CN114373834B - 一种MicroLED芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于显示技术领域，公开了一种MicroLED芯片及其制造方法。本发明提供的MicroLED芯片的芯片形状为三角形，芯片结构为薄膜倒装结构，且包括图形化双层金属电极，相比于常规芯片结构具有更高的比表面积，且n型电极的分布得到优化，能够有效减少n型电极附近的电流聚集效应、降低n型半导体层的有效电阻，能够明显改善芯片的热量累积效应。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，更具体地，涉及一种MicroLED芯片及其制造方法。
背景技术
MicroLED是指器件宽度小于50μm的微型LED(Light Emitting Diode，发光二极管)。基于MicroLED芯片的显示技术中，每个MicroLED相当于一个像素点，像素间距缩小至微米级，且每一个像素点可单独定址、点亮。与LCD、OLED等传统显示技术相比，基于Micro-LED芯片的显示技术具有低功耗、高亮度、高效率、响应时间短、寿命长、超高分辨率和色彩饱和度等优点，具有十分明显的优势，在高分辨率显示、头盔显示、增强现实、微型投影仪和可穿戴电子等领域具有重要的应用价值。
相比于LED与OLED，MicroLED具有出类拔萃的高亮度优势，同时也具有更高的功率，这使得MicroLED中的热管理问题更加的重要。热量累积是大功率MicroLED中不可避免的问题，由于MicroLED相对较低的电光转换效率和电流聚集现象，大量的电能在MicroLED中作为热量消散，导致热量累积和温度升高。温度升高会导致的MicroLED芯片效率降低，寿命缩短以及器件故障等问题。
发明内容
本发明通过提供一种MicroLED芯片及其制造方法，解决现有技术中MicroLED芯片的热量累积较严重，导致芯片效率降低、寿命缩短以及器件故障等问题。
本发明提供一种MicroLED芯片的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、在生长衬底上生长MicroLED芯片的外延层，所述外延层由下至上依次包括n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层；
步骤2、在所述外延层上刻蚀出芯片隔离沟槽，刻蚀完成后形成包括多个台面区域为三角形形状的外延层；
步骤3、在台面区域为三角形形状的外延层上刻蚀出n型电极接触沟槽；所述n型电极接触沟槽暴露出所述n型半导体层，所述n型电极接触沟槽为中心为三角的三叉结构；
步骤4、在所述外延层上蒸镀ITO层，并去除所述n型电极接触沟槽区域对应的ITO层；
步骤5、在所述ITO层上沉积DBR反射层；
步骤6、刻蚀所述DBR反射层，去除所述n型电极接触沟槽区域对应的DBR反射层，并刻蚀出p型电极接触沟槽，所述p型电极接触沟槽暴露出所述ITO层；
步骤7、在所述DBR反射层上蒸镀金属层，并去除所述p型电极接触沟槽区域对应的金属层，形成第一层图形化n型金属电极；所述第一层图形化n型金属电极通过所述n型电极接触沟槽接触所述n型半导体层，形成欧姆接触；
步骤8、在所述第一层图形化n型金属电极上沉积绝缘层，并形成n电极互连孔和p电极互连孔；
步骤9、在所述绝缘层上蒸镀第二层金属电极，并形成隔离槽；通过所述隔离槽将所述第二层金属电极分隔为第二层n电极和第二层p电极，所述第二层n电极通过所述n电极互连孔连接所述第一层图形化n型金属电极，所述第二层p电极通过所述p电极互连孔连接所述ITO层；
步骤10、剥离所述生长衬底，将薄膜倒装MicroLED芯片转移至临时衬底。
优选的，所述步骤1中，采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长所述外延层，所述外延层由下至上依次包括2-4μm的n-GaN层，5-12对InGaN/GaN多量子阱层和80-300nm的Mg掺杂p-GaN层；每对InGaN/GaN中，InGaN的厚度为1-3nm，GaN的厚度为8-15nm。
优选的，所述步骤2中，采用ICP刻蚀方法在外延层上刻蚀出芯片隔离沟槽；
所述步骤3中，采用ICP刻蚀方法在外延层上刻蚀出n型电极接触沟槽，刻蚀深度为300-900nm；
所述步骤6中，采用ICP刻蚀方法去除所述n型电极接触沟槽区域对应的DBR反射层，并刻蚀出p型电极接触沟槽。
优选的，所述步骤5中，通过离子束沉积在所述ITO层上沉积DBR反射层；所述DBR反射层由5-15对交替堆叠的TiO2/SiO2堆栈层组成。
优选的，所述步骤4中，采用电子束蒸发设备在所述外延层上蒸镀ITO层，并利用ITO刻蚀液去除所述n型电极接触沟槽区域对应的ITO层；
所述步骤7中，采用电子束蒸发设备在所述DBR反射层上蒸镀金属层，通过剥离工艺去除所述p型电极接触沟槽区域对应的金属层；
所述步骤9中，通过剥离工艺去除部分蒸镀的金属层形成隔离槽。
优选的，所述步骤8中，通过湿法腐蚀形成所述n电极互连孔和所述p电极互连孔。
优选的，所述步骤10中，通过化学刻蚀或激光剥离方法剥离所述生长衬底。
另一方面，本发明提供一种MicroLED芯片，所述MicroLED芯片的芯片结构为薄膜倒装结构，所述MicroLED芯片的形状为三角形；所述MicroLED芯片采用上述的MicroLED芯片的制造方法制作得到。
