CN116825934A - 内嵌对位量子点填充mini-LED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体是涉及一种内嵌对位量子点填充mini‑LED芯片及其制作方法，所述mini‑LED芯片自下而上依次是蓝宝石衬底、量子点、密封胶、P型窗口层、P电极、P型过渡层、P型限制层、MQW发光层、N型限制层、N型电流扩展层、N型电极保护层、N型欧姆接触层、N电极、复合膜钝化层、焊接电极；量子点对位内嵌在所述蓝宝石衬底上。本发明通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，并采用密封胶进行密封，不仅制作简单，不影响芯片制作整体过程，而且保证了量子点材料的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体是涉及一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片及其制作方法。
背景技术
量子点，亦为半导体纳米晶，由于其量子限域效应，量子点对入射光的吸收及荧光发射与其尺寸相关，因此量子点的发光颜色可以通过改变量子点的尺寸来调节。由于量子点具有独特的光电性质，量子点在显示技术中有着广泛的应用。
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)全彩显示屏当前已经成为屏幕显示的首选。为了实现全彩显示，需要RGB三种mini-LED芯片同时使用，而对于单一光色，量子点材料可以用来转换光色，实现器件更加丰富的使用环境及更好的使用效果。然而在制作和使用过程中量子点材料容易接触到水分及氧气等，使得其性质不稳定，同时也容易受后续切割等的影响，因此，采用量子点技术应用于LED器件中加工时，量子点材料的稳定性是急需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片及其制作方法，该mini-LED芯片通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，并采用密封胶进行密封，不仅制作简单，不影响芯片制作整体过程，而且保证了量子点材料的稳定性。
本发明提供内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，所述mini-LED芯片自下而上依次是蓝宝石衬底、量子点、密封胶、P型窗口层、P电极、P型过渡层、P型限制层、MQW发光层、N型限制层、N型电流扩展层、N型电极保护层、N型欧姆接触层、N电极、复合膜钝化层、焊接电极；
所述量子点对位内嵌在所述蓝宝石衬底上。
本发明通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，并用密封胶将其密封，不仅制作简单，不影响芯片制作整体过程，而且可保证量子点材料的稳定性。
进一步的，上述技术方案中，所述量子点的对位图形为矩形，覆盖整个发光面，并在隔离道对应区域与相邻芯片的量子点相隔开。由于mini-LED芯片在芯片加工过程会遇到切割道蚀刻以及隐切劈裂过程，本技术方案中通过将量子点设置成对位方式，相邻芯片的量子点不连接，并在隔离道对应区域隔开，同时将隐切隔离槽设计小于隔开区域，可进一步避免后续加工过程中对量子点结构的影响。
进一步的，上述技术方案中，所述量子点材料为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硒化锌、磷化铟、砷化铟中的一种或多种。本技术方案中可通过填充不同类型量子点材料，实现光色转换，提升mini-LED的光效。
进一步的，上述技术方案中，所述量子点的内嵌深度为5μm-8μm。
进一步的，上述技术方案中，所述复合膜钝化层共五层，其结构为SiO2与SiN交替排布而成，其中最外层均为SiO2，整体厚度为2.5μm-3.5μm。本技术方案中将钝化层设计成复合膜结构，不仅可以起到类DBR（布拉格反射镜）反射的作用，同时将SiO2/SiN作为绝缘材料，起到保护表面和侧壁的作用，避免水汽及漏电的影响；此外将SiO2/SiN交替生长，平衡钝化层应力，使得膜层不易脱落破损，稳定性好。
本发明还提供一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法 ，包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）生长出mini-LED外延片；
S2.对mini-LED外延片利用碘酸粗化溶液进行GaP表面粗化；
S3.对蓝宝石衬底利用正胶光刻制作对位图案化，通过ICP蚀刻出对位图形凹槽，未蚀刻部位形成凸起；
