CN111129274A - 一种微led器件及阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微LED器件及阵列，涉及半导体技术领域。该微LED器件从下往上依次包括N型半导体层，量子阱，P型半导体层以及至少一个微凸点金属堆叠层，微凸点金属堆叠层与P型半导体的一侧连接；微凸点金属堆叠层用于与目标基板连接，且微凸点金属堆叠层用于实现微LED器件与目标基板的电连接。本发明提供的微LED器件及阵列具有改善了薄膜型微LED器件的机械强度，便于组装焊接，提高了显示阵列的可靠性的优点。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种微LED器件及阵列。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为一种发光器件已经广泛应用于照明、背光等领域。近年来，将LED器件组装在驱动基板上构成LED阵列，独立控制LED的发光，将LED器件作为像素发光单元的LED显示已经广泛应用于户外广告等领域。将LED器件的尺寸进一步的LED器件的缩小可以提高像素密度，提高图像的显示质量，推动LED显示技术往室内显示和可穿戴显示领域发展。然而，LED器件尺寸的缩小为LED显示阵列的组装带来了许多的不便，成品率低。其中之一就是薄膜化的微LED器件的在纵向尺寸上也是超薄结构，力学性能差，转移过程容易碎裂或组装焊接可靠性和成品率低。
综上，现有技术中微LED的器件只是简单的对LED器件进行微型化和薄膜化处理，并没有为兼容后续转移和组装工艺进行特别的考虑。容易导致现有微LED技术在转移和组装中较为困难，成品率低。
发明内容
本申请的目的在于提供一种微LED器件结构及阵列，以解决现有技术中微LED的转移和组装较为困难的问题。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
一方面，本申请实施例提供了一种微LED器件，所述微LED器件从下往上依次包括N型半导体层、量子阱、P型半导体层以及至少一个微凸点金属堆叠层；其中，
所述微凸点金属堆叠层用于与目标基板连接，且所述微凸点金属堆叠层用于实现所述微LED器件与所述目标基板的电连接。
进一步地，所述微LED器件还包括第一欧姆接触金属层与第二欧姆接触金属层，所述微凸点金属堆叠层所述第一欧姆接触金属层和/或第二欧姆接触金属层连接，所述第一欧姆接触金属层与所述N型半导体层连接，所述第二欧姆接触金属层与所述P型半导体层连接。
进一步地，微LED器件还包括反射金属层，所述反射金属层设置于所述P型半导体层上。
进一步地，所述微凸点金属堆叠层的高度为1～50um。
进一步地，所述微凸点金属堆叠层包括多层金属层。
进一步地，所述多层金属层包括Ni/Cu/Sn。
进一步地，所述微凸点金属堆叠层的形状为长方体、圆柱体或圆台形。
进一步地，所述微凸点金属堆叠层包括焊接层，所述焊接层设置于所述微凸点金属堆叠层远离所述P型半导体层的一侧。
另一方面，本申请实施例还提供了一种微LED阵列，所述微LED阵列包括多个上述的微LED器件，且多个所述微LED器件阵列排布。
相对于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请实施例提供了一种微LED器件及阵列，该微LED器件从下往上依次包括N型半导体层，量子阱，P型半导体层以及至少一个微凸点金属堆叠层，微凸点金属堆叠层与P型半导体的一侧连接；微凸点金属堆叠层用于与目标基板连接，且微凸点金属堆叠层用于实现微LED器件与目标基板的电连接。由于本申请中设置了微凸点金属堆叠层，通过该微凸点金属堆叠层能够实现与目标基板的连接，并且能够利用微凸点金属堆叠层实现导电，因此微凸点金属堆叠层既能起到与基板机械固定的作用，又能起到电学连接的作用，进而改善了薄膜型微LED器件的组装焊接，提高了显示阵列的可靠性。
为使本申请的上述目的、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申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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它相关的附图。
图1为本申请实施例提供的微LED器件的一种结构示意图。
图2为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之一对应的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之二对应的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之三对应的结构示意图。
图5为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之四对应的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之五对应的结构示意图。
图7为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之六对应的结构示意图。
图8为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之七对应的结构示意图。
