CN113506844A - 微型led芯片制备方法、微型led芯片、显示装置及发光装置 - Google Patents

微型led芯片制备方法、微型led芯片、显示装置及发光装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种微型LED芯片制备方法、微型LED芯片、显示装置及发光装置。其中，所述微型LED芯片制备方法包括：对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面；在所述台面上设置电流扩散层；在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；其中，所述第一电极设置于晶片四周边缘处的第一半导体层上；所述第二电极设置于所述电流扩散层上；所述金属网格线设置于相邻所述台面之间的第一半导体层上。本申请的技术方案不仅有效增大了外延片面积利用率，而且提高了电流均匀性。

Description

微型LED芯片制备方法、微型LED芯片、显示装置及发光装置
技术领域
本申请涉及显示领域，具体而言，涉及一种微型LED芯片制备方法、微型LED芯片、显示装置及发光装置。
背景技术
微型LED（Micro-LED）是近年来一种新兴半导体技术，由于其高亮度、高稳定性、刷新频率快等特征，被认为有望成为未来AR/VR显示的主要技术。为了配合AR/VR应用，发展超高亮度和超高PPI（Pixels Per Inch每英寸像素数量）的micro-LED微显示屏变得至关重要。
然而，现有技术中，P电极与N电极分别设置与P型半导体和N型半导体电连接，P电极与N电极占据外延片较大面积，使得外延片上LED单元的面积较小，PPI较低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种微型LED芯片制备方法、微型LED芯片、显示装置及发光装置。采用本申请的方法制备微型LED芯片，可最大限度地利用外延片面积，制备获得高质量Micro-LED器件，实现高PPI、高分辨率微显示屏。
为实现上述目的，本申请提供了一种微型LED芯片制备方法，包括以下步骤：对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面；在所述台面上设置电流扩散层；在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；其中，所述第一电极设置于晶片四周边缘处的第一半导体层上；所述第二电极设置于所述电流扩散层上；所述金属网格线设置于相邻所述台面之间的第一半导体层上。
可选地，对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面包括：以光刻胶为掩膜，采用电感耦合等离子体（ICP）蚀刻的方法去除所述LED晶片上的部分第二半导体层及多量子阱结构，露出所述第一半导体层；并去除剩余光刻胶，获得多个台面（Mesa）。
可选地，相邻Mesa之间露出的第一半导体层的宽度小于Mesa的宽度。
可选地，所述电感耦合等离子体蚀刻采用的工艺气体为Ar和BI3的混合气体，其中，Ar和BI3的流量比为1:1。所述电感耦合等离子体蚀刻的气压为8 mTorr；射频功率为100W，射频偏压为20 W；蚀刻时间为10 min。所述去除剩余光刻胶包括：采用ICP干法去胶，或去胶液湿法去胶，并用强酸强氧化性溶液清洗。所述光刻胶采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种或多种。
可选地，采用光刻剥离方法在所述台面上设置电流扩散层，具体包括：采用光刻胶在刻蚀完成后的晶片上制作掩膜图形，并在其上沉积所述电流扩散层；采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。
可选地，所述电流扩散层采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法进行沉积。
可选地，采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层包括：将沉积有所述电流扩散层的晶片依次浸入丙酮溶液和异丙醇溶液中，分别超声处理预设时间，然后用去离子水清洗，以去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。本领域技术人员可以理解的是，所述预设时间可根据实际需要进行设置。
具体地，采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层包括：将沉积有所述电流扩散层的晶片浸入丙酮溶液超声处理5分钟，然后再将晶片放入异丙醇溶液中超声处理5分钟，最后用去离子水清洗，以去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。
可选地，所述电流扩散层包括：镍金金属、以铝为主的金属、氧化铟锡（ITO）中的任一种。
可选地，在所述台面上设置电流扩散层之后、在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之前还包括：对所述电流扩散层进行退火处理。
