CN110676285A - 一种多合一MicroLED芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多合一MicroLED芯片及其制作方法，所述MicroLED芯片包括至少三个发光结构、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极、金属连接层和连接电极，所述金属连接层设置在相邻两个发光结构之间，以将相邻的发光结构形成连接；所述连接电极设置发光结构的背面和金属连接层上，将发光结构与金属连接层形成导电连接。本发明在发光结构之间形成金属连接层，将几个发光结构连接在一起，形成一个整体，有效减少转移的次数，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种多合一MicroLED芯片及其制作方法。
背景技术
MicroLED就是“微”LED，作为一种新显示技术，与其它显示技术，比如LCD，OLED，PDP，其核心的不同之处在于其采用无机LED作为发光像素。
Micro LED是一種未来具有非常潜力的产品。不过由于尺寸小，一般小于50μm，需要分选机移转的次数就非常多，称作为巨量移转。
巨量转移其实跟一般的分选流程一样，主要就是分选机取晶的动作，摆臂移到晶粒上方，吸嘴下压到晶粒上，吸真空，顶针次破蓝膜，让芯片离开蓝膜，摆臂上抬，移转到分选Bin上方，然后吸嘴下压放到分选bin蓝膜上，放真空，提高摆臂。尺寸越小的芯片移转越多次。
此外，制作好的MicroLED需要转移到做好驱动电路的基底上。无论是TV还是手机屏，其像素的数量都是相当巨大的，而像素的尺寸又是那么小，并且显示产品对于像素错误的容忍度也是很低的，有“亮点”或“暗点”的显示屏不被市场接受，所以将这些小像素完美地转移到做好驱动电路的衬底上并实现电路连接是非常困难复杂的技术。实际上，巨量转移是目前MicroLED商业化上面的一大瓶颈技术。其转移的效率，成功率都决定着商业化的成功与否。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多合一MicroLED芯片及其制作方法，在发光结构之间形成金属连接层，将几个发光结构连接在一起，形成一个整体，有效减少转移的次数，提高生产效率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多合一MicroLED芯片，包括至少三个发光结构、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极、金属连接层和连接电极，
所述第一绝缘层包裹在发光结构的正面和侧壁，所述金属连接层设置在相邻两个发光结构之间，以将相邻的发光结构形成连接；
所述第一电极贯穿第一绝缘层并与发光结构形成导电连接，所述第二电极设置在金属连接层上形成导电连接，且与第一电极位于发光结构的同侧，所述连接电极设置发光结构的背面和金属连接层上，将发光结构与金属连接层形成导电连接；
所述第二绝缘层设置在第一电极的侧壁，将第一电极和金属连接层隔绝。
作为上述方案的改进，所述发光结构包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层形成导电连接，所述连接电极设置在第一半导体层和金属连接层上，并将第一半导体层与金属连接层形成导电连接；
所述金属连接层设有空缺部，所述空缺部将相邻两个发光结构上的金属连接层隔开。
作为上述方案的改进，所述金属连接层由铜或铜钨制成。
作为上述方案的改进，所述绝缘层和金属连接层之间设有金属种子层，所述金属种子层由金和/或铜制成；
所述金属种子层的厚度为200～1000埃。
作为上述方案的改进，所述第一半导体层上分别设置不同颜色的量子点，以实现全彩显示。
作为上述方案的改进，所述量子点由Cdse制成。
相应地，本发明还提供了一种多合一MicroLED芯片的制作方法，包括：
在衬底上形成至少三个发光结构；
在发光结构上形成第一绝缘层，将发光结构包裹；
在第一绝缘层上形成金属连接层，所述金属连接层填充在发光结构之间，以将至少三个发光结构形成连接；
对所述金属连接层进行刻蚀，刻蚀至发光结构的正面形成第一孔洞，并在金属连接层的表面和第一孔洞内形成第二绝缘层；
