CN113257971A - 一种红光mini-LED芯片及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED芯片技术领域，尤其涉及一种红光mini‑LED芯片及制作方法。一种红光mini‑LED芯片，包括有ITO层，一种红光mini‑LED芯片的制作方法，通过衬底置换将吸光的GaAs生长衬底换成蓝宝石衬底，从而可以实现从衬底一侧出光，制作出红光mini‑LED芯片。将P电极和N电极同时设立在背离衬底一侧，不仅可以增大出光面积，而且极大的方便了下游封装厂商的使用，封装时只需将电极一侧固定在支架上即可，不需要进行焊线。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片技术领域，尤其涉及一种红光mini-LED芯片及制作方法。
背景技术
Mini LED也就是迷你发光二极管。与普通LED显示屏相比，Mini LED的显示屏单位面积密度更高、光源单位尺寸更小，因而可以带来更高的亮度和可控的色域。Mini LED的应用方向分为背光和直显两种。背光屏本质上还是LED背光源，只是芯片尺寸更小、数量更多；直显屏则去掉了背光板，意味着屏幕可以更加轻薄，响应速度更快，不易烧屏。
由于红光mini LED技术的欠缺，使得mini LED直显的发展缓慢。mini LED不是简单的将常规的LED芯片尺寸做小，为了便于客户端使用，需要将mini LED设计成倒装结构，出光面为衬底一侧，P电极和N电极同时位于出光面的另一侧。常规的红光LED通常从P电极一侧出光，N电极和衬底位于出光面的另一侧，无法满足mini LED的要求，我们需要对红光LED的芯片结构进行重新设计，并且需要设计合理的工艺路线来得到红光mini LED。
发明内容
为了制作出红光mini LED，本发明提供一种红光mini-LED芯片及制作方法，通过衬底置换将吸光的GaAs生长衬底换成蓝宝石衬底，从而可以实现从衬底一侧出光。将P电极和N电极同时设立在背离衬底一侧，不仅可以增大出光面积，而且极大的方便了下游封装厂商的使用，封装时只需将电极一侧固定在支架上即可，不需要进行焊线；同时，绝缘层和侧壁有SiO2保护的镂空槽可以有效的将芯片的P区和N区隔开，避免芯片发生短路；另一方面，设置一层ITO与P型半导体层相连，P电极贯穿镂空槽与ITO接触，可以更好的扩散电流。
进一步地，制作镂空槽时，本发明采用的是在生长衬底表面制作掩膜图形然后剥离的方法，相较于常规的蚀刻外延层的方法，本发明的方法可以更好的保护外延层（N型半导体层到P型半导体层）不被侧蚀。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种红光mini-LED芯片，包括N型半导体层、量子阱层、P型半导体层、键合层、蓝宝石衬底、绝缘层、P电极和N电极，还包括有ITO层，在所述蓝宝石衬底上依次设置有所述键合层、所述ITO层、所述P型半导体层、所述量子阱层、所述N型半导体层和所述绝缘层，所述N电极与所述N型半导体层相连，所述P电极与所述P型半导体层相连，所述P电极和所述N电极位于同侧，所述P电极和所述N电极均位于所述ITO层远离所述蓝宝石衬底的一侧。
进一步地，还包括有镂空槽和保护层，所述镂空槽依次穿透所述绝缘层、所述N型半导体层、所述量子阱层和所述P型半导体层到达所述ITO层远离所述蓝宝石衬底的一侧，所述P电极设置在所述镂空槽内，所述P电极靠近所述蓝宝石衬底一端与所述P型半导体层相连，所述P电极另一端穿过所述绝缘层，位于所述量子阱层到所述P型半导体层之间的所述镂空槽侧壁上设置有所述保护层。
进一步地，所述保护层为SiO2层。
本发明还提供一种红光mini-LED芯片的制作方法，所述制作方法用于制作所述的红光mini-LED芯片，包括以下步骤：
S1：提供一GaAs生长衬底，在GaAs生长衬底表面旋涂负性光刻胶，经过曝光显影后在GaAs生长衬底表面留下掩膜图形，将后续需要制作镂空槽的部分使用光刻胶盖住；
S2：在具有掩膜图形GaAs生长衬底上依次外延生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，得到外延片；
S3：通过剥离的手段去除掩膜图形，在剥离去除负性光刻胶时，位于负性光刻胶上方的部分外延片也会一起去除，从而得到穿透N型半导体层、量子阱层、P型半导体层的镂空槽，镂空槽底部露出GaAs生长衬底；