其中，在所述电流扩散层包括镍金金属的情况下，所述退火处理包括：在预设温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理第一预设时间，然后置于N2和O2混合气体环境中处理第二预设时间，最后进行快速冷却；在所述电流扩散层包括以铝为主的金属的情况下，所述退火处理包括：在预设温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理预设时间；在所述电流扩散层包括氧化铟锡的情况下，所述退火处理包括：将设置有电流扩散层的晶片在第一预设温度下置于O2气体环境中处理第一预设时间，然后在第二预设温度下置于N2气体环境中处理第二预设时间。本领域技术人员可以理解的是，所述（第一/第二）预设温度和/或（第一/第二）预设时间可根据实际需要进行设置；所述第一预设温度/时间和第二预设温度/时间可以相同或不同，“第一”和“第二”仅用于区分同一退火处理流程中类似的参数。
可选地，所述金属层采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法进行沉积。所述金属层包括钛/铝/钛/金金属叠层。
可选地，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构包括：在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积金属层，其中，晶片四周边缘处的第一半导体层上金属层作为第一电极，所述电流扩散层上金属层作为所述第二电极，相邻所述台面之间的第一半导体层上金属层作为金属网格线。作为本申请一种可选的实施方式，通过在电流扩散层和第一半导体层上直接沉积金属层，有效增大了电极与电流扩散层和第一半导体层的接触面积，提高了电流均匀性。
可选地，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构包括：在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积钝化层；对所述钝化层进行蚀刻，露出部分电流扩散层和第一半导体层；在露出的部分电流扩散层和第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构。作为本申请一种可选的实施方式，通过先沉积钝化层，然后在钝化层上开孔以沉积电极，有效避免了电极短路，提高了微型LED芯片的良率。
可选地，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之后还包括：在所述第一电极和所述第二电极上设置接触焊盘。
可选地，在所述第一电极和所述第二电极上设置接触焊盘包括：在所述金属层上沉积钝化层，并对所述第一电极和所述第二电极上的钝化层进行刻蚀，以刻蚀出电极接触孔；在所述电极接触孔处沉积所述接触焊盘。
可选地，所述钝化层采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积，其中，SiH4的流速从10 sccm增加至20 sccm，沉积温度为160 ℃，沉积时间为12 min，沉积厚度为600nm。
可选地，沉积所述钝化层之后、刻蚀所述电极接触孔之前，将晶片放入120 ℃的烤箱中烘烤30 min，以蒸发晶片上的水蒸气。
可选地，采用光刻剥离方法在所述电极接触孔处沉积接触焊盘。所述接触焊盘的材料包括钛、铝、镍、金、铬、铂、铟中的一种或多种。
可选地，对LED晶片进行蚀刻之前还包括：对所述LED晶片进行预处理。所述预处理包括：清洗所述LED晶片上的金属颗粒及有机颗粒，并用去离子水进一步清洗，干燥后待用。
具体地，所述预处理包括：将所述LED晶片浸入王水(盐酸：硝酸=3:1)或硫酸双氧水中至少三十分钟，以清洗所述LED晶片上的金属颗粒；然后将清洗金属颗粒后的LED晶片浸入70℃的去胶液（例如：MS-2001溶液）槽中五分钟，以清洗附着在LED晶片上的有机颗粒；之后，将清洗金属颗粒和有机颗粒后的LED晶片放入去离子水中进一步清洗；最后，将清洗洁净的LED晶片进行干燥，待用。
本申请还提供了一种微型LED芯片，其中，所述微型LED芯片采用上述微型LED芯片制备方法制备获得的。
可选地，所述微型LED芯片包括微型LED单元阵列，相邻所述微型LED单元之间设有金属网格线，所述金属网格线与所述微型LED单元电连接，每个所述微型LED单元包括第二电极，所述微型LED芯片四周边缘处设有第一电极，所述金属网格线与所述第一电极电连接。所述接触焊盘的材料包括钛、铝、镍、金、铬、铂、铟中的一种或多种。
可选地，所述微型LED单元还包括第二半导体层和多量子阱结构，所述第二半导体层设置于所述多量子阱结构的上方。
可选地，所述微型LED单元还包括电流扩散层，所述电流扩散层设置于所述第二半导体层与所述第二电极之间，所述第二电极通过所述电流扩散层与所述第二半导体层电连接。所述电流扩散层为单层金属层或多层金属层结构，包括镍金金属、以铝为主的金属、氧化铟锡中的任一种，优选为镍/金双层金属层结构，其中，镍金属层与金金属层的厚度比为1:1。
可选地，所述金属网格线上方设有钝化层，其中，所述钝化层的材料可以是二氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种或多种。
可选地，所述第一电极和所述第二电极上设有接触焊盘，所述接触焊盘分别与所述第一电极和所述第二电极电连接，所述接触焊盘用于实现所述微型LED芯片与外电路的电连接。
可选地，所述第一电极与所述第二电极采用多层金属结构，其中，电极材料可以是钛、铝、金、铬、镍、铂中的两种或两种以上。所述第一电极与所述第二电极优选采用钛/铝/钛/金多层金属结构，其中，钛/铝/钛/金四层金属层的厚度比为3:12:1:5。
本申请还提供了一种显示装置，其中，所述显示装置包括所述微型LED芯片。
本申请还提供了一种发光装置，其中，所述发光装置包括所述微型LED芯片。