优选的，所述MicroLED芯片的电极为图形化双层金属电极，包括第一层图形化n型金属电极、绝缘层和第二层金属电极；所述第二层金属电极包括第二层n电极和第二层p电极。
优选的，所述MicroLED芯片中的ITO层作为p型欧姆接触层和电流扩展层。
本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
在发明中，提供的MicroLED芯片的芯片形状为三角形，芯片结构为薄膜倒装结构，且包括图形化双层金属电极，相比于常规芯片结构具有更高的比表面积，且n型电极的分布得到优化，能够有效减少n型电极附近的电流聚集效应、降低n型半导体层的有效电阻，能够明显改善芯片的热量累积效应。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种MicroLED芯片的结构示意图；
图2为芯片隔离沟槽的形状示意图；
图3为n型电极接触沟槽的形状示意图；
图4为p型电极接触沟槽的形状示意图；
图5为第一层图形化n型金属电极的结构示意图；
图6为n电极互连孔和p电极互连孔的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种MicroLED芯片改善电流扩展性能的原理示意图。
其中，101-n-GaN层、102-InGaN/GaN多量子阱层、103-p-GaN层、104-ITO层、105-DBR反射层、106-第一层图形化n型金属电极、107-绝缘层、108-第二层金属电极、109-第二层n电极、110-第二层p电极；
201-芯片隔离沟槽、202-外延层；
301-n型电极接触沟槽；
401-p型电极接触沟槽；
601-n电极互连孔、602-p电极互连孔。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
实施例1提供了一种MicroLED芯片的制造方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤1、在生长衬底上生长MicroLED芯片的外延层，所述外延层由下至上依次包括n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层。
具体的，参见图1、图2，采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长所述外延层202，所述外延层202由下至上依次包括2-4μm的n-GaN层101，5-12对InGaN/GaN多量子阱层102和80-300nm的Mg掺杂p-GaN层103；每对InGaN/GaN中，InGaN的厚度为1-3nm，GaN的厚度为8-15nm。
步骤2、在所述外延层上刻蚀出芯片隔离沟槽，刻蚀完成后形成包括多个台面区域为三角形形状的外延层。
具体的，如图2所示，采用ICP刻蚀方法在外延层202上刻蚀出芯片隔离沟槽201，刻蚀完成后形成包括多个台面区域为三角形形状的外延层202。
步骤3、在台面区域为三角形形状的外延层上刻蚀出n型电极接触沟槽；所述n型电极接触沟槽暴露出所述n型半导体层，所述n型电极接触沟槽为中心为三角的三叉结构。
具体的，参见图1至图3，采用ICP刻蚀方法在外延层202上刻蚀出n型电极接触沟槽301，刻蚀深度为300-900nm。所述n型电极接触沟槽301暴露出n-GaN层101，所述n型电极接触沟槽301的形状为中心为三角的三叉结构。
步骤4、在所述外延层上蒸镀ITO层(即透明导电层)，并去除所述n型电极接触沟槽区域对应的ITO层。
具体的，参见图1、图2，采用电子束蒸发设备在所述外延层202上蒸镀ITO层104，并利用ITO刻蚀液去除所述n型电极接触沟槽301区域对应的ITO层104。
步骤5、在所述ITO层上沉积DBR反射层。
具体的，通过离子束沉积在所述ITO层104上沉积DBR反射层105；所述DBR反射层105由5-15对交替堆叠的TiO2/SiO2堆栈层组成。
步骤6、刻蚀所述DBR反射层，去除所述n型电极接触沟槽区域对应的DBR反射层，并刻蚀出p型电极接触沟槽，所述p型电极接触沟槽暴露出所述ITO层。
具体的，参见图1、图3、图4，采用ICP刻蚀方法去除所述n型电极接触沟槽301区域对应的DBR反射层105，并刻蚀出p型电极接触沟槽401，所述p型电极接触沟槽401暴露出ITO层104。
步骤7、在所述DBR反射层上蒸镀金属层，并去除所述p型电极接触沟槽区域对应的金属层，形成第一层图形化n型金属电极；所述第一层图形化n型金属电极通过所述n型电极接触沟槽接触所述n型半导体层，形成欧姆接触。
具体的，参见图1、图4、图5，采用电子束蒸发设备在所述DBR反射层105上蒸镀金属层，通过剥离工艺去除所述p型电极接触沟槽401区域对应的金属层，形成第一层图形化n型金属电极106，所述第一层图形化n型金属电极106通过n型电极接触沟槽301接触n-GaN层101，形成欧姆接触。
步骤8、在所述第一层图形化n型金属电极上沉积绝缘层，并形成n电极互连孔和p电极互连孔。
具体的，参见图1、图5、图6，在第一层图形化n型金属电极106上沉积绝缘层107，并通过湿法腐蚀形成所述n电极互连孔601和所述p电极互连孔602。
步骤9、在所述绝缘层上蒸镀第二层金属电极，并形成隔离槽；通过所述隔离槽将所述第二层金属电极分隔为第二层n电极和第二层p电极，所述第二层n电极通过所述n电极互连孔连接所述第一层图形化n型金属电极，所述第二层p电极通过所述p电极互连孔连接所述ITO层。
