微型LED及其制程方法

技术领域

本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及微型LED及其制程方法。

背景技术

发光二极管具有节能、环保、使用寿命长等优点，未来发光二极管将逐渐取代白炽灯、荧光灯等传统照明灯具，而进入千家万户。目前，微型发光二极管是一种新型的显示技术，具有高亮、低延迟、长寿命、广视角、高对比度等优势，是发光二极管的未来发展方向。传统的微型发光二极管(Micro light emitting diode，Micro LED)的制备需要四道黄光，导致对位公差大、成本高等不足，如何低成本地制作高可靠性的微型发光二极管是当前亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种微型LED及其制程方法。在该微型LED的制程方法中，通过使用泊松亮斑制备LED芯片够减少黄光的使用次数、节约生产时程、节约生产成本、以及提高产量。此外，通过本申请的工艺，能够减少黄光对位次数，减少因对位造成的误差，使得N电极和P电极之间的间距更加均匀，从而有利于电流的扩展。

根据第一方面，提供了一种微型LED的制程方法。该制程方法包括以下步骤。在衬底上生长外延片，在外延片上生长电流扩散层，并在电流扩散层上设置光阻层。将第一光线经过第一光罩照射在光阻层上，其中，第一光线在光阻层上产生泊松亮斑。对光阻层进行显影，再对电流扩散层和外延片进行蚀刻。将光阻层去除，并在蚀刻后的电流扩散层和外延片上设置金属电极。

根据本申请的一个实施方式，其中，将光阻层去除，并在蚀刻后的电流扩散层和外延片上设置金属电极包括以下步骤。将光阻层去除，在衬底、电流扩散层、以及外延片上设置钝化层，并对钝化层进行蚀刻使得电流扩散层部分外露并且使得外延片部分外露。分别在电流扩散层的外露部分和外延片的外露部分上设置金属电极。

根据本申请的一个实施方式，其中，对光阻层进行显影包括以下操作。将光阻层的与泊松亮斑相对应的第一区域显影，并且将光阻层的位于第一光罩在光阻层的正投影以外的第二区域显影。

根据本申请的一个实施方式，其中，对光阻层进行显影包括以下操作。将光阻层的位于第一区域的部分厚度的光阻显影，并且将光阻层的位于第二区域的全部厚度的光阻显影。

根据本申请的一个实施方式，其中，光阻层的第一区域在显影后形式圆孔，该圆孔的直径和深度根据第一光线的曝光间隙和曝光量确定。

根据本申请的一个实施方式，其中，对电流扩散层和外延片进行蚀刻包括以下操作。将电流扩散层与第一区域相对应的部分蚀刻，并将外延片与第一区域和第二区域相对应的部分蚀刻。

根据本申请的一个实施方式，其中，第一区域受到的第一光线的曝光量小于第二区域受到的第一光线的曝光量。其中，第一区域受到泊松亮斑的照射，第二区域受到第一光线的直射。

根据本申请的一个实施方式，其中，在衬底、电流扩散层、以及外延片上设置钝化层，并对钝化层进行蚀刻使得电流扩散层的部分外露并且外延片的部分外露包括以下操作。在衬底、外延片、以及电流扩散层外露的表面上沉积钝化层，并在钝化层上设置正胶层。将第二光线经过第二光罩照射在正胶层上，并且将正胶层的与电流扩散层相对应的第三区域显影，以及将正胶层的与第一区域相对应的第四区域显影。将钝化层与第三区域相对应的部分蚀刻，并将钝化层与第四区域相对应的部分蚀刻，使得电流扩散层的与第三区域相对应的部分外露并使得外延片的与第四区域相对应的部分外露。

根据本申请的一个实施方式，其中，第三区域的正投影落入蚀刻后的电流扩散层的范围内，且第四区域的正投影落入第一区域的范围内。

根据本申请的一个实施方式，其中，分别在电流扩散层的外露部分和外延片的外露部分上设置金属电极包括以下步骤。在钝化层、电流扩散层的外露部分、以及外延片的外露部分上设置负胶层。将第三光线经过第三光罩照射在负胶层上，并对负胶层进行显影，使得电流扩散层的外露部分、以及述外延片的外露部分保持外露。分别在电流扩散层的外露部分、外延片的外露部分上设置金属电极。将所有的负胶层去除。