本申请的微型LED芯片制备方法及采用该方法制备获得的微型LED芯片，将第一电极设置于微型LED芯片的四周边缘处，并在相邻Mesa结构间的第一半导体层上设置金属网格线，通过金属网格线收集并传导电流至第一电极，不仅有效增大了外延片面积利用率，而且提高了电流均匀性。采用本申请方法制备获得的微型LED芯片具有高质量、高PPI、高分辨率等优点，其在显示领域和发光领域具有更加广泛的应用。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本申请示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本申请的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1示出根据本申请的一个实施方式的微型LED芯片制备方法的流程图；
图2示出根据本申请的一个优选实施例的微型LED芯片制备方法的流程图；
图3a-图3f示出根据本申请的一个优选实施例的微型LED芯片的制备工艺流程示意图；
图4示出根据本申请的另一优选实施例的微型LED芯片制备方法的流程图；
图5示出根据本申请的一个实施方式的微型LED芯片的剖面结构示意图；
图6示出根据本申请的另一实施方式的微型LED芯片的剖面结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，其可以是直接接触，也可以是通过中间媒介间接接触。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
本申请的一个实施方式提供了一种微型LED芯片制备方法。参照图1，该微型LED芯片制备方法包括以下步骤S101-S103：
步骤S101：对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面；
步骤S102：在所述台面上设置电流扩散层；
步骤S103：在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；其中，所述第一电极设置于晶片四周边缘处的第一半导体层上；所述第二电极设置于所述电流扩散层上；所述金属网格线设置于相邻所述台面之间的第一半导体层上。
在步骤S101中，对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面。
根据本申请的一个实施例，可以以光刻胶为掩膜，采用电感耦合等离子体蚀刻的方法去除所述LED晶片上的部分第二半导体层及多量子阱结构，露出所述第一半导体层；并去除剩余光刻胶，获得多个台面；其中，相邻所述台面之间露出的所述第一半导体层的宽度小于所述台面的宽度。
在步骤S102中，在所述台面上设置电流扩散层。
根据本申请的一个实施例，可以采用光刻胶在蚀刻完成后的晶片上制作掩膜图形，并在其上沉积所述电流扩散层；然后采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。
在步骤S103中，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；其中，所述第一电极设置于晶片四周边缘处的第一半导体层上；所述第二电极设置于所述电流扩散层上；所述金属网格线设置于相邻所述台面之间的第一半导体层上。
根据本申请的一个实施例，可以在所述电流扩散层和所述第一半导体层上直接沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构。
根据本申请的另一实施例，可以在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积钝化层；对所述钝化层进行蚀刻，露出部分电流扩散层和第一半导体层；在露出的部分电流扩散层和第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构。
作为一种优选的实施方式，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之后还包括：在所述第一电极和所述第二电极上设置接触焊盘。
根据本申请的一个实施例，可以在所述金属层上沉积钝化层，并对所述第一电极和所述第二电极上的钝化层进行刻蚀，以刻蚀出电极接触孔；在所述电极接触孔处沉积所述接触焊盘。
根据本申请的另一实施例，可以在所述第一电极和所述第二电极上直接沉积接触焊盘，其中，接触焊盘的位置、尺寸、形状、数量等可以根据实际需要进行设置，在此不做特别限定。
以下通过两种优选实施例详细说明本申请的微型LED芯片制备方法。
作为一种优选实施例，参照图2及图3a-3f，本优选实施例提供的微型LED芯片制备方法包括以下步骤S201-S205。
步骤S201：对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面（Mesa）；
如图3a和3b所示，LED晶片100采用LED外延片，优选标准多量子阱结构的LED外延片，包括从下到上依次层叠的衬底104、第一半导体层103、多量子阱结构102、第二半导体层101；LED外延片可以直接购买，也可以采用现有技术制备获得，在此不再赘述；以光刻胶为掩膜，采用电感耦合等离子体（ICP）蚀刻的方法对LED晶片进行刻蚀，去除其上部分第二半导体层101及多量子阱结构102，露出第一半导体层103；之后采用ICP干法去胶或去胶液湿法去胶去除剩余光刻胶，并用强酸强氧化性溶液清洗，获得多个台面（Mesa）；其中，每个Mesa包括自下而上层叠设置的多量子阱结构102及第二半导体层101，Mesa的数量可以根据实际需要设定，并且每个Mesa的尺寸及相邻Mesa之间的间距也可以根据实际需要设定，相邻Mesa之间的间距优选小于单个Mesa的尺寸；
