CN113809219A - 具有光转换功能的发光结构、led芯片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有光转换功能的发光结构LED芯片及制备方法，通过将光转换材料植入外延叠层内部，实现了初步的光转换发光结构。在此基础上制作的LED芯片，在后续封装过程中，可以免除光转换材料覆盖的过程，有利于减少工序。同时，本技术方案避免了光转换材料容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率的风险；同时，降低了整体灯珠的热阻，从而提高LED芯片的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种具有光转换功能的发光结构、LED芯片及制备方法。
背景技术
LED，即Light Emitting Diode的缩写，译为发光二极管。其芯片发光波长是在外延生长过程中通过调节量子阱的带隙来实现的，通常情况下LED芯片发光为单色光。为了呈现更多颜色，人们往往在芯片制作完成后，通过在芯片表面覆盖光转换发光材料的方式实现。例如涂覆荧光粉、量子点等。荧
由于荧光粉和量子点等光转换材料，其无法直接覆盖在芯片表面，容易脱落和受外部环境影响而性能退化；因此，通常将荧光粉或量子点等光转换材料混合在有机材料中，然后覆盖在芯片表面，形成光转换层。
然而，在实际生产与运用中，由于光转换层容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率；并且光转换层往往具有较大热阻，覆盖在芯片表面时，热量难以导出，会进一步加速LED灯珠失效。此外，在通过光转换层调整发光颜色时，有机物与荧光粉配比的配比要求、光转换材料颗粒尺寸、覆盖厚度等参数要求极为严苛，可控性较差，分光分色过程中落BIN率较难控制。
有鉴于此，本发明人专门设计了一种具有光转换功能的发光结构、LED芯片及制备方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有光转换功能的发光结构、LED芯片及制备方法，以在芯片生产过程中完成光转换、实现初步的晶圆级封装、简化封装流程。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有光转换功能的发光结构，包括：
生长衬底；
设置于所述生长衬底表面的外延叠层，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层；所述外延叠层内设有若干个通孔，且各所述通孔贯穿所述第二型半导体层至至少部分所述第一型半导体层；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述生长衬底指向所述外延叠层；
介质层，所述介质层沉积于各所述通孔的侧壁及底部；
光转换层，所述光转换层填充于各所述通孔内，并通过所述介质层与所述外延叠层隔离设置。
优选地，所述光转换层包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
优选地，所述介质层包括氧化硅或氮化硅的一种或多种。
本发明还提供了一种具有光转换功能的发光结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、在所述生长衬底表面生长外延叠层，所述外延叠层包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层；
S03、通过蚀刻工艺使所述外延叠层形成若干个通孔，且各所述通孔贯穿所述第二型半导体层至至少部分所述第一型半导体层；
S04、在各所述通孔的侧壁及底部沉积形成介质层；
S05、在各所述通孔内填充光转换层，所述光转换层通过所述介质层与所述外延叠层隔离设置。
优选地，所述光转换层包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
本发明还提供了一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，所述制备方法用于实现垂直结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
H01、提供通过权利要求4或5所述的制备方法所获得的发光结构；
H02、沉积金属层，所述金属层覆盖各所述光转换层及第二型半导体层；
H03、通过键合工艺，将H02所形成的结构键合至导电基板，且所述金属层与所述导电基板形成连接；
H04、剥离所述生长衬底，形成所述第一型半导体层的裸露面；
H05、在所述第一型半导体层的裸露面形成第一电极。
本发明还提供了一种具有光转换功能的LED芯片，所述LED芯片包括垂直结构LED芯片，所述LED芯片通过上述的制备方法而获得。
本发明还提供了又一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，所述制备方法用于实现水平结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