具体的，参见图1、图6，在所述绝缘层107上蒸镀第二层金属电极108，通过剥离工艺去除部分金属层形成隔离槽，通过所述隔离槽将第二层金属电极108分隔为第二层n电极109和第二层p电极110，所述第二层n电极109通过所述n电极互连孔601连接所述第一层图形化n型金属电极106，所述第二层p电极110通过所述p电极互连孔602连接所述ITO层104。
步骤10、剥离所述生长衬底，将薄膜倒装MicroLED芯片转移至临时衬底。
具体的，可通过化学刻蚀或激光剥离方法剥离所述生长衬底。
实施例2：
实施例2提供了一种MicroLED芯片，采用实施例1提供的MicroLED芯片的制造方法制备得到。
参见图1至图6，所述MicroLED芯片的芯片结构为薄膜倒装结构，所述MicroLED芯片的形状为三角形。
所述MicroLED芯片的生长衬底为蓝宝石衬底，且芯片制作完成后，蓝宝石生长衬底被剥离。在所述蓝宝石衬底上生长外延层由下至上依次为n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层。所述外延层被刻蚀为包括多个台面区域为三角形形状的结构。
具体的，MicroLED芯片的外延层202依次为n-GaN层101、InGaN/GaN多量子阱层102和p-GaN层103。
所述p-GaN层103上为ITO层104，所述ITO层104作为p型欧姆接触层和电流扩展层，所述ITO层104上为DBR反射层105。
所述MicroLED芯片的电极为图形化双层金属电极，包括第一层图形化n型金属电极106、绝缘层107和第二层金属电极108。
所述第一层图形化n型金属电极106通过刻蚀的n型电极接触沟槽301连接n-GaN层101，所述n型电极接触沟槽301的形状为中心为三角的三叉结构。
所述第二层金属电极108包括第二层n电极109和第二层p电极110，所述第二层n电极109和所述第二层p电极110之间通过刻蚀沟槽隔离开，所述第二层n电极109通过n电极互连孔601连接所述第一层图形化n型金属电极106，所述第二层p电极110通过p电极互连孔602连接所述ITO层104。
图7中的(a)和图7中的(b)为传统LED芯片结构的电流路径示意图，通过刻蚀台面形成n电极和制造n焊盘，这种芯片结构导致电流在流经n-GaN层时，在n电极附近会有明显的电流聚集效应，即图示中的A区域。图7中的(c)为本发明提供的一种MicroLED芯片的电流路径示意图，相比于传统结构，本发明结合三角形MicroLED芯片和双层金属电极的特点，优化了n电极的分布，使n-GaN层中电流分布更加均匀，并且有效改善了电流在n-GaN层中的扩展路径，减小了n-GaN层的有效电阻。
本发明实施例提供的一种MicroLED芯片及其制造方法至少包括如下技术效果：
本发明提供的三角形的薄膜倒装MicroLED芯片相对于常规芯片具有更高的比表面积，此外，图形化双层金属电极使得n型电极可以在芯片表面更加合理的分布，减少n型电极附近的电流聚集效应和降低n型半导体层的有效电阻，同时双层金属电极有较好的导热性，因此，本发明提供的MicroLED芯片整体的自发产热明显降低，散热效率升高，芯片的热量累积问题得到较大的改善。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在生长衬底上生长MicroLED芯片的外延层，所述外延层由下至上依次包括n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层；
步骤2、在所述外延层上刻蚀出芯片隔离沟槽，刻蚀完成后形成包括多个台面区域为三角形形状的外延层；
步骤3、在台面区域为三角形形状的外延层上刻蚀出n型电极接触沟槽；所述n型电极接触沟槽暴露出所述n型半导体层，所述n型电极接触沟槽为中心为三角的三叉结构；
步骤4、在所述外延层上蒸镀ITO层，并去除所述n型电极接触沟槽区域对应的ITO层；
步骤5、在所述ITO层上沉积DBR反射层；
步骤6、刻蚀所述DBR反射层，去除所述n型电极接触沟槽区域对应的DBR反射层，并刻蚀出p型电极接触沟槽，所述p型电极接触沟槽暴露出所述ITO层；
步骤7、在所述DBR反射层上蒸镀金属层，并去除所述p型电极接触沟槽区域对应的金属层，形成第一层图形化n型金属电极；所述第一层图形化n型金属电极通过所述n型电极接触沟槽接触所述n型半导体层，形成欧姆接触；
步骤8、在所述第一层图形化n型金属电极上沉积绝缘层，并形成n电极互连孔和p电极互连孔；
步骤9、在所述绝缘层上蒸镀第二层金属电极，并形成隔离槽；通过所述隔离槽将所述第二层金属电极分隔为第二层n电极和第二层p电极，所述第二层n电极通过所述n电极互连孔连接所述第一层图形化n型金属电极，所述第二层p电极通过所述p电极互连孔连接所述ITO层；
步骤10、剥离所述生长衬底，将薄膜倒装MicroLED芯片转移至临时衬底。
2.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤1中，采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长所述外延层，所述外延层由下至上依次包括2-4μm的n-GaN层，5-12对InGaN/GaN多量子阱层和80-300nm的Mg掺杂p-GaN层；每对InGaN/GaN中，InGaN的厚度为1-3nm，GaN的厚度为8-15nm。