作为一种具体的实施例，第一半导体层103为N型半导体层，优选采用N-GaN；第二半导体层101为P型半导体层，优选采用P-GaN；光刻胶采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种或多种；蚀刻工艺气体可以为Ar和BI3的混合气体，其中，Ar和BI3的气体流量可均设置为10 sccm，蚀刻气压可设置为8 mTorr，射频功率（Source RF）可设置为100 W，射频偏压（Bias RF）可设置为20 W，蚀刻时间可设置为10 min；经蚀刻并去除剩余光刻胶，获得P型半导体Mesa阵列；
步骤S202：在所述台面上沉积电流扩散层；
如图3c所示，采用光刻胶在步骤S201获得的晶片上制作掩膜图形，并采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法在其上沉积电流扩散层；将获得的沉积有电流扩散层的晶片浸入丙酮溶液超声处理5分钟，然后再浸入异丙醇溶液中超声处理5分钟，最后用去离子水清洗，以去除第一半导体层上的电流扩散层，仅保留Mesa上的电流扩散层105；其中，电流扩散层105可以是单层金属层、多层金属层、或ITO层等，电流扩散层105优选是镍金金属、以铝为主的金属、ITO中的任一种；
作为一种具体的实施例，电流扩散层105采用镍/金双层金属层，其中，镍金属层与金金属层的厚度均设为50 Å，采用电子束蒸发的方式沉积镍/金双层金属层，气体流速可设置为：Ar: 300 sccm，O2: 3 sccm；射频功率可设置为50 W；
作为一种优选的实施例，在电流扩散层制备完成后，对电流扩散层进行退火处理。具体地，在电流扩散层为镍金金属的情况下，在570 ℃温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理5 min，然后置于N2和O2混合气体环境中处理5 min，其中N2和O2的体积比为4:1，最后进行快速冷却；在电流扩散层为以铝为主的金属的情况下，在850 ℃温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理5 min；在电流扩散层为ITO的情况下，将设置有电流扩散层的晶片在600 ℃温度下置于O2气体环境中处理300 s，以使ITO氧化，然后在750 ℃温度下置于N2气体环境中处理30 s，从而使ITO合金；
步骤S203：在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；
如图3d所示，金属层包括第一金属层107和第二金属层106，第一金属层107和第二金属层106可以相同或者不同，可以采用单层结构或者多层结构；其中，第一金属层107与第一半导体层103电连接，其包括沉积于相邻Mesa之间露出的第一半导体层103上的金属网格线和沉积于晶片四周边缘处露出的第一半导体层103上的第一电极，金属网格线与第一电极之间电连接；第二金属层106通过电流扩散层105与第二半导体层101电连接，作为第二电极；金属层可采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法进行沉积，可通过两次光刻剥离法获得不同的第一金属层107和第二金属层106；光刻剥离法同电流扩散层的制备方法，在此不再赘述；金属层的材料可以是钛、铝、金、铬、镍、铂中的一种或多种；
作为一种具体的实施例，第一金属层107和第二金属层106相同，均采用钛/铝/钛/金多层金属层结构，且钛/铝/钛/金四层金属层的厚度依次是300 Å、1200 Å、100 Å、500 Å；
本步骤通过在电流扩散层和第一半导体层上直接沉积金属层，有效增大了电极与电流扩散层和第一半导体层的接触面积，提高了电流均匀性；
步骤S204：在所述金属层上沉积钝化层，并对所述第一电极和所述第二电极上的钝化层进行刻蚀，以刻蚀出电极接触孔；
如图3e所示，钝化层108可采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积；电极接触孔109可采用干刻和/或湿刻的方式获得；钝化层108可以采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料；
作为一种具体的实施例，采用PECVD法沉积二氧化硅钝化层108，其中，SiH4的流速从10 sccm增加至20 sccm，沉积温度为160 ℃，沉积时间为12 min，沉积厚度为600 nm；沉积完毕后将晶片放入120 ℃的烤箱中烘烤30分钟以蒸发晶片上的水蒸气；之后涂覆增粘剂六甲基二烷，再使用光刻的方式对第一电极和第二电极上的钝化层进行刻蚀，以刻蚀出电极接触孔109，露出部分第一金属层107和第二金属层106，本实施例优选“干刻和湿刻”的方式，其中，干刻过程中，蚀刻气压可设置为8 mTorr,工艺气体可采用Ar和SF6的混合气体，氩气和SF6的气体流量可分别设置为60 sccm和20 sccm，射频功率（Source RF）可设置为100W，射频偏压（Bias RF）可设置为20 W，刻蚀时间可设置为280s；湿刻过程中，腐蚀液可采用BOE或777溶液，湿刻时间取决于干刻后剩下的钝化层的厚度；若工艺要求不高，也可单独采用干刻或湿刻的方式获得电极接触孔；电极接触孔的位置、尺寸、形状、数量等可以根据实际需要进行设置；
步骤S205：在所述电极接触孔处沉积接触焊盘；
如图3f所示，采用光刻剥离法沉积接触焊盘110；接触焊盘110可采用铟、钛、铝、镍、金、铬、铂等金属中的一种或多种；
作为一种具体的实施例，采用光刻胶制作掩膜图形，并采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法沉积铟金属，作为接触焊盘110；采用剥离方法去除电极接触孔以外的铟金属，使铟金属通过电极接触孔与第一电极和第二电极电连接。