S4：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面有负性光刻胶覆盖，镂空槽内无负性光刻胶覆盖；
S5：在P型半导体层具有掩膜图形的一侧上蒸镀一层SiO2，镂空槽被SiO2填满，通过剥离掩膜图形而剥离去除P型半导体层一侧上的SiO2；
S6：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一侧上蒸镀一层ITO层；
S7：提供一蓝宝石衬底，蓝宝石衬底位于ITO层远离GaAs生长衬底的一侧上方，在蓝宝石衬底靠近ITO层的一侧上蒸镀一层SiO2，在ITO层靠近蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，将ITO层一侧的SiO2层与蓝宝石衬底一侧的SiO2进行键合，从而在ITO层与蓝宝石衬底之间形成一层键合层；
S8：将步骤S7键合后的结构浸泡在氨水和双氧水的混合溶液内去除GaAs生长衬底，露出N型半导体层；
S9：在N型半导体层远离蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，从而形成绝缘层，在绝缘层远离N型半导体层一侧的表面上旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，制作N电极和P电极的绝缘层的位置上不旋涂正性光刻胶，P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，利用氟化铵溶液去除没有光刻胶保护的SiO2，P电极和N电极正下方的SiO2被去除，由于P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，镂空槽侧壁会保留有SiO2保护层；
S10：同时蒸镀P电极和N电极，P电极贯穿镂空槽与ITO层接触，N电极贯穿绝缘层与N型半导体层接触；
S11：用自动切割机将红光mini-LED芯片整体分割，从而得到一颗颗红光mini-LED芯片。
进一步地，在步骤S6中，ITO层的厚度为2800埃。
进一步地，在步骤S7中，键合是在温度400℃和压力16000N条件下完成的。
进一步地，在步骤S9中，绝缘层的厚度为3000埃。
作为上述技术方案的进一步改进，在步骤S9中，绝缘层的厚度为3000埃。
本发明的有益效果为：1、通过衬底置换将吸光的GaAs生长衬底换成蓝宝石衬底，从而可以实现从衬底一侧出光。将P电极和N电极同时设立在背离衬底一侧，不仅可以增大出光面积，而且极大的方便了下游封装厂商的使用，封装时只需将电极一侧固定在支架上即可，不需要进行焊线。
2、设置一层ITO与P型半导体层相连，P电极贯穿镂空槽与ITO层接触，可以更好的扩散电流，进而提高发光亮度。
3、制作镂空槽时，本发明采用的是在生长衬底表面制作掩膜图形然后剥离的方法，相较于常规的蚀刻外延层的方法，本发明的方法可以更好的保护外延层（N型半导体层到P型半导体层）不被侧蚀。
附图说明
图1为本发明红光mini-LED芯片的结构示意图。
图2为本发明红光mini-LED芯片在制作过程中的结构变化图
其中，上述附图包括以下附图标记：1、GaAs生长衬底，2、N型半导体层，3、量子阱层，4、P型半导体层，5、ITO层，6、键合层，7、蓝宝石衬底，8、绝缘层，9、P电极，10、N电极。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是为了透彻性和完整性而提供这些实施方式，并且这些实施方式将本发明的范围充分地传达给技术人员。
如图1所示，本实施例提供一种红光mini-LED芯片，包括N型半导体层2、量子阱层3、P型半导体层4、键合层6、蓝宝石衬底7、绝缘层8、P电极9和N电极10，还包括有ITO层5，在蓝宝石衬底7上依次设置有键合层6、ITO层5、P型半导体层4、量子阱层3、N型半导体层2和绝缘层8，N电极10与N型半导体层2相连，P电极9与P型半导体层4相连，P电极9和N电极10位于同侧，P电极9和N电极10均位于ITO层5远离蓝宝石衬底7的一侧。
