CN113851569B - 一种倒装Mini-LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种倒装Mini‑LED芯片及其制作方法，所述倒装Mini‑LED芯片包括：从一端到另一端依次堆叠形成台阶结构的出光调节层、衬底、接触层、N型半导体层、发光层、P型半导体层和透明导电层；还包括：形成于透明导电层上的P电极，形成于N型半导体层上的N电极，形成于P电极和N电极上的整面的布拉格反射层，形成于布拉格反射层上方且对应N电极的N焊接层，以及形成于布拉格反射层上方且对应P电极的P焊接层；所述出光调节层包括厚度为的金属层。本申请的技术方案能够调节倒装Mini‑LED芯片出光强度，同时金属膜属于全反射膜，不受入射角度的影响，相比于布拉格反射层，光强调节更均匀。另外，因为金属都具有韧性，不会存在崩角的情况。
Description
技术领域
本申请属于LED技术领域，特别是涉及一种倒装Mini-LED芯片及其制作方法。
背景技术
目前，LED芯片主要有三大类结构：正装结构、倒装结构和垂直结构。
正装LED因为光从层到透明导电层、再到保护层是一个折射率递减的过程，并且基本符合增透膜的体系，所以正面出光肯定优于侧面。如果通过反射层遮盖正面，把光反射回去，经过多次反射后，再从侧壁发出，经历反射过程中的损耗后，光亮度会下降特别明显，且芯片尺寸越大，厚度越小，损耗就越大。除此之外，正装LED芯片因为需要焊线，就必须有焊盘存在；因为焊盘的存在，就很难协调光均匀。芯片尺寸越小，不透光的电极占比就越大，遮光就越厉害，导致暗点。芯片尺寸越大，厚度越小，中心的光要从侧壁传出就越难，损耗就越大。
倒装LED芯片因为出光面在衬底面，除了减薄没有做任何设计上的加工，整面都可以均匀出光，所以倒装LED芯片具有低热阻、大电流、免打线和密排列等优势。近年来，尺寸介于50～200μm之间的倒装Mini-LED芯片越来越受到重视，其市场规模和比重都在逐年增加，市场潜力巨大。Mini-LED芯片在应用时要求模组的厚度足够小，甚至不能有打线的高度，出光角度有限，因此，采用倒装结构远远优于采用正装结构。
在实际应用过程中，对倒装Mini-LED芯片的出光角度有要求。要想增大发光角度，通常会在倒装LED芯片背面再镀一组层数相对较少的布拉格反射层。布拉格反射层主要由SiO2和TiO2等氧化物交替生长得到，因此缺乏韧性，在劈裂时通常会出现崩角的情况。而崩角的地方就没有反射效果，存在漏光情况，且芯片尺寸越小漏光越严重。如何把发光角度做的更大，同时可调节正面和侧面的出光，并且不漏光的技术方案，是业内目前面临的重要课题。
发明内容
本申请的第一目的在于提供一种倒装Mini-LED芯片，相比于现有的倒装Mini-LED芯片，具有更大的出光角度，可同时调节正面和侧面的出光，并且不漏光。
为了实现上述目的，本申请提供的一种倒装Mini-LED芯片，包括：一种倒装Mini-LED芯片，其特征在于，包括：从一端到另一端依次堆叠形成台阶结构的出光调节层、衬底、接触层、N型半导体层、发光层、P型半导体层和透明导电层；
还包括：形成于透明导电层上的P电极，形成于N型半导体层上的N电极，形成于P电极和N电极上的整面的布拉格反射层，形成于布拉格反射层上方且对应N电极的N焊接层，以及形成于布拉格反射层上方且对应P电极的P焊接层；
所述出光调节层包括厚度为的金属层。
在一些可能的实施例中，所述出光调节层还包括过渡层，所述过渡层位于金属层和衬底之间，用于增强金属层与衬底之间的附着力；所述过渡层的材料选自HfO2和TiO2中的至少一种；所述过渡层的厚度为
在一些可能的实施例中，所述出光调节层还包括保护层，所述保护层位于金属层表面，用于防止金属层氧化；所述保护层的材料选自SiO2和Si3Nx中的至少一种；所述保护层的厚度为
在一些可能的实施例中，金属层的材料选自铝和银中的至少一种。
在一些可能的实施例中，所述布拉格发射层包括：形成于P电极、N电极和透明绝缘层表面的第一SiO2层，形成于第一SiO2层表面的布拉格发射材料层，以及形成于布拉格发射材料层表面的第二SiO2层；优选地，所述第一SiO2层的厚度为所述第二SiO2层的厚度为/>
本申请的第二目的在于提供一种倒装Mini-LED芯片的制作方法，包括如下步骤：
步骤S1、刻蚀形成台阶结构
