CN117790486A - 一种Micro-LED芯片封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种Micro‑LED芯片封装结构及其制备方法，Micro‑LED芯片封装结构包括：封装基底，封装基底上设置红光Micro‑LED芯片、绿光Micro‑LED芯片和蓝光Micro‑LED芯片，红光Micro‑LED芯片的发光层、绿光Micro‑LED芯片的发光层和蓝光Micro‑LED芯片的发光层均包括InxGa(1‑X)N层；不同颜色Micro‑LED芯片中InxGa(1‑X)N层中x的取值相同。在具有同一外延结构的基础上，通过调整红光Micro‑LED芯片、绿光Micro‑LED芯片和蓝光Micro‑LED芯片的面积尺寸或电流大小，即可实现白色Micro‑LED光源，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，具体涉及一种Micro-LED芯片封装结构及其制备方法。
背景技术
LED发光二极管是一种离不开现代人生活所需要的常见光源，LED可以用于显示屏、交通讯号显示等光源，因其具有节能、寿命长、低功耗、低热、高亮度、环保、安全等特点，LED灯光皆可覆盖蓝光、绿光及红光可见光波长，可使用LED芯片和荧光粉搭配组合，结合成具有蓝光、绿光及红光的白光光源，但使用蓝光或短波长的芯片来激发荧光粉实现不同波长，其发光效率因损耗而大大降低，因此近几年白光LED光源倾向使用三原色LED外延芯片，直接组合成发出高亮度的LED白光。
由于一片外延片只会发出同一波段范围的光,这决定了做成LED芯片后的发光波长。3个不同波段范围的发光芯片则需要至少3种外延片中选取,每一个外延片则需要单独的芯片制程工艺。目前，LED制作工艺端已经可以分别生产出蓝光、绿光及红光三原色芯片，从外延端使用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)工艺外延生长在衬底上，三原色芯片具有不同发光波长，与外延结构设计和发光层材料不一样有关，蓝光和绿光的发光层材料为铟镓氮(InGaN)，蓝光和绿光差异在于铟组份占比少与多，红光发光层材料为铝镓铟磷(AlGaInP)，所以在封装制作成白光LED时必须使用不同外延片所做成的芯片组合，不同发光层材料间的芯片制程端工艺有所差异，故需要不同生产线搭配制作，才能将不同波长芯片组合成白光LED芯片。这导致在封装制作成白光LED时必须使用不同外延片所做成的芯片组合。
因此，随着像素尺寸的缩小，LED芯片尺寸也要随之缩小，尤其到了Micro-LED(小尺寸LED)等级，在制成Micro-LED芯片封装结构时也会由于不同颜色的Micro-LED芯片的外延材料不同(发光层材料不同)造成的工艺差异导致制作Micro-LED芯片封装结构的工艺困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中制作Micro-LED芯片封装结构工艺难度大的缺陷，从而提供一种Micro-LED芯片封装结构及其制备方法。
本发明提供一种Micro-LED芯片封装结构，包括：封装基底，所述封装基底的表面设置有红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸。
可选的，所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸与所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸的比值为50-150；所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸与所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸的比值为2-4。
本发明提供一种Micro-LED芯片封装结构，包括：封装基底；所述封装基底的表面设置有红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等，所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片分别接入独立的控制电路，适于通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到输出光波长不同的红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片。
可选的，InxGa(1-X)N中x的取值大于25％；所述发光层还包括GaN层；发光层的层数为3层-10层。
可选的，所述红光Micro-LED芯片、所述绿光Micro-LED芯片和所述蓝光Micro-LED芯片均还包括缓冲发光层，位于所述发光层与所述封装基底之间；所述缓冲发光层包括位于封装基底一侧的第一缓冲发光层以及位于第一缓冲发光层和发光层之间的第二缓冲发光层；所述第一缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为5％-15％；所述第二缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为15％-25％；所述第一缓冲发光层的层数为5层-30层；所述第二缓冲发光层的层数为2层-5层。
可选的，所述红光Micro-LED芯片、所述绿光Micro-LED芯片和所述蓝光Micro-LED芯片均还包括衬底层，位于所述封装基底的一侧表面；N型GaN层，位于所述衬底层远离所述封装基底的一侧表面；P型GaN层，位于所述发光层远离所述封装基底的一侧表面；所述P型GaN层包括第一P型GaN层以及位于所述第一P型GaN层远离所述封装基底的一侧表面的第二P型GaN层。
