CN107731967A - 一种led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，包括：第一衬底，并排设置于所述第一衬底的同一面的第一PN结和第二PN结，所述第一PN结和所述第二PN结之间的间隔处设置有绝缘层；所述第一PN结的N型层朝向所述第一衬底，所述第二PN结的P型层朝向所述第一衬底；所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面设置有第一电极；所述第一PN结和所述第二PN结之上设置有连接所述第一PN结的P型层和所述第二PN结合的N型层的透明导电层，所述透明导电层之上设置有第二电极。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种LED芯片及其制备方法。
背景技术
目前，LED芯片是led灯的核心组件，也就是指的PN结。其主要功能是：把电能转化为光能，芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个PN结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。传统的LED芯片一般只能单向电流导通，即在导电衬底上设置有一个PN结，在PN结上设置有第一电极，在该导电衬底的背向PN结的一面设置有第二电极，因此，该LED芯片只能通过直流电，在实际应用时需要通过电源转换器将交流电转换成直流电之后再进行使用，这样使得电源端损耗比较严重，不能得到广泛的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制备方法，用于解决现有技术中LED芯片仅能单向导电的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种LED芯片，包括：第一衬底，并排设置于所述第一衬底的同一面的第一PN结和第二PN结，所述第一PN结和所述第二PN结之间的间隔处设置有绝缘层；
所述第一PN结的N型层朝向所述第一衬底，所述第二PN结的P型层朝向所述第一衬底；
所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面设置有第一电极；
所述第一PN结和所述第二PN结之上设置有连接所述第一PN结的P型层和所述第二PN结合的N型层的透明导电层，所述透明导电层之上设置有第二电极。
可选地，所述第二PN结的P型层与所述第一衬底之间设置有导电粘合层。
可选地，所述第一电极在所述第一衬底上的垂直投影，落于所述第二PN结和所述第一PN结在所述第一衬底上的垂直投影的范围内。
可选地，所述第二电极在所述第一衬底上的垂直投影，落于所述第一PN结在所述第一衬底上的垂直投影的范围内。
可选地，所述第一电极和所述第二电极均为金属电极。
第二方面，本发明提供一种LED芯片的制备方法，该方法包括：
提供第一衬底和提供第二衬底，所述第一衬底上设置有第一PN结，所述第二衬底上设置有第二PN结；
在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层，在所述第一PN结的一侧形成绝缘层，使所述绝缘层隔离所述第一PN结与所述第一金属层位于所述第一衬底的预定区域上的部分；
在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层，在所述第二PN结的一侧形成绝缘层，使所述第二PN结与所述第二金属层位于所述第二衬底的预定区域上的部分彼此绝缘；
将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合，其中，所述第一PN结上的第一金属层与位于所述第二衬底的预定区域上的第二金属层贴合，位于所述第一衬底的预定区域上的第一金属层与所述第二PN结上的第二金属层贴合；
剥离所述第二衬底，并去除位于所述第一PN结上的第一金属层和第二金属层；
在所述第一PN结和所述第二PN结上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成第二电极；
在所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面形成第一电极。
可选地，在所述第一PN结的一侧形成绝缘层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一PN结的一侧形成绝缘层。
可选地，在所述透明导电层上形成第二电极的工艺，包括：
通过涂布工艺在所述导电层上形成光刻胶；
通过光刻工艺在所述光刻胶上形成对应第二电极的图案；
以形成所述图案的所述光刻胶为掩膜板，通过蒸镀工艺在所述透明导电层上形成第二电极；
通过剥离工艺去除所述掩膜板。
可选地，在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层；
在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层。
可选地，将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合的工艺，包括：
通过对位键合工艺将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合。
本发明实施例提供的LED芯片，与现有技术中的LED芯片仅能通过直流电相比，通过设置第一PN结和第二PN结，使得该LED芯片可以通过交流电，减少了因电源端交流电转换为直流电的电能损失。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种LED芯片的第一种结构示意图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种LED芯片的第二种结构示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种LED芯片的制备方法的流程示意图；
图4A示出了本发明实施例所提供的一种具有第一PN结的第一衬底的示意图；
图4B示出了本发明实施例所提供的一种具有第二PN结的第二衬底的示意图；
图5A示出了本发明实施例所提供的一种在第一衬底上形成第一金属层的示意图；
图5B示出了本发明实施例所提供的一种在第二衬底上形成第二金属层的示意图；
图6示出了本发明实施例所提供的一种对第一衬底和第二衬底贴合的示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的一种去除图6中的第二衬底、第一金属层、第二金属层后的示意图；
