一种氮化镓基Micro-LED阵列及隔离沟槽的制备方法

allin2025-03-12  65


本发明涉及半导体器件,具体涉及一种micro-led阵列及隔离沟槽的制备方法。


背景技术:

1、为了提高micro-led集成度同时对单个micro-led进行电学隔离,常用的隔离技术有离子注入隔离、locos隔离(硅局部氧化隔离)、沟槽隔离等,其中沟槽隔离方法主要分为干法刻蚀制备隔离沟槽和湿法刻蚀制备隔离沟槽。离子注入隔离技术为平面工艺,相比于干法刻蚀制备隔离沟槽可有效避免侧壁损伤带来的不良影响,但是离子注入隔离技术使用的高能离子轰击将对晶体结构产生损伤,导致载流子的迁移率下降、少子寿命下降,同时非材料去除的隔离方式易导致器件开启电压高、散热差现象发生,离子注入的调控复杂、设备复杂昂贵也是制约其应用于生产的因素之一。湿法刻蚀制备隔离沟槽是一种具有各向同性特点的化学腐蚀方法,相比于干法刻蚀制备隔离沟槽和离子注入隔离具有操作简单、速率快、成本低、无侧壁损伤、无金属溅射等优点。

2、但是对于氮化镓(gan)材料,湿法刻蚀制备隔离沟槽的方法目前存在一些问题,如不同极性面的腐蚀速率差异较大、不同晶面键能强度存在差异、各向同性刻蚀导致图形失真等。n极性氮化镓材料在化学各向同性刻蚀中,易沿晶面(11-21)腐蚀并在表面形成金字塔状的六棱锥粗化颗粒,六棱锥侧面为(10-1-1)晶面,即湿法腐蚀后露出的面为(10-1-1)面,与c面角度固定为62°,经典厚度的外延层经直接湿法腐蚀后侧壁宽度较宽,难以制备出高像素密度的gan图形,另若表面粗化颗粒过大,在后续micro-led图形化过程中出现器件侧壁光滑度及平整度较差的现象。


技术实现思路

1、针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种micro-led阵列及隔离沟槽的制备方法,外延层转移后,首先根据设计的尺寸,计算micro-led像素的尺寸及所需外延层的厚度,再干法刻蚀的方法减薄外延层至所需厚度;针对n极性氮化镓再进行粗化,保证粗化颗粒在合理范围,以保证湿法腐蚀隔离沟槽后的图形规则及侧壁光滑,具体是这样实现的:

2、步骤s01:将外延层转移至金属基板上,外延层自上而下为n型层、有源层、p型层;

3、步骤s02:使用干法刻蚀方法刻蚀n型层,减小外延层的厚度,干法刻蚀后的外延层的厚度为h;

4、步骤s03:使用湿法腐蚀的方法腐蚀n型层,在n型层的表面形成六棱锥粗化颗粒;

5、步骤s04:在n型层的表面沉积硬质掩膜层,通过光刻、刻蚀工艺将硬质掩膜层图形化,暴露隔离沟槽的位置;

6、步骤s05:使用高温磷酸腐蚀隔离沟槽的位置处的外延层,形成贯穿外延层的隔离沟槽并暴露micro-led阵列单元的侧壁,同时形成micro-led阵列;所述隔离沟槽的宽度为d,h/d<0.94;

7、步骤s06:在所述隔离沟槽和micro-led阵列单元的侧壁制备绝缘层,micro-led阵列单元的侧壁被绝缘层包覆,完成micro-led阵列及隔离沟槽的制备。

8、优选的,步骤s01还包括转移前在p型层上方制备键合金属层,通过金属基板和键合金属层键合的方式将外延层转移至金属基板。

9、优选的,步骤s02中,通过干法刻蚀n型层减小外延层的厚度,刻蚀深度大于300nm。

10、优选的,步骤s03中,所述湿法腐蚀n型层制备的六棱锥粗化颗粒直径范围为:40nm~350nm。

11、优选的,步骤s03中,湿法腐蚀溶液包括但不限于不同温度、浓度的koh溶液。

12、优选的,步骤s04中,硬质掩膜层的材料包括sio2、si3n4,厚度范围300~600nm。

13、优选的,步骤s05中,所述高温磷酸的温度大于120℃,腐蚀时间5~10min。

14、优选的,步骤s06中绝缘层材料包括sio2、si3n4、al2o3、光刻胶(pr)。

15、本发明提供的micro-led阵列沟槽制备方法,通过在湿法刻蚀n极性氮化镓与湿法溶剂对n极性氮化镓表面粗化等步骤前,对n型层进行干法刻蚀减薄步骤,通过控制外延层的厚度来减小湿法腐蚀制备micro-led阵列及隔离沟槽的侧向钻蚀现象;另一方面,通过控制表面粗化制备的六棱锥粗化颗粒直径大小,改善micro-led芯片侧壁平整度及光滑度。本发明具有操作简单、侧壁损伤小、生产效率高、设备简单、无金属溅射等优点,可以大大提高micro-led可靠性及均匀性,阵列器件之间具有良好的电隔离特性。



技术特征:

1.一种micro-led阵列及隔离沟槽的制备方法,其特征在于包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽的制备方法,其特征在于:步骤s01中还包括转移前在p型层上方制备键合金属层,通过金属基板和键合金属层键合的方式将外延层转移至金属基板。

3.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s02中,通过干法刻蚀n型层减小外延层厚度,在不超过n型层的厚度条件下,刻蚀深度大于300nm。

4.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s03中,所述湿法腐蚀n型层制备的六棱锥粗化颗粒直径范围为:40nm~350nm。

5.根据权利要求4所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s03中,湿法腐蚀的溶液包括不同温度、浓度的koh溶液。

6.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s04中,硬质掩膜层的材料包括sio2、si3n4,厚度范围300~600nm。

7.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s05中,所述高温磷酸的温度大于120℃,腐蚀时间5~10min。

8.根据权利要求1所述的micro-led阵列及隔离沟槽制备方法,其特征在于:步骤s06,绝缘层的材料包括sio2、si3n4、al2o3、光刻胶。


技术总结
本发明公开了一种氮化镓基Micro‑LED阵列隔离沟槽的制备方法,通过湿法刻蚀氮化镓外延层制备隔离沟槽,同时完成Micro‑LED阵列的图形化。通过在湿法刻蚀外延层前,对外延层的厚度、粗化效果进行控制等步骤实现高像素图形的隔离,实现提高Micro‑LED器件侧壁的平整度与光滑度的同时提升Micro‑LED阵列的均匀性。本发明在增大Micro‑LED器件均匀性与稳定性的同时制备隔离沟槽,不损伤Micro‑LED器件的其他金属结构,具有操作简单、侧壁损伤小、生产效率高、设备简单、无金属溅射等优点,实际应用价值高。

技术研发人员:莫春兰,刘秉林,王立,吴小明,李璠,刘志华,郑畅达
受保护的技术使用者:南昌大学
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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