CN114335266A - 一种基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高品质微球腔的白光Micro‑LED的制备方法。包括(1)将p‑GaN衬底清洗后,使用无痕耐高温胶带作掩膜预留正电极位;(2)激光经过透镜聚焦在靶材上在p‑GaN衬底上制备Ho掺杂的ZnO微米球;(3)旋涂PMMA,并采用氧等离子体刻蚀;(4)通过金属掩膜版,沉积Au电极。本发明制备掺杂ZnO微球的方法为无模板制备的方法,比现在常用的模板化学和成法省去了模板的制备过程,方法简单易操作,并且样品杂质少、结晶性高。制备的Micro‑LED通过简单的驱动方式控制实现蓝紫光、蓝绿光甚至白光发射。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件的制备方法,特别涉及一种基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法。
背景技术
半导体光电子器件一直是全球研究人员关注的焦点,主要是因为它们的不寻常性质。半导体材料的纳米粒子在微纳米器件的研究中有广泛地应用。尤其是宽光谱响应是近年来众多学者们关注的热点,吸引了大量的专家学者们的深入研究,并尝试提升器件的性能以及拓展更加有趣的应用。尤其是近年来,低至10微米像素点的Micro-LED芯片具备尺寸小、集成度高和可自发光等优势特点,受到了广泛的关注。目前已广泛应用于平板和空间显示、可穿戴光电子器件、可植入光电子器件、光通信、医疗诊断、智能照明等众多领域中。在未来的发展中,有望实现集驱动、发光和信号传输等为一体的高效率、低能耗、更稳定、寿命更长的光电子器件。
2000年之后,蓝光LED芯片的实现使得蓝光技术结合于荧光粉二次激发推动了白光LED技术的不断发展和成熟化,也就是单晶型白光LED。短短几年的时间,单晶型白光LED几乎全面取代了冷阴极荧光灯管,逐渐应用于手机、电脑乃至电视显示等等。但是非自发光的劣势使得白光LED的色饱和度以及色彩辨识度不足成为其不可忽视的应用缺陷。因此,三原色混合白光LED(多晶型白光LED)更多地被选择应用在LED显示和Micro-LED显示技术的发展中。但是,不同色彩LED发光二极管的不同电学性质大大提高了器件驱动方式的设计难度,造成了成本的提高。如何得到单晶型并且可自发光的白光LED甚至Micro-LED成为众多科研工作者们思考和待解决的问题。
作为第三代半导体代表性材料之一,ZnO不仅具有优越的物理特性(直接带隙宽禁带3.37eV,高激子束缚能60mev),并可以生长合成为多种多样的天然微腔结构,提高光场的限域和放大性能,被广泛应用于光电子器件领域。激光烧蚀法是一种简单的制备ZnO微球的合成方法,该方法基于激光热效应、表面张力等物理特性通过1064nm的红外激光器轰击陶瓷靶材得到所需样品,所得的ZnO微球具有比较好的结晶特性和优异的球形结构以及较光滑的表面,并具有优异的回音壁模式激光特性。除此之外,该方法易于实现元素的掺杂,从而改变和优化ZnO微球的结构与光电特性。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法。
技术方案:本发明所述的基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,包括以下步骤:
(1)将p-GaN衬底清洗后,使用无痕耐高温胶带作掩膜预留正电极位;
(2)激光经过透镜聚焦在靶材上在p-GaN衬底上制备Ho掺杂的ZnO微米球;
(3)旋涂PMMA,并采用氧等离子体刻蚀;
(4)通过金属掩膜版,沉积Au电极。
进一步地,步骤(2)中激光的输出功率为150~300mW。
进一步地,步骤(2)中激光的烧蚀的时间为5~10mins。
进一步地,步骤(2)中通过1064nm激光经过焦距为300mm的透镜聚焦在靶材上。
进一步地,步骤(4)中采用磁控溅射法沉积Au电极。
有益效果:与现有技术相比,本发明具以下优势:
1)本发明公开的制备掺杂ZnO微球的方法为无模板制备的方法,比现在常用的模板化学和成法省去了模板的制备过程,方法简单易操作,并且样品杂质少、结晶性高。
2)该方法常温空气下就可以获得微米尺寸的单分散掺杂ZnO微球阵列。
3)本发明说明稀土掺杂ZnO微球相比纯ZnO微球具有更好的形貌和激光品质。
4)本发明制备的Micro-LED通过简单的驱动方式控制实现蓝紫光、蓝绿光甚至白光发射。
5)该方法简单易操作,不需要模板,只通过在室温和空气环境下就可以获得所需的发光器件。
附图说明
图1为实施例1中制备的单个Ho掺杂ZnO微球的扫描电镜照片;
图2为实施例2中制备的单个Ho掺杂ZnO微球的扫描电镜照片;
图3为实施例3中制备的单个Ho掺杂ZnO微球的扫描电镜照片;