根据本申请的一个实施方式，其中，所述第一光线、所述第二光线、和所述第三光线为紫外光。

根据本申请的一个实施方式，其中，上述外延片是氮化镓GaN外延片，上述电流扩散层是氧化铟锡ITO层

根据第二方面，本申请还提供了一种微型LED。该微型LED包括根据上述第一方面和/或上述第一方面的任一实施方式的制程方法制得的微型LED。

根据申请的微型LED的制程方法，通过使用泊松亮斑进行光刻制备圆柱形的微型LED，能够减少黄光次数、节约生产成本、以及提高微型LED的产量。此外，本申请提供的微型LED的制程方法能够减少黄光对位次数，从而减少因黄光对位而造成的公差，使得N电极和P电极之间的间距更加均匀，从而有利于电流的扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，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。

图1示出了根据本申请的微型LED的制程方法的流程图。

图2示出了根据本申请的微型LED的断面示意图。

图3示出了蚀刻外延片和电流扩散层的工艺流程图。

图4示出了蚀刻钝化层的工艺流程图。

图5示出了设置金属电极的工艺流程图。

附图标记说明：

10-衬底；20-外延片；202-N-GaN层；204-MQW层；206：P-GaN层；30-电流扩散层；40-光阻层；400-第一区域；50-钝化层；60-正胶层；600-第三区域；610-第四区域；70-负胶层；80-金属电极；100-第一光线；110-第一光罩；200-第二光线；210-第二光罩；2100-通孔；300-第三光线；310-第三光罩；3100-通孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。

为便于理解，以下对本申请中所涉及的微型LED制程中的工艺流程和专业术语进行解释和说明。应注意的是，以上解释和说明不构成对本申请的任何限制。

黄光使用的技术为微影(lithography)技术，使用的材料为感光材料，即光阻(photo resistance，PR)。光阻也称为光刻胶。PR具有独特的特征，在紫外(ultraviolet，UV)光的作用下，会发生化学反应，变成溶于酸或者碱的新物质。

微影技术是将光罩(mask)上的图案先转移到PR上，再以溶剂浸泡将PR受光照射到的部分加以溶解或保留，形成和mask完全相同或呈互补的光阻图。由于微影制程的环境照明光源是黄光，而非一般摄影暗房的红光，所以这一制程常被简称为“黄光”制程。未被mask遮挡的PR曝光后变成不溶于碱的物质，形成负性光阻图案。未被mask遮挡的PR曝光后变成溶于碱的物质，形成正性光阻图案。UV光通过mask上的图案，照射到光阻上去，制出光阻图案(PR被UV照射后，发生化学变化，但是物理形态没有变化，所以生成的光阻图案肉眼不可见)。碱性溶液中，在光阻膜上形成与mask图案相同或者互补的光阻图案，酸性溶液中，未被光阻图案遮挡住的氧化铟锡(information technology outsourcing，ITO)被溶解，形成ITO图案。酸性溶液中清洗掉光阻图案，保留ITO图案。

一般地，在LED制程中包括“曝光”、“显影”、“蚀刻”、“脱模”等工艺。具体地，“曝光”是指利用UV光照射把图形转移到光刻胶涂层上。“显影”是指在显影溶液的作用下，负性光刻胶未曝光部分将溶解，正性光刻胶曝光部分将溶解。“蚀刻”是指未受到光刻胶涂层保护部分将被蚀刻。“脱模”是指将光刻胶去除。

应说明的是，本案附图中所示的结构，仅仅用于对微型LED及其制造工艺过程中的各个部件的横断面进行示意性的说明，并不意在限制其实际结构。同时，本案附图中的剖面线旨在于清楚地区分各个部件，并不在于对各个部件的材料等性质进行限制。

在第一方面，本申请提供了一种微型LED的制程方法，如图1所述，该微型LED的制程方法包括以下步骤。

S100：在衬底10上生长外延片20，在外延片20上生长电流扩散层30，并在电流扩散层30上设置光阻层40。

本申请微型LED的制程方法使用的工艺包括MESA(台阶刻蚀)蚀刻和ISO(氮化镓深刻蚀)蚀刻。在进行MESA蚀刻之前，首先，提供衬底10，并在衬底10上生长外延片20。可选地，衬底10为蓝宝石衬底。在外延片20远离衬底10的表面溅射电流扩散层30。然后，在电流扩散层30远离衬底10的表面涂布光阻层40。作为一实施方式，光阻层40为正性光刻胶。

S200：将第一光线100经过第一光罩110照射在光阻层40上，其中，第一光线100经过第一光罩110产生衍射并在光阻层40上产生泊松亮斑。

在该步骤中，首先设置第一光罩110。可选地，第一光罩110为圆盘，且该圆盘的直径根据能够产生泊松效应的尺寸要求进行设计。具体地，为了使得第一光线100经过第一光罩110后产生衍射并能够在光阻层40的中间位置处产生泊松亮斑，将第一光罩110设计为特定的尺寸。第一光线100通过第一光罩110产生泊松效应，并且在光阻层40上产生泊松亮斑。