图8示出了本发明实施例所提供的一种在第一PN结和第二PN结上形成透明导电层的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，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实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种LED芯片，如图1所示，该LED芯片包括：
第一衬底11，并排设置于所述第一衬底11的同一面的第一PN结12和第二PN结13，所述第一PN结12和所述第二PN结13之间的间隔处设置有绝缘层14；
所述第一PN结12的N型层121朝向所述第一衬底11，所述第二PN结13的P型层131朝向所述第一衬底11；
所述第一衬底11的背向所述第一PN结12和所述第二PN结13的一面设置有第一电极15；
所述第一PN结12和所述第二PN结13之上设置有连接所述第一PN结12的P型层122和所述第二PN结合13的N型层132的透明导电层16，所述透明导电层16之上设置有第二电极17。
具体地，第一衬底11可以为砷化镓(GaAs)衬底、硅(Si)衬底等导电衬底；第一电极15和第二电极17均为金属电极，如，金属电极可以为金(Au)电极、银电极、铜电极、铝电极；绝缘层可以为包括二氧化硅的绝缘层。
其中，第一PN结12的P型层122和N型层121之间设置有发光层(未示出)，第二PN结13的P型层131和N型层132之间设置有发光层，发光层一般多量子阱层(未示出)，多量子阱层可以是由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子波函数之间耦合很小，该多层结构将形成许多分离的量子阱。
本发明实施例提供的LED芯片，与现有技术中的LED芯片仅能通过直流电相比，通过设置第一PN结和第二PN结，使得该LED芯片可以通过交流电，减少了因电源端交流电转换为直流电的电能损失。
本发明实施例提供一种LED芯片，如图2所示，该LED芯片与图1中提供的LED芯片相比，所述第二PN结13的P型层131与所述第一衬底11之间设置有导电粘合层18。
其中，导电粘合层可以为导电金属粘合层，导电金属包括有金、银、铜等。
进一步地，所述第一电极15在所述第一衬底11上的垂直投影，落于所述第二PN结12和所述第一PN结13在所述第一衬底11上的垂直投影的范围内。
也就是说，无论第一电极15的形状如何，第一电极15的剖面面积小于或等于第一衬底11的剖面面积。
进一步地，所述第二电极17在所述第一衬底11上的垂直投影，落于所述第一PN结12在所述第一衬底11上的垂直投影的范围内。
也就是说，无论第二电极17的形状如何，第二电极17的剖面面积小于或等于第一PN结12的剖面面积。优选地，第二电极17与位于第二PN结13上的透明导电膜16位于同一平面。
本发明实施例提供一种LED芯片的制备方法，如图3所示，包括如下步骤：
S301，提供第一衬底和提供第二衬底，所述第一衬底上设置有第一PN结，所述第二衬底上设置有第二PN结；
其中，参考图4A和4B，第一衬底11和第二衬底20可以为砷化镓(GaAs)衬底、硅(Si)衬底等导电衬底；第一PN结12位于第一衬底11上，第二PN结13位于第二衬底20上。
S302，在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层，在所述第一PN结的一侧形成绝缘层，使所述绝缘层14隔离所述第一PN结与所述第一金属层位于所述第一衬底的预定区域上的部分；
具体地，参考图5A，第一衬底11的预定区域可以是第一衬底未设置第一PN结的部分，预定区域的大小可以视具体情况而定；绝缘层14可以为二氧化硅绝缘层；通过蚀刻工艺将位于所述第一衬底11的预定区域的设定区域的第一金属层蚀刻掉，该设定区域用于使得能够在所述第一PN结12的一侧形成绝缘层14，绝缘层14的厚度随设定区域的宽度的大小而变化，例如，当设定区域的长度与第一衬底的长度相同时，绝缘层的厚度应大小等于设定区域的宽度。
在所述第一衬底11的预定区域和所述第一PN结12之上形成第一金属层19的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层。
在所述第一PN结的一侧形成绝缘层14的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一PN结12的一侧形成绝缘层14。
其中，蒸镀工艺包括电子束蒸镀工艺；也可以通过磁控溅射工艺、化学气象沉淀工艺等形成绝缘层。
S303，在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层，在所述第二PN结的一侧形成绝缘层，使所述第二PN结与所述第二金属层位于所述第二衬底的预定区域上的部分彼此绝缘；
其中，第二衬底20的预定区域可以是第二衬底20上未设置第二PN结的部分，预定区域的大小可以视具体情况而定；
具体地，在所述第二衬底20的预定区域和所述第二PN结13之上形成第二金属层21的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第二衬底20的预定区域和所述第二PN结13之上形成第二金属层21。
在所述第二PN结的一侧形成绝缘层14的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第二PN结的一侧形成绝缘层。
其中，蒸镀工艺包括电子束蒸镀工艺，也可以通过磁控溅射工艺、化学气象沉淀工艺等形成绝缘层。
S304，将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合，其中，所述第一PN结上的第一金属层与位于所述第二衬底的预定区域上的第二金属层贴合，位于所述第一衬底的预定区域上的第一金属层与所述第二PN结上的第二金属层贴合；
具体地，将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合的工艺，包括：
通过对位键合工艺将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合。
参考图6，第一金属层19和第二金属层21对应为图2中的为导电粘合层，一方面，可以将第一PN结上的第一金属层与位于所述第二衬底的预定区域上的第二金属层贴合，将位于第一衬底的预定区域上的第一金属层与第二PN结上的第二金属层贴合，另一方面，可以在有电流通过时进行导电。
S305，剥离所述第二衬底20，并去除位于所述第一PN结12上的第一金属层19和第二金属层21；
具体地，参考图7，剥离工艺在现有技术中已有详细的介绍此处不再进行过多说明，不过应当理解，所有可以剥离第二衬底的工艺都在本发明的保护范围内；通过蚀刻工艺去除位于所述第一PN结上的第一金属层、第二金属层，蚀刻工艺在现有技术中已有详细的介绍，此处不再进行过多说明。
