CN113270438A - 一种倒装微led点阵的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装微LED点阵的制作工艺，包括以下步骤：一、完成微LED的外延层制作；二、刻蚀所述外延层；三、对所述N型层刻蚀；四、镀上覆盖所述P型层和所述N型层的绝缘反射层；五、在所述P型层的顶面露出处镀透明导电层；六、沿Y方向镀上数条对应覆盖所述P型层的条形金属层，并在所述N型层于X方向的端部露出上镀上金属电极；七、在所述蓝宝石衬底的背面镀上背面金属层，并在所述背面金属层上开设与所述P型层对应的开孔。这种倒装微LED点阵的制作工艺可应用100um以下的倒装微LED点阵，无需进行芯片固晶排列，直接在芯片制造过程中完成点阵的制造，降低设备成本和工艺难度，倒装芯片技术可让多芯片组成点阵也具有较好散热性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光技术领域，特别是涉及一种倒装微LED点阵的制作工艺。
背景技术
随着LED技术的快速发展以及LED光效的逐渐提高，LED的应用越来越广泛，从单个的LED芯片逐步发展到微LED点阵，而LED芯片的结构包括衬底和设置在衬底上的P型半导体层、N型半导体层；微LED点阵就是LED微缩化和矩阵化，是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列，将像素点距离从毫米级降低至微米级，一般采用共N电极的工艺，P电极单独驱动已控制各个像素点的点亮；现时的微LED点阵一般有将一颗颗LED芯片组装成整体的点阵来实现，这种制作方式在对于100um以下的LED芯片封装和固位中的工艺非常复杂，定位要求也高，因此需要高精度设备，故成本也相应增大，而且一般的正装微LED阵列底部采用蓝宝石衬底的散热性能相对较差，在微LED点阵中LED数量多的情况下散热效果便也相应较差。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够在晶圆上节约切割、封装、固晶等一系列后续环节而制作出100um以下的倒装LED芯片点阵，而且散热性能也较好的倒装微LED点阵的制作工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种倒装微LED点阵的制作工艺。
一种倒装微LED点阵的制作工艺，包括以下步骤：
一、利用MOCVD设备在蓝宝石衬底上依次生长N型层和P型层，完成微LED的外延层制作；
二、刻蚀所述外延层，裸露所述N型层的顶面并形成沿X和Y方向呈点阵分布的所述P型层；
三、对所述N型层刻蚀，形成沿X方向延伸并沿Y方向平行分布的数个直条形的所述N型层；
四、镀上覆盖所述P型层和所述N型层的绝缘反射层，再对所述绝缘反射层进行蚀刻，使所述P型层的顶面上的所述绝缘反射层形成开口，使所述P型层的顶面在所述绝缘反射层中露出，并使所述N型层于X方向的端部露出；
五、在所述P型层的顶面露出处镀透明导电层，且所述透明导电层凸出所述绝缘反射层；
六、沿Y方向镀上数条对应覆盖所述P型层的条形金属层，并在所述N型层于X方向的端部露出上镀上金属电极；
七、在所述蓝宝石衬底的背面镀上背面金属层，并在所述背面金属层上开设与所述P型层对应的开孔，制成倒装微LED点阵。
作为本发明的优选方案，所述步骤七中，在镀上所述背面金属层前，先将所述蓝宝石衬底磨薄。
作为本发明的优选方案，所述步骤七中，所述背面金属层的开孔为圆锥形，且开孔的较宽一侧对应朝向所述P型层。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，每个所述N型层之间的距离≥3um。
作为本发明的优选方案，所述步骤四中，所述绝缘反射层于所述P型层顶面上的刻蚀开口尺寸小于所述P型层的顶面尺寸。
作为本发明的优选方案，所述步骤五中，所述透明导电层的顶面尺寸小于等于所述P型层的顶面尺寸，并且所述透明导电层的顶面尺寸大于所述绝缘反射层于所述P型层上的刻蚀开口尺寸。
作为本发明的优选方案，所述绝缘反射层为绝缘材料制成的DBR层。
作为本发明的优选方案，所述透明导电层的材料为ITO。
作为本发明的优选方案，所述条形金属层、所述金属电极和所述背面金属层的材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的一种或多种。
作为本发明的优选方案，所述微LED点阵的长宽尺寸≥10um。
本发明实施例一种倒装微LED点阵的制作工艺与现有技术相比，其有益效果在于：其可应用100um以下的倒装微LED点阵，无需进行芯片固晶排列，直接在芯片制造过程中完成点阵的制造，能降低设备成本和工艺难度，而且倒装芯片技术可让多芯片组成点阵也具有较好散热性能。
附图说明
图1是本发明一种实施例制成的倒装微LED点阵结构正视图；
图2是图1中A－A处视向的截面结构示意图；
图3是图1中B－B处视向的截面结构示意图；
图中，1、蓝宝石衬底；2、钝化层；3、透明导电层；4、条形金属层；5、金属电极；6、背面金属层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，除非另有明确的规定和限定，本发明中采用术语“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。
