[发明专利]用于制备用于微组装的GaN及相关材料的系统及方法

说明书

所揭示技术大体来说涉及一种用于微组装GaN材料及装置以形成使用小LED与高功率、高电压及/或高频率晶体管及二极管的阵列的显示器及照明组件的方法及系统。GaN材料及装置可通过外延而形成在蓝宝石、碳化硅、氮化镓、氮化铝或硅衬底上。所述所揭示技术提供用于制备用于微组装的至少部分地形成在那些同质衬底中的数者上的GaN材料及装置的系统及方法。

相关申请案

本申请案主张标题为“用于制备用于微组装的GaN及相关材料的系统及方法”的2014年6月18日提出申请的第62/014,070号美国临时专利申请案的优先权及权益，所述美国临时专利申请案的内容以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于提供可使用大规模并行微转印印刷方法来印刷的微尺度装置的结构及方法。

背景技术

所揭示技术大体来说涉及可转印微型装置的形成。半导体芯片或裸片自动化组装设备通常使用真空操作放置头(例如真空抓持器或取放工具)以拾取并将装置应用于衬底。使用此技术来拾取及放置超薄及/或小装置通常是困难的。微转印印刷准许选择并应用这些超薄、易碎及/或小装置而不对所述装置本身造成损坏。

微结构印模可用于拾取微型装置，将所述微型装置输送到目的地，及将所述微型装置印刷到目的地衬底上。表面粘附力用于控制对这些装置的选择并将其印刷到目的地衬底上。此过程可大规模地并行执行。印模可经设计以在单个拾取及印刷操作中转印数百到数千个离散结构。

微转印印刷还实现将高性能半导体装置并行组装到包含玻璃、塑料、金属或其它半导体的几乎任何衬底材料上。衬底可为柔性的，借此准许产生柔性电子装置。柔性衬底可集成于大量配置中，包含在脆性基于硅的电子装置的情况下不可能的配置。另外，举例来说，塑料衬底是机械强固的且可用于提供较不易于遭受由机械应力引起的损坏及/或电子性能降级的电子装置。因此，这些材料可用于通过能够以低成本在大衬底区域上方产生电子装置的连续、高速印刷技术(例如，卷对卷制造)来制作电子装置。

此外，这些微转印印刷技术可用于在与塑料聚合物衬底上的组装兼容的温度下印刷半导体装置。另外，半导体材料可印刷到大衬底区域上，借此实现复杂集成电路在大衬底区域上方的连续、高速印刷。此外，在弯曲或变形装置定向上具有良好电子性能的完全柔性电子装置可经提供以实现广泛范围的柔性电子装置。

电子有源组件可印刷于非同质衬底上方。举例来说，这些印刷技术可用于形成成像装置(例如平板液晶、LED或OLED显示装置)，及/或用于数字射线照相板中。在每一实例中，必须将电子有源组件从同质衬底转印到目的地衬底(例如，有源组件的阵列分布于其上的非同质衬底)。使用弹性体印模从同质衬底拾取有源组件并将其转印到目的地衬底。有源组件的释放必须受控制且可预测。

在微转印印刷中，小芯片通常形成在硅衬底及牺牲层上，所述牺牲层通过使用光刻过程蚀刻来底切以形成系链。硅衬底促进在晶片与小芯片之间形成系链，所述系链在微转印印刷过程期间断开以释放小芯片。然而，形成GaN装置的常规方法并不会导致形成可使用微转印印刷技术组装的微尺度装置。另外，形成GaN装置的常规方法并不会在蓝宝石上实现可印刷GaN装置。尽管与蓝宝石相比相对不昂贵，但硅比起蓝宝石与构成LED的GaN晶体结构具有甚至更大的晶格不匹配，这进一步降低所得LED的性能。因此，在一些实施例中，期望使用蓝宝石衬底形成可印刷结构，例如LED。然而，不存在用于底切形成于蓝宝石衬底上的小芯片以实现用于微转印印刷的小芯片释放的可用方法。

因此，需要实现可经微转印印刷的形成于衬底(例如，硅或蓝宝石)上的微型LED小芯片的构造的结构及方法。还需要实现印刷于目的地衬底上的小芯片的电互连的简单且廉价的方法及结构。此外，需要允许使用比常规方法少的处理步骤来电连接印刷结构(例如，印刷LED)的电触点的方法及结构。

因此，需要用于在GaN及适于微转印印刷的相关材料中制备高性能、小型且密集的结构阵列的可预测且可控制的系统及方法。