B01、提供通过权利要求4或5所述的制备方法所获得的发光结构；
B02、通过蚀刻工艺使所述外延叠层形成凹槽，所述凹槽裸露所述第一型半导体层的部分表面；
B03、制作透明导电层，所述透明导电层覆盖所述第二型半导体层的水平裸露面；
B04、在所述发光结构的表面预留一电极制作区域，所述电极制作区域具有所述透明导电层；并制作绝缘层，所述绝缘层覆盖所述凹槽的侧壁及除所述电极制作区域以外的发光结构表面；
B05、在所述凹槽内形成第一电极，所述第一电极与所述第一型半导体层形成接触；
在所述电极制作区域形成第二电极，所述第二电极与所述透明导电层形成接触。
本发明还提供了一种具有光转换功能的LED芯片，所述LED芯片包括水平结构LED芯片，所述LED芯片通过上述的制备方法而获得。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有光转换功能的发光结构、LED芯片及制备方法，包括外延叠层、介质层、光转换层，通过：在所述外延叠层内设有若干个通孔，且各所述通孔贯穿所述第二型半导体层至至少部分所述第一型半导体层，所述介质层沉积于各所述通孔的侧壁及底部；所述光转换层填充于各所述通孔内，并通过所述介质层与所述外延叠层隔离设置。从而，将光转换层中的光转换材料植入LED芯片内部，实现了初步的晶圆级封装；在后续灯珠过程中，可以免除光转换材料覆盖的过程，有利于减少工序。同时，本技术方案可实现光转换材料在芯片内部的填充，从而避免了光转换材料容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率的风险；同时，降低了整体灯珠的热阻，从而提高LED芯片的寿命。此外，基于上述应用，可通过控制光转换材料在芯片内分布的密度和尺寸，即可实现光色比较线性的调制，与现有涂覆技术相比，其均匀性和可控性更好，其工艺制作简单便捷，易于实现，便于生产化，具有较好的应用前景。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的具有光转换功能的发光结构的结构示意图；
图1.1至图1.5为本发明实施例1所提供的具有光转换功能的发光结构的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图2为本发明实施例2所提供的具有光转换功能的垂直结构LED芯片的结构示意图；
图2.1至图2.6为本发明实施例2所提供的具有光转换功能的垂直结构LED芯片的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图3为本发明实施例3所提供的具有光转换功能的水平结构LED芯片的结构示意图；
图3.1至图3.5为本发明实施例3所提供的具有光转换功能的垂直结构LED芯片的制备方法步骤所对应的结构示意图；
图中符号说明：1、生长衬底，2、第一型半导体层，3、有源区，4、第二型半导体层，5、通孔，6、介质层，7、光转换层，8、金属层，9、导电基板，10、第一电极，11、凹槽，12、绝缘层，13、第二电极，14、透明导电层，15、电极制作区域，16、预留区域。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种具有光转换功能的发光结构，如图1所示，包括：
生长衬底1；
设置于生长衬底1表面的外延叠层，外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3、第二型半导体层4；外延叠层内设有若干个通孔5，且各通孔5贯穿第二型半导体层4至至少部分第一型半导体层2；第一方向垂直于衬底，并由生长衬底1指向外延叠层；
介质层6，介质层6沉积于各通孔5的侧壁及底部；
光转换层7，光转换层7填充于各通孔5内，并通过介质层6与外延叠层隔离设置。
需要说明的是，生长衬底的材料类型在本实施例中不受限制，例如，衬底可以是但不限于蓝宝石衬底、硅衬底等。另外，外延叠层的第一型半导体层2、有源区3、第二型半导体层4的类型在本实施例中也可以不受限制，例如第一型半导体层2、有源区3、第二型半导体层4可以是氮化镓材料体系。
本发明实施例中，光转换层7包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
本发明实施例中，介质层6包括氧化硅或氮化硅的一种或多种。
本发明实施例还提供了一种具有光转换功能的发光结构的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S01、如图1.1所示，提供一生长衬底1；
S02、如图1.2所示，在生长衬底1表面生长外延叠层，外延叠层包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层2、有源区3、第二型半导体层4；
S03、如图1.3所示，通过蚀刻工艺使外延叠层形成若干个通孔5，且各通孔5贯穿第二型半导体层4至至少部分第一型半导体层2；
S04、如图1.4所示，在各通孔5的侧壁及底部沉积形成介质层6；
S05、如图1.5所示，在各通孔5内填充光转换层7，光转换层7通过介质层6与外延叠层隔离设置。
