CN109920891A - 无机发光二极管芯片、其制备方法及显示基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示领域，特别涉及无机发光二极管芯片、其制备方法及显示基板。所述无机发光二极管芯片中，发光单元包括依次设置的第一N型氮化镓层、第一多量子阱层、第一P型氮化镓层、第二多量子阱层和第二N型氮化镓层；所述第二多量子阱层在非掺杂氮化镓层上的正投影小于第一多量子阱层在非掺杂氮化镓层上的正投影；所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同。本发明以共用阳极的方式实现了一块无机发光二极管芯片即可发射两种颜色的光。在巨量转移时，实现两种发光单元一起转移，减少失效芯片数量，提高转移的成功率。

Description

无机发光二极管芯片、其制备方法及显示基板
技术领域
本发明涉及显示领域，特别涉及无机发光二极管芯片、其制备方法及显示基板。
背景技术
微型无机发光二极管(Micro-LED)是指在芯片上集成的高密度微尺寸LED阵列。每个像素点定址化、单独驱动，具有自发光特性。相比于使用LED背光背板的LCD显示技术以及LED显示技术，微型无机发光二极管具有发光效率高、高亮度、功耗低、无影像烙印、响应速度快、寿命长的特点。
微型无机发光二极管本质是将LED微缩化、阵列化之后，将大批量的微缩LED转移到电路基板上，核心技术难点是将巨量的微缩LED转移到基板上，转移之后的LED要具有均一性，才能达到发光显示预期效果。
对于微型无机发光二极管制程来说，首先制备发红光、绿光及蓝光的三种无机发光二极管芯片，然后将发光颜色不同的无机发光二极管芯片转移到阵列基板上。微型无机发光二极管芯片需要进行多次转移，且每次转移芯片量非常大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时发蓝光和绿光的芯片，以减少后期转移的次数，减少失效芯片的数量，提高转移的成功率。
本发明提供了一种无机发光二极管芯片，包括非掺杂氮化镓层及设置于所述非掺杂氮化镓层上的发光单元，所述发光单元包括依次设置的第一N型氮化镓层、第一多量子阱层、第一P型氮化镓层、第二多量子阱层和第二N型氮化镓层；
所述第二多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影小于第一多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影；
所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同。
优选地，所述第一P型氮化镓层与所述第二多量子阱层之间还设置有第二P型氮化镓层。
优选地，所述第一多量子阱层为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层；所述第二多量子阱层为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层。
优选地，所述第二N型氮化镓层上设置有透明电极；所述第一P型氮化镓层表面上未被所述第二多量子阱层覆盖的部分，设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上设置有焊接点。
优选地，所述第一N型氮化镓层包括第一多量子阱层覆盖的区域和非覆盖区域，所述非覆盖区域上设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上设置有焊接点。
优选地，所述透明电极与焊接点之间设置有氮化硅层。
优选地，所述第二多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影面积占所述第一多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影面积的40～60％。
本发明提供了一种无机发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底；
形成非掺杂氮化镓层；
在所述非掺杂氮化镓层上依次形成第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层；
对所述第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层进行刻蚀处理，形成第一子发光单元；
在所述第一P型氮化镓层表面上沉积二氧化硅层，进行刻蚀处理，去除位于第一区域的二氧化硅层，以暴露出位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层；