本发明的描述中，还需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”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机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。
参考图1，本发明优选实施例的一种倒装微LED点阵的制作工艺，包括以下步骤：
一、利用MOCVD设备在蓝宝石衬底1上依次生长N型层和P型层，完成GaN基微LED的外延层制作；
二、刻蚀所述外延层，由上至下刻蚀的过程中自然先使所述P型层去掉，通过相应设定将所述P型层刻蚀出相应的部分而将其余部分的所述P型层去掉，从而可按需设置所述P型层成相应的阵列分布，同时也相应让相应的所述N型层部分显露出，故优选通过刻蚀裸露所述N型层的顶面并形成沿X和Y方向呈点阵分布的所述P型层，X和Y方向在所述蓝宝石衬底1平面上相互垂直地构成平面直角坐标系；
三、对所述N型层刻蚀，形成沿X方向延伸于所述P型层之下并沿Y方向平行分布的数个直条形的所述N型层，每条所述N型层作为相应的所述P型层共阴；
四、镀上覆盖所述P型层和所述N型层的绝缘反射层2，再对所述绝缘反射层2进行蚀刻，使所述P型层的顶面上的所述绝缘反射层2形成开口，使所述P型层的顶面在所述绝缘反射层2中露出，并使所述N型层于X方向的点阵外的端部露出，通过绝缘反射层2绝缘保护所述P型层和N型层，同时将光线向蓝宝石衬底1的背面发射，并通过使所述P型部和所述N型层分别在相应部位的绝缘反射层2刻蚀去除，便于所述P型层和所述N型层后续的导电连接；
五、在所述P型层的顶面露出处镀透明导电层3，且所述透明导电层3凸出所述绝缘反射层2，所述透明导电层3与所述P型层顶面导电；
六、沿Y方向镀上数条对应覆盖所述P型层的条形金属层4，即所述条形金属层4沿X方向平行分布并垂直与所述N型层，并在所述N型层于X方向的点阵外的端部露出上镀上金属电极5，所述条形金属层4通过每个所述透明导电层3与所述P型层导电，倒装结构中条形金属层4能将热量传导，而所述金属电极5与所述N型层导电，从而实现每个点阵相应通电；
七、在所述蓝宝石衬底1的背面镀上背面金属层6，并在所述背面金属层6上开设与所述P型层对应的开孔，得到倒装微LED点阵。
参考图2和3，示例性的，所述步骤七中，在镀上所述背面金属层6前，先将所述蓝宝石衬底1磨薄，以减小所述蓝宝石衬底1的厚度提升出光效果，也有助散热。
参考图2和3，示例性的，所述步骤七中，所述背面金属层6的开孔为圆锥形，且开孔的较宽一侧对应朝向所述P型层，开孔较窄的一侧对应背向所述蓝宝石衬底1，通过开孔的圆锥形结构进一步将在所述蓝宝石衬底1背面出光的发光角度缩小，提升光线集中的效果。
示例性的，所述步骤三中，每个所述N型层之间的距离≥3um，最优地实现工艺最精细并避免条形的N型层之间刻蚀残留。
参考图2和3，示例性的，所述步骤四中，所述绝缘反射层2于所述P型层顶面上的刻蚀开口尺寸小于所述P型层的顶面尺寸，很好地将所述P型层的顶面以所述绝缘反射层2覆盖和保护，并便于镀透明导电层4与P型层导电。
参考图2和3，示例性的，所述步骤五中，所述透明导电层3凸出所述绝缘反射层2的顶面尺寸小于等于所述P型层的顶面尺寸，并且所述透明导电层3的顶面尺寸大于所述绝缘反射层2于所述P型层上的刻蚀开口尺寸，使所述透明导电层3在所述条形金属层4和所述P型层之间具有最优的导电和透光效果。
示例性的，所述绝缘反射层2为绝缘材料制成的DBR层，既能保护所述P型层和所述N型层，又只需较少的层数便可得到高反射率。
示例性的，所述透明导电层3的材料为ITO，ITO为铟锡金属氧化物的缩写，其形成的铟锡氧化膜具有很好的导电性和透明性。
示例性的，所述条形金属层4和所述金属电极5的材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的一种或多种。
示例性的，所述微LED点阵的长宽尺寸≥10um。
示例性的，所述步骤六和七中，采用蒸镀工艺镀上所述条形金属层4、金属电极5和背面金属层6，具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点
参考图1－3，通过本发明制作工艺所得的一种倒装微LED点阵，按工艺的先后顺序包括蓝宝石衬底1、N型层、P型层、绝缘反射层2、透明导电层3、条形金属层4、金属电极5和背面金属层6，所述N型层为沿X方向延伸成直条形并沿Y方向在所述蓝宝石衬底1上平行分布有数个，所述P型层在所述N型层上沿X和Y方向呈点阵分布有数个，所述绝缘反射层2覆盖所述P型层并同时覆盖到所述N型层在X方向上的端部附近，且所述绝缘反射层2于所述P型层的顶面上设有开口，所述透明导电层3设置在所述绝缘反射层2的开口中的所述P型层上，且所述透明导电层3凸出到所述绝缘反射层2上，所述条形金属层4沿X方向平行地分布有数个，并每个所述条形金属层4分别沿Y方向对应延伸地覆盖数个所述P型层，所述条形金属层4遮挡所述P型层的顶面和四周侧壁，所述透明导电层3与所述条形金属层4抵接，所述金属电极5设置在所述N型层在X方向上的左右两端部上，所述背面金属层6覆盖地设置在所述蓝宝石衬底1的背面，且所述背面金属层6设置有与所述P型层