CN109301047B - 一种微小尺寸显像led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微小尺寸显像LED芯片，包括衬底、外延层、切割道、透明导电层、绝缘层、反射层、第一电极、第二电极、第一焊盘、第二焊盘和荧光粉层，其中，本发明设有至少两个切割道，切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构，其中，切割道的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形，荧光粉层由内向外依次设置在衬底背面。相应地，本发明还公开了一种微小尺寸显像LED芯片的制作方法。本发明LED芯片的切割道呈同心圆排列，不同的荧光粉层依次设置在不同发光微结构衬底的背面，使得红绿蓝LED晶圆整合为一体，混光效果好。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种微小尺寸显像LED芯片及其制作方法。
背景技术
LED(Light EmittiPg Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
Micro LED具有高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等优点，并且具自发光无需背光源的特性，更具有节能、结构简单、体积小、薄型等优势。但是，Micro LED还面临三个问题，即全彩化、良率、发光波长一致性问题。
单色Micro LED阵列通过倒装结构封装和驱动IC贴合来实现，但RGB阵列需要分次转贴红、蓝、绿三色的晶粒，需要嵌入几十万颗LED晶粒，对于LED晶粒光效、波长的一致性、良率要求更高，同时分bin的成本支出也阻碍其进行量产。
中国专利CN103579461B公开了一种制备晶圆级全彩LED显示阵列的方法，其将外延层切割形成多个独立的LED结构，然后在对准不同列的LED结构，在衬底背面涂覆不同荧光粉，从而形成晶圆级全彩LED显示阵列。该发明将荧光粉涂覆在正装LED芯片衬底的背面，芯片的光从衬底的正面出射，从背面出射的光少，从而导致晶圆级全彩LED显示阵列的发光效率低。此外，该发明的LED芯片按纵向和横向的方式排列，混光效果的一般。进一步地，该发明采用了共阳极的方式达到对阵列LED的控制，但是由于其制程需要在晶圆上一次性完成，无法对单个RGB显像单元进行筛选，因此其显像容易存在坏点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微小尺寸显像LED芯片，红绿蓝LED晶圆整合为一体，混光效果好，亮度高，尺寸小。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微小尺寸显像LED芯片，封装效率高，成本低。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种微小尺寸显像LED芯片制作方法，将红绿蓝LED晶圆整合为一体，LED芯片混光效果好，亮度高，尺寸小。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微小尺寸显像LED芯片，包括：
衬底；
设置在表面的外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
至少两个切割道，所述切割道的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构；
依次设置在第二半导体层上的透明导电层、绝缘层和反射层；
设置第一半导体层上的第一电极，贯穿反射层和绝缘层并设置在透明导电层上的第二电极；
设置在第一电极上的第一焊盘，设置在第二电极上的第二焊盘；
由内向外依次设置在衬底背面的荧光粉层。
作为上述方案的改进，所述切割道延伸至衬底表面或第一半导体层。
作为上述方案的改进，所述切割道将外延层由内向外分割成第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构，所述荧光粉层包括绿光荧光粉层和红光荧光粉层，其中，绿光荧光粉层设置在第二发光微结构的衬底背面，红光荧光粉层设置在第三发光微结构的衬底背面。
作为上述方案的改进，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同。
作为上述方案的改进，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极为整体结构，三者的第二电极为独立结构。
相应地，本发明还提供了一种微小尺寸显像LED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对所述外延层进行刻蚀，形成至少两个同心闭合状态的切割道，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构；
对外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至第一半导体层的裸露区域；
在第二半导体层上形成透明导电层；
在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在所述透明导电层上形成第二电极，得到多个独立的LED晶圆；
在LED晶圆的表面依次沉积形成绝缘层和反射层；
对所述反射层和绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来；
在第一电极上形成第一焊盘，在第二电极上形成第二焊盘；
对准不同的LED晶圆，在衬底的背面由轴心向外涂覆不同的荧光粉，以形成红、绿、蓝LED晶圆，从而形成微小尺寸显像LED芯片。
作为上述方案的改进，所述切割道的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形。
作为上述方案的改进，所述切割道延伸至衬底表面或第一半导体层。
作为上述方案的改进，所述切割道将外延层由内向外分割成第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构，其中，在第二发光微结构的衬底背面涂覆绿光荧光粉，在第三发光微结构的衬底背面涂覆红光荧光粉。
作为上述方案的改进，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明LED芯片的切割道呈同心圆排列，不同的荧光粉层依次设置在不同发光微结构衬底的背面，使得红绿蓝LED晶圆整合为一体，混光效果好；此外，本发明使用倒装结构的LED晶圆，可大幅减小封装尺寸，同时减少芯片转移次数，提升封装效率，降低生产成本。
进一步地，由于本发明的第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同，从而进一步提高混光效果。
附图说明
图1是本发明微小尺寸显像LED芯片的结构剖视图；
图2是本发明微小尺寸显像LED芯片第一实施例的俯视图；
图3是本发明微小尺寸显像LED芯片第二实施例的俯视图；
图4是本发明微小尺寸显像LED芯片第三实施例的俯视图；