在所述生长位点处形成第二多量子阱层；所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同；
在所述第二多量子阱层表面形成第二N型氮化镓层；
对所述第二多量子阱层和第二N型氮化镓层进行刻蚀，形成第二子发光单元；
去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层，暴露出第一P型氮化镓层；
剥离衬底。
优选地，在所述生长位点处形成第二多量子阱层，具体包括：
在所述第一区域处处形成第二P型氮化镓层；
在所述第二P型氮化镓层表面形成第二多量子阱层。
优选地，去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层后，还包括：在所述暴露出的第一P型氮化镓层表面形成透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。
优选地，形成第二子发光单元后，还包括：在所述第一N型氮化镓层的未被所述第一多量子阱覆盖的区域表面以及第二N型氮化镓层表面形成透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。
优选地，在所述非发光区域的透明电极上形成焊接点，具体包括：
在非发光区域的透明电极上形成氮化硅层；
在所述氮化硅层上形成焊接点。
本发明还提供一种显示基板，包括背板和由上述技术方案所述无机发光二极管芯片。
与现有技术相比，本发明通过共用阳极的方式实现了一块无机发光二极管芯片既可以发射两种颜色的光。实现了两个发光单元的占用面积最小化，并简化了无机发光二极管芯片的制作流程。在后续的巨量转移过程中，实现两种发光单元一起转移，减少因转移次数过渡造成的失效芯片数量，提高转移的成功率。
附图说明
图1表示本发明一实施例公开的无机发光二极管芯片的剖面结构示意图；
图2表示本发明另一实施例公开的无机发光二极管芯片的剖面结构示意图；
图3表示本发明有一实施例公开的无机发光二极管芯片的剖面结构示意图；
图4表示本发明一实施例公开的无机发光二极管芯片的俯视图；
图5～图11为本发明无机发光二极管芯片的制备过程中的结构示意图；
图例注解：
1为非掺杂氮化镓层；2为第一子发光单元；3为第二子发光单元；4为透明电极；5为焊接点；6为蓝宝石衬底；7为二氧化硅层；8为第一区域；
21为第一N型氮化镓层；22为第一多量子阱层；23为第一P型氮化镓层；
31为第二多量子阱层；32为第二N型氮化镓层；33为第二P型氮化镓层。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明具体实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
本发明的实施例公开了一种无机发光二极管芯片，具体参见图1，包括非掺杂氮化镓层1及设置于所述非掺杂氮化镓层1上的发光单元，所述发光单元包括依次设置的第一N型氮化镓层21、第一多量子阱层22、第一P型氮化镓层23、第二多量子阱层31和第二N型氮化镓层32；
所述第二多量子阱层31在非掺杂氮化镓层1上的正投影正小于第一多量子阱层22在非掺杂氮化镓层1上的正投影；
所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同。
本发明综合考虑无机发光二极管芯片的发光特点以及多量子阱对于生长基底的要求，实现了两个发光单元共用阳极的。
按照本发明，无机发光二极管芯片，包括非掺杂氮化镓层及设置于所述非掺杂氮化镓层上的发光单元。
优选地，所述无机发光二极管芯片设置于蓝宝石衬底上。
所述蓝宝石衬底作为基底具有以下特征：
1、蓝宝石具有与纤锌矿III族氮化物相同的六方对称性，晶格常数为a＝0.4758nm，c＝1.2991nm，与N型-氮化镓的晶体结构和晶格常数匹配。可以通过调整多量子阱中铟的含量，生长绿光多量子阱或者蓝光多量子阱。
2、溶点为2042。C'热导率为25.12W.m-1.K-1。热冲击系数为790W.m-1，热胀系数5.8*10-6/K，与N型氮化镓的热膨胀系数较接近。
3、硬度为9级，是微电子研究中非常重要和经常使用的一种衬底材料，其制备工艺成熟，价格较低，易于清洗和处理，而且在高温下具有很好的稳定性，可以实现大尺寸稳定生产。
优选地，非掺杂氮化镓层设置于所述蓝宝石衬底上，该层的作用是使所述第一N型氮化镓层的晶型能够更好的匹配蓝宝石衬底。
按照本发明，所述发光单元可以发射两种颜色的光。优选地，可以发射蓝或者发射绿光。
所述发光单元包括依次设置的第一N型氮化镓层、第一多量子阱层、第一P型氮化镓层、第二多量子阱层和第二N型氮化镓层。
优选地，所述第一P型氮化镓层与所述第二多量子阱层之间还设置有第二P型氮化镓层。所述第二光多量子阱层完全覆盖所述第二P型氮化镓层。所述第二P型氮化镓层的设置可以覆盖第一P型氮化镓层种的缺陷，以保证第二多量子阱层的发光效率。具体参见图2。