在本实施例中，通过衬底置换将吸光的GaAs生长衬底换成蓝宝石衬底7，从而可以实现从衬底一侧出光。将P电极9和N电极10同时设立在背离衬底一侧，不仅可以增大出光面积，而且极大的方便了下游封装厂商的使用，封装时只需将电极一侧固定在支架上即可，不需要进行焊线。
进一步地，还包括有镂空槽和保护层，镂空槽依次穿透绝缘层8、N型半导体层2、量子阱层3和P型半导体层4到达ITO层5远离蓝宝石衬底7的一侧，P电极9设置在镂空槽内，P电极9靠近蓝宝石衬底7一端与P型半导体层4相连，P电极9另一端位于凸出绝缘层8，位于量子阱层3到P型半导体层4之间的镂空槽侧壁上设置有保护层。
进一步地，保护层为SiO2层。
需要说明的是，绝缘层8和侧壁有SiO2保护的镂空槽可以有效的将芯片的P区（P型半导体层4）和N区（N型半导体层2）隔开，避免芯片发生短路。设置一层ITO与P型半导体层4相连，P电极9贯穿镂空槽与ITO接触，可以更好的扩散电流，进而提高发光亮度。
参照图2，本实施例还提供一种红光mini-LED芯片的制作方法，制作方法用于制作的红光mini-LED芯片，包括以下步骤：
S1：提供一GaAs生长衬底，在GaAs生长衬底表面旋涂负性光刻胶，经过曝光显影后在GaAs生长衬底表面留下掩膜图形，将后续需要制作镂空槽的部分使用光刻胶盖住；
S2：在具有掩膜图形GaAs生长衬底上依次外延生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，得到外延片；
S3：通过剥离的手段去除掩膜图形，在剥离去除负性光刻胶时，位于负性光刻胶上方的部分外延片也会一起去除，从而得到穿透N型半导体层、量子阱层、P型半导体层的镂空槽，镂空槽底部露出GaAs生长衬底；
S4：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面有负性光刻胶覆盖，镂空槽内无负性光刻胶覆盖；
S5：在P型半导体层具有掩膜图形的一侧上蒸镀一层SiO2，镂空槽被SiO2填满，通过剥离掩膜图形而剥离去除P型半导体层一侧上的SiO2；
S6：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一侧上蒸镀一层ITO层；
S7：提供一蓝宝石衬底，蓝宝石衬底位于ITO层远离GaAs生长衬底的一侧上方，在蓝宝石衬底靠近ITO层的一侧上蒸镀一层SiO2，在ITO层靠近蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，将ITO层一侧的SiO2层与蓝宝石衬底一侧的SiO2进行键合，从而在ITO层与蓝宝石衬底之间形成一层键合层；
S8：将步骤S7键合后的结构浸泡在氨水和双氧水的混合溶液内去除GaAs生长衬底，露出N型半导体层；
S9：在N型半导体层远离蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，从而形成绝缘层，在绝缘层远离N型半导体层一侧的表面上旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，制作N电极和P电极的绝缘层的位置上不旋涂正性光刻胶，P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，利用氟化铵溶液去除没有光刻胶保护的SiO2，P电极和N电极正下方的SiO2被去除，由于P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，镂空槽侧壁会保留有SiO2保护层；
S10：同时蒸镀P电极和N电极，P电极贯穿镂空槽与ITO层接触，N电极贯穿绝缘层与N型半导体层接触；
S11：用自动切割机将红光mini-LED芯片整体分割，从而得到一颗颗红光mini-LED芯片。
进一步地，在步骤S6中，ITO层的厚度为2800埃。
进一步地，在步骤S7中，键合是在温度400℃和压力16000N条件下完成的。
进一步地，在步骤S9中，绝缘层的厚度为3000埃。
需要注意的是，在本实施例的方法中采用的是在生长衬底表面制作掩膜图形然后剥离的方法，相较于常规的蚀刻外延层的方法，本发明的方法可以更好的保护外延层不被侧蚀。
进一步说明，外延层通常指N型半导体层到P型半导体层及之间的结构。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种红光mini-LED芯片，包括N型半导体层、量子阱层、P型半导体层、键合层、蓝宝石衬底、绝缘层、P电极和N电极，其特征在于：