可选的，还包括：衬底缓冲层；位于所述衬底层和所述N型GaN层之间；所述衬底缓冲层包括依次层叠的第一衬底缓冲层、第二衬底缓冲层和第三衬底缓冲层；所述第一衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层；所述第二衬底缓冲层包括氮化铝缓冲层；所述第三衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层。
可选的，还包括：电子阻挡层，位于所述的发光层和所述P型GaN层之间；所述电子阻挡层包括氮化铝镓层。
本发明提供一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，包括：提供封装基底；在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸。
本发明提供一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，包括：提供封装基底；在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等；将所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片分别接入独立的控制电路，通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到波长不同的红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片。
可选的，在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片之前，形成初始Micro-LED芯片；对所述初始Micro-LED芯片进行切割处理，以形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片。
可选的，形成初始Micro-LED芯片的步骤包括：提供衬底层；在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层；在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层；在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成P型GaN层；所述P型GaN层包括第一P型GaN层和第二P型GaN层；所述第一P型GaN层位于发光层和第二P型GaN层之间。
可选的，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层之前，在所述衬底层的一侧表面形成衬底缓冲层；形成衬底缓冲层的步骤包括：在所述衬底层的一侧形成第一衬底缓冲层；在所述第一衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第二衬底缓冲层；在所述第二衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第三衬底缓冲层。
可选的，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层之后，在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层之前，在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成缓冲发光层；形成缓冲发光层的步骤包括：在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧表面形成第一缓冲发光层以及在所述第一缓冲发光层远离所述衬底层的一侧表面形成第二缓冲发光层。
可选的，还包括：在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层之后，在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成P型GaN层之前，在所述发光层远离所述衬底层的一侧表面形成电子阻挡层。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供一种Micro-LED芯片封装结构，通过设置所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层，并且不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同，由此能够实现在同一包含InxGa(1-X)N材料的外延片进行上述各不同颜色芯片的工艺制作，且不同颜色的Micro-LED芯片的制作工艺相同，仅需在后续控制成品芯片的面积比例即可；进一步地，按照红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸的方式进行设置，在后续对Micro-LED芯片封装结构整体施加电流时，能够使具有相同的发光材料InxGa(1-X)N的发光层的不同颜色的Micro-LED芯片，由于面积各自不同，通过各芯片的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各不同颜色芯片的面积尺寸，即可实现发出不同颜色的光，或者组成白光，工艺简单。