所述第一P型氮化镓层可以很好的与所述第二P型氮化镓层的晶格相匹配，进而生长第二多量子阱。
按照本发明，所述第二多量子阱层在非掺杂氮化镓层上的正投影小于第一多量子阱层在非掺杂氮化镓上的正投影。
按照本发明，所述第一多量子阱层与所述第二多量子阱层发光颜色不同。
优选地，所述第一量子阱层和第二量子阱层分别为蓝光多量子阱层和绿光多量子阱层中的任意一种，且两者的发光颜色不同。
即：第一多量子阱层为绿光多量子阱层时，第二多量子阱层为蓝光多量子点层；
第一多量子阱层为蓝光多量子阱层时，第二多量子阱层为绿光多量子点层。
所述第一多量子阱层厚度优选为5～20nm之间，厚度不同发光效率不同。势阱层和势垒层交替设置，周期大于2。
所述第二多量子阱层厚度优选为5～20nm之间，厚度不同发光效率不同。势阱层和势垒层交替设置，周期大于2。
绿光多量子阱层中In掺杂浓度为4×1018cm3～4.3×1018cm3。蓝光量子阱层中In的掺杂浓度为3.0×1018cm3～3.5×1018cm3。
为保证绿光以及蓝光均达到最佳发光效率，优选地，所述第二多量子阱层在非掺杂氮化镓层上的正投影面积占所述第一多量子阱层在非掺杂氮化镓层上的正投影面积的40～60％。优选地，所述第二N型氮化镓层上设置有透明电极；所述第一P型氮化镓层表面上未被所述第二多量子阱层覆盖的部分，设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，位于非发光区域的透明电极上设置有焊接点。具体参见图3及图4。图4中，为标明各膜层的层次，各膜层自下往上收缩，实际中，各膜层在衬底上的垂直投影的轮廓可以基本一致。
优选地，所述第一N型氮化镓层包括第一多量子阱层覆盖的区域和非覆盖区域，所述非覆盖区域上设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，位于非发光区域的透明电极上设置有焊接点，由于焊点通常的材料为锡球或者锡膏或是导电胶，基本不透明，将其设置在非发光区域，可以最大程度减小对发光区域的影响。非发光区域指的是，在垂直于衬底的方向上，与第一多量子阱层和第二多量子阱层在衬底的正投影区域不重叠的任意区域。
所述透明电极的作用是为了在后续的焊点制作时提供适当的平台，并与无机发光二极管的阴、阳极连接起来，减小接触电阻。
所述透明电极优选为ITO电极。
优选地，所述透明电极与焊接点之间设置有氮化硅层。所述氮化硅层有利于增加光提取效率。
所述焊接点的材料优选为含锡合金。含锡合金具有特定熔点和电阻，满足不同的焊接要求。
本发明的实施例公开了一种无机发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底；
形成非掺杂氮化镓层；
在所述非掺杂氮化镓层上依次形成第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层；
对所述第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层进行刻蚀处理，形成第一子发光单元；
在所述第一P型氮化镓层表面上沉积二氧化硅层，进行刻蚀处理，去除位于第一区域的二氧化硅层，以暴露出位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层；
在所述第一区域形成第二多量子阱层；所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同；
在所述第二多量子阱层表面形成第二N型氮化镓层；
对所述第二多量子阱层和第二N型氮化镓层进行刻蚀，形成第二子发光单元；
去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层，暴露出第一P型氮化镓层；
剥离衬底。
以下按照具体步骤，详细说明无机发光二极管芯片的制备方法。
S1：提供衬底。
所述衬底用于支撑无机发光二极管芯片，且转移方便。所述衬底优选为蓝宝石衬底。
S2：形成非掺杂氮化镓层。
对于衬底以及非掺杂氮化镓层的选用以及形成方法，按照现有技术即可。
S3：在所述非掺杂氮化镓层上依次形成第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层。形成的结构具体参见图5。
所述第一N型氮化镓层是通过进行硅掺杂，使其形成N型的氮化镓。
在所述第一N型氮化镓层上形成第一多量子阱层，优选地，进行连续生长，以保证量子阱的连续性。所述第一多量子阱层优选为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层，更优选为绿光多量子阱层。