具体包括：将外延片洗净，采用蒸发台或者溅射镀膜法，在外延片表面镀上氧化铟锡薄膜；然后通过BOE湿法蚀刻的方式去除不需要的氧化铟锡；再采用ICP对露出的P型半导体层、发光层、N型半导体层进行干法刻蚀，形成台阶结构，得到产品A；
步骤S2、刻蚀形成单个晶元
具体包括：将产品A预处理后，将切割道区域刻蚀到衬底位置处形成单个晶元，得到产品B；
步骤S3、生长P电极和N电极
具体包括：将产品B预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在对应P电极和N电极的位置上分别镀上P电极和N电极；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品C；
步骤S4、生长布拉格反射层
具体包括：针对产品C，采用PECVD在衬底、N型半导体层、P型半导体层、P电极、N电极和透明导电层上方露出的表面部位沉积第一SiO2层；然后用光学蒸镀机在第一SiO2层上镀一层布拉格反射材料层；表面清洗后再用PECVD在布拉格反射材料层上沉积第二SiO2层；在布拉格反射层上对应P电极和N电极的位置，采用ICP刻蚀布拉格反射层，蚀刻后漏出P电极和N电极；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品D；
步骤S5、生长P焊接层和N焊接层
将所述产品D预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在布拉格反射层对应P电极和N电极的位置上分别镀上P焊接层和N焊接层；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品E；
步骤S6、芯片减薄
将产品E的P焊接层和N焊接层所在的一面用蜡固定在陶瓷盘上，用研磨机将衬底背离台阶结构的一面减薄，减薄后产品E的厚度为60-80微米，并用抛光机将衬底背离台阶结构的一面抛光，得到产品F；
步骤S7、制作出光调节层
针对产品F，先在抛光后的衬底表面蒸镀一层的过渡层；然后在过渡层表面蒸镀一层金属层；再在金属层表面蒸镀一层保护层，得到产品G；
步骤S8、切割裂片
将产品G切割成分离的小芯片，得到倒装Mini-LED芯片；
步骤S2、步骤S3和步骤S5中的预处理均包括：经过匀胶、软烤、曝光、显影以及坚膜后，将光刻板上的图形复制到对应的产品表面上。
优选地，在步骤S1中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为400-600W，RF功率为60-100W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为10-15min。
优选地，在步骤S2中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为30-45min。
优选地，在步骤S4中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，CF4流量为80-120sccm，O2流量为16-24sccm，刻蚀时间为30-45min。
本申请提供的技术方案至少具有如下有益效果：
本申请的技术方案利用金属膜层在厚度以下反射率随膜厚增反射率增大，而透射率随金属膜层厚度增加而减少的特性，达到调节倒装Mini-LED芯片出光强度的目的。同时金属膜属于全反射膜，不受入射角度的影响，相比于布拉格反射层，光强调节更均匀。另外，因为金属都具有韧性，不会存在崩角的情况。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本申请作进一步详细的说明。
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他相关的附图。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。
图1是本申请实施例所提供的一种倒装Mini-LED芯片的结构示意图；
其中：1、出光调节层，2、衬底，3、接触层，4、N型半导体层，5、发光层，6、P型半导体层，7、透明导电层，8、P电极，9、N电极，10、布拉格反射层，11、P焊接层，12、N焊接层。
具体实施方式
为使本申请的目的、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。
