[發明專利]一種基于電鍍技術的GaN基垂直結構微腔Micro-LED及其制備方法

在審

• 申請號: 202010613174.0
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111725368A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 汪煉成;高祥;萬榮橋;徐意
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01L33/10
• 分類號: H01L33/10;H01L33/06;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種基于電鍍技術的GaN基垂直結構微腔Micro?LED及其制備方法，本發明這種微腔Micro?LED發光半高寬窄，發光方向性好；通過減薄芯片厚度，并通過p?GaN層(5)的金屬反射鏡和n?GaN層的介質膜反射鏡作為諧振腔端面，形成垂直方向的諧振微腔結構，將抑制側壁出光，提高正面出光方向性，從而減小Micro?LED顯示相鄰像素之間的串擾效應。同時諧振微腔結構將選擇特定波長，使其發光光譜變窄，光譜純度更高，這將有利于提高Micro?LED顯示的閾值，本發明垂直結構Micro?LED有源區面積大，n?GaN吸光較少；電流擴展較好，電壓較低，電流密度較小，在光效，飽和電流，長期可靠性方面具有優勢；其次Cu襯底具有良好的導電性和導熱性，芯片熱阻較小。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種基于電鍍技術的GaN基垂直結 構微腔Micro-LED及其制備方法。

背景技術

Micro-LED在顯示和可見光通訊中具有重要的應用。顯示產業是信息時代 先導性產業，每年產值超過千億美元，發光二極管(LED)以節能、高效、耐 用、無汞等無以替代的優勢已逐漸成為顯示照明領域的主流。因具有超高解析 度、高亮度、超省電及反應速度快等優秀特性，Micro-LED被認為是繼TFT-LCD 和AMOLED技術之后最具潛力的顯示技術。Micro-LED顯示中，減小像素單元 的尺寸來提高顯示精度和分辨率。LED類似朗伯光源，其出光角度較大。 Trace-Pro軟件模擬所得芯片厚度為10μm，尺寸為50μm時，側壁出光比例達 15％。可見隨著Micro-LED像素單元尺寸的縮小，其側壁面積占比也將隨尺寸 減小而增大，導致側壁出光增大而不可忽視，導致相鄰像素單元的“cross talk”效 應變得顯著，極大降低Micro-LED顯示的性能，如對比度、清晰度。目前 Micro-LED顯示方面研究更多關注巨量轉移等關鍵工藝技術，而對上述“cross talk”問題缺乏研究。中國臺灣的臺灣交通大學郭浩中教授等利用光刻等工藝， 在每個Micro-LED像素四周制作“圍壩”，吸收側壁和部分斜出射光，用以降低 相鄰像素“cross talk”效應。但是此方法增加了工序步驟，且圍壩本身作為像素的 一部分，限制了整體像素尺寸的進一步縮小。另外，常規Micro-LED的發光半 高寬較寬，達20nm，這限制了基于Micro-LED顯示閾值等性能。

另外，基于Micro-LED的可見光通信具有可見光資源可取，可見光可用頻 帶帶寬寬，安全性強(有遮擋則無信號)等特點，在智能互聯社會具有諸多應 用前景。但是基于GaN基的Micro-LED，由于其MQW(量子阱)的壓電極化 效應，導致發光速率很慢，這極大限制了Micro-LED作為可見光通信光源的帶 寬。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于電鍍技術的GaN基垂直結構微腔Micro-LED 及其制備方法，本發明這種微腔Micro-LED可以提高Micro-LED正面出光方向 性、發光速度和光提取效率，減小Micro-LED的體積，提高集成度。

本發明這種基于電鍍技術的GaN基垂直結構微腔Micro-LED，包括有 Micro-LED芯片和襯底七，Micro-LED芯片位于襯底七上；Micro-LED芯片由上 至下包括有介質膜、n-GaN層、MQW層、p-GaN層和反射鏡電極，其中反射鏡 電極與襯底七相接；n-GaN層、MQW層、p-GaN層的寬度相等，反射鏡電極的 寬度與襯底七的寬度相等；介質膜的寬度小于n-GaN層，在n-GaN層上的兩側 會漏出臺面；反射鏡電極的寬度大于n-GaN層、MQW層、p-GaN層，在反射 鏡電極的兩側也會漏出臺面，n-GaN層、MQW層、p-GaN層會漏出兩個側壁； 在臺面和側壁上有一層鈍化層；在一側的鈍化層上設有歐姆接觸金屬層，歐姆 接觸金屬頂部會有部分與n-GaN層漏出的臺面。

所述的Micro-LED芯片的尺寸為10～1000μm；所述的反射鏡電極為 Ni/Ag/Pt/Au，也是金屬電極。

本發明這種基于電鍍技術的GaN基垂直結構微腔Micro-LED的制備方法， 包括以下步驟：