CN114203877A - 发光芯片制作方法及发光芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发光芯片制作方法，通过在基底上生长出分布有V型坑的外延层，然后在V型坑中填充光色转换材料，在外延层远离基底的一面装设LED芯片，通过LED芯片发出第一光色的光，再由光色转换材料将第一光色的光转换成第二光色的光，实现了利用第一光色的芯片来制作第二光色的芯片，可以适用于采用制作工序简单的芯片来制作通过现有技术制作复杂的芯片，例如，制作红光倒装芯片等，达到简化制作工艺、节约制备成本的效果。而且，本发明通过V型坑来容纳和限制光色转换材料，可以限制光色转换材料的位置，确保制成的发光芯片具有稳定的发光性能。另，本发明还公开一种采用该制作方法制成的发光芯片。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种发光芯片制作方法及发光芯片。
背景技术
近年来，发光二极管(LED)成为最受重视的光源技术。LED芯片有正装芯片和倒装芯片，对于正装芯片来说，在使用时，是先将正装芯片固定到基板上，然后打金线，最后封装荧光胶，由于其在封装过程中需要打金线以及固定芯片，工序比较复杂，且正装芯片的电极焊盘较小，容易出现连接不可靠的情况；而倒装芯片则无须打线，焊接强度高，相较于正装芯片更加易于实现高密度集成。
然而，倒装芯片的制作相较于正装芯片更为复杂。显示屏所用的红绿蓝(RGB)三色芯片中，蓝光和绿光的倒装芯片相对容易实现，这两种倒装芯片都属于蓝宝石衬底的芯片。但红光的倒装芯片的衬底是GaAs而非蓝宝石，GaAs衬底不透明，为了实现倒装芯片所需的正面出光，必须经过衬底转移，将红光外延层转移到蓝宝石衬底，再将GaAs衬底剥离，然后才能进行其它后续工序，制作过程复杂，最终也导致红光的倒装芯片成本高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光芯片制作方法及发光芯片，能在一定程度上减少红光倒装芯片的制作成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种发光芯片制作方法，包括步骤：
S1，在基底上生长出分布有V型坑(V-pits)的外延层；
S2，在所述外延层的V型坑中填充光色转换材料，所述光色转换材料用于将光从第一光色转换成第二光色；
S3，在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片，并使所述至少一LED芯片的电极背离所述外延层。
在一些实施例中，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：在基底上生长出分布有V型坑的GaN外延层。
在一些实施例中，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：在880-980℃的温度环境，V族元素与III族元素的比率为10-100，150-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法在所述基底上生长出分布有V型坑的外延层。
在一些实施例中，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：在所述基底上覆盖用于限制所述外延层的生长方向的掩膜，所述掩膜上具有多个贯穿所述掩膜的网孔和形成所述网孔的遮挡部，所述遮挡部用于阻挡所述外延层的生长，使所述外延层具有多个凹陷；在所述基底上生长出分布有V型坑的外延层；移走所述掩膜；步骤S2中，还在所述多个凹陷填充所述光色转换材料。
在一些实施例中，步骤S3中，“在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片”包括：在所述外延层远离所述基底的一面粘贴固定用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片。
在一些实施例中，所述LED芯片为经过剥离工艺剥离部分结构后的芯片，所述LED芯片包括依次设置的N型层、发光层及P型层，所述N型层面向所述发光层的一面、所述P型层背离所述发光层的一面分别设有所述电极；步骤S3中，“在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片”包括：将所述至少一LED芯片的N型层背离所述发光层的一面与所述外延层远离所述基底的一面固定。
在一些实施例中，所述基底包括衬底和缓冲层/模板，在步骤S1之前，还包括步骤：S0，在所述衬底上生长出所述缓冲层/模板；步骤S1中，在所述缓冲层/模板背离所述衬底的一侧生长出分布有V型坑的外延层。
在一些实施例中，在步骤S3之后，还包括步骤：S4，去除所述基底。
在一些实施例中，所述第一光色为蓝色，所述第二光色为红色，所述LED芯片为蓝光芯片。