本申请该优选实施例提供的微型LED芯片制备方法，通过将第一电极设置于微型LED芯片的四周边缘处，并在相邻Mesa结构间的第一半导体层上设置金属网格线，通过金属网格线收集并传导电流至第一电极，不仅有效增大了外延片面积利用率，而且提高了电流均匀性。此外，本优选实施例的制备方法通过在电流扩散层和第一半导体层上直接沉积金属层，有效增大了电极与电流扩散层和第一半导体层的接触面积，提高了电流均匀性。
作为另一种优选实施例，如图4所示，本优选实施例提供的微型LED芯片制备方法包括以下步骤S401-S405。
步骤S401：对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面（Mesa）；
具体地，以光刻胶为掩膜，采用电感耦合等离子体（ICP）蚀刻的方法对LED晶片进行刻蚀，去除其上部分第二半导体层及多量子阱结构，露出第一半导体层；之后采用ICP干法去胶或去胶液湿法去胶去除剩余光刻胶，并用强酸强氧化性溶液清洗，获得多个台面（Mesa）；其中，每个Mesa包括自下而上层叠设置的多量子阱结构及第二半导体层，Mesa的数量可以根据实际需要设定，并且每个Mesa的尺寸及相邻Mesa之间的间距也可以根据实际需要设定，相邻Mesa之间的间距优选小于单个Mesa的尺寸；
作为一种具体的实施例，第一半导体层为N型半导体层，优选采用N-GaN；第二半导体层为P型半导体层，优选采用P-GaN；光刻胶采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝中的一种或多种；蚀刻工艺气体可以为Ar和BI3的混合气体，其中，Ar和BI3的气体流量可均设置为10sccm，蚀刻气压可设置为8 mTorr，射频功率（Source RF）可设置为100 W，射频偏压（BiasRF）可设置为20 W，蚀刻时间可设置为10 min；经蚀刻并去除剩余光刻胶，获得P型半导体Mesa阵列；
步骤S402：在所述台面上沉积电流扩散层；
具体地，采用光刻胶在步骤S401获得的晶片上制作掩膜图形，并采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法在其上沉积电流扩散层；将获得的沉积有电流扩散层的晶片浸入丙酮溶液超声处理5分钟，然后再浸入异丙醇溶液中超声处理5分钟，最后用去离子水清洗，以去除第一半导体层上的电流扩散层，仅保留Mesa上的电流扩散层；其中，电流扩散层105可以是单层金属层、多层金属层、或ITO层等，电流扩散层优选是镍金金属、以铝为主的金属、ITO中的任一种；
作为一种具体的实施例，电流扩散层采用镍/金双层金属层，其中，镍金属层与金金属层的厚度均设为50 Å，采用电子束蒸发的方式沉积镍/金双层金属层，气体流速可设置为：Ar: 300 sccm，O2: 3 sccm；射频功率可设置为50 W；
作为一种优选的实施例，在电流扩散层制备完成后，对电流扩散层进行退火处理。具体地，在电流扩散层为镍金金属的情况下，在570 ℃温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理5 min，然后置于N2和O2混合气体环境中处理5 min，其中N2和O2的体积比为4:1，最后进行快速冷却；在电流扩散层为以铝为主的金属的情况下，在850 ℃温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理5 min；在电流扩散层为ITO的情况下，将设置有电流扩散层的晶片在600 ℃温度下置于O2气体环境中处理300 s，以使ITO氧化，然后在750 ℃温度下置于N2气体环境中处理30 s，从而使ITO合金；
步骤S403：在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积钝化层；
具体地，钝化层可采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）沉积，可以是二氧化硅、氮化硅、或氧化铝；其中，SiH4的流速从10 sccm增加至20 sccm，沉积温度为160 ℃，沉积时间为12 min，沉积厚度为600 nm；沉积完毕后将晶片放入120 ℃的烤箱中烘烤30分钟以蒸发晶片上的水蒸气；
步骤S404：对所述钝化层进行蚀刻，露出部分电流扩散层和第一半导体层；
具体地，涂覆增粘剂六甲基二烷，再使用光刻的方式对电流扩散层和第一半导体层上的钝化层进行蚀刻，露出部分电流扩散层和第一半导体层；其中，Mesa之间露出的第一半导体层呈网格状，晶片四周边缘处露出的第一半导体层呈条状，Mesa上露出的电流扩散层呈圆形或方形状；
可采用干刻和/或湿刻的方式对钝化层进行蚀刻，本实施例优选“干刻和湿刻”的方式，其中，干刻过程中，蚀刻气压可设置为8 mTorr,工艺气体可采用Ar和SF6的混合气体，氩气和SF6的气体流量可分别设置为60 sccm和20 sccm，射频功率（Source RF）可设置为100 W，射频偏压（Bias RF）可设置为20 W，刻蚀时间可设置为280s；湿刻过程中，腐蚀液可采用BOE或777溶液，湿刻时间取决于干刻后剩下的钝化层的厚度；若工艺要求不高，也可单独采用干刻或湿刻的方式对钝化层进行蚀刻；
步骤S405：在露出的部分电流扩散层和第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；