在所述第一多量子阱层上形成第一P型氮化镓层。所述第一P型氮化镓层是通过铟掺杂，使其形成P型的氮化镓。所述P型氮化镓的形成方法与N型氮化镓的形成方法相同。
S4：对所述第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层进行刻蚀处理，形成第一子发光单元。形成的结构具体参见图6。
所述步骤S4用于隔离出特定区域，形成单独的第一子发光单元。所述第一子发光单元的面积可适当调节，优选为1～20um2。
对所述第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层进行刻蚀处理后，暴露出第一N型氮化镓层的未覆盖区域。
S5：在所述第一P型氮化镓层表面上沉积二氧化硅层，进行刻蚀处理，去除位于第一区域的二氧化硅层，以暴露出位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层。具体参见图7。
沉积二氧化硅层的作用是形成并暴露出第二多量子阱层的生长位点。由于，所述第二多量子阱层仅设置于第一P型氮化镓层表面上的部分区域内，因此，经过刻蚀处理，去除位于第一区域的二氧化硅层，以暴露出位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层，暴露出的位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层即为多量子阱层的生长位点。
为了保证第一多量子阱层和第二多量子阱层同时具有较高的发光效果，优选地，位于第一区域的二氧化硅层位于整个二氧化硅层的一侧，位于第一区域的二氧化硅层的面积为整个二氧化硅层面积的40～60％。或者，还可以优选为，位于第一区域的二氧化硅层位于整个二氧化硅层的中心。
S6：在所述第一区域形成第二多量子阱层；所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同。
在所述第一区域可直接通过氢化物气相外延生长法(HVPE)、气相源分子束外延生长法(GSMBE)、金属有机物化学气相外延生长法(MOCVD)等方式制备形成第二多量子阱层。
优选地，所述第二多量子阱层为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层。更优选地，所述第一多量子阱层为绿光多量子阱层时，第二多量子阱层为蓝光多量子阱层。
由于，步骤S5中，刻蚀处理会对所述第一P型氮化镓层表面形成缺陷，从而影响第二多量子阱层的发光效果。
因此，优选地，所述步骤S6具体包括：
在所述第一区域形成第二P型氮化镓层；
在所述第二P型氮化镓层表面形成第二多量子阱层。
所述第二P型氮化镓层的厚度优选为1～10nm。
S7：在所述第二多量子阱层表面形成第二N型氮化镓层。
所述第二N型氮化镓层的厚度优选为1～10nm。
S8：对所述第二多量子阱层和第二N型氮化镓层进行刻蚀，形成第二子发光单元。
优选地，经过金属有机物化学气相外延生长(MOCVD)法，对所述第二多量子阱层和第二N型氮化镓层进行刻蚀，形成第二子发光单元。步骤S6～S8形成的结构具体参见图8。
S9：去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层，暴露出部分第一P型氮化镓层。形成的结构具体参见图9。
去除二氧化硅层的方法可以为干法刻蚀或者湿法刻蚀。干法刻蚀可以为F即等离子刻蚀。湿法刻蚀可采用氢氟酸浸泡。
优选地，去除二氧化硅层后，还包括：在暴露出的第一P型氮化镓层表面形成透明电极；形成的结构具体参见图10。
优选地，形成第二子发光单元，去除二氧化硅层后，还包括：在所述第一N型氮化镓层的未被所述第一多量子阱覆盖的区域表面以及第二N型氮化镓层表面形成透明电极；
在所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。
优选地，在非发光区域的透明电极上形成焊接点，具体包括：
在非发光区域的透明电极上形成氮化硅层；
在所述氮化硅层上形成焊接点。
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。形成的结构具体参见图11。
优选地，在所述非发光区域的透明电极上形成焊接点，具体包括：
在非发光区域的透明电极上形成氮化硅层；
在所述氮化硅层上形成焊接点。
S10：剥离衬底。
本发明的实施例还公开了一种显示基板，包括背板和上述技术方案所述无机发光二极管芯片。
本发明实现了发射不同颜色光的发光单元同时转移，大大减少了转移次数，提高了转移成功率。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种无机发光二极管芯片，包括非掺杂氮化镓层及设置于所述非掺杂氮化镓层上的发光单元，其特征在于，所述发光单元包括依次设置的第一N型氮化镓层、第一多量子阱层、第一P型氮化镓层、第二多量子阱层和第二N型氮化镓层；