为实现上述目的，本发明还提供了一种发光芯片，所述发光芯片为采用如上所述的发光芯片制作方法制成。
本发明提供的发光芯片制作方法，通过在基底上生长出分布有V型坑的外延层，然后在V型坑中填充光色转换材料，在外延层远离基底的一面装设LED芯片，通过LED芯片发出第一光色的光，再由光色转换材料将第一光色的光转换成第二光色的光，实现了利用第一光色的芯片来制作第二光色的芯片，可以适用于采用制作工序简单的芯片来制作通过现有技术制作复杂的芯片，例如，制作红光芯片等，达到简化制作工艺、节约制备成本的效果。而且，本发明通过V型坑来容纳和限制光色转换材料，可以限制光色转换材料的位置，确保制成的发光芯片具有稳定的发光性能。
附图说明
图1是本发明一实施例发光芯片制作方法的流程图；
图2是本发明一实施例发光芯片制作过程的示意图；
图3是本发明一实施例制成的发光芯片的示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的内容、构造特征、所实现目的及效果，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
以下，结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明：
本发明提供了一种发光芯片制作方法，用于实现利用第一光色的芯片来制作第二光色的芯片，以实现采用制作工序简单的芯片来制作通过现有技术制作复杂的芯片，例如，采用蓝光倒装芯片制作红光倒装芯片等，从而简化红光倒装芯片制作工艺、节约红光倒装芯片的制备成本。
请参阅图1至图3，本发明一实施例提供的发光芯片制作方法，包括以下步骤S0至步骤S4。
S0，在衬底1上生长出缓冲层2，如图2中(b)所示。具体的，衬底1可以为蓝宝石衬底等。缓冲层2可以是氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)等，AlN层可以比GaN更薄。缓冲层2的生长方式可以是MBE(分子束外延工艺)、MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)、溅镀(sputter)等，作为优选实施例，缓冲层2的生长方式为MOCVD。
S1，在缓冲层2背离衬底1的一侧生长出分布有V型坑31(V-pits)的外延层3，如图2中(c)所示。具体的，外延层3可以为GaN外延层等。外延层3的生长方式可以是MBE、MOCVD、HVPE等，作为优选实施例，外延层3的生长方式为HVPE，其具有较快的生长速度(>20μm/h)，且可生长厚膜(>10μm)。
为使生长出的外延层3分布有V型坑31，在该实施例中，是在低温，低V族元素(N)与III族元素(Ga)比，高压情况下生长的，如在880-980℃的温度环境，V族元素(N)与III族元素(Ga)的比率为10-100，150-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法在缓冲层2上快速生长出分布有V型坑31的外延层3。
S2，在外延层3的V型坑31中填充光色转换材料4，如图2中(d)所示，光色转换材料4用于将光从第一光色转换成第二光色。可以理解的，光色转换材料4可以是任意能够填充在V型坑31中并实现将第一光色转换成第二光色的材料，例如量子点、荧光粉等。第二光色和第一光色可以相同也可以不同，第二光色、第一光色不限于是某种特定的光色，在该实施例中，第二光色为红光，第一光色为蓝光，在其它实施例中，也可以是第二光色为红光，第一光色为绿光等，第二光色还可以是红光以外的其它光色。
光色转换材料4可以有多种，多种光色转换材料4中一个比例单位的光色转换材料4对第一光色的波长a的影响可以分别为y1、y2、…yn，可以假设第一光色的波长为a、第二光色的波长为b，则可以根据公式：
b＝a+[y1+(x21m2+x31m3+…+xn1mn)]m1+[y2+(x12m1+x32m3+…+xn2mn)]m2+…+[yn+(x1nm1+x2nm2+…+x(n-1)nmn-1)]mn
确定各种光色转换材料4的比例m1、m2、…mn，其中X21表示一个单位的第二种光色转换材料4对第一种光色转换材料4的影响，X31表示一个单位的第三种光色转换材料4对第一种光色转换材料4的影响，X12表示一个单位的第一种光色转换材料4对第二种光色转换材料4的影响，以此类推……，X(n-1)n表示一个单位的第n-1种光色转换材料4对第n种光色转换材料4的影响；获取所有V型坑的体积，可以根据V型坑的体积和各种光色转换材料4的比例，确定各种光色转换材料4的量，从而通过考虑光色转换材料4对第一光色的影响和对多种光色转换材料4之间的相互影响，确定各种光色转换材料4的量，能够更好的控制发光效果。