本发明还提供一种Micro-LED芯片封装结构，在设置所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层，并且不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同的基础上，通过设置所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等，利用电流密度的定义为单位面积所提供的电流大小，可以通过调整三个Micro-LED芯片的电路电流，能够使具有相同的发光材料InxGa(1-X)N的发光层的不同颜色的Micro-LED芯片通过电流不同，由于面积相同，因此不同颜色的Micro-LED芯片各自的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各芯片的电流大小，即可实现白色Micro-LED光源，工艺简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中Micro-LED芯片封装结构的俯视图；
图2为本发明实施例1中Micro-LED芯片封装结构的截面图；
图3为本发明实施例1中电流密度与发光波长的关系的示意图；
图4为本发明实施例2中Micro-LED芯片封装结构的俯视图；
图5为本发明实施例3中Micro-LED芯片封装结构的制备方法的流程图；
图6为本发明实施例3中初始Micro-LED芯片的制备方法的流程图；
图7为本发明实施例4中Micro-LED芯片封装结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
发明人研究发现，由于InxGa(1-X)N的发光特性，对于相同x的取值的InxGa(1-X)N材料的发光层，在其能够满足至少能够发出红光的x取值前提下，通过发光层的电流密度不同，会使得输出光波长不同。即使是满足黄光波长的x取值的InxGa(1-X)N材料的发光层，当其电流密度足够高时，也能够发出绿光和蓝光。即，InxGa(1-X)N材料的发光层，其输出光波长与电流密度相关。
由此，发明人提出一种Micro-LED芯片封装结构，三种颜色的Micro-LED芯片采用相同的x的取值的InxGa(1-X)N材料的发光层，通过控制不同颜色芯片的电流密度，实现不同波长的输出光，以得到不同颜色的输出光，进而可以组合成白光。
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
参考图1和图2，本实施例提供一种Micro-LED芯片封装结构，包括：封装基底1，所述封装基底1的表面设置有红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4，其中所述红光Micro-LED芯片2的发光层5、所述绿光Micro-LED芯片3的发光层5和所述蓝光Micro-LED芯片4的发光层5均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片2的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片4的面积尺寸。
在本实施例中，通过设置所述红光Micro-LED芯片2的发光层、所述绿光Micro-LED芯片3的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片4的发光层均包括InxGa(1-X)N层，并且不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同，由此能够实现在同一包含InxGa(1-X)N材料的外延片进行上述各不同颜色芯片的工艺制作，且不同颜色的Micro-LED芯片的制作工艺相同，仅需在后续控制成品芯片的面积比例即可；进一步地，按照红光Micro-LED芯片2的面积尺寸大于绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸，绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸大于蓝光Micro-LED芯片4的面积尺寸的方式进行设置，在后续对Micro-LED芯片封装结构整体施加电流时，能够使具有相同的发光材料InxGa(1-X)N的发光层的不同颜色的Micro-LED芯片，由于面积各自不同，通过各芯片的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各不同颜色芯片的面积尺寸，即可实现发出不同颜色的光，或者组成白光，工艺简单。即，本实施例的方案，通过在设计上调整不同颜色芯片的面积，使得相同输入电流在不同芯片得到的电流密度不同。换言之，通过调整面积来控制电流密度的不同。
需要理解的是，本申请中首先利用相同材料制得的发光层具有发光波长相同的外延片，其次，利用不同电流密度下因为极化场和电子能带填充效应影响，造成发光波长不一样的现象。具体的，Micro-LED芯片的发光波长与电流密度成反比关系，电流密度越大，Micro-LED芯片的发光波长越短；电流密度的定义在本实施例中，在后续对Micro-LED芯片封装结构整体施加电流时，通过三个Micro-LED芯片的电流大小一致，因此，Micro-LED芯片的面积尺寸越大，电流密度越小，则Micro-LED芯片的发光波长越长。
图3中示意了发光波长与电流密度成反比关系，可以知道的是，电流密度≤1A/cm2下发波长大于或等于625nm的红光；电流密度98A/cm2-105A/cm2下发波长为520nm-530nm的绿光；电流密度400A/cm2-410A/cm2下发波长为435nm-450nm的蓝光。红光、绿光和蓝光的波长大小均为本领域公知常识。
