CN114792747B - 大发光角度倒装Mini LED芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种大发光角度倒装Mini LED芯片及其制备方法，该方法包括：获取一外延片，并将所述外延片上的GaP层进行粗化；在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜；在所述半反半透膜的表面生长键合层；获取一蓝宝石衬底，并对所述蓝宝石衬底的表面进行活化处理，以将蓝宝石衬底中活化后的表面与键合层进行键合。本发明提出的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，通过设置半反半透膜，使得原本应从芯片底部直接射出的光线，在经过粗化后的GaP层和半反半透膜时发生折射，从而提高了发光角度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种大发光角度倒装Mini LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着发光二极管工艺技术的发展，近年来，Mini LED芯片备受行业关注。
Mini LED芯片一般是指大小为75～200μm的LED，又称为次毫米发光二极管。MiniLED是近年来LED技术发展的主力，其被广泛地应用到液晶显示器背光源、Mini RGB显示屏、小间距显示屏等领域。
然而，传统的Mini LED芯片的发光角度较小，需要高密度排列才能达到均匀混光，但会导致制程成本的上升，而芯片数量较少会导致背光显示的光学距离偏大，从而存在难以应用在较大规格的屏幕的问题。
发明内容
基于此，本发明的目的是提出一种大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，以解决传统Mini LED芯片因发光角度较小导致难以应用在较大规格的屏幕上的问题。
根据本发明提出的一种大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，所述方法包括：
获取一外延片，并将所述外延片上的GaP层进行粗化；
在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜；
在所述半反半透膜的表面生长键合层；
获取一蓝宝石衬底，并对所述蓝宝石衬底的表面进行有机清洗，以将蓝宝石衬底中清洗后的表面与键合层进行键合。
优选地，在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜的步骤中：
所述SiO2层和所述TiO2层的总层数为21-41层，所述半反半透膜的总厚度为0.8-2.5μm。
优选地，在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜的步骤中：
蒸镀温度为80-120℃，单层的SiO2层或TiO2层的厚度范围均为40-100nm。
优选地，所述在所述半反半透膜的表面生长键合层的步骤包括：
采用蒸镀机或PECVD机台在半反半透膜的表面镀SiO2膜；
其中，镀膜温度为220-300℃，镀膜速率为
优选地，所述采用蒸镀机或PECVD机台在半反半透膜的表面镀SiO2膜的步骤之后还包括：
对所述SiO2膜进行抛光，抛光后的SiO2膜的厚度为0.1-0.2μm。
优选地，所述对所述SiO2膜进行抛光，抛光后的SiO2膜的厚度为0.1-0.2μm的步骤之后还包括；
将生长有键合层的外延片放入氨水和双氧水的混合溶液中浸泡；
浸泡5-10min后，将经过表面活化后的SiO2膜与蓝宝石衬底进行贴合，并放入键合设备中进行键合；
其中，所述键合设备中的键合压力不小于10000Kgf，键合温度为450-520℃。
优选地，所述浸泡5-10min后，将经过表面活化后的SiO2膜与蓝宝石衬底进行贴合，并放入键合设备中进行键合的步骤之后还包括：
去除外延片中的GaAs衬底，以漏出N层，并采用蚀刻技术制作P-MESA图形，以漏出P层；
在N层和P层上分别蒸镀N电极和P电极。
优选地，所述在N层和P层上分别蒸镀N电极和P电极的步骤之后还包括：
在芯片表面生长反射层，所述反射层将N电极和P电极完全覆盖；
