CN110957402A - MicroLED芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种MicroLED芯片及其制备方法，该MicroLED芯片中从下至上依次包括：GaN半导体结构、P型欧姆接触层、绝缘层、N‑Pad层及P‑Pad层，其中，GaN半导体结构呈规则结构设置，表面包括用于设置P型欧姆接触层的规则区域；P‑Pad层设置于P型欧姆接触层表面；N‑Pad层围绕P‑Pad层呈环状结构设置于GaN半导体结构表面，且与GaN半导体结构中的N‑GaN层接触，GaN半导体结构中从下至上依次为N‑GaN层、量子阱层及P‑GaN层；绝缘层设于GaN半导体结构表面除去N‑Pad层和P‑Pad层的区域。该MicroLED芯片在巨量转移的过程中，不再会出现由于芯片尺寸过小导致固晶时芯片的正负电极反向的技术问题，从而大大提高了巨量转移的良率。

Description

MicroLED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种MicroLED芯片及其制备方法。
背景技术
MicroLED是将传统的LED结构薄膜化、微小化及矩阵化之后，采用CMOS集成电路工艺制成驱动电路，实现LED背光源中每个像素点定址控制和单独驱动的显示技术。由于MicroLED技术的亮度、对比度、反应时间、可视角度、分辨率等各种指标都强于LCD和OLED技术，加上自发光、结构简单、体积小及节能的优点，已经受到了广泛的关注。
巨量转移(Mass Transfer)是目前MicroLED产业化过程中面临的核心技术难题。在实际应用中，由于MicroLED芯片太小，在巨量转移过程中很容易导致固晶时芯片的正负电极反向，且MicroLED返工工艺非常困难，导致产品良率低非常低、MicroLED量产化进展缓慢。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提供了一种MicroLED芯片及其制备方法，有效解决现有MicroLED芯片由于尺寸过小在巨量转移过程中很容易导致固晶时芯片的正负电极反向的技术问题。
本发明提供的技术方案包括：
一种MicroLED芯片，从下至上依次包括：GaN半导体结构、P型欧姆接触层、绝缘层、N-Pad层及P-Pad层，其中，
所述GaN半导体结构呈规则结构设置，表面包括用于设置P型欧姆接触层的规则区域；
所述P-Pad层设置于所述P型欧姆接触层表面；
所述N-Pad层围绕所述P-Pad层呈环状结构设置于所述GaN半导体结构表面，且与GaN半导体结构中的N-GaN层接触，所述GaN半导体结构中从下至上依次为N-GaN层、量子阱层及P-GaN层；
所述绝缘层设于所述GaN半导体结构表面除去N-Pad层和P-Pad层的区域。
本发明还提供了一种MicroLED芯片制备方法，应用于上述MicroLED芯片，所述制备方法包括：
S1在蓝宝石衬底上制备GaN半导体结构；
S2在GaN半导体结构表面的预设规则区域制作P型欧姆接触层；
S3对P型欧姆接触层进行蚀刻直到露出GaN半导体结构，得到位于GaN半导体结构中心的规则形状的P型欧姆接触层；
S4对P型欧姆接触层区域外的GaN半导体结构蚀刻直至露出N-GaN层；
S5在步骤S4得到的结构表面形成绝缘层；
S6对绝缘层进行蚀刻，得到位于N-GaN层表面的环状N极孔和位于圆形P型欧姆接触层表面的规则形状P极孔；
S7在N极孔和P极孔处分别制备N-Pad层和P-Pad层。
在本发明提供的MicroLED芯片及其制备方法中，整个MicroLED芯片呈规则结构(如圆形、正多边形、长方形等)，P-Pad层同样呈规则形状置于GaN半导体结构表面，N-Pad层呈环状结构围绕P-Pad层四周进行设置，单个MicroLED芯片的尺寸大小可以从几微米到100微米。该MicroLED芯片在巨量转移的过程中，不再会出现由于芯片尺寸过小导致固晶时芯片的正负电极反向的技术问题，从而大大提高了巨量转移的良率。