在一个实施例中，所述红光Micro-LED芯片2的面积尺寸与所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸的比值为50-150，例如为50、100或150；所述绿光Micro-LED芯片2的面积尺寸与所述蓝光Micro-LED芯片4的面积尺寸的比值为2-4，例如为2、3或4。采用上述范围的比值，红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4组合形成白色Micro-LED光源的效果最佳。
在一个实施例中，InxGa(1-X)N中x的取值大于25％。由于目前常规电流密度下要Micro-LED芯片发出红光有困难，也就是实际发光层中铟组分含量很难达到在正常电流密度下使Micro-LED芯片发红光，而通过调整发光层In组分的含量，即x的取值大于25％时，优选的，x的取值大于30％时，Micro-LED芯片容易发出红光，因此，为了后续更好的实现白光Micro-LED芯片，需要将初始的Micro-LED芯片做成红光Micro-LED芯片2，在结合各Micro-LED芯片的面积尺寸的设置，在对Micro-LED芯片封装结构整体施加电流时，直接得到具有不同波长的红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4。
在一个实施例中，所述发光层5还包括GaN层；发光层5的层数为3层-10层，例如为3层、5层、7层、9层或10层。可以理解的是，发光层5包括多层InxGa(1-X)N和多层GaN层，所述InxGa(1-X)N和GaN层为交替设置。
在一个实施例中，所述发光层5中的一层InxGa(1-X)N的厚度为20nm-40nm，例如为20nm、30nm或40nm；所述发光层5中的一层GaN层的厚度为100nm-150nm，例如为100nm、110nm、120、130nm、140nm或150nm。
在一个实施例中，所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4均还包括缓冲发光层6，位于所述发光层5与所述封装基底1之间。缓冲发光层6的作用在于：降低发光层高In组份与GaN层间的晶格差异和形成的应力，使得发光层具有较小的晶格失配，对晶格失配产生的应力进行弛豫，进而降低晶格失配产生的压应变，得到有更多In含量(超过25％)的发光层，提高Micro-LED芯片发红光的能力。
具体的，所述缓冲发光层6包括位于封装基底1一侧的第一缓冲发光层(图中未示意)以及位于第一缓冲发光层和发光层之间的第二缓冲发光层(图中未示意)。在其他实施例中，所述缓冲发光层6包括的层数为一层或者三层及以上。
在一个实施例中，所述第一缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为5％-15％；所述第二缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为15％-25％。自所述缓冲发光层6朝向远离封装基底1一侧至发光层5，InxGa(1-X)N层中的x取值逐渐递增，是为了逐渐降低位于发光层5与封装基底之间1的其他层的产生的应变，避免生长发光层5时无法达到高In含量。
在一个实施例中，所述第一缓冲发光层的层数为5层-30层，例如为3层、10层、15层、20层、25层或30层；所述第二缓冲发光层的层数为2层-5层，例如为2层、3层、4层或5层。可以理解的是，第一缓冲发光层包括多层InxGa(1-X)N和多层GaN层，所述InxGa(1-X)N和GaN层为交替设置；第二缓冲发光层包括多层InxGa(1-X)N和多层GaN层，所述InxGa(1-X)N和GaN层为交替设置。
在一个实施例中，所述第一缓冲发光层中的一层InxGa(1-X)N的厚度为20nm-120nm，例如为20nm、50nm、60nm、80nm、90nm、100nm或120nm；所述第一缓冲发光层中的一层GaN层的厚度为20nm-120nm，例如为20nm、50nm、60nm、80nm、90nm、100nm或120nm。
在一个实施例中，所述第二缓冲发光层中的一层InxGa(1-X)N的厚度为20nm-40nm，例如为20nm、30nm或40nm；所述第二缓冲发光层中的一层GaN层的厚度为100nm-150nm，例如为100nm、120nm、130nm或150nm。
在一个实施例中，所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4均还包括：衬底层7，位于所述封装基底1的一侧表面；N型GaN层8，位于所述衬底层7远离所述封装基底1的一侧表面；P型GaN层9，位于所述发光层5远离所述封装基底1的一侧表面；其中，所述P型GaN层9包括第一P型GaN层(图中未示意)以及位于所述第一P型GaN层远离所述封装基底1的一侧表面的第二P型GaN层(图中未示意)。所述N型GaN层8和所述P型GaN层9适于形成P-N结。
可以理解的是，本申请采用正面封装的方式对所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4进行封装，即衬底层7位于所述封装基底1的一侧表面；所述N型GaN层8、发光层5和所述P型GaN层9依次层叠设置于衬底层7远离封装基底1的一侧。
在其他实施例中，可以采用倒装的方式对所述红光Micro-LED芯片、所述绿光Micro-LED芯片和所述蓝光Micro-LED芯片进行封装，即P型GaN层位于所述封装基底的一侧表面，发光层、N型GaN层和所述衬底层依次层叠设置于P型GaN层远离封装基底的一侧。
