CN117117060A - 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，通过在生长衬底上生长出包括有逐渐远离生长衬底且依次层叠的蚀刻层、N型层、发光层及P型层的外延层，获得发光结构，然后剥离生长衬底，露出蚀刻层；蚀刻蚀刻层，在蚀刻层形成多个孔洞；然后在多个孔洞中填充色转换材料，利用色转换材料将发光结构产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片。且，本发明在生长衬底生长出蚀刻层，无需采用额外工序将色转换材料层和发光结构的出光面固定，减少了工艺步骤。另，本发明还公开一种利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
随着室内显示应用技术不断提高，目前使用的投影、DLP(Digital LightProcessing，数字光处理)、LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、PDP(PlasmaDisplay Panel，等离子显示板)等显示应用产品己不能完全满足市场应用需求。在各方面还存在一些缺陷使其突破不了技术的发展。而LED(Light Emitting Diode，发光二极管)全彩显示屏克服了上述产品的众多缺陷，已成为户内外大屏幕显示，如指挥中心、户外广告屏、会议中心等场合的首选。
LED芯片具有较好的节能效果和较高的亮度，而被用于生产、生活的各个行业。通常，LED显示屏通过一定数量的小尺寸显示屏模组无缝拼接成大尺寸的显示屏。其中，小间距显示屏模组的常用制作方法之一为板上芯片(Chip On Board，简称COB)。在当前利用COB方法制作小间距LED显示屏的过程中，所用芯片为倒装Mini LED芯片。为实现全彩显示，需要红色、绿色、蓝色这三种Mini LED芯片。然而，现有技术中LED芯片通常由氮化镓基材料制成，使用基于氮化镓的芯片制作蓝光LED和绿光LED属于成熟工艺，其制作及使用简单，但是红光LED为四元LED，其衬底为不透明GaAs，如果希望获得倒装红光LED，需要将红光晶圆键合到蓝宝石衬底上之后去除GaAs衬底，工艺复杂，尤其是在小间距或微间距LED显示屏中，倒装红光芯片的成本占了较大的比例，且此种工艺生产良率低下。此外，相比于GaN(氮化镓)材料，红光的AlInGaP外延层较脆且易碎，在使用过程中经常发生由外延膜起皮引起的器件失效，上述过程导致倒装红光LED良率低，以及成本高，因而不能满足应用需要。
因此，有必要提供一种适用于小间距或微间距LED显示屏的可转换颜色的LED芯片以替代现有LED芯片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、成本低的发光芯片制作方法及采用该制作方法制作成的发光芯片。
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：
提供一种发光结构，所述发光结构包括生长衬底和依次层叠生长在所述生长衬底上的蚀刻层、N型层、发光层及P型层；
剥离所述生长衬底，露出所述蚀刻层；
蚀刻所述蚀刻层，在所述蚀刻层形成多个孔洞；
在所述多个孔洞中填充色转换材料，以获得发光芯片，所述色转换材料用于将所述发光结构发出的激励光线从第一光色转换成第二光色发出。
在一些实施例中，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述蚀刻层、N型层及P型层为GaN层，所述发光层为InGaN/GaN超晶格量子阱。
在一些实施例中，所述提供一种发光结构包括：利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层；利用金属有机化学气相沉积法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述N型层，利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层；或，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述N型层；利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层。
在一些实施例中，所述蚀刻所述蚀刻层包括：采用电化学腐蚀法蚀刻所述蚀刻层。
在一些实施例中，所述发光结构还包括缓冲层，所述缓冲层生长在所述生长衬底与所述蚀刻层之间。
在一些实施例中，所述发光结构还包括蚀刻停止层，所述蚀刻停止层生长在所述蚀刻层与所述N型层之间，在所述蚀刻层被蚀刻以形成所述多个孔洞时，所述孔洞在所述蚀刻停止层停止。
在一些实施例中，所述提供一种发光结构包括：利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述蚀刻停止层；利用金属有机化学气相沉积法在所述蚀刻停止层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述N型层，利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻停止层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层；或，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述蚀刻停止层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻停止层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述N型层；利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻停止层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出P型层。