S4.在图案化的蓝宝石凹槽中采用旋涂方式在充氮箱体中涂覆量子点胶水，进行量子点内嵌，并在充氮固化环境中进行量子点胶水固化处理；
S5.在固化后的蓝宝石晶圆上采用旋涂方式涂覆一层量子点材料密封胶；
S6.将粗化完的外延片与涂有量子点材料密封胶的蓝宝石晶圆进行键合处理；
S7.使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出腐蚀截止层并进行QDR冲水，然后使用室温混合液将截止层去除后，露出N型欧姆接触层；
S8.利用光刻蚀刻蒸镀沉积方式进行台面制作、P电极制作、N电极制作、ISO隔离槽制作、复合膜钝化层制作、P焊接电极和N焊接电极制作；
S9.将蓝宝石基板减薄、隐切、劈裂、测试，形成LED芯片。
进一步的，上述技术方案S3中，ICP蚀刻的功率为1500W，RF功率为为300W，BCl3流量为80sccm，Cl2流量为20sccm。
进一步的，上述技术方案S4中，旋涂方法为：第一阶段700rpm旋涂10s-12s，第二阶段3000rpm旋涂30s-35s；固化处理的温度为70℃-130℃，时间为4min-5min。
进一步的，上述技术方案S5中，密封胶的厚度为4μm-5μm；旋涂后进行密封胶固化，其中固化炉的温度为70℃-130℃，固化时间为6min-8min；S6中，键合的条件为：温度为150℃，压力为500kg，时间为60min。
进一步的，上述技术方案S7中，冷却循环溶液为NH4OH和H2O体积比为1:15的混合溶液，室温混合液为HCl和H3PO4体积比为1:3的混合液；S8中，所述ISO隔离槽的宽带小于蓝宝石衬底形成凸起的水平宽度。本技术方案中，通过提前设置小于蓝宝石衬底形成凸起的水平宽度（即相邻芯片量子点间的水平间隔宽度）的ISO隔离槽形成隐形切割道，在后续隐切、劈裂过程中不影响量子点结构，保证其稳定性。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1、本发明通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，制作简单，不影响芯片制作整体过程；
2、由于量子点材料与水分以及氧气接触，其性能容易受影响，本发明通过将量子点内嵌方式设置，并结合密封胶，将其密封，保证了量子点材料的稳定性；
3、由于mini-LED芯片在芯片加工过程会遇到切割道蚀刻以及隐切劈裂等过程，本发明通过将量子点设置成对位方式，并将ISO隔离槽的宽带设置成小于相邻芯片量子点间的水平间隔宽度，可有效避免后续切割等加工过程对量子点结构的影响，进一步提高量子点的稳定性；
4、本发明可通过填充不同类型的量子点材料，实现光色转换，提升mini-LED的光效。
附图说明
图1为本发明内嵌对位量子点填充mini-LED外延结构示意图；
图2为本发明量子点内嵌结构示意图；
图3为本发明内嵌对位量子点填充mini-LED芯片结构示意图。
示意图中标号说明：
1、GaAs衬底；2、GaAs缓冲层；3、腐蚀截止层；4、N型欧姆接触层；5、N型电极保护层；6、N型电流扩展层；7、N型限制层；8、MQW发光层；9、P型限制层；10、P型过渡层；11、P型窗口层；12、蓝宝石衬底；13、量子点；14、密封胶；15、P电极；16、N电极；17、ISO隔离槽；18、复合膜钝化层；19、P焊接电极；20、N焊接电极。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1至图3，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明一实施例提供一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其结构示意图如图3所示，所述mini-LED芯片自下而上依次是蓝宝石衬底12、量子点13、密封胶14、P型窗口层11、P电极15、P焊接电极19、P型过渡层10、P型限制层9、MQW发光层8、N型限制层7、N型电流扩展层6、N型电极保护层5、N型欧姆接触层4、N电极16、复合膜钝化层18、N焊接电极20；
具体地，所述量子点对位内嵌在所述蓝宝石衬底上，所述量子点的对位图形为矩形，并覆盖整个发光面；所述量子点的内嵌深度为5μm-8μm。通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，并用密封胶将其密封，不仅制作简单，不影响芯片制作整体过程，而且可保证量子点材料的稳定性；
进一步的，相邻芯片的量子点不连接，并在隔离道对应区域与相邻芯片的量子点相隔开；通过将量子点设置成对位方式，相邻芯片的所述量子点不连接，并在隔离道对应区域隔开，可避免切割等加工过程中对量子点结构的影响，进一步提高其稳定性。