对第二绝缘层进行刻蚀，刻蚀至发光结构的正面形成第二孔洞，刻蚀至金属连接层的表面形成第三孔洞，并在第二孔洞形成第一电极，在第三孔洞内形成第二电极；
去除衬底，在裸露出来的发光结构和金属连接层上形成连接电极，所述连接电极将发光结构与金属连接层形成导电连接。
作为上述方案的改进，所述发光结构包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第二半导体层和金属连接层之间还设有金属种子层，所述第一孔洞刻蚀至第二半导体层的表面，所述第二孔洞沿着第一孔洞刻蚀至第二半导体层的表面，所述第一电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层形成导电连接；
所述第二电极设置在金属连接层上，并与金属连接层形成导电连接；
去除衬底后，将第一半导体层裸露出来，所述连接电极设置在第一半导体层上，以将第一半导体层与金属连接层形成导电连接。
作为上述方案的改进，所述金属连接层的制备方法如下：
一、将至少三个发光结构置于含铜镀液中；
二、将电源负极连接到发光结构上，并对含铜镀液通电，形成预设厚度的金属连接层。
作为上述方案的改进，采用蒸镀或溅射工艺在第一绝缘层上形成金属种子层，所述金属种子层的厚度为200～1000埃；
在裸露出来的第一半导体层上形成不同颜色的量子点，所述量子点由Cdse制成。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在发光结构之间形成金属连接层，将几个发光结构连接在一起，形成一个整体，在转移的时候，可以几个发光结构一起转移，不需要一个一个来进行转移，有效减少转移的次数，提高生产效率。
本发明的金属连接层还起到连接电极的作用，通过与连接电极形成导电连接，以将相邻发光结构形成导电连接，并使得芯片的正负电极位于同侧，便于芯片的安装。
进一步的，本发明的金属连接层可以作为线路结构，取代TFT-CMOS电路。
本发明在第一半导体层上分别设置不同颜色的量子点，使得本发明的多合一MicroLED芯片可以实现全彩显示。
附图说明
图1是本发明多合一MicroLED芯片第一方案的结构示意图；
图2是本发明多合一MicroLED芯片的俯视图；
图3是本发明多合一MicroLED芯片第二方案的结构示意图；
图4是本发明多合一MicroLED芯片第三方案的俯视图；
图5是本发明多合一MicroLED芯片第四方案的俯视图；
图6是本发明多合一MicroLED芯片第五方案的俯视图；
图7a是本发明多合一MicroLED芯片形成发光结构后的结构示意图；
图7b是本发明多合一MicroLED芯片形成第一绝缘层后的结构示意图；
图7c是本发明多合一MicroLED芯片形成金属连接层后的结构示意图；
图7d是本发明多合一MicroLED芯片形成第二绝缘层后的结构示意图；
图7e是本发明多合一MicroLED芯片形成第一电极和第二电极后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
参见图1，本发明提供的一种多合一MicroLED芯片，包括至少三个发光结构20、第一绝缘层30、第二绝缘层40、第一电极50、第二电极60、金属连接层70和连接电极80，所述第一绝缘层30包裹在发光结构20的正面和侧壁，所述金属连接层70设置发光结构20之间，以将相邻的发光结构20形成连接；所述第一电极50贯穿第一绝缘层30并与发光结构20形成导电连接，所述第二电极60设置在金属连接层70上形成导电连接，且与第一电极50位于同侧，所述连接电极80设置发光结构20的背面和金属连接层70上，将发光结构20与金属连接层70形成导电连接；所述第二绝缘层40设置在第一电极50的侧壁，将第一电极50和金属连接层70隔绝。
需要说明的是，所述发光结构20包括第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，所述第一电极50设置在第二半导体层23上，所述连接电极80设置在第一半导体层21上。所述金属连接层70设有空缺部，所述空缺部将相邻两个发光结构20上的金属连接层70隔开。
参见图2，本发明的第一电极50为正电极，第二电极60为负电极，其中，第一电极50各自通过导线进行导电连接，第二电极60通过导线形成共阴连接。