S306,在所述第一PN结12和所述第二PN结13上形成透明导电层16；
具体地，参考图8，采用蒸镀工艺在所述第一PN结12和所述第二PN结13上形成透明导电层16；其中，蒸镀工艺可以包括电子束蒸镀工艺；也可以通过磁控溅射工艺、化学气象沉淀工艺形成透明导电层，透明导电层可以为ITO导电层，本发明对此不予限制。
S307,在所述透明导电层上形成第二电极。
具体地，参考图2，在所述透明导电层16上形成第二电极17的工艺，包括：
通过涂布工艺在所述导电层上形成光刻胶；
通过光刻工艺在所述光刻胶上形成对应第二电极的图案；
以形成所述图案的所述光刻胶为掩膜板，通过蒸镀工艺在所述透明导电层上形成第二电极；
通过剥离工艺去除所述掩膜板。
其中，第二电极的图案的形状可以是四边形，也就是第二电极在透明导电膜上垂直投影时的形状；涂布工艺、光刻工艺、蒸镀工艺在现有技术中已有详细的介绍，此处不再进行过多说明。
S308，在所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面形成第一电极。
具体地，参考图2，通过蒸镀工艺在所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面形成第一电极；蒸镀工艺可以包括电子束蒸镀工艺，也可以通过磁控溅射工艺、化学气相沉积工艺形成第一电极。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种LED芯片，其特征在于，包括：第一衬底，并排设置于所述第一衬底的同一面的第一PN结和第二PN结，所述第一PN结和所述第二PN结之间的间隔处设置有绝缘层；
所述第一PN结的N型层朝向所述第一衬底，所述第二PN结的P型层朝向所述第一衬底；
所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面设置有第一电极；
所述第一PN结和所述第二PN结之上设置有连接所述第一PN结的P型层和所述第二PN结合的N型层的透明导电层，所述透明导电层之上设置有第二电极。
2.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第二PN结的P型层与所述第一衬底之间设置有导电粘合层。
3.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极在所述第一衬底上的垂直投影，落于所述第二PN结和所述第一PN结在所述第一衬底上的垂直投影的范围内。
4.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第二电极在所述第一衬底上的垂直投影，落于所述第一PN结在所述第一衬底上的垂直投影的范围内。
5.如权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为金属电极。
6.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括：
提供第一衬底和提供第二衬底，所述第一衬底上设置有第一PN结，所述第二衬底上设置有第二PN结；
在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层，在所述第一PN结的一侧形成绝缘层，使所述绝缘层隔离所述第一PN结与所述第一金属层位于所述第一衬底的预定区域上的部分；
在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层，在所述第二PN结的一侧形成绝缘层，使所述第二PN结与所述第二金属层位于所述第二衬底的预定区域上的部分彼此绝缘；
将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合，其中，所述第一PN结上的第一金属层与位于所述第二衬底的预定区域上的第二金属层贴合，位于所述第一衬底的预定区域上的第一金属层与所述第二PN结上的第二金属层贴合；
剥离所述第二衬底，并去除位于所述第一PN结上的第一金属层和第二金属层；
在所述第一PN结和所述第二PN结上形成透明导电层；
在所述透明导电层上形成第二电极；
在所述第一衬底的背向所述第一PN结和所述第二PN结的一面形成第一电极。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第一PN结的一侧形成绝缘层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一PN结的一侧形成绝缘层。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述透明导电层上形成第二电极的工艺，包括：
通过涂布工艺在所述导电层上形成光刻胶；
通过光刻工艺在所述光刻胶上形成对应第二电极的图案；
以形成所述图案的所述光刻胶为掩膜板，通过蒸镀工艺在所述透明导电层上形成第二电极；
通过剥离工艺去除所述掩膜板。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第一衬底的预定区域和所述第一PN结之上形成第一金属层；
在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层的工艺，包括：
通过蒸镀工艺在所述第二衬底的预定区域和所述第二PN结之上形成第二金属层。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合的工艺，包括：
通过对位键合工艺将所述第一衬底和所述第二衬底对位贴合。
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| CN101144598A (zh) * | 2006-09-11 | 2008-03-19 | 财团法人工业技术研究院 | 交流发光装置 |
| EP2144286A2 (en) * | 2004-06-30 | 2010-01-13 | Seoul Opto Device Co., Ltd. | Light emitting element with a plurality of light emitting diodes bonded, method of manufacturing the same, and light emitting device using the same |
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| CN112054130B (zh) * | 2020-09-19 | 2021-11-02 | 福州大学 | 基于交流电场驱动半导体pn结的可拉伸发光器件及其方法 |
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