采用光刻和蚀刻技术，将反射层进行腐蚀以露出N电极和P电极；
分别在N电极和P电极上蒸镀接触电极。
优选地，在将所述外延片上的GaP层进行粗化的步骤中：
采用碘酸粗化液对外延片进行浸泡处理，对外延片上的GaP层的粗化深度为0.5-1μm。
本发明另一方面还提供一种大发光角度倒装Mini LED芯片，所述芯片从下到上依次包括：蓝宝石衬底层、SiO2膜、半反半透膜、外延片以及反射层；
其中，半反半透膜包括多层SiO2层和多层TiO2层，所述SiO2层和所述TiO2层交替堆叠。
与现有技术相比：通过将外延片上的GaP层进行粗化，以使GaP层的表面成为粗化面，同时在该GaP层粗化面上交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2层和TiO2层构成的半反半透膜，而后在半反半透膜的表面生长键合层，键合层用于将蓝宝石衬底与半反半透膜键合，通过在蓝宝石衬底上依次设置半反半透膜和粗化面，使得原本应从芯片底部直接射出的光线，在经过粗化面和半反半透膜时发生了折射，从而提高了芯片的发光角度，在芯片数量较少时或者仍能满足背光显示的光学距离，解决传统Mini LED芯片因发光角度较小导致难以应用在较大规格的屏幕上的问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提出的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提出的大发光角度倒装Mini LED芯片的结构示意图。
主要元件符号说明：
| 蓝宝石衬底层 | 10 | SiO2膜 | 20 |
| 半反半透膜 | 30 | 反射层 | 80 |
| GaP层 | 40 | P层 | 50 |
| 发光层 | 60 | N层 | 70 |
| N电极 | 90 | P电级 | 100 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本发明第一实施例提供的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法的流程图，该方法包括步骤S01至步骤S04，其中：
步骤S01：获取一外延片，并将所述外延片上的GaP层进行粗化；
其中，采用碘酸粗化液对外延片进行浸泡处理，以使GaP层的表面变成具有多个凹坑的粗化面，并控制外延片上的GaP层的粗化深度为0.5-1μm，即凹坑的深度为0.5-1μm，若粗化深度大于1μm，则光线在经过半反半透膜反射到粗化面时，因凹坑过深，导致光线容易被过深的凹坑结构所吸收，若粗化深度小于0.5μm，则光线在经过半反半透膜反射到粗化面时，因凹坑过浅，导致光线经过凹坑结构反射回来时，其反射角较小，即发光角度的增幅较小。
步骤S02：在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜；
具体的，半反半透膜为SiO2和TiO2交替蒸镀多层构成，同时具备对光线的反射和透过作用，即反射率不为百分之百，同时SiO2层和所述TiO2层的总层数为21-41层，且SiO2层的层数比TiO2层的层数大1，即半反半透膜的上表面和下表面均为SiO2层，例如，SiO2层为11层时，TiO2层为10层，SiO2层为16层时，TiO2层为15层，SiO2层为21层时，TiO2层为20层等等。
进一步地，半反半透膜的总厚度为0.8-2.5μm，例如1μm、1.5μm、1.7μm、2μm等，单层的SiO2层或TiO2层的厚度范围均为40-100nm，例如50nm、70nm、90nm等，通过合理地设置SiO2层和TiO2层的层数，同时对单层的厚度以及总厚度均严格的控制，能够达到较佳的光线反射率，测得的反射率范围为30-60％。
步骤S03：在所述半反半透膜的表面生长键合层；
具体的，在生长键合层的过程中，采用蒸镀机或PECVD机台在半反半透膜的表面镀SiO2膜，其中，镀膜温度为220-300℃，镀膜速率为若镀膜速率小于/>则导致键合层生长较慢，耗费的时间较长，若镀膜速率大于/>容易导致膜层的附着力下降，即影响膜层的强度，生长的SiO2膜的厚度为1-3μm，例如1μm、2μm、3μm，通过生长一层SiO2膜能够实现半反半透膜与蓝宝石衬底的键合。