本发明的金属连接层70将几个发光结构20连接在一起，形成一个整体，在转移的时候，可以几个发光结构20一起转移，不需要一个一个来进行转移，有效减少转移的次数，提高生产效率。
此外，本发明的金属连接层70还起到连接电极80的作用，通过与连接电极80形成导电连接，以将相邻发光结构20形成导电连接，并使得芯片的正负电极位于同侧，便于芯片的安装。
进一步的，本发明的金属连接层70可以作为线路结构，取代TFT-CMOS电路。
参见图3，本发明在第一半导体层21上分别设置不同颜色的量子点90，使得本发明的多合一MicroLED芯片可以实现全彩显示。优选的，所述量子点90由Cdse制成。具体地，通过改变量子点的颗粒，使得发光结构20最终发出不同颜色的光。优选的，第一个发光结构20上设有蓝色量子点、第二发光结构20上设有绿光量子点、第三个发光结构20上设有红光量子点。
具体的，本发明的金属连接层70由导电金属制成。优选的，所述金属连接层70由铜或铜钨制成。
发光结构20之间的间距是根据不同产品的需求而定，因此本发明金属连接层70的厚度一般为3～50μm。由于本发明的金属连接层70需要将多个发光结构20形成连接，其结构特殊、厚度较厚，常规形成金属层的蒸镀、溅射等方法难以形成本发明的金属连接层70。因此本发明采用电镀的方法形成金属连接层70。
具体的，所述金属连接层70的制备方法如下：
一、将至少三个发光结构20置于含铜镀液中；
二、将电源负极连接到发光结构20上，并对含铜镀液通电，形成预设厚度的金属连接层70。优选的，所述含铜镀液为硫酸铜溶液。
所述第一绝缘层30和金属连接层70之间设有金属种子层(图中未示出)，所述金属种子层金和/或铜制成。
由于发光结构20的表面包裹了一层绝缘层，本发明通过蒸镀或溅射工艺在第一绝缘层30上形成金属种子层，其中，金属种子层可作为金属连接层70的电镀媒体金属，便于形成所述金属连接层70，提高金属连接层70和发光结构20之间的粘附力。
为了进一步提高金属连接层70和发光结构20之间的粘附力，所述金属种子层由金和/或铜制成。
本发明的金属种子层厚度不需要太厚，所述金属种子层的厚度优选为200～1000埃。若金属种子层的厚度大于1000埃，则影响芯片的出光效率。
本发明的第一绝缘层30和第二绝缘层40由透明不导电材料制成。优选的，所述透明不导电材料为SiO2、SiN、Al2O3或AlN。具体的，第一绝缘层30和第二绝缘层40采用气相沉积的方法形成。第一绝缘层30和第二绝缘层40的厚度均为300～3000nm。
本发明的第一电极50和第二电极60的结构优选为Cr/Al/Ti/Pt/Au。
参见图4至图6，本发明的多合一MicroLED芯片包括三个发光结构20，形成三合一MicroLED芯片，其中，参见图4，本发明发光结构20的形状可以为三角形，然后通过金属连接层形成三合一MicroLED芯片；参见图5，本发明发光结构20的形状可以为矩形，然后通过金属连接层形成三合一MicroLED芯片；参见图5，本发明发光结构20的形状还可以为六边形，然后通过金属连接层形成三合一MicroLED芯片。
需要说明的是，图4至图6中的三合一MicroLED芯片只是一个发光结构形状即排列方式的示意图，只用于说明发光结构的形状可以为三角形、矩形和六边形及其排列方式，图中并没有标出第一电极、第二电极、金属连接层等的具体结构。
此外，本发明的多合一MicroLED芯片还可以包括四个以上的发光结构20，形成多合一MicroLED芯片，例如四合一MicroLED芯片、五合一MicroLED芯片、六合一MicroLED芯片等，但不限于此。
相应地，本发明还提供了一种多合一MicroLED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底上形成至少三个发光结构；
参见图7a，在衬底10上依次形成第一半导体层21、有源层22和第二半导体层23，然后沿着所述第二半导体层23进行刻蚀，刻蚀至衬底10表面，形成至少三个发光结构20。其中发光结构20的形状可以为三角形、矩形或六边形等。
本发明的衬底10为蓝宝石衬底，第一半导体层21为N型GaN层,有源层22为量子阱层，第二半导体层23包括P型AlGaN层和P型GaN层，所述P型AlGaN层设置在有源层22和P型GaN层之间，阻挡从N型GaN层过来的电子对，使电子减速，将尽量多的电子作用在有源层22中。