图5是本发明微小尺寸显像LED芯片的制作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1和图2，本发明提供了一种微小尺寸显像LED芯片，包括衬底10、外延层20、切割道24、透明导电层30、绝缘层40、反射层50、第一电极61、第二电极62、第一焊盘71、第二焊盘72荧光粉层80。
本发明的衬底10优选为蓝宝石衬底，为了提高芯片的出光效率，衬底10的厚度小于50微米。
外延层20包括设置在衬底10上的第一半导体层21，设置在第一半导体层21上的有源层22，以及设置在有源层22上的第二半导体层23。
本发明的第一半导体层21为N型氮化镓层，有源层22为多量子阱层，第二半导体层23为P型氮化镓层。
参见图2至图4，本发明设有至少两个切割道24，切割道24将外延层20由内向外分割成多个独立的发光微结构，其中，切割道24的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形。
优选的，本发明设有两个切割道24，两个切割道24将外延层20由内向外分割成第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构。
更优的，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同。
本发明的切割道24延伸至衬底10表面或第一半导体层21。当切割道24延伸到衬底10表面时，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层21为独立结构；当切割道24延伸到第一半导体层21时，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层21为整体结构。
透明导电层30设置在第二半导体层23上。
绝缘层40设置在透明导电层30上，用于保护发光结构，避免芯片漏电。优选的，绝缘层40延伸到外延层20的侧壁上，也可以延伸到切割道24上。优选的，绝缘层40由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2和Ta2O3中的一种或几种制成。
反射层50设置在绝缘层40上，用于将有源层22发出的光反射到衬底10背面出射，从而提高芯片的出光效率。
第一电极61设置第一半导体层21上。优选的，外延层20还包括贯穿第二半导体层23和有源层22并延伸至第一半导体层21的裸露区域，其中，第一电极61设置在裸露区域的第一半导体层21上。
第二电极62贯穿反射层50和绝缘层40并设置在透明导电层30上。
其中，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极61可以为整体结构，也可以为独立结构。第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第二电极62可以为整体结构，也可以为独立结构。
具体的，当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层21为整体结构时，三者的第二电极62为独立结构。
当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极61为整体结构，三者的第二电极62为独立结构。
当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极61为独立结构，三者的第二电极62为整体结构。
优选的，第一电极61和第二电极62均由Cr、Al、Ni、Ti、Pt和Au中的两种或两种以上金属制成。
第一焊盘71设置在第一电极61上的第一焊盘，第二焊盘72设置在第二电极62上。优选的，第一焊盘71和第二焊盘72均由Au、Sn、Ni、Al、Ti、Cr中的两种或两种以上金属制成。
本发明的荧光粉层80由内向外依次设置在衬底10背面。荧光粉层80包括绿光荧光粉层和红光荧光粉层。具体的，绿光荧光粉层设置在第二发光微结构衬底的背面，红光荧光粉层设置在第三发光微结构衬底的背面。
本发明LED芯片的切割道呈同心圆排列，不同的荧光粉层依次设置在不同发光微结构衬底的背面，使得红绿蓝LED晶圆整合为一体，混光效果好；此外，本发明使用倒装结构的LED晶圆，可大幅减小封装尺寸，同时减少芯片转移次数，提升封装效率，降低生产成本。
进一步地，由于本发明的第一电极和第二电极为独立结构，因此，本发明的LED晶圆可以进行单个筛选，从而提高LED芯片的良率。
更进一步地，由于本发明的第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同，从而进一步提高混光效果。
参见图5，图5是本发明微小尺寸显像LED芯片的制作流程图，本发明提供了一种微小尺寸显像LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
S101、在衬底上形成外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层。
所述衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本发明的衬底优先选择蓝宝石衬底。
采用MOCVD工艺在衬底上生长形成外延层。所述外延层包括设置在衬底上的第一半导体层，设置在第一半导体层上的有源层，以及设置在有源层上的第二半导体层。本发明的第一半导体层为N型氮化镓层，有源层为多量子阱层，第二半导体层为P型氮化镓层。
S102、对所述外延层进行刻蚀，形成至少两个同心闭合状态的切割道，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构。
采用光刻胶或SiO2作为掩膜，并采用电感耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀刻蚀工艺对所述外延层进行刻蚀，形成至少两个同心闭合状态的切割道，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构。
优选的，所述切割道的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形。
优选的，本发明设有两个切割道，两个切割道将外延层由内向外分割成第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构。
更优的，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同。
其中，本发明的切割道延伸至衬底表面或第一半导体层。当切割道延伸到衬底表面时，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层为独立结构；当切割道延伸到第一半导体层时，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层为整体结构。
S103、对外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至第一半导体层的裸露区域。