附图说明
图1为本发明MicroLED芯片一种实施方式的侧面示意图；
图2为如图1所示MicroLED芯片的侧面示意图；
图3～图9为本发明MicroLED芯片的制备流程图，
1-蓝宝石衬底，2-GaN半导体结构，3-P型欧姆接触层，4-N-GaN层，5-绝缘层，6-N极孔，7-P极孔，8-N-Pad层，9-P-Pad层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
本发明提供了一种MicroLED芯片，从下至上依次包括：GaN半导体结构、P型欧姆接触层、绝缘层、N-Pad层及P-Pad层，其中，GaN半导体结构呈规则结构设置，表面包括用于设置P型欧姆接触层的规则区域；P-Pad层设置于P型欧姆接触层表面；N-Pad层围绕P-Pad层呈环状结构设置于GaN半导体结构表面，且与GaN半导体结构中的N-GaN层接触，GaN半导体结构中从下至上依次为N-GaN层、量子阱层及P-GaN层；绝缘层设于GaN半导体结构表面除去N-Pad层和P-Pad层的区域。
在制备过程中，首先，在蓝宝石衬底上制备GaN半导体结构；之后，在GaN半导体结构表面的预设规则区域制作P型欧姆接触层；接着，对P型欧姆接触层进行蚀刻直到露出GaN半导体结构，得到位于GaN半导体结构中心的规则形状的P型欧姆接触层；接着，对P型欧姆接触层区域外的GaN半导体结构蚀刻直至露出N-GaN层；接着，在步骤S4得到的结构表面形成绝缘层；接着，对绝缘层进行蚀刻，得到位于N-GaN层表面的环状N极孔和位于圆形P型欧姆接触层表面的规则形状P极孔；最后，在N极孔和P极孔处分别制备N-Pad层和P-Pad层。
在该结构中，MicroLED芯片的形状可以根据实际应用进行设计，如，设计为圆形、正多边形(正方向、正五边形等)、长方形等。N-Pad层和P-Pad层的形状同样可以根据实际应用需求进行设计，P-Pad层的形状可以同MicroLED芯片的形状，也可以有所区别，只要是规则形状，便于后续的芯片巨量转移即可；N-Pad层可以根据P-Pad层/MicroLED芯片的形状进行设计，且P-Pad层呈规则形状设于GaN半导体结构的中心位置；N-Pad层围绕P-Pad层呈环状结构设置于GaN半导体结构表面，中心置与P-Pad层的中心位置重合即可。具体，在该结构中，绝缘层的厚度为0.5-50μm，N-Pad层和P-Pad层的厚度为0.5-50μm。
在一实例中，如图1和图2所示，在该MicroLED芯片中从下至上依次包括：GaN半导体结构2、P型欧姆接触层3、绝缘层5、N-Pad层8及P-Pad层9，其中，GaN半导体结构2呈圆形结构，表面包括用于设置P型欧姆接触层3的圆形区域；P-Pad层9设置于P型欧姆接触层3表面；N-Pad层8围绕P-Pad层9呈环形结构设置于GaN半导体结构2表面，且与GaN半导体结构2中的N-GaN层4接触，GaN半导体结构2中从下至上依次为N-GaN层4、量子阱层及P-GaN层；绝缘层5设于GaN半导体结构2表面除去N-Pad层8和P-Pad层9的区域。此外，P-Pad层9呈圆形结构位于GaN半导体结构2的中心位置；N-Pad层8围绕P-Pad层9呈环形结构设置于GaN半导体结构2表面，且中心位置与P-Pad层9的中心位置重合。