本发明另一实施例还提供一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD生长出mini-LED外延片，其外延结构示意图如图1所示；
具体地，在GaAs衬底1上，采用MOCVD制备mini-LED外延片，依次生长GaAs缓冲层2、腐蚀截止层3（GaInP）、N型欧姆接触层4（GaAs）、N型电极保护层5（GaInP）、N型电流扩展层6（AlGaInP）、N型限制层7（AlInP）、MQW发光层8（AlGaInP）、P型限制层9（AlInP）、P型过渡层10（AlGaInP）、P型窗口层11（GaP）；其中，P型窗口层的厚度为6μm-8μm。
S2.对mini-LED外延片利用碘酸粗化溶液进行GaP表面粗化；
具体地，对mini-LED外延片利用碘酸粗化溶液进行P型窗口层GaP表面粗化，其中，粗化溶液包含一定比例的碘酸、硫酸和水，粗化深度为0.5μm。
S3.对蓝宝石衬底利用正胶光刻制作对位图案化，通过ICP蚀刻出对位图形凹槽，未蚀刻部位形成凸起；
具体地，将蓝宝石衬底进行有机清洗，然后利用正胶光刻制作对位图型（对位图形为长方形，覆盖整个发光面），通过ICP刻蚀出对位图形凹槽，其中ICP蚀刻功率为1500W，RF功率为300W，BCl3流量为80sccm，Cl2流量为20sccm；其中蓝宝石衬底的厚度为650μm，对位图形凹槽的深度为5μm-8μm；形成的凸起后续可将量子点隔开。
S4.在图案化的蓝宝石凹槽中采用旋涂方式在充氮箱体中涂覆量子点胶水，进行量子点内嵌，并在充氮固化环境中进行量子点胶水固化处理，其量子点内嵌结构示意图如图2所示；
具体地，对图案化的蓝宝石凹槽有机清洗热氮悬干后，在充氮箱体中采用旋涂方式涂覆量子点胶水，进行量子点内嵌，其中量子点材料硫化镉、硒化镉、碲化镉、硒化锌、磷化铟、砷化铟等中的一种或几种，通过分散在有机溶剂液体中，形成胶水状，可以直接旋涂，其中旋涂转速和时间为：第一阶段700rpm旋涂10s，第二阶段3000rpm旋涂30s，并在充氮固化环境中进行量子点胶水固化处理，固化炉的温度为70℃-130℃，固化时间为4min-5min。
S5.在固化后的蓝宝石晶圆上采用旋涂方式涂覆一层量子点材料密封胶；
具体地，在固化后的蓝宝石晶圆内嵌量子点一侧，采用旋涂方式涂覆一层透明透光性好的密封胶；其中密封胶的厚度为4μm，旋涂后进行密封胶固化，固化炉的炉温为70℃-130℃，固化时间为6min-8min。
S6.将粗化完的外延片与涂有量子点材料密封胶的蓝宝石晶圆在低温低压的条件下进行键合；
具体地，将粗化完的mini-LED外延片与涂有密封胶的蓝宝石晶圆在低温低压的条件下进行键合，其中，键合温度为150℃，键合压力为500kg，键合时间为60min。
S7.使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出腐蚀截止层并进行QDR冲水，然后使用室温混合液将截止层去除后，露出欧姆接触层GaAs；
具体地，冷却循环溶液为NH4OH和H2O体积比为1:15的混合液，室温混合液为HCl和H3PO4体积比为1:3的混合液。
S8.利用光刻蚀刻蒸镀沉积方式进行台面制作、P电极制作、N电极制作、ISO隔离槽17制作、复合膜钝化层制作、P焊接电极和N焊接电极制作；具体地，
台面制作：采用正胶套刻制作出台面图形，需与蓝宝石表面的对位图形凹槽进行套合，利用ICP蚀刻出台面，台面的深度控制在4μm-5μm，蚀刻台面角度为75°-85°，蚀刻气体主要为Cl2、BCl3、HBr等；
P电极制作：利用负胶剥离技术，制作台阶下方P电极、利用负胶套刻出P电极指型电极，通过sputter或电子束蒸镀P电极，其中，电极材料为AuBe、AuZn、Au中的一种或两种，厚度为1.5μm-2μm，通过lift-off工艺剥离，得到P电极；
N电极制作：利用负胶套刻技术制作N电极图形，通过电子束蒸镀技术，蒸镀N电极材料，其中电极材料包括Ti/Pt/Au，厚度为0.4μm-0.5μm，通过lift-off工艺剥离，得到N电极；
ISO隔离槽制作：光阻去除后，采用湿法溶液方式去除台面上表面的除N电极外的裸露欧姆接触GaAs层，其中去除溶液为以一定体积比例配置的柠檬酸、双氧水、水的混合液，然后采用正胶套刻制作出ISO图形，利用ICP蚀刻出ISO隔离槽，其中，蚀刻气体主要为Cl2、BCl3、HBr等，ISO隔离槽的宽度小于相邻蓝宝石凸起的水平宽度，这样可确保后续隐切、劈裂过程中量子点材料不受影响；
复合膜钝化层制作：配置氨水、硫代乙酰胺和水，以一定体积比进行混合的溶液，通过湿法清洗晶圆，然后使用PECVD沉积SiO2/SiN五层复合膜钝化层，其中，以SiO2膜层开始，SiO2膜层结束，整体厚度为2.5μm-3.5μm；