在一个实施例中，所述N型GaN层8中掺杂硅原子，所述N型GaN层8中硅原子的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-5×1019atoms/cm3，例如为1×1018atoms/cm3、5×1018atoms/cm3、1×1019atoms/cm3、3×1019atoms/cm3或5×1019atoms/cm3。所述P型GaN层9中掺杂镁原子，其中，所述第一P型GaN层中镁原子的掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3，例如为5×1018atoms/cm3、7×1018atoms/cm3、9×1018atoms/cm3或1×1019atoms/cm3；所述第二P型GaN层中镁原子的掺杂浓度为5×1019atoms/cm3-5×1020atoms/cm3，例如为5×1019atoms/cm3、7×1019atoms/cm3、9×1019atoms/cm3或1×1020atoms/cm3。
在一个实施例中，所述N型GaN层8的厚度为1μm-4μm，例如为1μm、2μm、3μm或4μm；所述第一P型GaN层的厚度为100nm-300nm，例如为100nm、200nm或300nm，所述第二P型GaN层50nm-200nm，例如为50nm、100nm、150nm或200nm。
所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4均还包括：衬底缓冲层10；位于所述衬底层7和所述N型GaN层8之间。衬底缓冲层10为了降低N型GaN层8与衬底层7之间存在晶格大小的差异，为后续形成N型GaN层8提供了相对完美的生长模板，衬底缓冲层10的表面形貌和结晶质量都会影响到N型GaN层8的性质，因此，高质量的半导体缓冲层有利于高质量N型GaN层8的生长。
在一个实施例中，所述衬底缓冲层10包括依次层叠的第一衬底缓冲层、第二衬底缓冲层和第三衬底缓冲层(图中未示意)。具体的，所述第一衬底缓冲层位于所述衬底层的一侧表面，所述第三衬底缓冲层位于所述第二衬底缓冲层和所述N型GaN层之间。
在一个实施例中，所述衬底层7包括蓝宝石衬底层、硅衬底层、碳化硅衬底层或砷化镓衬底层中的任意一种；所述第一衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层；所述第二衬底缓冲层包括氮化铝缓冲层；所述第三衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层。
在一个实施例中，所述第三衬底缓冲层的厚度为1μm-2.5μm，例如为1μm、2μm或2.5μm；所述衬底层7的尺寸可以为4寸或6寸。在其他实施例中，所述衬底层的尺寸可以根据实际生产工艺选择。
所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4均还包括：电子阻挡层11，位于所述的发光层5和所述P型GaN层9之间。电子阻挡层11的作用在于对N型GaN层8注入的电子起限制作用，防止泄漏到P型GaN层9，以在发光层5进行辐射复合发光。
在一个实施例中，所述电子阻挡层11包括氮化铝镓层。
在一个实施例中，所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4均还包括：导电层以及电极(图中未示意)。所述导电层和所述电极的设置均为本领域现有技术，可参考现有的导电层和所述电极结构设置，本申请中不做具体说明。
实施例2
结合参考图2和图4，本实施例与上述实施例1的区别在于：
Micro-LED芯片封装结构，包括：封装基底1；所述封装基底1的表面设置有红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4，其中所述红光Micro-LED芯片2的发光层5、所述绿光Micro-LED芯片2的发光层5和所述蓝光Micro-LED芯片4的发光层5均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片2、所述蓝光Micro-LED芯片4和所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸相等，所述红光Micro-LED芯片2、所述绿光Micro-LED芯片3和所述蓝光Micro-LED芯片4分别接入独立的控制电路，适于通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到输出光波长不同的红光Micro-LED芯片2、所述蓝光Micro-LED芯片4和所述绿光Micro-LED芯片3。
具体的，通过所述红光Micro-LED芯片2的电流小于所述通过所述绿光Micro-LED芯片3的电流，通过所述绿光Micro-LED芯片3的电流小于所述通过所述蓝光Micro-LED芯片4的电流。
结合实施例1中电流密度的定义可知，设置三个Micro-LED芯片的面积尺寸相等，通过Micro-LED芯片的电流越大，电流密度越大，则Micro-LED芯片的发光波长越短。在设置所述红光Micro-LED芯片2的发光层5、所述绿光Micro-LED芯片3的发光层5和所述蓝光Micro-LED芯片4的发光层5均包括InxGa(1-X)N层，并且不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同的基础上，通过设置所述红光Micro-LED芯片2、所述蓝光Micro-LED芯片4和所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸相等，利用电流密度的定义为单位面积所提供的电流大小，可以通过调整三个Micro-LED芯片的电路电流，能够使具有相同的发光材料InxGa(1-X)N的发光层的不同颜色的Micro-LED芯片通过电流不同，由于面积相同，因此不同颜色的Micro-LED芯片各自的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各芯片的电流大小，即可实现白色Micro-LED光源，工艺简单。即，本实施例的方案，由于不同颜色的芯片面积相同，可以通过控制电路调整通过各颜色芯片电流不同，使得相同面积的不同芯片得到的电流密度不同。换言之，通过输入电流来控制电流密度的不同。