所述第二多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影小于第一多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影；
所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同。
2.根据权利要求1所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述第一P型氮化镓层与所述第二多量子阱层之间还设置有第二P型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述第一多量子阱层为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层；所述第二多量子阱层为蓝光多量子阱层或者绿光多量子阱层。
4.根据权利要求1所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述第二N型氮化镓层上设置有透明电极；所述第一P型氮化镓层表面上未被所述第二多量子阱层覆盖的部分，设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，位于所述非发光区域的透明电极上设置有焊接点。
5.根据权利要求1所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述第一N型氮化镓层包括第一多量子阱层覆盖的区域和非覆盖区域，所述非覆盖区域上设置有透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上设置有焊接点。
6.根据权利要求4或5所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述透明电极与焊接点之间设置有氮化硅层。
7.根据权利要求3所述的无机发光二极管芯片，其特征在于，所述第二多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层的正投影面积占所述第一多量子阱层在所述非掺杂氮化镓层上的正投影面积的40～60％。
8.一种无机发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
形成非掺杂氮化镓层；
在所述非掺杂氮化镓层上依次形成第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层；
对所述第一N型氮化镓层、第一多量子阱层及第一P型氮化镓层进行刻蚀处理，形成第一子发光单元；
在所述第一P型氮化镓层表面上沉积二氧化硅层，进行刻蚀处理，去除位于第一区域的二氧化硅层，以暴露出位于所述第一区域的所述第一P型氮化镓层；
在所述第一区域形成第二多量子阱层；所述第二多量子阱层与所述第一多量子阱层发光颜色不同；
在所述第二多量子阱层表面形成第二N型氮化镓层；
对所述第二多量子阱层和第二N型氮化镓层进行刻蚀，形成第二子发光单元；
去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层，暴露出第一P型氮化镓层；
剥离衬底。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述第一区域形成第二多量子阱层，具体包括：
在所述第一区域处形成第二P型氮化镓层；
在所述第二P型氮化镓层表面形成第二多量子阱层。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，去除位于所述第一区域以外的二氧化硅层后，还包括：在所述暴露出的第一P型氮化镓层的表面形成透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，形成第二子发光单元后，还包括：在所述第一N型氮化镓层的未被所述第一多量子阱层覆盖的区域表面以及第二N型氮化镓层表面形成透明电极；
所述透明电极延伸至非发光区域，在非发光区域的透明电极上形成焊接点。
12.根据权利要求10或11所述的制备方法，其特征在于，在所述非发光区域的透明电极上形成焊接点，具体包括：
在非发光区域的透明电极上形成氮化硅层；
在所述氮化硅层上形成焊接点。
13.一种显示基板，其特征在于，包括背板和权利要求1～7任意一项所述无机发光二极管芯片。
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