[发明专利]通过层转移制造微发光二极管(LED)

说明书

实施方式涉及利用层转移的材料制作微发光二极管(LED)结构。具体而言，利用诸如氢化物气相外延(HVPE)的技术，在供体基材上生长高质量的氮化镓(GaN)。示例性供体基材能够包括GaN、AlN、SiC、蓝宝石和/或单晶硅，例如，(111)。以这种方式生长的GaN的较大相对厚度(例如，～10μm)显著降低材料中存在的穿透位错密度(TDD)(例如，至约(2～3)×10⁶cm^‑2)。这使得所述解理生长的GaN材料非常适合于转移并结合到在低电流/热量产生条件下在高亮度下工作的微‑LED结构中。

相关申请的交叉引用

本美国非临时专利申请要求2016年11月11日提交的美国临时专利申请号62/421,149以及2016年12月12日提交的美国临时专利申请号62/433,189的优先权，两者均出于所有目的以其全部内容结合于本文中作为参考。

背景技术

半导体材料，例如，在形成逻辑器件、太阳能电池以及越来越多的是，光源如普通照明或显示器中，具有许多用途。一种能够用于显示器的半导体器件类型是微发光二极管(micro-light emitting diode)(微-LED，micro-LED)。与传统显示技术如液晶显示器(LCD)和发光显示器如有机LED(OLED)显示器相比，微-LED在降低功耗、亮度和可靠性方面提供了显著优势。

发明内容

实施方式涉及利用层转移材料制作微发光二极管(LED)结构。具体而言，利用诸如氢化物气相外延(HVPE)或液相外延(LPE)的技术，在供体基材上生长高质量氮化镓(GaN)。示例性供体基材能够包括GaN、AlN、SiC、蓝宝石和/或单晶硅—例如，(111)。以这种方式生长的所述GaN的较大相对厚度(例如，数十至数百μm)会显著降低(例如，至约(2～3)×10⁶cm^-2)所述材料中存在的穿透位错密度(Threading Dislocation Density)(TDD)。这使得所述解理(cleaved)生长的GaN材料非常适合于转移并引入在各种电流密度范围内能够有效工作的微-LED结构中。

附图说明

图1显示了根据某些实施方式构成主要工艺流程的所述供体工艺序列、层转移工艺序列和微-LED工艺序列。

图1A显示了GaN的极性和非极性形式。

图1B显示了极性GaN的Ga和N面。

图1C-图1D显示了根据一个实施方式在供体工件上生长高质量材料的简化视图

图2显示了根据一个实施方式的N-面供体制备方法的视图。

图3绘制了在蓝宝石上生长的GaN材料的位错密度相对于厚度的图。

图4绘制了在SiC上生长的GaN材料的位错密度相对于厚度的图。

图5A-图5E显示了使用2步层转移工艺序列转移至靶基材上以供稍后用于制作微-LED显示器的转移的高质量生长材料的横截面视图。

图6A-图6C显示了使用1步层转移工艺序列转移至靶基材上以供稍后用于制作微-LED显示器的转移的高质量生长材料的横截面视图。

图7A-图7D显示了微-LED器件制作序列的各个视图。

图8A-图8B显示了各种永久靶基材配置。

图9显示了使用可释放靶基材配置的制作工艺流程的实施方式。

图10显示了将所述微-LED器件安装于直视显示器背板上的最终步骤。

图11A-图11C显示了允许对像素集合的显示输入/输出函数进行归一化的制作过程。

图12绘出了各种不同LED类型结构的输出功率温度依赖性相对于电流密度的图。