S3，在外延层3远离缓冲层2的一面装设用于发出具有第一光色的光的LED芯片5，若LED芯片5为倒装芯片时，可以使LED芯片5的电极背离外延层3，如图2中(e)所示。具体的，可以是通过粘贴等固定方式将用于发出具有第一光色的光的LED芯片5装设在外延层3远离缓冲层2的一面，例如，采用BCB(苯并环丁烯)将LED芯片5与外延层3远离缓冲层2的一面粘贴固定，再例如，采用PI(PolyimideFilm，聚酰亚胺薄膜)将LED芯片5与外延层3远离缓冲层2的一面粘贴固定，再例如，采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)将LED芯片5与外延层3远离缓冲层2的一面固定。
S4，去除衬底1和缓冲层2，剩下填充有光色转换材料4的外延层3以及LED芯片5，如图2中(g)所示，借此，可以减小制成的发光芯片的总厚度/体积，使得制成的发光芯片更加小型化。
在图2所示实施例中，通过在一临时载板6承载多个LED芯片5，通过粘胶层7将临时载板6上的多个LED芯片5粘贴固定在外延层3远离缓冲层2的一面(如图2中(e)所示)，然后再将临时载板6与LED芯片5剥离(如图2中(f)所示。执行一次制作方法即制作出多个发光芯片，多个发光芯片可以整体作为一显示模块使用，也可以后续进行切割等工序分割成多个独立的发光芯片。其中，未经过步骤S4时获得的单个发光芯片100如图3所示。在其它实施例中，执行一次制作方法，也可以仅制作出一个发光芯片，例如，衬底1、缓冲层2、外延层3等的大小与一LED芯片5的大小相适配，通过在外延层3远离缓冲层2的一面固定一LED芯片5，制成一发光芯片。
在一些实施例中，步骤S0替换为：在衬底1上生长出模板，相应地，步骤S1替换为：在模板背离衬底1的一侧生长出分布有V型坑31的外延层3。模板是较缓冲层2更加复杂的结构，其除了包括缓冲层2的结构之外，还包括其它结构。具体的，模板可以为包括有利用MOCVD生长的低温GaN缓冲层以及在该GaN缓冲层外利用MOCVD生长的GaN层，通过多层结构，使外延层3所受约束力更小，从而使得形成的V型坑31更大，能够更好地填充光色转换材料4。模板也可以为包括有通过在衬底1表面溅镀形成的AlN缓冲层以及利用MOCVD生长的GaN层。
当然，在一些实施例中，也可以省去步骤S0，此时，步骤S1中，是直接在衬底1上生长出分布有V型坑31的外延层3。
在一些实施例中，可以是先在缓冲层2上覆盖用于限制外延层3的生长方向的掩膜(图未示)，掩膜上具有多个贯穿掩膜的网孔；再在缓冲层2上生长出分布有V型坑31的外延层3，然后再移走掩膜。通过掩膜的设置，使得外延层3只能沿着网孔的贯穿方向生长。与此同时，形成网孔的遮挡部用于阻挡外延层的生长，使生长出的外延层3上将具有多个凹陷，凹陷可以作为容纳光色转换材料4的空间。在步骤S2中，还在多个凹陷填充光色转换材料4，增加光色转换材料4的覆盖面积，进一步确保光色转换效果。
在一些实施例中，还可以在发光芯片的出光面设置滤光层，吸收或反射未被光色转换材料4吸收的第一光色。
一般的，LED芯片包括有依次设置的衬底、缓冲层/模板、半导体本征层、N型层(如N型GaN)、发光层及P型层(如P型GaN)，N型层背离半导体本征层的一面、P型层背离发光层的一面分别设有电极，在一些实施例中，LED芯片5为包括有衬底、缓冲层/模板、半导体本征层等结构的完整芯片。在一些实施例中，LED芯片5为经过剥离工艺剥离部分结构后的芯片。
具体剥离工艺为：首先将LED芯片临时固定(如键合固定)在一支撑基板上，然后采用激光剥离技术，剥离衬底，最后去除支撑基板。也即，LED芯片5可以不具有衬底，其仅包括依次设置的N型层、发光层及P型层，N型层面向发光层的一面，当LED芯片为倒装芯片时，可以在P型层背离发光层的一面分别设有电极。
在一些实施例中，LED芯片5为垂直结构芯片，分布有V型坑31的外延层3可以为可导电的，并与LED芯片5的N型层或P型层连接，以使分布有V型坑31的外延层3作为LED芯片5的一个电极，比如可以是分布有V型坑31的外延层3直接覆盖在N型层或P型层上。在一些实施例中，N型层及P型层与外延层3之间还可以设有透明增强导电层，比如铟锡氧化物半导体(Indium Tin Oxides，ITO)。
在一些实施例中，LED芯片5可以为垂直结构芯片，分布有V型坑31的外延层3可以为可导电的，并与LED芯片5的P电极或N电极层连接，以使分布有V型坑31的外延层3作为LED芯片5的延伸电极，比如可以是分布有V型坑31的外延层3直接覆盖在N电极或P电极上，能够增加LED芯片5的适用场景。在一些实施例中，N电极或P电极的面积远小于LED芯片5的出光面的面积。
进一步的，当一个分布有V型坑31的外延层3对应多个LED芯片5时，可导电的外延层3，可以与每个LED芯片5连接，以使多个LED芯片5共极，在本申请的其它实施例中，可导电的外延层3可以与每个LED芯片5的N型层连接。
在一些实施例中，可导电的分布有V型坑31的外延层3，可以与LED芯片5通过导电连接件连接，比如粘胶层7可以是导电胶，在导电胶和分布有V型坑31的外延层3之间，还可以设置铟锡氧化物半导体(Indium Tin Oxides，ITO)层，以增强导电性。
