电流扩散层。
52.参图3f所示，在电流扩散层80上形成p电极，在n台阶201上形成n电极。
53.优选地，本实施例中还针对ito/p-gan接触及p/n电极进行退火。
54.通过上述工艺即可制备得到高能效、低光学串扰的micro-led器件，该器件可应用于手机、电脑和可穿戴设备等各种终端显示领域。
55.本实施例中采用离子注入方法，在非发光区域通过注入离子，使其呈现高电阻状态，从而实现micro-led器件的电学隔离；在离子注入区利用干法刻蚀工艺引入侧壁结构，通过在侧壁涂覆反射层，降低了相邻发光单元的光学串扰效应，提高了器件的显示对比度。
56.离子注入可以成为实现高光效micro-led器件的有效方法，通过在非发光区域注入高能离子能破坏半导体材料的晶格，显著降低材料的电学特性，当其导电能力降低到一定范围时，被注入区域的材料接近于电学绝缘，从而可作为相邻发光单元间的电学隔离区域。通过离子注入隔离制备micro-led器件还具有与主流硅工艺相兼容的重要特点，这对micro-led器件的良率提高、成本降低具有显著优势。离子注入作为重复度高、平面化、可大规模批量化生产的制备手段，有利于简化micro-led器件的制备过程。值得一提的是，离子注入极大降低了载流子非辐射复合概率，在此基础上，通过进一步调整器件侧壁光线反光结构可有效降低光学串扰对显示效果的影响。
57.由以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
58.本实用新型中的micro-led器件通过引入隔离层及反射层，可以实现器件的电学隔离及光学隔离，提高了器件的发光效率及显示对比度，降低了光学串扰效应。
59.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
60.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。