本发明实施例中，光转换层7包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有光转换功能的发光结构，包括外延叠层、介质层6、光转换层7，通过：在外延叠层内设有若干个通孔5，且各通孔5贯穿第二型半导体层4至至少部分第一型半导体层2，介质层6沉积于各通孔5的侧壁及底部；光转换层7填充于各通孔5内，并通过介质层6与外延叠层隔离设置。从而，将光转换层7中的光转换材料植入LED芯片内部，实现了初步的晶圆级封装；在后续灯珠过程中，可以免除光转换材料覆盖的过程，有利于减少工序。同时，本技术方案可实现光转换材料在芯片内部的填充，避免了光转换材料容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率的风险；同时，降低了整体灯珠的热阻，从而提高LED芯片的寿命。此外，基于上述应用，可通过控制光转换材料在芯片内分布的密度和尺寸，即可实现光色比较线性的调制，与现有涂覆技术相比，其均匀性和可控性更好，其工艺制作简单便捷，易于实现，便于生产化，具有较好的应用前景。
实施例2
本发明实施例提供了一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，制备方法用于实现垂直结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
H01、如图2.1所示，提供实施例1所获得的发光结构；
H02、如图2.2所示，沉积金属层8，金属层8覆盖各光转换层7及第二型半导体层4；
H03、如图2.3所示，通过键合工艺，将H02所形成的结构键合至导电基板9，且金属层8与导电基板9形成连接，形成如图2.4所示的结构；
H04、如图2.5所示，剥离生长衬底1，形成第一型半导体层2的裸露面；
H05、如图2.6所示，在第一型半导体层2的裸露面形成第一电极10。
本发明实施例还提供了一种具有光转换功能的LED芯片，LED芯片包括垂直结构LED芯片，LED芯片通过上述的制备方法而获得，垂直结构LED芯片的结构如图2所示。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有光转换功能LED芯片及制备方法，包括外延叠层、介质层6、光转换层7，通过：在外延叠层内设有若干个通孔5，且各通孔5贯穿第二型半导体层4至至少部分第一型半导体层2，介质层6沉积于各通孔5的侧壁及底部；光转换层7填充于各通孔5内，并通过介质层6与外延叠层隔离设置。从而，将光转换层7中的光转换材料植入LED芯片内部，实现了初步的晶圆级封装；在后续灯珠过程中，可以免除光转换材料覆盖的过程，有利于减少工序。同时，本技术方案可实现光转换材料在芯片内部的填充，避免了光转换材料容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率的风险；同时，降低了整体灯珠的热阻，从而提高LED芯片的寿命。此外，基于上述应用，可通过控制光转换材料在芯片内分布的密度和尺寸，即可实现光色比较线性的调制，与现有涂覆技术相比，其均匀性和可控性更好，其工艺制作简单便捷，易于实现，便于生产化，具有较好的应用前景。
实施例3
本发明实施例提供了另一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，制备方法用于实现水平结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
B01、如图3.1所示，提供实施例1所获得的发光结构，且所述发光结构预留区域16，预留区域16所对应的的外延叠层不设有光转换层；
B02、如图3.2所示，通过蚀刻工艺使预留区域形成凹槽11，凹槽11裸露第一型半导体层2的部分表面；
B03、如图3.3所示，制作透明导电层14，透明导电层14覆盖第二型半导体层4的水平裸露面；
B04、如图3.4所示，在发光结构的表面预留一电极制作区域15，电极制作区域15具有透明导电14层；并制作绝缘层12，绝缘层12覆盖凹槽11的侧壁及除所述电极制作区域15以外的发光结构表面；
B05、如图3.5所示，在凹槽11内形成第一电极10，第一电极10与第一型半导体层2形成接触；
在电极制作区域15形成第二电极13，第二电极13与透明导电层14形成接触。
本发明实施例还提供了一种具有光转换功能的LED芯片，LED芯片包括水平结构LED芯片，LED芯片通过上述的制备方法而获得，水平结构LED芯片的结构如图3所示。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有光转换功能的LED芯片及制备方法，包括外延叠层、介质层6、光转换层7，通过：在外延叠层内设有若干个通孔5，且各通孔5贯穿第二型半导体层4至至少部分第一型半导体层2，介质层6沉积于各通孔5的侧壁及底部；光转换层7填充于各通孔5内，并通过介质层6与外延叠层隔离设置。从而，将光转换层7中的光转换材料植入LED芯片内部，实现了初步的晶圆级封装；在后续灯珠过程中，可以免除光转换材料覆盖的过程，有利于减少工序。同时，在本技术方案可实现光转换材料在芯片内部的填充，从而避免了光转换材料容易受温度、湿度、环境杂质等影响而出现性能退化，进而影响光转换效率和出光效率的风险；同时，降低了整体灯珠的热阻，从而提高LED芯片的寿命。此外，基于上述应用，可通过控制光转换材料在芯片内分布的密度和尺寸，即可实现光色比较线性的调制，与现有涂覆技术相比，其均匀性和可控性更好，其工艺制作简单便捷，易于实现，便于生产化，具有较好的应用前景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