在一些实施例中，所述蚀刻层与所述蚀刻停止层的厚度之和为10微米-20微米。
在一些实施例中，在所述多个孔洞中填充色转换材料之后，还包括：在所述蚀刻层表面覆盖保护层，以隔绝水汽及氧气与所述色转换材料的接触。
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，通过在生长衬底上生长出包括有逐渐远离生长衬底且依次层叠的蚀刻层、N型层、发光层及P型层的外延层，获得发光结构，然后剥离生长衬底，露出蚀刻层；然后，蚀刻蚀刻层，在蚀刻层形成多个孔洞；然后在多个孔洞中填充色转换材料，利用色转换材料将发光结构产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片，例如，制作红光芯片等，以简化制作工艺、节约制作成本。且，本发明在生长衬底生长出蚀刻层，无需采用额外工序将色转换材料层和发光结构的出光面固定，减少了工艺步骤，制成的发光芯片的结构稳定性也更好。
附图说明
图1是本发明一实施例发光芯片制作方法的部分过程示意图；
图2是本发明一实施例制成的发光芯片的示意图；
图3是本发明另一实施例发光芯片制作方法的部分过程示意图；
图4是本发明另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。
以下，结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明：
实施例一：
请参阅图1，本发明一实施例提供的发光芯片制作方法，包括以下步骤S1至步骤S6。
S1，在生长衬底1上生长出外延层2，外延层2包括逐渐远离生长衬底1且依次层叠的缓冲层21、蚀刻层22、N型层23、发光层24及P型层25，获得可以产生激励光线的发光结构，如图1中(a)所示。
其中，生长衬底1可以例如是蓝宝石衬底，蚀刻层22、N型层23、P型层25等均可以例如是氮化镓(GaN)层等，发光层24为InGaN/GaN超晶格量子阱，缓冲层21可以为氮化镓或氮化铝。
在生长衬底1上生长外延层2时，首先，在生长衬底1上生长出缓冲层21；然后，在缓冲层21背离生长衬底1的一面生长出蚀刻层22；接着，在蚀刻层22背离缓冲层21的一面生长出N型层23；然后，在N型层23背离蚀刻层22的一面生长出发光层24；最后，在发光层24背离N型层23的一面生长出P型层25，此时，即获得发光结构，如图1中(a)所示。
可以是利用物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)法在生长衬底1上生长缓冲层21。
可以是利用氢化物气相外延法(Hydride Vapor Phase Epitaxy，HVPE)在缓冲层21上生长出蚀刻层22，也可以是利用金属有机化学气相沉积法(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)在缓冲层21上生长出蚀刻层22。优选为利用氢化物气相外延法在缓冲层21上生长出蚀刻层22，成本更低。利用金属有机化学气相沉积在蚀刻层22背离生长衬底1的一侧依次生长出N型层23、发光层24及P型层25。
也可以是利用氢化物气相外延法在缓冲层21上生长出蚀刻层22、N型层23；也可以是利用金属有机化学气相沉积法在缓冲层21上生长出蚀刻层22、N型层23。优选为利用氢化物气相外延法在缓冲层21上生长出蚀刻层22、N型层23，成本更低。利用金属有机化学气相沉积在N型层23背离蚀刻层22的一侧依次生长出发光层24及P型层25。
N型层23与蚀刻层22的组成成分可以均为n型GaN，但掺杂浓度，生长条件均可以不同，以获得特定的蚀刻孔洞密度、直径及深度。
S2，使生长衬底1背离承载结构3，将发光结构固定在承载结构3上，如图1中(b)所示；然后，剥离生长衬底1和缓冲层21，露出蚀刻层22，如图1中(c)所示。
在图1所示实施例中，没有绘制出P电极和N电极，可以理解的，可以是在执行以下步骤S3至S4之后，再制作P电极和N电极。还可以是：在将发光结构固定在承载结构3上之前，可以通过蒸镀等方式在P型层25背离发光层24的一面形成P电极，然后再将P电极与承载结构3固定，实现将发光结构固定在承载结构3上。而N电极，则是需要在剥离生长衬底1和缓冲层21之后，再进行制作，例如，在剥离生长衬底1和缓冲层21之后，并且执行以下步骤S3至S5以后，去除部分蚀刻层22以裸露N型层23并在其上制作连接N型层23的N电极。当然，也可以是在没有执行以下步骤S3至S5之前，便制作连接N型层23的N电极。
其中，承载结构3可以是具有焊盘的基板等，可以通过焊接等方式将发光结构的P电极与承载结构3固定。承载结构3也可以是玻璃基板等。
可以是通过激光剥离技术等实现将生长衬底1和缓冲层21剥离。
S3，蚀刻蚀刻层22，在蚀刻层22形成多个孔洞4，如图1中(d)所示。