二、在发光结构上形成第一绝缘层，将发光结构包裹；
参见图7b，采用气相沉积的方法在发光结构20上形成第一绝缘层30，将发光结构20包裹。本发明的第一绝缘层30由透明不导电材料制成。优选的，所述透明不导电材料为SiO2、SiN、Al2O3或AlN。优选的，第一绝缘层30的厚度均为300～3000nm。
三、在第一绝缘层30上形成金属种子层；
蒸镀或溅射工艺在第一绝缘层30上形成金属种子层(图中未示出)，其中，金属种子层可作为金属连接层70的电镀媒体金属，便于形成所述金属连接层70，提高金属连接层70和发光结构20之间的粘附力。
本发明的金属种子层厚度不需要太厚，所述金属种子层的厚度优选为200～1000埃。若金属种子层的厚度大于1000埃，则影响芯片的出光效率。
四、在金属种子层上形成金属连接层，所述金属连接层填充在发光结构之间，以将至少三个发光结构形成连接；
参见图7c，将发光结构20放置在含铜镀液中进行电镀，形成一定厚度的金属连接层70，其中，所述金属连接层70设置在金属种子层上并填充在发光结构20之间，以将至少三个发光结构20形成连接。
本发明发光结构20之间的间距是根据不同产品的需求而定，因此本发明金属连接层70的厚度一般为3～50μm。由于本发明的金属连接层70需要将多个发光结构20形成连接，其结构特殊、厚度较厚，常规形成金属层的蒸镀、溅射等方法难以形成本发明的金属连接层70。因此本发明采用电镀的方法形成金属连接层70。
所述金属连接层70的制备方法如下：
一、将至少三个发光结构20置于含铜镀液中；
二、将电源负极连接到发光结构20上，并对含铜镀液通电，形成预设厚度的金属连接层70。
优选的，所述含铜镀液为硫酸铜溶液。与一般的含铜镀液相比，采用硫酸铜溶液来形成连接金属层，连接金属层与金属种子层的结合力更好，且连接金属层的导电性能更佳。
五、对所述金属连接层进行刻蚀，形成第一孔洞，并在金属连接层上和第一孔洞内形成第二绝缘层；
参见图7d，对所述金属连接层70进行刻蚀，形成第一孔洞，将第二半导体层23裸露出来；然后采用气相沉积的方法在金属连接层70上和第一孔洞内形成第二绝缘层40。本发明的第二绝缘层40由透明不导电材料制成。优选的，所述透明不导电材料为SiO2、SiN、Al2O3或AlN。优选的，第二绝缘层40的厚度均为300～3000nm。
六、对第二绝缘层进行刻蚀，刻蚀至第二半导体层的表面形成第二孔洞，刻蚀至金属连接层的表面形成第三孔洞，并在第二孔洞形成第一电极，在第三孔洞内形成第二电极；
参见图7e，沿着第一孔洞对第二绝缘层40进行刻蚀，刻蚀至第二半导体层23的表面形成第二孔洞，需要说明的是，第二孔洞的孔径小于第一孔洞的孔径，即第二孔洞的侧壁还保留有第二绝缘层40。此外，在第一孔洞以为的地方对第二绝缘层40进行刻蚀，刻蚀至金属连接层70的表面形成第三孔洞。
采用蒸镀或磁控溅射的方法在第二孔洞内沉积金属形成第一电极50，在第三孔洞内沉积金属形成第二电极60，其中，第一电极50与第二半导体层23导电连接，第二电极60与金属连接层70导电连接。
本发明的第一电极50和第二电极60的结构优选为Cr/Al/Ti/Pt/Au。
需要说明的是，在形成第一电极50和第二电极60后，可以将金属连接层70表面和侧壁的第二绝缘层40除去，保留第二孔洞内的第二绝缘层40，以使第一电极50与金属连接层70隔绝。
七、去除衬底，在第一半导体层和金属连接层上形成连接电极；
参见图1，去除衬底10，将第一半导体层21和金属连接层70裸露出来，并在第一半导体层21和金属连接层70上形成连接电极80，所述连接电极80将第一半导体层21与金属连接层70形成导电连接，相邻两个连接电极80之间设有裸露区域，将两者隔开，所述裸露区域位于第一半导体层21的上方。
八、在裸露区域的第一半导体层上形成量子点；