在本申请中，第一光线100可以为UV光。

在一个实施方式中，上述泊松亮斑落入光阻层40的第一区域400。其中，第一区域400可以为光阻层40的中心区域。该光阻层40的位于第一光罩110在光阻层40的正投影之外的区域为第二区域，第二区域直接受到第一光线100的曝光。应理解的是，在本申请实施方式中，将光阻层40上产生的泊松亮斑作为圆心，根据泊松效应，该圆心的周围会出现环状的互为同心圆的多圈衍射条纹。但是，由于这些环状的多圈衍射条纹处的曝光量较小，其对光阻层40所产生的影响较小，因此，本申请暂不考虑这些衍射条纹所产生的影响。

请参阅图3所示，第一光线100通过第一光罩110后在光阻层40的第一区域400处产生泊松亮斑，而光阻层40的位于第一光罩110在光阻层40的正投影之外的第二区域受到第一光线100的直射。应理解的是，第一区域400受到的曝光量小于光阻层40的第二区域受到的曝光量。

应理解的是，图3所示的是衬底10、外延片20、电流扩散层30、以及光阻层40的断面图。

在图3中，状态3-A示出了在衬底10上依次设置外延片20、电流扩散层30、以及光阻层40后的状态；状态3-B示出了将光阻层40显影之后的状态；状态3-C示出了将外延片20和电流扩散层30蚀刻后的状态。

S300：对光阻层40进行显影，再对电流扩散层30和外延片20进行蚀刻。

曝光后，使用显影液对光阻层40进行显影。曝光时光阻层40的一部分区域见光而另一部分区域未见光，UV光会影响光阻层40的光刻胶性能，正光刻胶见光部分会溶解到显影液中，未见光部分不溶，因此可将泊松效应产生的光斑图案复制蚀刻在光阻层40上。通过上述步骤，即可完成MESA光刻的工艺。

在一个实施方式中，对光阻层40进行显影包括以下操作。将光阻层40的与泊松亮斑相对应的第一区域400显影，并且将光阻层40的位于第一光罩110在光阻层40的正投影以外的第二区域显影。该第一区域400和第二区域都是受光区域。

在一个实施方式中，对光阻层40进行显影包括以下操作。将光阻层40的位于第一区域400的部分厚度的光阻显影(即，将位于第一区域400的部分厚度的光阻层40溶解)，并且将光阻层40的位于第二区域的全部厚度的光阻显影(即，将位于第二区域的光阻层40全部溶解)。具体地，由于光阻层40的第一区域400(例如，中心区域)受到的泊松亮斑的照射，所以光阻层40的第一区域400的部分厚度的光刻胶性能发生变化，使得第一区域400的部分厚度的光阻层40被显影(即，被显影液溶解)；而光阻层40的第二区域(即，光阻层40的位于第一光罩110在光阻层40的正投影以外的区域)受到的第一光线100的直射，即其受到的曝光量较大，使得光阻层40的第二区域的全部厚度的光刻胶性能发生变化，进而能够将第二区域的全部厚度的光阻层40被显影(即，被显影液溶解)。

在一个实施方式中，光阻层40的第一区域400显影后获得圆孔(在图3所示的实施例中，该圆孔为盲孔)，该圆孔的直径和深度根据第一光线100的曝光间隙和曝光量确定。可以理解的，该圆孔是通过泊松亮斑照射光阻层40而获得，因此可以通过调整第一光线100的曝光间隙和曝光量来控制该圆孔的直径和深度，以满足不同的工艺需求。

其次，在完成上述MESA光刻之后，即对外延片20进行烘烤处理，然后使用ICP(Inductively Coupled Plasma，电感耦合等离子)设备，利用对电流扩散层30和外延片20进行蚀刻。

在一个实施方式中，对电流扩散层30和外延片20进行蚀刻包括以下操作。

蚀刻电流扩散层30与第一区域400相对应的部分，并蚀刻外延片20与第一区域400和第二区域相对应的部分。具体地，对外延片20与第一区域400相对应的部分向下刻蚀的深度为1um-1.3um，对外延片20与第二区域相对应的部分向下刻蚀的深度约为6um。

可以理解的是，将电流扩散层30与第一区域400相对应的部分蚀刻之后，即完成了ITO蚀刻工艺。

将外延片20与第一区域400和第二区域相对应的部分蚀刻之后，即完成了ISO(氮化镓深刻蚀)蚀刻工艺。

在一个实施方式中，请参阅图3所示，蚀刻后的外延片20具有大致的锥台形结构。即，蚀刻后的外延片20具有大致梯形的横截面。在另一个实施方式中，蚀刻后的外延片20具有大致的长方体结构。即，蚀刻后的外延片20具有大致矩形的横截面。