P焊接电极和N焊接电极制作：采用正胶光刻掩膜技术制作出P/N接触孔图形，通过ICP蚀刻出P/N接触孔中的复合膜钝化层，截止到P/N电极上表面，其中蚀刻气体为CF4/BCl3；然后利用负胶套刻制作焊接双电极图形，使用电子束蒸镀方式，蒸镀P焊接电极和N焊接电极，其中电极结构均为Ti/Al循环结构5次，再接Ti/Pt/Ni/Au层，累计电极厚度为4μm。
S9.将蓝宝石基板进行机械研磨减薄至80μm，然后CMP抛光，再进行激光隐切、劈裂、测试，形成LED芯片。
综上所述，本发明通过直接在蓝宝石衬底上形成内嵌对位量子点结构，并采用密封胶进行密封，同时通过将隐型切割槽的宽度设置成小于相邻量子点间的水平间隔宽度，不仅可以将量子点进行密封不与水分及氧气接触，还能确保其在后续隐切、劈裂加工过程中不受影响，芯片制作整体过程不影响，有效保证了量子点材料的稳定性。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其特征在于，所述mini-LED芯片自下而上依次是蓝宝石衬底、量子点、密封胶、P型窗口层、P电极、P型过渡层、P型限制层、MQW发光层、N型限制层、N型电流扩展层、N型电极保护层、N型欧姆接触层、N电极、复合膜钝化层、焊接电极；
所述量子点对位内嵌在所述蓝宝石衬底上。
2.根据权利要求1所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其特征在于，所述量子点的对位图形为矩形，覆盖整个发光面，并在隔离道对应区域与相邻芯片的量子点相隔开。
3.根据权利要求1所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其特征在于，所述量子点材料为硫化镉、硒化镉、碲化镉、硒化锌、磷化铟、砷化铟中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其特征在于，所述量子点的内嵌深度为5μm-8μm。
5.根据权利要求1所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片，其特征在于，所述复合膜钝化层共五层，其结构为SiO2与SiN交替排布而成，其中最外层均为SiO2膜，整体厚度为2.5μm-3.5μm。
6. 一种如权利要求1-5任一项所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD生长出mini-LED外延片；
S2.对mini-LED外延片利用碘酸粗化溶液进行GaP表面粗化；
S3.对蓝宝石衬底利用正胶光刻制作对位图案化，通过ICP蚀刻出对位图形凹槽，未蚀刻部位形成凸起；
S4.在图案化的蓝宝石凹槽中采用旋涂方式在充氮箱体中涂覆量子点胶水，进行量子点内嵌，并在充氮固化环境中进行量子点胶水固化处理；
S5.在固化后的蓝宝石晶圆上采用旋涂方式涂覆一层量子点材料密封胶；
S6.将粗化完的外延片与涂有量子点材料密封胶的蓝宝石晶圆进行键合处理；
S7.使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出腐蚀截止层并进行QDR冲水，然后使用室温混合液将截止层去除后，露出欧姆接触层GaAs；
S8.利用光刻蚀刻蒸镀沉积方式进行台面制作、P电极制作、N电极制作、ISO隔离槽制作、复合膜钝化层制作、焊接双电极制作；
S9.将蓝宝石基板减薄、隐切、劈裂、测试，形成LED芯片。
7.根据权利要求6所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，S3中，ICP蚀刻的功率为1500W，RF功率为为300W，BCl3流量为80sccm，Cl2流量为20sccm。
8.根据权利要求6所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，S4中，旋涂方法为：第一阶段700rpm旋涂10s-12s，第二阶段3000rpm旋涂30s-35s；固化处理的温度为70℃-130℃，时间为4min-5min。
9.根据权利要求6所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，S5中，密封胶的厚度为4μm-5μm；旋涂后进行密封胶固化，其中固化炉的温度为70℃-130℃，固化时间为6min-8min；S6中，键合的条件为：温度为150℃，压力为500kg，时间为60min。
10.根据权利要求6所述的内嵌对位量子点填充mini-LED芯片的制备方法，其特征在于，S7中，冷却循环溶液为NH4OH和H2O体积比为1:15的混合溶液，室温混合液为HCl和H3PO4体积比为1:3的混合液；S8中，所述ISO隔离槽的宽带小于蓝宝石衬底形成凸起的水平宽度。
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