还需要说明的是，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，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (9)
1.一种具有光转换功能的发光结构，其特征在于，包括：
生长衬底以及设置于所述生长衬底表面的外延叠层，所述外延叠层包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层；所述外延叠层内设有若干个通孔，且各所述通孔贯穿所述第二型半导体层至至少部分所述第一型半导体层；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述生长衬底指向所述外延叠层；
介质层，所述介质层沉积于各所述通孔的侧壁及底部；
光转换层，所述光转换层填充于各所述通孔内，并通过所述介质层与所述外延叠层隔离设置。
2.根据权利要求1所述的具有光转换功能的发光结构，其特征在于，所述光转换层包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的具有光转换功能的发光结构，其特征在于，所述介质层包括氧化硅或氮化硅的一种或多种。
4.一种具有光转换功能的发光结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S01、提供一生长衬底；
S02、在所述生长衬底表面生长外延叠层，所述外延叠层包括沿生长方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区、第二型半导体层；
S03、通过蚀刻工艺使所述外延叠层形成若干个通孔，且各所述通孔贯穿所述第二型半导体层至至少部分所述第一型半导体层；
S04、在各所述通孔的侧壁及底部沉积形成介质层；
S05、在各所述通孔内填充光转换层，所述光转换层通过所述介质层与所述外延叠层隔离设置。
5.根据权利要求4所述的具有光转换功能的发光结构的制备方法，其特征在于，所述光转换层包括量子点光转换材料层或荧光粉或荧光纳米颗粒。
6.一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于实现垂直结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
H01、提供通过权利要求4或5所述的制备方法所获得的发光结构；
H02、沉积金属层，所述金属层覆盖各所述光转换层及第二型半导体层；
H03、通过键合工艺，将H02所形成的结构键合至导电基板，且所述金属层与所述导电基板形成连接；
H04、剥离所述生长衬底，形成所述第一型半导体层的裸露面；
H05、在所述第一型半导体层的裸露面形成第一电极。
7.一种具有光转换功能的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括垂直结构LED芯片，所述LED芯片通过权利要求6所述的制备方法而获得。
8.一种具有光转换功能的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于实现水平结构LED芯片的制备，其包括如下步骤：
B01、提供通过权利要求4或5所述的制备方法所获得的发光结构；
B02、通过蚀刻工艺使所述外延叠层形成凹槽，所述凹槽裸露所述第一型半导体层的部分表面；
B03、制作透明导电层，所述透明导电层覆盖所述第二型半导体层的水平裸露面；
B04、在所述发光结构的表面预留一电极制作区域，所述电极制作区域具有所述透明导电层；并制作绝缘层，所述绝缘层覆盖所述凹槽的侧壁及除所述电极制作区域以外的发光结构表面；
B05、在所述凹槽内形成第一电极，所述第一电极与所述第一型半导体层形成接触；
在所述电极制作区域形成第二电极，所述第二电极与所述透明导电层形成接触。
9.一种具有光转换功能的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括水平结构LED芯片，所述LED芯片通过权利要求8所述的制备方法而获得。
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|---|---|---|---|---|
| CN114551693A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-27 | 东莞市中麒光电技术有限公司 | 量子点高效填充方法、光色转换结构及发光芯片 |
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