3.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤2中，采用ICP刻蚀方法在外延层上刻蚀出芯片隔离沟槽；
所述步骤3中，采用ICP刻蚀方法在外延层上刻蚀出n型电极接触沟槽，刻蚀深度为300-900nm；
所述步骤6中，采用ICP刻蚀方法去除所述n型电极接触沟槽区域对应的DBR反射层，并刻蚀出p型电极接触沟槽。
4.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤5中，通过离子束沉积在所述ITO层上沉积DBR反射层；所述DBR反射层由5-15对交替堆叠的TiO2/SiO2堆栈层组成。
5.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤4中，采用电子束蒸发设备在所述外延层上蒸镀ITO层，并利用ITO刻蚀液去除所述n型电极接触沟槽区域对应的ITO层；
所述步骤7中，采用电子束蒸发设备在所述DBR反射层上蒸镀金属层，通过剥离工艺去除所述p型电极接触沟槽区域对应的金属层；
所述步骤9中，通过剥离工艺去除部分蒸镀的金属层形成隔离槽。
6.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤8中，通过湿法腐蚀形成所述n电极互连孔和所述p电极互连孔。
7.根据权利要求1所述的MicroLED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤10中，通过化学刻蚀或激光剥离方法剥离所述生长衬底。
8.一种MicroLED芯片，其特征在于，所述MicroLED芯片的芯片结构为薄膜倒装结构，所述MicroLED芯片的形状为三角形；所述MicroLED芯片采用如权利要求1-7中任一项所述的MicroLED芯片的制造方法制作得到。
9.根据权利要求8所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述MicroLED芯片的电极为图形化双层金属电极，包括第一层图形化n型金属电极、绝缘层和第二层金属电极；所述第二层金属电极包括第二层n电极和第二层p电极。
10.根据权利要求8所述的MicroLED芯片，其特征在于，所述MicroLED芯片中的ITO层作为p型欧姆接触层和电流扩展层。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111458290.0A Active CN114373834B (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 一种MicroLED芯片及其制造方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101820036A (zh) * | 2009-02-27 | 2010-09-01 | 清华大学 | 一种发光二极管的制备方法 |
| CN109244197A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-18 | 武汉大学 | 一种倒装结构发光二极管芯片及其制备方法 |
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| CN112510130A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-03-16 | 武汉大学 | 一种倒装结构蓝光Mico-LED芯片设计制造方法 |
-
2021
- 2021-12-02 CN CN202111458290.0A patent/CN114373834B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101820036A (zh) * | 2009-02-27 | 2010-09-01 | 清华大学 | 一种发光二极管的制备方法 |
| CN109994584A (zh) * | 2017-11-29 | 2019-07-09 | 脸谱科技有限责任公司 | 微型发光二极管装置中的光子晶体 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| High-Performance Green Flip-Chip LEDs with Double-Layer Electrode and Hybrid Reflector;Jie Zhao, Xingtong Liu, Haohao Xu, Jiahao Miao, Jinfeng Hu, and Shengjun Zhou;ECS Journal of Solid State Science and Technology;第8卷(第8期);Q153-Q157 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114373834A (zh) | 2022-04-19 |
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