CN114497315A - Led芯片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种LED芯片结构及其制备方法，该LED芯片结构包括：衬底、外延层、PN电极层和感光显影层，外延层形成于所述衬底的表面上；PN电极层形成于所述外延层的表面上，且位于所述外延层表面的两端；感光显影层覆盖所述衬底和所述外延层的剩余表面且所述感光显影层的表面高于所述外延层的表面。
Description
技术领域
本公开涉及光电器件领域，尤其涉及一种LED芯片结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件，除了作为第三代绿色光源广泛应用于固态照明领域外，近年来还越来越多地应用于平板显示领域，尤其是小间距LED显示和微型发光二极管(Mini/MicroLED)显示等新型显示领域。小间距LED显示和MiniLED显示通常采用倒装LED芯片提高对比度和可靠性，MicroLED显示通常将LED芯片通过电极互联成显示阵列，倒装LED芯片和显示阵列的电极互联都需要性能可靠的电绝缘层和加厚电极。目前主要采用PECVD淀积二氧化硅薄膜作为电绝缘层，但因薄膜不致密、膜层薄而影响电绝缘性能，造成电极之间短路。也可采用电子束蒸发法制备分散式布拉格反射镜(distributed Bragg reflection，DBR)，既充当反射镜又充当电绝缘层，但因DBR太厚(2um以上)需要刻蚀会对电极造成损伤。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种LED芯片结构及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种LED芯片结构，包括：
衬底；
外延层，形成于所述衬底的表面上；
PN电极层，形成于所述外延层的表面上，且位于所述外延层表面的两端；以及
感光显影层，覆盖所述衬底和所述外延层的剩余表面且所述感光显影层的表面高于所述外延层的表面；其中，所述衬底的剩余表面为未被所述外延层覆盖的部分表面，所述外延层的剩余表面为未被所述PN电极层覆盖的部分表面。
在本公开的一些实施例中，所述外延层包括：
u-GaN缓冲层，形成于所述衬底的表面上；
N-GaN外延层，覆盖所述u-GaN缓冲层的表面上；
多量子阱MQW层，覆盖所述N-GaN外延层的表面，所述PN电极层的一端形成于所述MQW层上；以及
P-GaN层，形成于所述多量子阱MQW层表面上并自所述多量子阱MQW层的表面边缘延伸，所述PN电极层的另一端形成于所述P-GaN层上；
其中，所述感光显影层覆盖所述P-GaN层表面未被所述PN电极层覆盖的部分表面，所述感光显影层覆盖所述多量子阱MQW层表面未被所述PN电极层和所述P-GaN层覆盖的部分表面，且所述感光显影层的表面高于所述P-GaN层的表面。
在本公开的一些实施例中，所述PN电极层包括：
P电极，形成于所述P-GaN层的表面上并自所述P-GaN层的表面边缘延伸；以及
N电极，形成于所述多量子阱MQW层的表面上并自所述多量子阱MQW层的表面边缘延伸；
其中，所述感光显影层覆盖所述P电极和所述N电极的侧壁，并高于所述P电极和所述N电极的表面。
在本公开的一些实施例中，还包括：
加厚电极层，覆盖所述PN电极层和部分所述感光显影层的表面。
在本公开的一些实施例中，所述衬底的材料为蓝宝石材料；所述外延层的材料为不导电的材料；所述PN电极层的材料为CrAlAu。
在本公开的一些实施例中，所述感光显影层为感光显影型覆盖膜，所述感光显影型覆盖膜的膜层厚为20-40um。
在本公开的一些实施例中，所述加厚电极层的厚度大于5um。
根据本公开的另一个方面，还提供了一种LED芯片结构的制备方法，包括：
步骤1：在MOCVD设备中，取一衬底，在所述衬底上制备外延层；
步骤2：对所述外延层进行ICP台面刻蚀；
步骤3：在所述外延层上制备PN电极层；
步骤4：在所述衬底、所述外延层和所述PN电极层未被覆盖的部分上覆盖感光显影层；
步骤5：在所述衬底背面使用紫外光照射所述LED芯片基片对所述感光显影层照射，显影掉覆盖在所述PN电极层上的所述感光显影层。
在本公开的一些实施例中上述制备方法，还包括：
步骤6：在所述PN电极层和部分覆盖在所述外延层的感光显影层上制备加厚电极层。
在本公开的一些实施例中，所述步骤4采用真空热压方法和/或涂敷方法制备所述感光显影层；所述步骤6采用电镀、印刷、蒸镀和溅射中的一种或多种组合的方法制备所述加厚电极层。
(三)有益效果
基于上述技术方案，本公开相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：
1、本公开通过制备感光显影层，无需光刻和镀膜工艺即可制备电绝缘层，工艺简单，成本低；
2、本公开通过制备感光显影层，可以通过电镀或印刷工艺将加厚电极做到5um以上的厚度，提高了芯片倒装焊工艺的可靠性；