对应的开孔；每个所述P型层所在与所述N型层之间即构成点阵中的芯片，所述P型层与N型层在所述蓝宝石衬底1上生成并经过相应刻蚀后，然后镀上所述绝缘反射层2将其进行覆盖保护和反射，仅在P型层的顶面上和N型层的两端留出让位，故通过镀上所述透明导电层3在所述绝缘反射层2的开口中与所述P型层导电和通光，镀上所述条形金属条4即可将沿Y方向排列的P型层纵向排列导电连接，其中条形金属层4与透明导电层3附着抵接通电，并通过覆盖和遮挡P型层的顶面和侧壁，阻挡顶面透光和侧向光发散，同时所述背面金属层6在所述蓝宝石衬底1的背面通过与P型层所在的芯片位置对应设置的开孔来保留轴向出光口，得到轴向集中的光，从而解决发光时的光斑问题，配合在N型层的两端镀上的金属电极5让沿X方向延伸的N型层横向上共N极导电，而且所述背面金属层6和所述条形金属层4产生很好的散热性能。
参考图2和3，示例性的，所述背面金属层6的开孔为圆锥形，且开孔的较宽一侧朝向所述P型层，由此通过开孔的圆锥形结构进一步将在所述蓝宝石衬底1背面出光的发光角度缩小，提升光线集中的效果。
示例性的，所述蓝宝石衬底1为磨薄的衬底，通过减小所述蓝宝石衬底1的厚度来尽可能提升光效，同时帮助散热。
参考图2和3，示例性的，所述绝缘反射层2于所述P型层顶面上的开口尺寸小于所述P型层的顶面尺寸。
参考图2和3，示例性的，所述透明导电层3凸出所述绝缘反射层2的顶面尺寸小于等于所述P型层的顶面尺寸，并且所述透明导电层3的顶面尺寸大于所述绝缘反射层2于所述P型层上的刻蚀开口尺寸。
示例性的，所述绝缘反射层2为绝缘材料制成的DBR层，既能保护所述P型层和所述N型层，又只需较少的层数便可得到高反射率。
示例性的，所述透明导电层3的材料为ITO，所述条形金属层4、所述金属电极5和所述背面金属层6的材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的一种或多种。
示例性的，所述N型层之间的距离≥3um，所述微LED点阵的长宽尺寸≥10um。
参考图2和3，示例性的，所述条形金属层4沿所述P型层的四周侧壁向下延伸并对应覆盖所述绝缘反射层2，进一步确保完全阻挡侧向光发散，对工艺要求也高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于包括以下步骤：
一、利用MOCVD设备在蓝宝石衬底上依次生长N型层和P型层，完成微LED的外延层制作；
二、刻蚀所述外延层，裸露所述N型层的顶面并形成沿X和Y方向呈点阵分布的所述P型层；
三、对所述N型层刻蚀，形成沿X方向延伸并沿Y方向平行分布的数个直条形的所述N型层；
四、镀上覆盖所述P型层和所述N型层的绝缘反射层，再对所述绝缘反射层进行蚀刻，使所述P型层的顶面上的所述绝缘反射层形成开口，使所述P型层的顶面在所述绝缘反射层中露出，并使所述N型层于X方向的端部露出；
五、在所述P型层的顶面露出处镀透明导电层，且所述透明导电层凸出所述绝缘反射层；
六、沿Y方向镀上数条对应覆盖所述P型层的条形金属层，并在所述N型层于X方向的端部露出上镀上金属电极；
七、在所述蓝宝石衬底的背面镀上背面金属层，并在所述背面金属层上开设与所述P型层对应的开孔，制成倒装微LED点阵。
2.根据权利要求1所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述步骤七中，在镀上所述背面金属层前，先将所述蓝宝石衬底磨薄。
3.根据权利要求1所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述步骤七中，所述背面金属层的开孔为圆锥形，且开孔的较宽一侧对应朝向所述P型层。
4.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述步骤三中，每个所述N型层之间的距离≥3um。
5.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述步骤四中，所述绝缘反射层于所述P型层顶面上的刻蚀开口尺寸小于所述P型层的顶面尺寸。
6.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述步骤五中，所述透明导电层的顶面尺寸小于等于所述P型层的顶面尺寸，并且所述透明导电层的顶面尺寸大于所述绝缘反射层于所述P型层上的刻蚀开口尺寸。
7.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述绝缘反射层为绝缘材料制成的DBR层。
8.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述透明导电层的材料为ITO。
9.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述条形金属层、所述金属电极和所述背面金属层的材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au中的一种或多种。
10.根据权利要求1－3任一所述的一种倒装微LED点阵的制作工艺，其特征在于：所述微LED点阵的长宽尺寸≥10um。
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