参见图2，在裸露区域的第一半导体层21上形成不同颜色的量子点90，使得本发明的多合一MicroLED芯片可以实现全彩显示。优选的，所述量子点90由Cdse制成。具体地，通过改变量子点90的颗粒，使得发光结构20最终发出不同颜色的光。优选的，第一个发光结构20上设有蓝色量子点90、第二发光结构20上设有绿光量子点90、第三个发光结构20上设有红光量子点90。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然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，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种多合一MicroLED芯片，其特征在于，包括至少三个发光结构、第一绝缘层、第二绝缘层、第一电极、第二电极、金属连接层和连接电极，
所述第一绝缘层包裹在发光结构的正面和侧壁，所述金属连接层设置在相邻两个发光结构之间，以将相邻的发光结构形成连接；
所述第一电极贯穿第一绝缘层并与发光结构形成导电连接，所述第二电极设置在金属连接层上形成导电连接，且与第一电极位于发光结构的同侧，所述连接电极设置发光结构的背面和金属连接层上，将发光结构与金属连接层形成导电连接；
所述第二绝缘层设置在第一电极的侧壁，将第一电极和金属连接层隔绝。
2.如权利要求1所述的多合一MicroLED芯片，其特征在于，所述发光结构包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第一电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层形成导电连接，所述连接电极设置在第一半导体层和金属连接层上，并将第一半导体层与金属连接层形成导电连接；
所述金属连接层设有空缺部，所述空缺部将相邻两个发光结构上的金属连接层隔开。
3.如权利要求1所述的多合一MicroLED芯片，其特征在于，所述金属连接层由铜或铜钨制成。
4.如权利要求3所述的多合一MicroLED芯片，其特征在于，所述绝缘层和金属连接层之间设有金属种子层，所述金属种子层由金和/或铜制成；
所述金属种子层的厚度为200～1000埃。
5.如权利要求2所述的多合一MicroLED芯片，其特征在于，所述第一半导体层上分别设置不同颜色的量子点，以实现全彩显示。
6.如权利要求5所述的多合一MicroLED芯片，其特征在于，所述量子点由Cdse制成。
7.一种多合一MicroLED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成至少三个发光结构；
在发光结构上形成第一绝缘层，将发光结构包裹；
在第一绝缘层上形成金属连接层，所述金属连接层填充在发光结构之间，以将至少三个发光结构形成连接；
对所述金属连接层进行刻蚀，刻蚀至发光结构的正面形成第一孔洞，并在金属连接层的表面和第一孔洞内形成第二绝缘层；
对第二绝缘层进行刻蚀，刻蚀至发光结构的正面形成第二孔洞，刻蚀至金属连接层的表面形成第三孔洞，并在第二孔洞形成第一电极，在第三孔洞内形成第二电极；
去除衬底，在裸露出来的发光结构和金属连接层上形成连接电极，所述连接电极将发光结构与金属连接层形成导电连接。
8.如权利要求7所述的多合一MicroLED芯片的制作方法，其特征在于，所述发光结构包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述第二半导体层和金属连接层之间还设有金属种子层，所述第一孔洞刻蚀至第二半导体层的表面，所述第二孔洞沿着第一孔洞刻蚀至第二半导体层的表面，所述第一电极设置在第二半导体层上，并与第二半导体层形成导电连接；
所述第二电极设置在金属连接层上，并与金属连接层形成导电连接；
去除衬底后，将第一半导体层裸露出来，所述连接电极设置在第一半导体层上，以将第一半导体层与金属连接层形成导电连接。
9.如权利要求7所述的多合一MicroLED芯片的制作方法，其特征在于，所述金属连接层的制备方法如下：
一、将至少三个发光结构置于含铜镀液中；
二、将电源负极连接到发光结构上，并对含铜镀液通电，形成预设厚度的金属连接层。
10.如权利要求7所述的多合一MicroLED芯片的制作方法，其特征在于，采用蒸镀或溅射工艺在第一绝缘层上形成金属种子层，所述金属种子层的厚度为200～1000埃；
在裸露出来的第一半导体层上形成不同颜色的量子点，所述量子点由Cdse制成。
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