在一些实施例中，分布有V型坑31的外延层3可以为重掺杂型半导体，比如可以为重掺杂硅的GaN，从而能够具有良好的导电性。
在这些实施例中，在步骤S3中，可以是将LED芯片5的N型层背离发光层的一面与外延层3远离缓冲层2的一面固定。在这些实施例中，在不影响LED芯片5的性能的前提下，通过剥离工艺剥离部分结构来减薄LED芯片5，可以使得最后制成的发光芯片更薄，且透光性更好。
综上，本发明提供的发光芯片制作方法，通过在衬底1上生长出缓冲层2，然后在缓冲层2背离衬底1的一侧生长出分布有V型坑31的外延层3，然后在V型坑31中填充光色转换材料4，在外延层3远离缓冲层2的一面装设LED芯片5，通过LED芯片5发出第一光色的光，再由光色转换材料4将第一光色的光转换成第二光色的光，实现了利用第一光色的芯片来制作第二光色的芯片，可以适用于采用制作工序简单的芯片来制作通过现有技术制作复杂的芯片，例如，制作红光芯片等，达到简化制作工艺、节约制备成本的效果。而且，本发明通过V型坑31来容纳和限制光色转换材料4，可以限制光色转换材料4的位置，确保制成的发光芯片具有稳定的发光性能。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种发光芯片制作方法，其特征在于，包括步骤：
S1，在基底上生长出分布有V型坑的外延层；
S2，在所述外延层的V型坑中填充光色转换材料，所述光色转换材料用于将光从第一光色转换成第二光色；
S3，在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片，并使所述至少一LED芯片的电极背离所述外延层。
2.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：
在基底上生长出分布有V型坑的GaN外延层。
3.如权利要求2所述的发光芯片制作方法，其特征在于，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：
在880-980℃的温度环境，V族元素与III族元素的比率为10-100，150-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法在所述基底上生长出分布有V型坑的外延层。
4.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，步骤S1中，“在基底上生长出分布有V型坑的外延层”包括：
在所述基底上覆盖用于限制所述外延层的生长方向的掩膜，所述掩膜上具有多个贯穿所述掩膜的网孔和形成所述网孔的遮挡部，所述遮挡部用于阻挡所述外延层的生长，使所述外延层具有多个凹陷；
在所述基底上对应所述网孔生长出分布有V型坑的外延层；
移走所述掩膜；
步骤S2中，还在所述多个凹陷填充所述光色转换材料。
5.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，步骤S3中，“在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片”包括：
在所述外延层远离所述基底的一面粘贴固定用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片。
6.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述LED芯片为经过剥离工艺剥离部分结构后的芯片，所述LED芯片包括依次设置的N型层、发光层及P型层，所述N型层面向所述发光层的一面、所述P型层背离所述发光层的一面分别设有所述电极；步骤S3中，“在所述外延层远离所述基底的一面装设用于发出具有所述第一光色的光的至少一LED芯片”包括：将所述至少一LED芯片的N型层背离所述发光层的一面与所述外延层远离所述基底的一面固定。
7.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述基底包括衬底和缓冲层/模板，在步骤S1之前，还包括步骤：
S0，在所述衬底上生长出所述缓冲层/模板；
步骤S1中，在所述缓冲层/模板背离所述衬底的一侧生长出分布有V型坑的外延层。
8.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，在步骤S3之后，还包括步骤：
S4，去除所述基底。
9.如权利要求1至8任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述第一光色为蓝色，所述第二光色为红色，所述LED芯片为蓝光芯片。
10.一种发光芯片，其特征在于，所述发光芯片采用如权利要求1-9任一项所述的发光芯片制作方法制成。
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