在一个实施例中，通过所述红光Micro-LED芯片2的电流与通过所述绿光Micro-LED芯片3的电流的比值为1/150-1/50，例如为1/150、1/100或1/50；通过所述绿光Micro-LED芯片3的电流与通过所述蓝光Micro-LED芯片4的电流的比值为1/4-1/2,例如为1/4、1/3或1/2。采用上述范围的参数设置，得到的电流密度更合适，有利于红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4的输出光的波长能够组合形成白色Micro-LED光源。
实施例3
参考图5，本实施例提供一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，以得到上述实施例1中的Micro-LED芯片封装结构，包括：
S101：提供封装基底；
S102：在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸。
在一个实施例中，在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4之前，形成初始Micro-LED芯片A；对所述初始Micro-LED芯片A进行切割处理，以形成红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4。由于形成红光Micro-LED芯片2、绿光Micro-LED芯片3和蓝光Micro-LED芯片4之前，三个Micro-LED芯片位于同一个外延片上，也就是至少三个Micro-LED芯片组成一个初始Micro-LED芯片，因此需要进行切割处理，以形成面积尺寸不相同的芯片。
进行切割处理的过程中，应按照所述红光Micro-LED芯片2的面积尺寸与所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸的比值为50-150；所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸与所述蓝光Micro-LED芯片4的面积尺寸的比值为2-4进行切割。
进行切割处理之后，将制作好的三个Micro-LED芯片同时固定在封装基底1表面以形成Micro-LED芯片封装结构，在Micro-LED芯片封装结构中做出引接线端与电路板连接，之后，采用封装树脂对上述三个Micro-LED芯片进行封装保护。所述封装基底1的材料包括塑胶材料或陶瓷材料。
在本实施例中，参考图6，形成初始Micro-LED芯片的步骤包括：
S201：提供衬底层；
S202：在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层；
S203：在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层；
S204：在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成P型GaN层；所述P型GaN层包括第一P型GaN层和第二P型GaN层；所述第一P型GaN层位于发光层和第二P型GaN层之间。
在一个实施例中，形成N型GaN层8的工艺包括金属有机化合物化学气相沉积工艺；工艺参数包括：采用三甲基镓、氨气和硅烷作为反应源，温度为1000℃-1200℃，例如为1000℃、1100℃或1200℃；形成发光层的工艺包括金属有机化合物化学气相沉积工艺；形成P型GaN层9的工艺包括金属有机化合物化学气相沉积工艺，形成发光层5的工艺参数与形成P型GaN层9的工艺参数均参考常规工艺参数，不做详细介绍。
在一个实施例中，在所述衬底层7的一侧表面形成N型GaN层8之前，在所述衬底层7的一侧表面形成衬底缓冲层10。具体的，形成衬底缓冲层10的步骤包括：在所述衬底层7的一侧形成第一衬底缓冲层；在所述第一衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第二衬底缓冲层；在所述第二衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第三衬底缓冲层。
形成衬底缓冲层10的工艺包括金属有机化合物化学气相沉积工艺；形成第一衬底缓冲层的工艺参数包括：采用三甲基镓和氨气作为反应源，温度为500℃-550℃，例如为500℃、520℃或550℃；形成第二衬底缓冲层的工艺参数包括：采用三甲基铝和氨气作为反应源，温度为900℃-1100℃，例如为900℃、1000℃或1100℃；形成第三衬底缓冲层的工艺参数包括：采用三甲基镓和氨气作为反应源，温度为1000℃-1100℃，例如为1000℃或1100℃。
在所述衬底层7的一侧表面形成N型GaN层8之后，在所述N型GaN层8远离所述衬底层7的一侧形成发光层5之前，在所述N型GaN层8远离所述衬底层7的一侧形成缓冲发光层6，具体的，形成缓冲发光层6的步骤包括：在所述N型GaN层8远离所述衬底层7的一侧表面形成第一缓冲发光层以及在所述第一缓冲发光层远离所述衬底层的一侧表面形成第二缓冲发光层。形成缓冲发光层6的工艺及参数均参考常规工艺参数，不做详细介绍。
在一个实施例中，还包括：在所述N型GaN层8远离所述衬底层7的一侧形成发光层5之后，在所述发光层5远离所述衬底层7的一侧形成P型GaN层9之前，在所述发光层5远离所述衬底层7的一侧表面形成电子阻挡层11。