具体地，在Mesa之间露出的呈网格状的第一半导体层上以及晶片四周边缘处露出的呈条状的第一半导体层上沉积第一金属层，分别获得金属网格线和第一电极，其中，金属网格线与第一半导体层电连接，作用是收集和传导微型LED单元的第一电流，第一电极与金属网格线及第一半导体层电连接，用以汇集和传导第一电流（例如N极电流）；在Mesa上露出的呈圆形或方形状的电流扩散层上沉积第二金属层，获得第二电极，其中，第二电极通过电流扩散层与第二半导体电连接，用以传导第二电流（例如P极电流）；
第一金属层和第二金属层可以相同或者不同，可以采用单层结构或者多层结构；金属层可采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法进行沉积，可通过两次光刻剥离法获得不同的第一金属层和第二金属层；光刻剥离法同电流扩散层的制备方法，在此不再赘述；金属层的材料可以是钛、铝、金、铬、镍、铂中的一种或多种；
作为一种具体的实施例，第一电极、第二电极、金属网格线的结构相同，均采用钛/铝/钛/金多层金属层结构，且钛/铝/钛/金四层金属层的厚度依次是300 Å、1200 Å、100 Å、500 Å。
作为一种优选的实施例，微型LED芯片制备方法还包括：在露出的部分电流扩散层和第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构之后，在第一电极和第二电极上沉积接触焊盘。
具体地，采用光刻剥离法沉积接触焊盘；接触焊盘可采用铟、钛、铝、镍、金、铬、铂等金属中的一种或多种。例如，采用光刻胶制作掩膜图形，并采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法在第一电极和第二电极上沉积铟金属，然后采用剥离方法获得铟金属接触焊盘；铟金属接触焊盘分别与第一电极和第二电极电连接。接触焊盘的位置、尺寸、形状、数量等可以根据实际需要进行设置，在此不做特别限定。
可以理解的是，本实施方式的微型LED芯片制备方法还可以根据实际需要包括其他一些常规步骤，例如，封装，以保护微型LED芯片，特别是裸露的电极结构。
本申请该优选实施例提供的微型LED芯片制备方法，通过将第一电极设置于微型LED芯片的四周边缘处，并在相邻Mesa结构间的第一半导体层上设置金属网格线，通过金属网格线收集并传导电流至第一电极，不仅有效增大了外延片面积利用率，而且提高了电流均匀性。此外，本优选实施例的制备方法通过先沉积钝化层，然后在钝化层上开孔以沉积电极，有效避免了电极短路，提高了微型LED芯片的良率。
作为一种优选的实施方式，在对LED晶片进行蚀刻之前还包括步骤：对所述LED晶片进行预处理；
具体地，该预处理包括：将LED晶片浸入王水(盐酸：硝酸=3:1)或硫酸双氧水中至少三十分钟，以清洗LED晶片上的金属颗粒；然后将清洗金属颗粒后的LED晶片浸入70℃的去胶液（例如：MS-2001溶液）槽中五分钟，以清洗附着在LED晶片上的有机颗粒；之后，将清洗金属颗粒和有机颗粒后的LED晶片放入去离子水中进一步清洗；最后，将清洗洁净的LED晶片进行干燥，待用。
其余步骤与前述两种微型LED芯片制备方法的优选实施例相同，在此不再赘述。
本优选实施方式通过对LED晶片进行预处理，去除LED晶片上的金属颗粒及有机颗粒，从而避免制备的微型LED芯片产生漏电或镀膜不均匀的现象，造成对微型LED芯片性能的影响。
可以理解的是，本申请实施例中相关参数仅是示例性的，不具有限定作用。针对不同的设备以及应用需求，可以根据情况设定具体参数，以达到更高的工艺效果。
本申请的另一实施方式提供了一种微型LED芯片，采用本申请前述第一种优选实施例提供的微型LED芯片制备方法制备获得。
如图5所示，微型LED芯片200包括衬底104、第一半导体层103、微型LED单元阵列，其中，微型LED单元阵列包括多个微型LED单元，设置于第一半导体层103上方；每个微型LED单元均包括从下到上依次层叠设置的多量子阱结构102、第二半导体层101、电流扩散层105、第二电极106；相邻微型LED单元之间的第一半导体层103上方设有金属网格线1072，微型LED芯片四周边缘处的第一半导体层103上方设有第一电极1071，金属网格线1072与第一电极1071电连接，金属网格线1072通过第一半导体层103与微型LED单元实现电连接；第一电极1071、第二电极106、金属网格线1072构成微型LED芯片200的电极结构。
作为一种优选的实施例，第一电极1071、第二电极106、金属网格线1072上方均设置钝化层108，用于保护电极，并避免第一电极和金属网格线与第二电极之间直接接触；其中，第一电极1071和第二电极106上方的钝化层设有电极接触孔，以露出部分第一电极和第二电极；电极接触孔内设有接触焊盘110，用以实现第一电极1071和第二电极106与外电路的电连接。
作为一种优选的实施例，第一半导体层103为N型半导体层，优选采用N-GaN；第二半导体层101为P型半导体层，优选采用P-GaN；电流扩散层105可以是单层金属层结构、多层金属层结构、或ITO层等，例如可以采用镍金金属、以铝为主的金属、氧化铟锡中的任一种，优选采用镍/金双层金属层结构，其中，镍金属层与金金属层的厚度比为1:1；钝化层可以采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，优选采用二氧化硅；N电极107包括第一电极1071和金属网格线1072，其中，金属网格线1072用于将微型LED单元的N极电流汇集并传导至第一电极1071，P电极106即第二电极106，用于传导微型LED单元的P极电流；第一电极1071、第二电极106、金属网格线1072的材质和/或结构可以相同或者不同，可以采用单层结构或者多层结构，可以包括钛、铝、金、铬、镍、铂中的一种或多种，优选采用相同的钛/铝/钛/金多层金属层结构，其中，钛/铝/钛/金四层金属层的厚度比为3:12:1:5，优选其厚度依次是300 Å 、1200 Å 、100 Å、500 Å；金属网格线1072的材质及结构优选与第一电极1071相同，金属网格线1072的宽度优选小于微型LED单元的宽度。