图9为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之八对应的结构示意图。
图10为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之九对应的结构示意图。
图11为本申请实施例提供的微LED器件制作流程之十对应的结构示意图。
图中：120-N型半导体层；130-量子阱；140-P型半导体层；150-绝缘钝化层；160-微凸点金属堆叠层。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请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申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
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。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
第一实施例
正如背景技术中所述，由于微LED器件的尺寸减小及薄膜化给器件转移及组装带来了许多的不便，成品率低。且薄膜化的微LED器件的在纵向尺寸上也是超薄结构，力学性能差，转移过程容易碎裂或无法实现转移和组装。
有鉴于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种微LED器件，通过在微LED器件上设置微凸点金属堆叠层的方式，实现利用微凸点金属堆叠层与目标基板进行机械连接以及电学连接的效果，进而达到改善薄膜型微LED器件组装焊接的目的。
作为本申请一种可能的实现方式，请参阅图1，微LED器件从下往上依次包括N型半导体层120、量子阱130、P型半导体层140以及至少一个微凸点金属堆叠层160；其中，微凸点金属堆叠层160用于与目标基板连接，且微凸点金属堆叠层160用于实现微LED器件与目标基板的电连接。
由于在将微LED器件转移至目标基板上时，还需要将衬底剥离，然后将微凸点金属堆叠层160焊接于目标基板，进而微LED器件在目标基板上的安装。由于微凸点金属堆叠层160具有一定的高度，因此在转移微LED器件的过程中，微LED器件更加容易被拾取。同时，通过增加微凸点金属堆叠层160实现高度的提升，能够改善薄膜型微LED器件的机械强度，进而使焊接与组装更加方便。
需要说明的，本申请中提供的微凸点金属堆叠层160可以为一个，也可以为多个，本申请对微凸点金属堆叠层160的数量并不做限制，例如，当微LED采用垂直封装结构时，由于其发光层远离衬底的一侧仅设置有一个电极，因此可以设置微凸点金属堆叠层160的数量为一个，且该微凸点金属堆叠层160与电极连接。当然地，为了增强微LED器件的机械强度，也可设置多个微凸点金属堆叠层160，例如，即使采用垂直封装结构，微凸点金属堆叠层160的数量也采用三个，其中一个微凸点金属堆叠层160与电极连接，另外两个微凸点金属堆叠层160则不与电极连接，而仅起到机械连接的作用。
并且，为了达到便于焊接的目的，本申请中，当微凸点金属堆叠层160的数量为多个时，该多个微凸点金属堆叠层160的自由端处于同一水平面上。
当然地，微LED器件的封装方式也可以为正装封装方式，在该封装方式下，微凸点金属堆叠层160的数量可以为一个，也可以为多个，例如，微凸点金属堆叠层160的数量为两个，且两个微凸点金属堆叠层160分别与微LED器件的两个电极连接。
作为本申请一种可能的实现方式，微LED器件还包括第一欧姆接触金属层与第二欧姆接触金属层，微凸点金属堆叠层160第一欧姆接触金属层和/或第二欧姆接触金属层连接，第一欧姆接触金属层与N型半导体层120连接，第二欧姆接触金属层与P型半导体层140连接。
其中，利用两个微凸点金属堆叠层160能够实现焊接，同时其中一个微凸点金属堆叠层160用于连接于N型半导体层120，另一个微凸点金属堆叠层160用于连接于P型半导体层140，进而通过在两个微凸点金属堆叠层160施加电压时，能够实现微LED器件发光。
当然地，微凸点金属堆叠层160的数量也可以更多，例如3个微凸点金属堆叠层160，其中2个微凸点金属堆叠层160与电极连接，另外1个微凸点金属堆叠层160则不与电极连接，而仅起到机械连接的作用。本申请并不对微凸点金属堆叠层160的数量进行限定。
并且，作为一种可能的实现方式，本申请提供的微LED器件还包括反射金属层，反射金属层设置于P型半导体层140上，且P型欧姆接触金属层与反射金属层连接。一方面，反射金属层能够实现反射光线的作用，使光线统一从背离微凸点金属堆叠层160的方向发出，提升了出光强度。另一方面，该反射金属层能够起到导电的作用，使在微凸点金属堆叠层160上施加电压后，P型半导体层140中的空穴以及N型半导体层120中的电子能够漂移至量子阱130内实现复合发光。
并且，作为本申请一种可能的实现方式，微LED器件还包括绝缘钝化层150，发光层上设置有通孔，通孔延伸至N型半导体层120，绝缘钝化层150设置于通孔的边缘，N型欧姆接触金属层填充于通孔内。