在一个实施例中，蚀刻层22为N型半导体层，蚀刻层22与N型层23的组成成分可以一样，而掺杂浓度不同，例如，蚀刻层22的掺杂浓度可以高于N型层23的浓度。蚀刻层22在一定电压下与电解质反应，以通过电化学腐蚀法蚀刻蚀刻层22，从而形成多个孔洞4。可以通过控制蚀刻时间，使得N型层23不被蚀刻。
蚀刻层22的厚度可以是例如8微米，具有足够的厚度，可以更好地隔离发光层24的热量，同时，蚀刻层22的厚度较厚，也便于进行蚀刻形成具有足够深度的多个孔洞4，容纳足够数量的色转换材料5。
S4，在多个孔洞4中填充色转换材料5，如图1中(e)所示，色转换材料5用于将发光结构发出的激励光线从第一光色转换成第二光色发出。
色转换材料5可以是任意能够填充在孔洞4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、第一光色不限于是某种特定的光色，在一些实施例中，第二光色为红光，第一光色为蓝光；在一些实施例中，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。
S5，在蚀刻层22表面覆盖保护层6，以隔绝水汽及氧气与色转换材料5的接触，如图1中(f)所示。
保护层6可以是使用ALD(Atomic layer deposition)沉积获得，例如，氧化铝保护层等，保护层6可以是单层结构，也可以是多层结构，只要能够很好得隔绝水汽和氧气，以保护色转换材料5即可。
S6，分割填充有色转换材料5的发光结构，以获得发光芯片。在一些实施例中，获得的发光芯片如图2所示。
在一些实施例中，还需剥离承载结构3，再分割填充有色转换材料5的发光结构，获得图2所示的发光芯片，图2所示的发光芯片为倒装芯片，在其它实施例中，获得的发光芯片还可以为垂直结构、正装结构的芯片。
如图2所示，发光芯片包括保护层101、蚀刻层102、N型层103、发光层104、P型层105，P型层105设有P电极106，N型层103设有N电极107，N型层103、发光层104、P型层105、P电极106、N电极107构成了基本的LED芯片结构，蚀刻层102设有色转换材料5，通过色转换材料5将LED芯片结构发出的激励光线转换为其它光色发出。
在上述实施例一中，在生长蚀刻层22之前，先在生长衬底1上生长出缓冲层21，然后再在缓冲层21背离生长衬底1的一侧生长出蚀刻层22，缓冲层21可以缓解GaN与生长衬底1之间的热应力及晶格失配应力。
在上述实施例一中，执行步骤S6之前，先执行了步骤S5以保护色转换材料5，可以理解的，在一些实施例中，也可以不执行步骤S5，在通过步骤S4在多个孔洞4中填充色转换材料5之后，直接进入步骤S6。
实施例二
请参阅图3，本发明另一实施例提供的发光芯片制作方法，与上述实施例一不同的，在该实施例二中，外延层2还包括蚀刻停止层26，蚀刻停止层26生长在蚀刻层22与N型层23之间，在蚀刻层22被蚀刻以形成多个孔洞4时，蚀刻停止层26不会被蚀刻。
其中，蚀刻停止层26为U-GaN层，通过电化学腐蚀法蚀刻蚀刻层22，从而形成多个孔洞4时，蚀刻停止层26不会与电解质反应，从而可以避免蚀刻到N型层23。通过电化学腐蚀法蚀刻蚀刻层22形成多个孔洞4，为纳米级蚀刻，所形成的多个孔洞4为内部粗糙、非直条状，孔洞4对光的折射、散射更强，可以增强所制成的发光芯片的发光效果。
在一个实施例中，蚀刻层22与蚀刻停止层26的厚度之和为10微米-20微米，足够的厚度，可以更好地隔离发光层24的热量。在一个实施例中，蚀刻层22的厚度为8微米，蚀刻停止层26的厚度为5微米，蚀刻层22的厚度较厚，便于进行蚀刻形成多个孔洞4。
在生长衬底1上生长外延层2时，首先，在生长衬底1上生长出缓冲层21；然后，在缓冲层21背离生长衬底1的一面生长出蚀刻层22；接着，在蚀刻层22背离缓冲层21的一面生长出蚀刻停止层26；接着，在蚀刻停止层26背离蚀刻层22的一面生长出N型层23；然后，在N型层23背离蚀刻层22的一面生长出发光层24；最后，在发光层24背离N型层23的一面生长出P型层25，此时，即获得发光结构，如图3中(a)所示。
其中，蚀刻停止层26可以为利用氢化物气相外延法在蚀刻层22背离缓冲层21的一面生长获得；也可以是利用金属有机化学气相沉积法在蚀刻层22背离缓冲层21的一面生长获得。优选为利用氢化物气相外延法在蚀刻层22背离缓冲层21的一面生长蚀刻停止层26，成本更低。
之后，再依次执行上述实施例一中的步骤S2-S6，获得的结构如图3(b)-(f)所示，最终，获得的发光芯片如图4所示。如图4所示，发光芯片包括保护层101、蚀刻层102、蚀刻停止层103、N型层104、发光层105、P型层106，P型层106设有P电极107，N型层104设有N电极108，N型层104、发光层105、P型层106、P电极107、N电极108构成了基本的LED芯片结构，蚀刻层102设有色转换材料5，通过色转换材料5将LED芯片结构发出的激励光线转换为其它光色发出。
在图4所示实施例中，获得的发光芯片为倒装芯片。如图4所示，倒装芯片的结构依次包括保护层101、蚀刻层102、蚀刻停止层103、N型层104、发光层105和P型层106，P型层106上设有P电极107，发光层105、P型层106被部分蚀刻以暴露出N型层104的局部结构，N型层104被暴露出的局部结构上设有N电极108，即是，获得的发光芯片的N电极108和P电极107设于同一侧，N电极108和P电极107均暴露在发光芯片远离蚀刻层102的面。在其它实施例中，获得的发光芯片还可以为垂直结构、正装结构的芯片。在其它实施例中，倒装芯片的结构也可以不包括保护层101。