本申请的另一实施方式提供了一种微型LED芯片，采用本申请前述第二种优选实施例提供的微型LED芯片制备方法制备获得。
如图6所示，微型LED芯片300包括衬底104、第一半导体层103、微型LED单元阵列，其中，微型LED单元阵列包括多个微型LED单元，设置于第一半导体层103上方；每个微型LED单元均包括从下到上依次层叠设置的多量子阱结构102、第二半导体层101、电流扩散层105、第二电极106′；相邻微型LED单元之间的第一半导体层103上方设有金属网格线1072′，微型LED芯片四周边缘处的第一半导体层103上方设有第一电极1071′，金属网格线1072′与第一电极1071′电连接，金属网格线1072′通过第一半导体层103与微型LED单元实现电连接；第一电极1071′、第二电极106′、金属网格线1072′构成微型LED芯片300的电极结构。
微型LED单元四周均设置有钝化层108′，钝化层108′被蚀刻形成预设图案，以露出部分电流扩散层105和部分第一半导体层103；第一电极1071′、第二电极106′、金属网格线1072′分别设置于钝化层108′预设图案的相应位置，形成上述电极结构，用以实现微型LED单元之间的电连接以及微型LED单元的电流传导。
作为一种优选的实施例，第一电极1071′和第二电极106′上设有用于倒装工艺的接触焊盘，以实现微型LED芯片与外电路的电连接。接触焊盘的位置、尺寸、形状、数量等可以根据实际需要进行设置，在此不做特别限定。
作为一种优选的实施例，第一半导体层103为N型半导体层，优选采用N-GaN；第二半导体层101为P型半导体层，优选采用P-GaN；电流扩散层105可以是单层金属层结构、多层金属层结构、或ITO层等，例如可以采用镍金金属、以铝为主的金属、氧化铟锡中的任一种，优选采用镍/金双层金属层结构，其中，镍金属层与金金属层的厚度比为1:1；钝化层108′可以采用二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料，优选采用二氧化硅；N电极107′包括第一电极1071′和金属网格线1072′，其中，金属网格线1072′用于将微型LED单元的N极电流汇集并传导至第一电极1071′，P电极106′即第二电极106′，用于传导微型LED单元的P极电流；第一电极1071′、第二电极106′、金属网格线1072′的材质和/或结构可以相同或者不同，可以采用单层结构或者多层结构，可以包括钛、铝、金、铬、镍、铂中的一种或多种，优选采用相同的钛/铝/钛/金多层金属层结构，其中，钛/铝/钛/金四层金属层的厚度比为3:12:1:5，优选其厚度依次是300 Å 、1200 Å 、100 Å、500 Å；金属网格线1072′的材质及结构优选与第一电极1071′相同，金属网格线1072′的宽度优选小于微型LED单元的宽度。
本申请上述实施方式提供的微型LED芯片具有高质量、高PPI、高分辨率等优点。
本申请的另一实施方式还提供了一种显示装置，该显示装置包括本申请所述微型LED芯片。
作为一种优选的实施例，该显示装置还包括IC芯片、移位寄存器、数据选择器，其中，微型LED芯片与IC芯片倒装焊，使微型LED芯片与IC芯片电连接；IC芯片分别与移位寄存器、数据选择器电连接。
本申请实施方式提供的显示装置可实现高PPI，器件质量很好，该显示装置例如可以是应用于电子设备的显示屏。该电子设备可以包括：智能手机、智能手表、笔记本电脑、平板电脑、行车记录仪、导航仪、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）显示等任何具有显示屏的设备。
本申请的另一实施方式还提供了一种发光装置。该发光装置包括本申请所述微型LED芯片。该发光装置例如可以是照明装置和指示装置。该照明装置例如可以是用于照明的各种灯。该指示装置例如可以是用于指示作用的各种指示灯。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
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。

Claims (26)

1.一种微型LED芯片制备方法，其中，包括以下步骤：
对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面；
在所述台面上设置电流扩散层；
在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构；其中，所述第一电极设置于晶片四周边缘处的第一半导体层上；所述第二电极设置于所述电流扩散层上；所述金属网格线设置于相邻所述台面之间的第一半导体层上。
2.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，对LED晶片进行蚀刻，露出部分第一半导体层，并获得多个台面包括：
以光刻胶为掩膜，采用电感耦合等离子体蚀刻的方法去除所述LED晶片上的部分第二半导体层及多量子阱结构，露出所述第一半导体层；并去除剩余光刻胶，获得多个台面。
3.根据权利要求1或2所述的微型LED芯片制备方法，其中，相邻所述台面之间露出的所述第一半导体层的宽度小于所述台面的宽度。
4.根据权利要求2所述的微型LED芯片制备方法，其中，所述电感耦合等离子体蚀刻采用的工艺气体为Ar和BI3的混合气体，Ar和BI3的流量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述台面上设置电流扩散层包括：