可以理解地，在制作过程中，首先在衬底上外延生长发光层的各个层级结构，然后沿P型半导体层140向衬底方向进行小范围刻蚀，直至刻蚀至露出N型半导体层120，形成通孔。然后沉积绝缘钝化层150，以利用绝缘钝化层150包裹该发光层。并再对绝缘钝化层150进行处理，以露出有源区，并在通孔内与P型半导体层140上沉积金属并形成欧姆接触，以制作N型欧姆接触金属层与P型欧姆接触金属层，最后在N型欧姆接触金属层与P型欧姆接触金属层上制作微凸点金属堆叠层160。
本申请中，微凸点金属堆叠层160的高度为1～50um。即在上述实现方式中，由于微凸点金属堆叠层160设置于欧姆接触金属层上，因此即微凸点金属堆叠层160高于发光层的表面1～50um。例如，微凸点金属堆叠层160高于发光层的表面8um。通过该设置方式，不仅使得微LED器件便于拾取与转移，也使得微LED器件能够更加容易进行焊接，提升器件来安装于目标基板上时的可靠性。
本申请中，并不对微凸点金属堆叠层160的形状作任何限定，其包括但不限于为长方体、圆柱体或圆台形，即该微凸点金属堆叠层160与发光层连接的一端与自由端的截面积可以相等也可以不等，本申请并不做任何限定。
进一步地，微凸点金属堆叠层160可由多个功能层组成，该多个功能层均为金属层，且制作每个功能层的材料并不相同，例如可以为Ni/Cu/Sn等金属。作为一种可选的实现方式，微凸点金属堆叠层160中还可以包括焊接层，且焊接层设置于微凸点金属堆叠层160远离发光层的一侧。其中，制作焊接层的材料为Al等利用焊接的金属，以在将微LED器件转移至目标基板上进行焊接时，能够更加方便的进行焊接。
例如，功能层中还包括连接层，例如使用Ti等金属制作的连接层，以便于将微凸点金属堆叠层160与发光层进行连接。
即本申请中，制作微凸点金属堆叠层160的金属材料可以为一种，也可以为多种，本申请对此并不做任何限定。
请参阅图2至图11，下面对本申请提供的微LED器件制作工艺进行示例性说明：
如图2所示，首先在衬底制作外延片，即在衬底上外延生长N型半导体层120、量子阱130、P型半导体层140，然后对外延层进行刻蚀，如图3所示。再在外延层的表面进行绝缘钝化，如图4所示。再沉积欧姆接触电极，如图5所示。再制作微凸点金属堆叠层160，如图6所示。再刻蚀分离槽，如图7所示。再利用转移衬底去除原衬底，如图8所示。并且转移后的器件如图9所示。然后拾起器件阵列，如图10所示。最后进行组装与焊接，如图11所示。
第二实施例
本申请还提供了一种微LED阵列，该微LED阵列包括多个第一实施例所述微LED器件，且多个微LED器件阵列排布。其中，利用本申请提供的微LED阵列能够作为显示装置，且每个微LED器件均能作为一个像素点，通过控制每个微LED器件的发光颜色以及发光强度，实现显示装置的显像。
综上所述，本申请实施例提供了一种微LED器件及阵列，该微LED器件从下往上依次包括N型半导体层，量子阱，P型半导体层以及至少一个微凸点金属堆叠层，微凸点金属堆叠层与P型半导体的一侧连接；微凸点金属堆叠层用于与目标基板连接，且微凸点金属堆叠层用于实现微LED器件与目标基板的电连接。由于本申请中设置了微凸点金属堆叠层，通过该微凸点金属堆叠层能够实现与目标基板的连接，并且能够利用微凸点金属堆叠层实现导电，因此微凸点金属堆叠层既能起到与基板机械固定的作用，又能起到电学连接的作用，进而改善了薄膜型微LED器件的组装焊接，提高了显示阵列的可靠性。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种微LED器件，其特征在于，所述微LED器件从下往上依次包括N型半导体层、量子阱、P型半导体层以及至少一个微凸点金属堆叠层；其中，
所述微凸点金属堆叠层用于与目标基板连接，且所述微凸点金属堆叠层用于实现所述微LED器件与所述目标基板的电连接。
2.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，所述微LED器件还包括第一欧姆接触金属层与第二欧姆接触金属层，所述微凸点金属堆叠层所述第一欧姆接触金属层和/或第二欧姆接触金属层连接，所述第一欧姆接触金属层与所述N型半导体层连接，所述第二欧姆接触金属层与所述P型半导体层连接。
3.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，微LED器件还包括反射金属层，所述反射金属层设置于所述P型半导体层上。
4.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，所述微凸点金属堆叠层的高度为1～50um。
5.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，所述微凸点金属堆叠层包括多层金属层。
6.如权利要求5所述的微LED器件，其特征在于，所述多层金属层包括Ni/Cu/Sn。
7.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，所述微凸点金属堆叠层的形状为长方体、圆柱体或圆台形。
8.如权利要求1所述的微LED器件，其特征在于，所述微凸点金属堆叠层包括焊接层，所述焊接层设置于所述微凸点金属堆叠层远离所述P型半导体层的一侧。
9.一种微LED阵列，其特征在于，所述微LED阵列包括多个如权利要求1至8任意一项所述的微LED器件，且多个所述微LED器件阵列排布。
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