如图1所示，本申请实施例提供的一种倒装Mini-LED芯片，包括：从一端到另一端依次堆叠形成台阶结构的出光调节层1、衬底2、接触层3、N型半导体层4、发光层5、P型半导体层6和透明导电层7；
还包括：形成于透明导电层7上的P电极8，形成于N型半导体层4上的N电极9，形成于P电极8和N电极9上方的整面的布拉格反射层10，形成于布拉格反射层10上方且对应N电极9的N焊接层12，以及形成于布拉格反射层10上方且对应P电极8的P焊接层11，所述出光调节层1包括金属层(图1中未示出)。
在本实施例中，金属层的厚度为在另一些具体的实施例中，金属层的厚度可以是/>中的任意一个数值，例如，在不完全列举的情况下，可以是/>可以是可以是/>可以是/>可以是/>也可以是/>本领域技术人员应当清楚，厚度单位/>指的是埃米。本申请实施例的技术方案利用金属膜层在/>厚度以下反射率随膜厚增反射率增大，而透射率随金属膜层厚度增加而减少的特性，达到调节倒装Mini-LED芯片出光强度的目的。同时金属膜属于全反射膜，不受入射角度的影响，相比于布拉格反射层，光强调节更均匀。另外，因为金属都具有韧性，不会存在崩角的情况。
在本实施例中，金属层的金属材料为具有高反射率的银。在另一些具体的实施例中，金属材料还可以是铝、银铝合金等其他高反射率金属。
在本实施例中，为了增强金属层与衬底之间的附着力，出光调节层1还包括位于金属层和衬底之间的过渡层(图1未示出)。在本实施例中，过渡层的材料为TiO2，在另一些具体的实施例中，过渡层的材料还可以是其他的与金属层和衬底均具有良好附着力的材料，例如HfO2或者HfO2和TiO2的混合物。在本实施例中，过渡层的厚度为在另一些具体的实施例中，过渡层的厚度可以是/>中的任意一个数值，例如，在不完全列举的情况下，可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>也可以是/>
在本实施例中，为了防止金属层氧化，出光调节层1还包括位于金属层表面的保护层(图1未示出)。在本实施例中，保护层的材料为SiO2，在另一些具体的实施例中，保护的材料还可以是其他防氧化材料，例如Si3N4或者SiO2和Si3Nx的混合物，Si3Nx是指氮化硅的多价混合的化合物。在本实施例中，保护层的厚度为在另一些具体的实施例中，保护层的厚度可以是/>中的任意一个数值，例如，在不完全列举的情况下，可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>也可以是/>
在本实施例中，所述布拉格发射层包括：形成于P电极、N电极和透明绝缘层表面的第一SiO2层，形成于第一SiO2层表面的布拉格发射材料层，以及形成于布拉格发射材料层表面的第二SiO2层。由于布拉格反射材料层一般采用光学镀膜的工艺形成，切颗粒较多，比较松散，因此与其他膜层的结合力不好，本实施例所采用的两层致密SiO2层能有效提升布拉格反射层材料材料层与其他膜层的结合能力。
在本实施例中，第一SiO2层的厚度为在另一些具体的实施例中第一SiO2层的厚度可以是/>中的任意一个数值，例如，在不完全列举的情况下，可以是可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>也可以是/>
在本实施例中，第二SiO2层的厚度为在另一些具体的实施例中第二SiO2层的厚度可以是/>中的任意一个数值，例如，在不完全列举的情况下，可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>可以是/>也可以是/>
上述实施例提供的Mini-LED芯片的制备方法，步骤如下：
步骤S1、刻蚀形成台阶结构
具体包括：将外延片洗净，采用蒸发台或者溅射镀膜法，在外延片表面镀上氧化铟锡薄膜；然后通过BOE湿法蚀刻的方式去除不需要的氧化铟锡；再采用ICP对露出的P型半导体层、发光层、N型半导体层进行干法刻蚀，形成台阶结构，得到产品A。其中，ICP刻蚀的工艺参数为：ICP功率为500W，RF功率为80W，腔体压力为5mtorr，BCl3流量为10sccm，Cl2流量为50sccm，刻蚀时间可以是10-15min；此处，刻蚀时间优选12min。由于是采用同一次光刻作业，透明导电层与台面实现自对准工艺。在另一些具体的实施例中，刻蚀工艺参数还可以是：ICP功率为400-600W，RF功率为60-100W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为10-15min。