采用光刻胶在蚀刻完成后的晶片上制作掩膜图形，并在其上沉积所述电流扩散层；
采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。
6.根据权利要求5所述的微型LED芯片制备方法，其中，所述电流扩散层采用电子束蒸发、等离子体溅射、或热蒸发的方法进行沉积。
7.根据权利要求5所述的微型LED芯片制备方法，其中，采用剥离方法去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层包括：
将沉积有所述电流扩散层的晶片依次浸入丙酮溶液和异丙醇溶液中，分别超声处理预设时间，然后用去离子水清洗，以去除所述第一半导体层上的所述电流扩散层，仅保留所述台面上的所述电流扩散层。
8.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，所述电流扩散层包括镍金金属、以铝为主的金属、氧化铟锡中的任一种。
9.根据权利要求8所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述台面上设置电流扩散层之后、在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之前还包括：
对所述电流扩散层进行退火处理。
10.根据权利要求9所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层包括镍金金属的情况下，所述退火处理包括：
在预设温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理第一预设时间，然后置于N2和O2混合气体环境中处理第二预设时间，最后进行快速冷却。
11.根据权利要求9所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层包括以铝为主的金属的情况下，所述退火处理包括：
在预设温度下，将设置有电流扩散层的晶片置于N2气体环境中处理预设时间。
12.根据权利要求9所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层包括氧化铟锡的情况下，所述退火处理包括：
将设置有电流扩散层的晶片在第一预设温度下置于O2气体环境中处理第一预设时间，然后在第二预设温度下置于N2气体环境中处理第二预设时间。
13.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，所述金属层包括钛/铝/钛/金金属叠层。
14.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构包括：
在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构。
15.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构包括：
在所述电流扩散层和所述第一半导体层上沉积钝化层；
对所述钝化层进行蚀刻，露出部分电流扩散层和第一半导体层；
在露出的部分电流扩散层和第一半导体层上沉积金属层，形成包括第一电极、第二电极、金属网格线的电极结构。
16.根据权利要求14所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之后还包括：
在所述第一电极和所述第二电极上设置接触焊盘。
17.根据权利要求16所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述第一电极和所述第二电极上设置接触焊盘包括：
在所述金属层上沉积钝化层，并对所述第一电极和所述第二电极上的钝化层进行刻蚀，以刻蚀出电极接触孔；
在所述电极接触孔处沉积所述接触焊盘。
18.根据权利要求15所述的微型LED芯片制备方法，其中，在所述电流扩散层和所述第一半导体层上设置金属层之后还包括：
在所述第一电极和所述第二电极上沉积接触焊盘。
19.根据权利要求1所述的微型LED芯片制备方法，其中，对LED晶片进行蚀刻之前还包括：
对所述LED晶片进行预处理；
其中，所述预处理包括：清洗所述LED晶片上的金属颗粒及有机颗粒，并用去离子水进一步清洗，干燥后待用。
20.一种微型LED芯片，其中，所述微型LED芯片采用权利要求1-19中任一项所述的微型LED芯片制备方法制备获得。
21.根据权利要求20所述的微型LED芯片，其中，所述微型LED芯片包括微型LED单元阵列，相邻所述微型LED单元之间设有金属网格线，所述金属网格线与所述微型LED单元电连接，每个所述微型LED单元包括第二电极，所述微型LED芯片四周边缘设有第一电极，所述金属网格线与所述第一电极电连接。
22.根据权利要求21所述的微型LED芯片，其中，所述微型LED单元还包括第二半导体层和多量子阱结构，所述第二半导体层设置于所述多量子阱结构的上方。
23.根据权利要求22所述的微型LED芯片，其中，所述微型LED单元还包括电流扩散层，所述电流扩散层设置于所述第二半导体层与所述第二电极之间，所述第二电极通过所述电流扩散层与所述第二半导体层电连接。
24.根据权利要求23所述的微型LED芯片，其中，所述第一电极和所述第二电极上设有接触焊盘，所述接触焊盘分别与所述第一电极和所述第二电极电连接。
25.一种显示装置，其中，所述显示装置包括权利要求20至24中任一项所述的微型LED芯片。
26.一种发光装置，其中，所述发光装置包括权利要求20至24中任一项所述的微型LED芯片。
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