在上述实施例中，发光结构是可以通过分割等制成多个发光芯片的晶圆，在其它实施例中，发光结构也可以是对应于用于制成一发光芯片的结构。
综上，本发明提供的发光芯片制作方法，通过在生长衬底1上生长出包括有逐渐远离生长衬底1且依次层叠的蚀刻层22、N型层23、发光层24及P型层25的外延层2，获得发光结构，然后使生长衬底1背离承载结构3，将发光结构固定在承载结构3上，并剥离生长衬底1，露出蚀刻层22；然后，蚀刻蚀刻层22，在蚀刻层22形成多个孔洞4；然后在多个孔洞4中填充色转换材料5，利用色转换材料5将发光结构产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片，例如，制作红光芯片等，以简化制作工艺、节约制作成本。且，本发明在生长衬底1生长出蚀刻层22，无需采用额外工序将色转换材料5层和发光结构的出光面固定，减少了工艺步骤，制成的发光芯片的结构稳定性也更好。此外，蚀刻后的蚀刻层22为多孔结构，可以提升激励光线的散射，增大光程，大大提升了色转换材料5对激励光线的吸收效率，减少第一光色的漏出，从而提升色彩纯度。
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：
提供一种发光结构，所述发光结构包括生长衬底和依次层叠生长在所述生长衬底上的蚀刻层、N型层、发光层及P型层；
剥离所述生长衬底，露出所述蚀刻层；
蚀刻所述蚀刻层，在所述蚀刻层形成多个孔洞；
在所述多个孔洞中填充色转换材料，以获得发光芯片，所述色转换材料用于将所述发光结构发出的激励光线从第一光色转换成第二光色发出。
2.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述蚀刻层、N型层及P型层为GaN层。
3.如权利要求2所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述提供一种发光结构包括：
利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层；
利用金属有机化学气相沉积法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述N型层，利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层；或，
利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述N型层；
利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层。
4.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述蚀刻所述蚀刻层包括：
采用电化学腐蚀法蚀刻所述蚀刻层。
5.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述发光结构还包括缓冲层，所述缓冲层生长在所述生长衬底与所述蚀刻层之间。
6.如权利要求1至5任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述发光结构还包括蚀刻停止层，所述蚀刻停止层生长在所述蚀刻层与所述N型层之间，在所述蚀刻层被蚀刻以形成所述多个孔洞时，所述孔洞在所述蚀刻停止层停止。
7.如权利要求6所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述提供一种发光结构包括：
利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述蚀刻停止层；
利用金属有机化学气相沉积法在所述蚀刻停止层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述N型层，利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻停止层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出所述P型层；或，
利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出所述蚀刻层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻层背离所述生长衬底的一侧生长出所述蚀刻停止层，利用氢化物气相外延法在所述蚀刻停止层背离所述蚀刻层的一侧生长出所述N型层；
利用金属有机化学气相沉积法在所述N型层背离所述蚀刻停止层的一侧生长出所述发光层，利用金属有机化学气相沉积法在所述发光层背离所述N型层的一侧生长出P型层。
8.如权利要求6所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述蚀刻层与所述蚀刻停止层的厚度之和为10微米-20微米。
9.如权利要求1至5任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，在所述多个孔洞中填充色转换材料之后，还包括：
在所述蚀刻层表面覆盖保护层，以隔绝水汽及氧气与所述色转换材料的接触。
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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