步骤S04：获取一蓝宝石衬底，并对所述蓝宝石衬底的表面进行有机清洗，以将蓝宝石衬底中清洗后的表面与键合层进行键合。
需要说明的是，蓝宝石衬底需要进行有机清洗，以去除表面的脏污，蓝宝石衬底在与SiO2膜键合前，还需对设于半反半透膜表面的SiO2膜进行抛光，以使SiO2膜的表面平坦化，抛光后的SiO2膜的厚度为0.1-0.2μm，例如0.1μm、0.15μm、0.2μm。
将SiO2膜成功抛光后，再将抛光后的外延片放入到氨水和双氧水的混合溶液中浸泡，以对SiO2膜的表面进行活化处理，浸泡5-10min后，将经过表面活化后的SiO2膜与蓝宝石衬底进行贴合，并放入键合设备中进行键合，所述键合设备中的键合压力不小于10000Kgf，键合温度为450-520℃，通过在半反半透膜上设置SiO2膜，并对SiO2膜进行抛光处理，同时对蓝宝石衬底的表面进行活化处理，以实现蓝宝石衬底与半反半透膜之间的键合，极大地提高了键合强度。
进一步地，使用氨水和双氧水的混合溶液进行浸泡至外延片衬底去除干净。外延片衬底去除后仍旧会有N层，仅GaAs衬底被化学溶液腐蚀掉，通过去除外延片中的GaAs衬底，以漏出N层，并采用蚀刻技术制作P-MESA图形，以漏出P层，进而在N层和P层上分别蒸镀N电极和P电极。
具体地，蒸镀电极后，还需在芯片表面生长反射层，所述反射层将N电极和P电极完全覆盖，且该反射层具有95％以上的光线反射率，以防止透过的光线较多而影响芯片亮度，同时采用光刻和蚀刻技术，将反射层进行腐蚀以露出N电极和P电极，即在N电极和P电极进行开孔，而后再分别在N电极和P电极上蒸镀接触电极，从而实现整个芯片的封装制备。
请参阅表1，所示为具体实施例调节半反半透膜总层数对应的产品性能数据，具体如下表所示：
表1
由表1可知，通过设置半反半透膜能够对红黄光线起到良好的反射效果，其反射率控制在31％-56％之间，即实现部分光线直接从半反半透膜中透过，另一部分经过半反半透膜反射后，再经粗化面作用，从而实现有效增大发光角度的作用。具体地，在控制半反半透膜总厚度不变的情况下，改变半反半透膜总层数时，该半反半透膜对620nm的红黄光的反射率先随着总层数的增加而上升，在半反半透膜达到的总层数在29至33层时，对光线的反射率分别达到了54％和56％，同时继续增加总层数至37层时，反射率发生下降，因此可以判断半反半透膜达到的总层数在29至33层时，会出现一个反射率峰值，即反射率的变化趋势为先增大后减少，即光线反射率效果在半反半透膜总层数为29至33层时最佳。
请参阅表2，所示为具体实施例调节半反半透膜总厚度对应的产品性能数据，具体如下表所示：
表2
由表2可知，在控制半反半透膜的总层数不变，调节半反半透膜的总厚度时，其反射率范围在40-60％之间，即同样能够实现对红黄光线良好的反射效果。光线反射率的变化趋势为先随着每层厚度的增加而上升，而后下降，当半反半透膜总厚度在31层，每层厚度在2.17μm时，其反射率高达60％，即达到反射率峰值，起到的光线反射效果最佳。
综上，根据本实施例提出的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，通过将外延片上的GaP层进行粗化，以使GaP层的表面成为粗化面，同时在该GaP层粗化面上交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2层和TiO2层构成的半反半透膜，而后在半反半透膜的表面生长键合层，键合层用于将蓝宝石衬底与半反半透膜键合，通过在蓝宝石衬底上依次设置有半反半透膜和粗化面，使得原本应从芯片底部直接射出的光线，在经过粗化面和半反半透膜时发生了折射，从而提高了芯片的发光角度，在芯片数量较少时或者仍能满足背光显示的光学距离，解决传统Mini LED芯片因发光角度较小导致难以应用在较大规格的屏幕上的问题。