在一个实施方式中，第一区域400受到的第一光线100的曝光量小于第二区域受到的第一光线100的曝光量。

应理解的是，在蚀刻电流扩散层30时，同时也会造成电流扩散层30的侧腐，即从电流扩散层30垂直于外延片20的侧面进行溶解(请参阅图3所示)。

通过上述步骤，使得MESA、ISO、ITO三道黄光合并为一道黄光。

S400：将光阻层40去除，并在蚀刻后的电流扩散层30和外延片20上设置金属电极。在一个实施方式中，步骤S400包括以下的步骤S402至S404。

S402：将光阻层40去除，在衬底10、电流扩散层30、以及外延片20上设置钝化层50，并对所述钝化层50进行蚀刻并使得电流扩散层30部分外露并且使得以及外延片20部分外露。

在一个实施方式中，步骤S402具体包括以下步骤。请参阅图4所示，将光阻层40去除。在衬底10、外延片20、以及电流扩散层30外露的表面上沉积钝化层50，并在钝化层50上设置正胶层60。将第二光线200经过第二光罩210的通孔2100照射在正胶层60上，并且将正胶层60的与电流扩散层30相对应的第三区域600显影(溶解)，以及将正胶层60的与第一区域400相对应的第四区域610显影(溶解)。将钝化层50与第三区域600相对应的部分区域蚀刻，并将钝化层与第四区域610相对应的部分区域蚀刻，使得电流扩散层30的与第三区域600相对应的部分外露并使得外延片20的与第四区域610相对应的部分外露。此时，将所有的正胶层60去除。可以理解的是，第二光线200经过通孔2100分别照射至正胶层60的第三区域600和第四区域610。

在图4中，状态4-A示出了在衬底10、电流扩散层30、以及外延片20上设置钝化层50后的状态；状态4-B示出了将正胶层60显影后的状态；状态4-C示出了将钝化层50蚀刻后的状态。

在本申请中，第二光线200可以为UV光。

应理解的是，图4所示的是衬底10、外延片20、电流扩散层30、钝化层50、以及正胶层60的断面图。

S404：分别在电流扩散层30的外露部分和外延片20的外露部分上设置金属电极80。

在一个实施方式中，步骤S404具体包括以下步骤。请参阅图5所示，在钝化层50、电流扩散层30的外露部分、以及外延片20的外露部分上设置负胶层70。将第三光线300经过第三光罩310的通孔3100照射在负胶层70上，并对负胶层70进行显影，使得电流扩散层30的上述外露部分、以及外延片20的上述外露部分保持外露。分别在电流扩散层30的外露部分、外延片20的外露部分上设置金属电极80。此时，将所有的负胶层70去除。

在图5中，状态5-A示出了在钝化层50、电流扩散层30外露的部分、以及外延片20的外露的部分上设置负胶层70后的状态；状态5-B示出了将负胶层70显影后的状态；状态5-C示出了设置金属电极80后的状态。

在本申请中，第三光线300可以为UV光。

应理解的是，图5所示的是衬底10、外延片20、电流扩散层30、钝化层50、负胶层70、以及金属电极80的断面图。

在本申请中，电流扩散层30可以为ITO层30，外延片20可以为氮化镓GaN外延片20。外延片20包括依次堆叠的N-GaN层202、MQW层204、以及P-GaN层206(请参阅图2所示)。

在本申请的一个实施方式中，第三区域600的正投影落入蚀刻后的电流扩散层30的范围内，且第四区域610的正投影落入第一区域400的范围内。

在上述步骤中，通过金属蒸镀工艺和金属正胶蒸镀(Lift-off)工艺获得金属电极80。

通过上述步骤获得的金属电极80，便于实现金属欧姆接触和键合金属作用。

在第二方面，本申请还提供了一种微型LED。图2示出了本申请提供的微型LED的断面示意图，其中包括微型LED的正视图和俯视图。本申请的微型LED是根据上述第一方面及其任一实施方式的微型LED的制程方法制得的微型LED。结合图2可知，在一个实施例中，本申请中的衬底10为圆柱形，外延片20在刻蚀之前也为圆柱形。而且，通过本申请微型LED的制程方法制备的微型LED大体上也为圆柱形。将微型LED的总体及其各部件设计为圆柱形或大体圆柱形结构，更有利于电流的扩展。

根据申请的微型LED的制程方法，通过使用泊松亮斑进行光刻制备圆柱形的微型LED，能够减少黄光次数、节约生产成本、以及提高微型LED的产量。此外，本申请提供的微型LED的制程方法能够减少黄光对位次数，从而减少因黄光对位而造成的公差，使得NP电极之间的等间距更加均匀，有利于电流的扩展。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。