步骤S2、刻蚀形成单个晶元
具体包括：将产品A预处理后，将切割道区域刻蚀到衬底位置处形成单个晶元，得到产品B；其中，刻蚀的工艺参数可以为：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为30-45min；此处优选的刻蚀的工艺参数为：ICP功率为350W，RF功率为150W，腔体压力为4mtorr，BCl3流量为10sccm，Cl2流量为50sccm，刻蚀时间为35min。
步骤S3、生长P电极和N电极
具体包括：将产品B预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在对应P电极和N电极的位置上分别镀上P电极和N电极；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡，浸泡时间可以是12-18min，此处优选的浸泡时间为15min；洗去表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品C；
步骤S4、生长布拉格反射层
具体包括：针对产品C，采用PECVD在衬底、N型半导体层、P型半导体层、P电极、N电极和透明导电层上方露出的表面部位沉积第一SiO2层；然后用光学蒸镀机在第一SiO2层上镀一层布拉格反射材料层；表面清洗后再用PECVD在布拉格反射材料层上沉积第二SiO2层；在布拉格反射层上对应P电极和N电极的位置，采用ICP刻蚀布拉格反射层，蚀刻后漏出P电极和N电极；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品D。其中ICP刻蚀的工艺参数可以为：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，CF4流量为80-120sccm，O2流量为16-24sccm，刻蚀时间为30-45min；此处优选的工艺参数为：ICP功率为350W，RF功率为160W，腔体压力为5mtorr，CF4流量为100sccm，O2流量为20sccm，刻蚀时间为35min。
步骤S5、生长P焊接层和N焊接层
将所述产品D预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在布拉格反射层对应P电极和N电极的位置上分别镀上P焊接层和N焊接层；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡，浸泡时间可以是12-18min，此处优选的浸泡时间为16min；洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品E；
步骤S6、芯片减薄
将产品E的P焊接层和N焊接层所在的一面用蜡固定在陶瓷盘上，用研磨机将衬底背离台阶结构的一面减薄，减薄后产品E的厚度为60-80微米，此处优选为70微米，并用抛光机将衬底远离台阶结构的一面抛光，得到产品F。此厚度段的芯片只有倒装结构的才能实现，正装结构的芯片因为氮化镓层没有分离，应力没有释放，随着衬底厚度减薄，内应力会非常明显，造成芯片大比例翘曲破片。
步骤S7、制作出光调节层
针对产品F，先在抛光后的衬底表面蒸镀一层的过渡层；然后在过渡层表面蒸镀一层金属层；再在金属层表面蒸镀一层保护层，得到产品G；
步骤S8、切割裂片
将产品G切割成分离的小芯片，得到倒装Mini-LED芯片；
步骤S2、步骤S3和步骤S5中的预处理均包括：经过匀胶、软烤、曝光、显影以及坚膜后，将光刻板上的图形复制到对应的产品表面上。
本实施例中其他未公开的参数和操作步骤均可参见现有技术获得，本领域技术人员能够实施，例如透明导电层是用ITO蚀刻液(一种盐酸和氯化铁的混合液)腐蚀，然后再用干法刻蚀从P型半导体层一直往下刻穿发光层到达N型半导体层。
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种倒装Mini-LED芯片，其特征在于，包括：从一端到另一端依次堆叠形成台阶结构的出光调节层、衬底、接触层、N型半导体层、发光层、P型半导体层和透明导电层；
还包括：形成于透明导电层上的P电极，形成于N型半导体层上的N电极，形成于P电极和N电极上的整面的布拉格反射层，形成于布拉格反射层上方且对应N电极的N焊接层，以及形成于布拉格反射层上方且对应P电极的P焊接层；