图4为实施例4中制备的Ho掺杂ZnO微球阵列的光学显微照片;
图5为实施例5中制备的Ho掺杂ZnO微球阵列的光学显微照片;
图6为实施例6中制备的Ho掺杂ZnO微球阵列的光学显微照片;
图7为实施例7中制备的Micro-LED的电致发光光谱(a)和色度(b)坐标图。
具体实施方式
实施例1:
将p型掺杂GaN衬底清洗干净后,用高温无痕胶带掩盖衬底一角预留为正极电极位,然后放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在衬底上滴加数滴去离子水,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为150mW,烧蚀时间为7mins。将衬底置于60℃下烘干,由于功率过低,得到表面不够光滑的Ho掺杂ZnO微球,扫描电镜如图1所示。
实施例2:
将p型掺杂GaN衬底清洗干净后,用高温无痕胶带掩盖衬底一角预留为正极电极位,然后放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在衬底上滴加数滴去离子水,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为210mW,烧蚀时间为7mins。将衬底置于60℃下烘干,得到表面很光滑的Ho掺杂ZnO微球,扫描电镜如图2所示。
实施例3:
将p型掺杂GaN衬底清洗干净后,用高温无痕胶带掩盖衬底一角预留为正极电极位,然后放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在衬底上滴加数滴去离子水,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为300mW,烧蚀时间为7mins。将衬底置于60℃下烘干,得到表面非常光滑的Ho掺杂ZnO微球,扫描电镜如图3所示。
实施例4:
将衬底放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在硅片上滴加数滴无水乙醇,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为300mW,烧蚀时间为5mins。并置于60℃下烘干得到零散的Ho掺杂ZnO微球阵列,光学显微照片如图4所示。
实施例5:
将衬底放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在硅片上滴加数滴无水乙醇,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为300mW,烧蚀时间为7mins。并置于60℃下烘干得到单分散状态的Ho掺杂ZnO微球阵列,光学显微照片如图5所示。
实施例6:
将衬底放置于横向距离靶材5mm,纵向距离激光聚焦点10mm。在硅片上滴加数滴无水乙醇,至平铺满衬底。开启激光器,调至激光输出功率为300mW,烧蚀时间为10mins。并置于60℃下烘干得到分散性较差、碎屑较多的Ho掺杂ZnO微球阵列,光学显微照片如图6所示。
实施例7:
将p型GaN衬底上分散有用300mW功率轰击7mins的Ho掺杂ZnO微球阵列片子经过PMMA旋涂过后,采用氧等离子体刻蚀2mins。剥离正电极保护胶带后,利用磁控溅射法沉积Au薄膜做电极。并采用交流电源驱动,得到电致发光光谱及其色度坐标图如图7所示。
Claims (5)
1.一种基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将p-GaN衬底清洗后,使用无痕耐高温胶带作掩膜预留正电极位;
(2)激光经过透镜聚焦在靶材上在p-GaN衬底上制备Ho掺杂的ZnO微米球;
(3)旋涂PMMA,并采用氧等离子体刻蚀;
(4)通过金属掩膜版,沉积Au电极。
2.根据权利要求1所述的基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,其特征在于:步骤(2)中激光的输出功率为150~300mW。
3.根据权利要求1所述的基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,其特征在于:步骤(2)中激光的烧蚀的时间为5~10mins。
4.根据权利要求1所述的基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,其特征在于:步骤(2)中通过1064nm激光经过焦距为300mm的透镜聚焦在靶材上。
5.根据权利要求1所述的基于高品质微球腔的白光Micro-LED的制备方法,其特征在于:步骤(4)中采用磁控溅射法沉积Au电极。
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