采用光刻胶或SiO2作为掩膜，并采用电感耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀刻蚀工艺对所述外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至第一半导体层的裸露区域。
S104、在第二半导体层上形成透明导电层。
采用光刻胶或SiO2作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在第二半导体层上形成透明导电层。
其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-30sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。当蒸镀温度低于0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在外延层上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于30sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10-5-10.0*10-5。
其中，所述透明导电层的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
S105、在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在所述透明导电层上形成第二电极，得到多个独立的LED晶圆。
采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在裸露区域的第一半导体层上沉积金属，形成第一电极，在所述透明导电层上沉积金属，形成第二电极，得到多个独立的LED晶圆。
优选的，第一电极61和第二电极62均由Cr、Al、Ni、Ti、Pt和Au中的两种或两种以上金属制成。
S106、在LED晶圆的表面依次沉积形成绝缘层和反射层。
采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺，在LED晶圆表面沉积形成绝缘层。其中，所述绝缘层覆盖在透明导电层的表面，以及覆盖在切割道上，用于保护发光微结构，使得电极相互绝缘，避免芯片发生短路。优选的，绝缘层由SiO2、Si3N4、Al2O3、TiO2和Ta2O3中的一种或几种制成。
S107、对所述反射层和绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来。
采用电感应耦合等离子体干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对绝缘层与反射层刻蚀开孔，将第一电极和第二电极裸露出来。
S108、在第一电极上形成第一焊盘，在第二电极上形成第二焊盘。
优选的，第一焊盘和第二焊盘均由Au、Sn、Ni、Al、Ti、Cr中的两种或两种以上金属制成。
S109、对准不同的LED晶圆，在衬底的背面由轴心向外涂覆不同的荧光粉，以形成红、绿、蓝LED晶圆，从而形成微小尺寸显像LED芯片。
具体的，在第二发光微结构衬底的背面涂覆绿光荧光粉，在第三发光微结构衬底的背面涂覆红光荧光粉，以形成红、绿、蓝LED晶圆，从而形成微小尺寸显像LED芯片。
需要说明的是，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极可以为整体结构，也可以为独立结构。第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第二电极可以为整体结构，也可以为独立结构。
具体的，当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一半导体层为整体结构时，三者的第二电极为独立结构。
当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极为整体结构，三者的第二电极为独立结构。
当第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极为独立结构，三者的第二电极为整体结构。
本发明LED芯片的切割道呈同心圆排列，不同的荧光粉层依次设置在不同发光微结构衬底的背面，使得红绿蓝LED晶圆整合为一体，混光效果好；此外，本发明使用倒装结构的LED晶圆，可大幅减小封装尺寸，同时减少芯片转移次数，提升封装效率，降低生产成本。
进一步地，由于本发明的第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的发光面积相同，从而进一步提高混光效果。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (3)
1.一种微小尺寸显像LED芯片，其特征在于，包括：
衬底；
设置在表面的外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
至少两个切割道，所述切割道的排列形状为同心圆、同心三角形或同心多边形，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构；
依次设置在第二半导体层上的透明导电层、绝缘层和反射层；
设置第一半导体层上的第一电极，贯穿反射层和绝缘层并设置在透明导电层上的第二电极；
设置在第一电极上的第一焊盘，设置在第二电极上的第二焊盘；
由内向外依次设置在衬底背面的荧光粉层；
所述切割道将外延层由内向外分割成第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构，所述荧光粉层包括绿光荧光粉层和红光荧光粉层，其中，绿光荧光粉层设置在第二发光微结构的衬底背面，红光荧光粉层设置在第三发光微结构的衬底背面；
所述第一发光微结构、所述第二发光微结构和所述第三发光微结构的发光面积相同；
所述微小尺寸显像LED芯片采用下述方法制得：
在衬底上形成外延层，所述外延层依次包括第一半导体层、有源层和第二半导体层；
对所述外延层进行刻蚀，形成至少两个同心闭合状态的切割道，所述切割道将外延层由内向外分割成多个独立的发光微结构；
对外延层进行刻蚀，形成贯穿第二半导体层和有源层并延伸至第一半导体层的裸露区域；
在第二半导体层上形成透明导电层；
在裸露区域的第一半导体层上形成第一电极，在所述透明导电层上形成第二电极，得到多个独立的LED晶圆；
在LED晶圆的表面依次沉积形成绝缘层和反射层；
对所述反射层和绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来；
在第一电极上形成第一焊盘，在第二电极上形成第二焊盘；
对准不同的LED晶圆，在衬底的背面由轴心向外涂覆不同的荧光粉，以形成红、绿、蓝LED晶圆，从而形成微小尺寸显像LED芯片。
2.如权利要求1所述的微小尺寸显像LED芯片，其特征在于，所述切割道延伸至衬底表面或第一半导体层。
3.如权利要求1所述的微小尺寸显像LED芯片，其特征在于，第一发光微结构、第二发光微结构和第三发光微结构的第一电极为整体结构，三者的第二电极为独立结构。
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