所述出光调节层包括厚度为的金属层；
所述出光调节层还包括过渡层，所述过渡层位于金属层和衬底之间，用于增强金属层与衬底之间的附着力；所述过渡层的材料选自HfO2和TiO2中的至少一种；所述过渡层的厚度为
所述出光调节层还包括保护层，所述保护层位于金属层表面，用于防止金属层氧化；所述保护层的材料选自SiO2和Si3Nx中的至少一种；所述保护层的厚度为
所述布拉格反射层包括：形成于P电极、N电极和透明绝缘层表面的第一SiO2层，形成于第一SiO2层表面的布拉格反射材料层，以及形成于布拉格反射材料层表面的第二SiO2层；所述第一SiO2层的厚度为所述第二SiO2层的厚度为/>
2.根据权利要求1所述的倒装Mini-LED芯片，其特征在于，金属层的材料选自铝和银中的至少一种。
3.一种如权利要求1～2任意一项所述的倒装Mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、刻蚀形成台阶结构
具体包括：将外延片洗净，采用蒸发台或者溅射镀膜法，在外延片表面镀上氧化铟锡薄膜；然后通过BOE湿法蚀刻的方式去除不需要的氧化铟锡；再采用ICP对露出的P型半导体层、发光层、N型半导体层进行干法刻蚀，形成台阶结构，得到产品A；
步骤S2、刻蚀形成单个晶元
具体包括：将产品A预处理后，将切割道区域刻蚀到衬底位置处形成单个晶元，得到产品B；
步骤S3、生长P电极和N电极
具体包括：将产品B预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在对应P电极和N电极的位置上分别镀上P电极和N电极；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品C；
步骤S4、生长布拉格反射层
具体包括：针对产品C，采用PECVD在衬底、N型半导体层、P型半导体层、P电极、N电极和透明导电层上方露出的表面部位沉积第一SiO2层；然后用光学蒸镀机在第一SiO2层上镀一层布拉格反射材料层；表面清洗后再用PECVD在布拉格反射材料层上沉积第二SiO2层；在布拉格反射层上对应P电极和N电极的位置，采用ICP刻蚀布拉格反射层，蚀刻后漏出P电极和N电极；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品D；
步骤S5、生长P焊接层和N焊接层
将所述产品D预处理后，采用蒸发台或溅射镀膜法，在布拉格反射层对应P电极和N电极的位置上分别镀上P焊接层和N焊接层；然后通过金属剥离的方法去除不需要的金属；再放入去胶液中浸泡12-18min，洗去产品表面的光刻胶，冲水甩干，得到产品E；
步骤S6、芯片减薄
将产品E的P焊接层和N焊接层所在的一面用蜡固定在陶瓷盘上，用研磨机将衬底背离台阶结构的一面减薄，减薄后产品E的厚度为60-80微米，并用抛光机将衬底背离台阶结构的一面抛光，得到产品F；
步骤S7、制作出光调节层
针对产品F，先在抛光后的衬底表面蒸镀一层的过渡层；然后在过渡层表面蒸镀一层金属层；再在金属层表面蒸镀一层保护层，得到产品G；
步骤S8、切割裂片
将产品G切割成分离的小芯片，得到倒装Mini-LED芯片；
步骤S2、步骤S3和步骤S5中的预处理均包括：经过匀胶、软烤、曝光、显影以及坚膜后，将光刻板上的图形复制到对应的产品表面上。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为400-600W，RF功率为60-100W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为10-15min。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，BCl3流量为8-12sccm，Cl2流量为40-60sccm，刻蚀时间为30-45min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，ICP刻蚀的工艺参数：ICP功率为300-400W，RF功率为120-180W，腔体压力为3-6mtorr，CF4流量为80-120sccm，O2流量为16-24sccm，刻蚀时间为30-45min。
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