形成所述初始Micro-LED芯片的步骤还包括：形成导电层以及形成电极层。由于在所述发光层5远离所述衬底层7的一侧形成P型GaN层9之后的工艺(包括形成导电层以及形成电极层)均为本领域常规技术，在本申请不做重点介绍。
实施例4
本实施例与上述实施例3的区别在于：
参考图7，本实施例提供一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，以得到上述实施例2中的Micro-LED芯片封装结构，包括：
包括：
S301:提供封装基底；
S302:在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等；将所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片分别接入独立的控制电路，通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到波长不同的红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片。
进行切割处理的过程中，所述红光Micro-LED芯片2的面积尺寸、所述绿光Micro-LED芯片3的面积尺寸和所述蓝光Micro-LED芯片4的面积尺寸相同。
进行切割处理之后，将制作好的三个Micro-LED芯片同时固定在封装基底1表面以形成Micro-LED芯片封装结构，在Micro-LED芯片封装结构中做出引接线端与电路板连接，之后，采用封装树脂对三个Micro-LED芯片进行封装保护。所述封装基底的材料包括塑胶材料或陶瓷材料。
在其他实施例中，可以不进行切割处理，形成三个面积相等的初始Micro-LED芯片，将三个Micro-LED芯片同时固定在封装基底1表面以形成Micro-LED芯片封装结构。
需要说明的是，将所述红光Micro-LED芯片2、所述蓝光Micro-LED芯片4和所述绿光Micro-LED芯片3分别接入独立的控制电路为常规技术，本实施例重点在于强调通过红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的电流为不相同设置。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (15)
1.一种Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，包括：
封装基底，所述封装基底的表面设置有红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；
所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸。
2.根据权利要求1所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸与所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸的比值为50-150；所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸与所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸的比值为2-4。
3.一种Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，包括：
封装基底；所述封装基底的表面设置有红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；
所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等，所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片分别接入独立的控制电路，适于通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到输出光波长不同的红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片。
4.根据权利要求1或3所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，InxGa(1-X)N中x的取值大于25％；
所述发光层还包括GaN层；发光层的层数为3层-10层。
5.根据权利要求1或3所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，所述红光Micro-LED芯片、所述绿光Micro-LED芯片和所述蓝光Micro-LED芯片均还包括缓冲发光层，位于所述发光层与所述封装基底之间；
所述缓冲发光层包括位于封装基底一侧的第一缓冲发光层以及位于第一缓冲发光层和发光层之间的第二缓冲发光层；
所述第一缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为5％-15％；
所述第二缓冲发光层包括InxGa(1-X)N层和GaN层，其中x的取值为15％-25％；
所述第一缓冲发光层的层数为5层-30层；所述第二缓冲发光层的层数为2层-5层。
6.根据权利要求1或3所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，所述红光Micro-LED芯片、所述绿光Micro-LED芯片和所述蓝光Micro-LED芯片均还包括衬底层，位于所述封装基底的一侧表面；
N型GaN层，位于所述衬底层远离所述封装基底的一侧表面；