在制备过程中，首先在蓝宝石衬底1上制备GaN半导体结构2，如图3所示；之后，在GaN半导体结构2表面制作P型欧姆接触层3，如图4所示，该P型欧姆接触层3可以由ITO(铟锡金属氧化物)、NiAu、Ag等材料制备而成；之后，通过光刻等技术对P型欧姆接触层3进行蚀刻，得到P型欧姆接触层3的图形(预设大小的圆形)，如图5所示；接着，通过光刻等技术对GaN半导体结构2进行蚀刻(N-Pad层8对应位置，P型欧姆接触层3之外的区域)直至露出N-GaN层4，如图6所示；接着，在GaN半导体结构2表面(包括P型欧姆接触层3+蚀刻后的N-GaN层4表面)生长一层厚度范围为0.5-50μm的绝缘层5，如图7所示，该绝缘层5可为仅包括SIO2层、SIN层或SION层的单层结构，也可以为其中任意两种或三种材料形成的多层结构，如，TIO2/SIO2多层结构。之后，通过光刻技术对绝缘层5中N-Pad层8/P-Pad层9所在的位置进行蚀刻，得到N极孔6(绕P极孔7的环形结构)和P极孔7(圆形结构)，如图8所示；之后，分别在N极孔6和P极孔7处制备厚度范围为0.5-50μm的N-Pad层8和P-Pad层9，可以为AuSn合金层做共晶用，也可以为其他金属层，如Au、Al、Pt、Sn等，如图9所示；最后，采用激光剥离的方法将蓝宝石衬底1剥离即得到如图1和图2所示的MicroLED芯片。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种MicroLED芯片，其特征在于，从下至上依次包括：GaN半导体结构、P型欧姆接触层、绝缘层、N-Pad层及P-Pad层，其中，
所述GaN半导体结构呈规则结构设置，表面包括用于设置P型欧姆接触层的规则区域；
所述P-Pad层设置于所述P型欧姆接触层表面；
所述N-Pad层围绕所述P-Pad层呈环状结构设置于所述GaN半导体结构表面，且与GaN半导体结构中的N-GaN层接触，所述GaN半导体结构中从下至上依次为N-GaN层、量子阱层及P-GaN层；
所述绝缘层设于所述GaN半导体结构表面除去N-Pad层和P-Pad层的区域。
2.如权利要求1或2所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述P-Pad层呈规则形状设于所述GaN半导体结构的中心位置；所述N-Pad层围绕所述P-Pad层呈环状结构设置于所述GaN半导体结构表面，且中心置与P-Pad层的中心位置重合。
3.如权利要求1或2所述的MicroLED芯片，其特征在于，绝缘层的厚度为0.5-50μm。
4.如权利要求1或2所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述N-Pad层和P-Pad层的厚度为0.5-50μm。
5.一种MicroLED芯片制备方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的MicroLED芯片，所述制备方法包括：
S1在蓝宝石衬底上制备GaN半导体结构；
S2在GaN半导体结构表面的预设规则区域制作P型欧姆接触层；
S3对P型欧姆接触层进行蚀刻直到露出GaN半导体结构，得到位于GaN半导体结构中心的规则形状的P型欧姆接触层；
S4对P型欧姆接触层区域外的GaN半导体结构蚀刻直至露出N-GaN层；
S5在步骤S4得到的结构表面形成绝缘层；
S6对绝缘层进行蚀刻，得到位于N-GaN层表面的环状N极孔和位于圆形P型欧姆接触层表面的规则形状P极孔；
S7在N极孔和P极孔处分别制备N-Pad层和P-Pad层。
6.如权利要求5所述的MicroLED芯片制备方法，其特征在于，所述P-Pad层呈规则形状设于所述GaN半导体结构的中心位置；所述N-Pad层围绕所述P-Pad层呈环状结构设置于所述GaN半导体结构表面，且中心置与P-Pad层的中心位置重合。
7.如权利要求5或6所述的MicroLED芯片制备方法，其特征在于，绝缘层的厚度为0.5-50μm。
8.如权利要求5或6所述的MicroLED芯片制备方法，其特征在于，N-Pad层和P-Pad层的厚度为0.5-50μm。
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