请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的大发光角度倒装Mini芯片的结构示意图，该芯片可以通过上述制备方法得到，该大发光角度倒装Mini芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底层10、SiO2膜20、半反半透膜30、外延片以及反射层80，该外延片包括GaP层40、设于所述GaP层上的P层50、设于所述P层上的发光层60以及设于所述发光层上的N层70，N层上设有N电极90，P层50上设有P电级100，其中，半反半透膜包括多层SiO2层和多层TiO2层，所述SiO2层和所述TiO2层交替堆叠，GaP层因经过表面粗化，其靠近折射层的表面为粗化面，该粗化面呈锯齿状，发光层射出的光线经过半反半透膜时部分光从底面出光，另一部分光线经粗化面及半反半透膜作用而发生折射，从而增大了芯片的发光角度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获取一外延片，并将所述外延片上的GaP层进行粗化，包括：采用碘酸粗化液对所述外延片进行浸泡处理，对所述外延片上的GaP层的粗化深度为0.5-1μm；
在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜；
在所述半反半透膜的表面生长键合层；
获取一蓝宝石衬底，并对所述蓝宝石衬底的表面进行有机清洗，以将蓝宝石衬底中清洗后的表面与键合层进行键合。
2.根据权利要求1所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜的步骤中：
所述SiO2层和所述TiO2层的总层数为21-41层，所述半反半透膜的总厚度为0.8-2.5μm。
3.根据权利要求2所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，在粗化后的GaP层的表面交替蒸镀SiO2层和TiO2层，以得到由多层SiO2材料和多层TiO2材料构成的半反半透膜的步骤中：
蒸镀温度为80-120℃，单层的SiO2层或TiO2层的厚度范围均为40-100nm。
4.根据权利要求1所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述半反半透膜的表面生长键合层的步骤包括：
采用蒸镀机或PECVD机台在半反半透膜的表面镀SiO2膜；
其中，镀膜温度为220-300℃，镀膜速率为
5.根据权利要求4所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述采用蒸镀机或PECVD机台在半反半透膜的表面镀SiO2膜的步骤之后还包括：
对所述SiO2膜进行抛光，抛光后的SiO2膜的厚度为0.1-0.2μm。
6.根据权利要求5所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述对所述SiO2膜进行抛光，抛光后的SiO2膜的厚度为0.1-0.2μm的步骤之后还包括；
将生长有键合层的外延片放入氨水和双氧水的混合溶液中浸泡；
浸泡5-10min后，将经过表面活化后的SiO2膜与蓝宝石衬底进行贴合，并放入键合设备中进行键合；
其中，所述键合设备中的键合压力不小于10000Kgf，键合温度为450-520℃。
7.根据权利要求6所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述浸泡5-10min后，将经过表面活化后的SiO2膜与蓝宝石衬底进行贴合，并放入键合设备中进行键合的步骤之后还包括：
去除外延片中的GaAs衬底，以漏出N层，并采用蚀刻技术制作P-MESA图形，以漏出P层；
在N层和P层上分别蒸镀N电极和P电极。
8.根据权利要求7所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法，其特征在于，所述在N层和P层上分别蒸镀N电极和P电极的步骤之后还包括：
在芯片表面生长反射层，所述反射层将N电极和P电极完全覆盖；
采用光刻和蚀刻技术，将反射层进行腐蚀以露出N电极和P电极；
分别在N电极和P电极上蒸镀接触电极。
9.一种大发光角度倒装Mini LED芯片，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的大发光角度倒装Mini LED芯片的制备方法制备，所述芯片从下到上依次包括：蓝宝石衬底层、SiO2膜、半反半透膜、外延片以及反射层；
其中，半反半透膜包括多层SiO2层和多层TiO2层，所述SiO2层和所述TiO2层交替堆叠。
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