P型GaN层，位于所述发光层远离所述封装基底的一侧表面；所述P型GaN层包括第一P型GaN层以及位于所述第一P型GaN层远离所述封装基底的一侧表面的第二P型GaN层。
7.根据权利要求6所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，还包括：
衬底缓冲层；位于所述衬底层和所述N型GaN层之间；
所述衬底缓冲层包括依次层叠的第一衬底缓冲层、第二衬底缓冲层和第三衬底缓冲层；
所述第一衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层；所述第二衬底缓冲层包括氮化铝缓冲层；所述第三衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层。
8.根据权利要求6所述的Micro-LED芯片封装结构，其特征在于，还包括：
电子阻挡层，位于所述的发光层和所述P型GaN层之间；
所述电子阻挡层包括氮化铝镓层。
9.一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供封装基底；
在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸，所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸大于所述蓝光Micro-LED芯片的面积尺寸。
10.一种Micro-LED芯片封装结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供封装基底；
在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片，其中所述红光Micro-LED芯片的发光层、所述绿光Micro-LED芯片的发光层和所述蓝光Micro-LED芯片的发光层均包括InxGa(1-X)N层和GaN层；不同颜色的Micro-LED芯片中的InxGa(1-X)N层中x的取值相同；所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片的面积尺寸相等；
将所述红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片分别接入独立的控制电路，通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到波长不同的红光Micro-LED芯片、所述蓝光Micro-LED芯片和所述绿光Micro-LED芯片。
11.根据权利要求9或10所述的Micro-LED芯片封装结构的制备方法，其特征在于，在所述封装基底的表面形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片之前，形成初始Micro-LED芯片；对所述初始Micro-LED芯片进行切割处理，以形成红光Micro-LED芯片、绿光Micro-LED芯片和蓝光Micro-LED芯片。
12.根据权利要求11所述的Micro-LED芯片封装结构的制备方法，其特征在于，形成初始Micro-LED芯片的步骤包括：
提供衬底层；
在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层；
在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层；
在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成P型GaN层；所述P型GaN层包括第一P型GaN层和第二P型GaN层；所述第一P型GaN层位于发光层和第二P型GaN层之间。
13.根据权利要求12所述的芯片封装结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层之前，在所述衬底层的一侧表面形成衬底缓冲层；
形成衬底缓冲层的步骤包括：在所述衬底层的一侧形成第一衬底缓冲层；在所述第一衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第二衬底缓冲层；在所述第二衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第三衬底缓冲层。
14.根据权利要求12所述的芯片封装结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成N型GaN层之后，在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层之前，在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成缓冲层发光；
形成缓冲发光层的步骤包括：在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧表面形成第一缓冲发光层以及在所述第一缓冲发光层远离所述衬底层的一侧表面形成第二缓冲发光层。
15.根据权利要求12所述的芯片封装结构的制备方法，其特征在于，还包括：在所述N型GaN层远离所述衬底层的一侧形成发光层之后，在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成P型GaN层之前，在所述发光层远离所述衬底层的一侧表面形成电子阻挡层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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