还包括有ITO层，在所述蓝宝石衬底上依次设置有所述键合层、所述ITO层、所述P型半导体层、所述量子阱层、所述N型半导体层和所述绝缘层，所述N电极与所述N型半导体层相连，所述P电极与所述P型半导体层相连，所述P电极和所述N电极位于同侧，所述P电极和所述N电极均位于所述ITO层远离所述蓝宝石衬底的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种红光mini-LED芯片，其特征在于：
还包括有镂空槽和保护层，所述镂空槽依次穿透所述绝缘层、所述N型半导体层、所述量子阱层和所述P型半导体层到达所述ITO层远离所述蓝宝石衬底的一侧，所述P电极设置在所述镂空槽内，所述P电极靠近所述蓝宝石衬底一端与所述P型半导体层相连，所述P电极另一端穿过所述绝缘层，位于所述量子阱层到所述P型半导体层之间的所述镂空槽侧壁上设置有所述保护层。
3.根据权利要求2所述的一种红光mini-LED芯片，其特征在于：
所述保护层为SiO2层。
4.一种红光mini-LED芯片的制作方法，所述制作方法用于制作如权利要求1-3任一项所述的红光mini-LED芯片，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供一GaAs生长衬底，在GaAs生长衬底表面旋涂负性光刻胶，经过曝光显影后在GaAs生长衬底表面留下掩膜图形，将后续需要制作镂空槽的部分使用光刻胶盖住；
S2：在具有掩膜图形GaAs生长衬底上依次外延生长N型半导体层、量子阱层、P型半导体层，得到外延片；
S3：通过剥离的手段去除掩膜图形，在剥离去除负性光刻胶时，位于负性光刻胶上方的部分外延片也会一起去除，从而得到穿透N型半导体层、量子阱层、P型半导体层的镂空槽，镂空槽底部露出GaAs生长衬底；
S4：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面旋涂负性光刻胶制作掩膜图形，P型半导体层远离GaAs生长衬底的一面有负性光刻胶覆盖，镂空槽内无负性光刻胶覆盖；
S5：在P型半导体层具有掩膜图形的一侧上蒸镀一层SiO2，镂空槽被SiO2填满，通过剥离掩膜图形而剥离去除P型半导体层一侧上的SiO2；
S6：在P型半导体层远离GaAs生长衬底的一侧上蒸镀一层ITO层；
S7：提供一蓝宝石衬底，蓝宝石衬底位于ITO层远离GaAs生长衬底的一侧上方，在蓝宝石衬底靠近ITO层的一侧上蒸镀一层SiO2，在ITO层靠近蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，将ITO层一侧的SiO2层与蓝宝石衬底一侧的SiO2进行键合，从而在ITO层与蓝宝石衬底之间形成一层键合层；
S8：将步骤S7键合后的结构浸泡在氨水和双氧水的混合溶液内去除GaAs生长衬底，露出N型半导体层；
S9：在N型半导体层远离蓝宝石衬底的一侧上蒸镀一层SiO2，从而形成绝缘层，在绝缘层远离N型半导体层一侧的表面上旋涂正性光刻胶制作掩膜图形，制作N电极和P电极的绝缘层的位置上不旋涂正性光刻胶，P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，利用氟化铵溶液去除没有光刻胶保护的SiO2，P电极和N电极正下方的SiO2被去除，由于P电极处的绝缘层上不旋涂正性光刻胶的面积小于镂空槽截面的面积，镂空槽侧壁会保留有SiO2保护层；
S10：同时蒸镀P电极和N电极，P电极贯穿镂空槽与ITO层接触，N电极贯穿绝缘层与N型半导体层接触；
S11：用自动切割机将红光mini-LED芯片整体分割，从而得到一颗颗红光mini-LED芯片。
5.根据权利要求4所述的一种红光mini-LED芯片的制作方法，其特征在于：
在步骤S6中，ITO层的厚度为2800埃。
6.根据权利要求4所述的一种红光mini-LED芯片的制作方法，其特征在于：
在步骤S7中，键合是在温度400℃和压力16000N条件下完成的。
7.根据权利要求4所述的一种红光mini-LED芯片的制作方法，其特征在于：
在步骤S9中，绝缘层的厚度为3000埃。
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