3、本公开通过制备感光显影层，可以将来自LED有源区的光反射回衬底出光面，进一步提高了光效。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种LED芯片结构的整体设计图；
图2为本公开实施例提供的一种LED芯片结构的PN电极层上的感光显影层还未被显影掉时的结构示意图；
图3为本公开实施例提供的一种LED芯片结构的制备加厚电极层后的结构示意图。
【附图标记说明】
1：衬底
2：u-GaN缓冲层
3：N-GaN外延层
4：多量子阱MQW层
5：P-GaN层
6：P电极
7：N电极
8：感光显影层
9：外延层
10：PN电极层
11：加厚电极层
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
作为本公开的一个方面，提供了一种LED芯片结构，图1示意性示出了本公开实施例的LED芯片结构的整体设计图。
如图1所示，该LED芯片结构包括衬底1、外延层9、PN电极层10、感光显影层8。
在本公开实施例中，衬底1可以选用蓝宝石衬底，外延层9形成于衬底1的表面上，外延层9的材料可以选择为不导电的材料；PN电极层10形成于外延层9的表面上，且位于外延层9表面的两端，如图1所示，PN电极层10分为两部分，一部分位于外延层9表面的左端，另一部分位于外延层9表面的右端，PN电极层10的材料可以为CrAlAu；感光显影层8覆盖衬底1和外延层9的剩余表面，且感光显影层8的上表面高出外延层9的上表面，在本公开实施例中，感光显影层8可以为膜层厚20-40um的感光显影型覆盖膜，感光显影型覆盖膜可以是聚合物类有机材料，起到绝缘作用。
在本公开实施例中，衬底1的剩余表面为未被外延层9覆盖的部分表面，外延层9的剩余表面为未被PN电极层10覆盖的部分表面。
在本公开的一些实施例中，外延层9包括：u-GaN缓冲层2、N-GaN外延层3、多量子阱MQW层4和P-GaN层5。
如图1所示，u-GaN缓冲层2形成于衬底1的表面上；N-GaN外延层3覆盖u-GaN缓冲层2的表面上；多量子阱MQW层4覆盖N-GaN外延层3的表面；P-GaN层5形成于多量子阱MQW层4表面上并自多量子阱MQW层4的表面边缘延伸，如图1中所示，P-GaN层5自图1中多量子阱MQW层4的左端边缘生长；PN电极层10的一部分形成于P-GaN层5上，PN电极层10的另一部分形成于多量子阱MQW层4上，如图1中所示，PN电极层10的第一部分自P-GaN层5的左端边缘生长，第二部分自多量子阱MQW层4的右端边缘生长；其中，感光显影层8覆盖P-GaN层5表面未被PN电极层10覆盖的部分表面，感光显影层8覆盖多量子阱MQW层4表面未被PN电极层10和P-GaN层5覆盖的部分表面，且所述感光显影层8的表面高于所述P-GaN层5的表面。
在本公开的一些实施例中，PN电极层10包括：P电极6和N电极7。
如图1所示，P电极6形成于P-GaN层5的表面上并自P-GaN层5表面的左侧边缘延伸；N电极7形成于多量子阱MQW层4的表面上并自多量子阱MQW层4表面的右侧边缘延伸，感光显影层8覆盖P电极6和N电极7的侧壁，并高于P电极6和N电极7的表面。
在本公开的一些实施例中，还包括：加厚电极层11。加厚电极层11覆盖PN电极层10和部分感光显影层8的表面，加厚电极层11的厚度大于5um，如图3所示，加厚电极层11呈L型覆盖在PN电极层10和部分感光显影层8的表面上。
作为本公开的另一个方面，还提供了一种LED芯片结构的制备方法，图2至图3示意性示出了本公开实施例的LED芯片结构的制备方法。
如图2至图3所示，该LED芯片结构的制备方法包括：
步骤1：取一衬底1，在MOCVD设备中依次在该衬底上外延生长u-GaN缓冲层2、N-GaN外延层3、多量子阱MQW层4和P-GaN层5形成外延层9；
步骤2：对外延层9进行ICP台面刻蚀，对部分外延层9刻蚀至多量子阱MQW层4的表面上；
步骤3：在多量子阱MQW层4上制备N电极7，在P-GaN层5上制备P电极6，形成PN电极层10；
步骤4：在衬底1、外延层9和PN电极层10上通过真空热压方法和/或者涂敷方法制备感光显影层8形成LED芯片基片，制备后的LED芯片基片如图2所示；
步骤5：在衬底1背面使用紫外光照射LED芯片基片对感光显影层8照射，显影掉覆盖在PN电极层10上的感光显影层8，对感光显影层8进行曝光，显影后的LED芯片结构如图1所示；
步骤6：在PN电极层10和部分覆盖在外延层9的感光显影层8上采用电镀、印刷、蒸镀和溅射中的一种或多种组合的方法制备加厚电极层11，形成LED芯片结构，如图3所示；
根据本公开实施例，对通过上述方法形成的LED芯片结构进行切割，如图3中，在AA/处进行切割，形成独立的LED芯片。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚层分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED芯片结构，包括：
衬底(1)；
外延层(9)，形成于所述衬底(1)的表面上；
PN电极层(10)，形成于所述外延层(9)的表面上，且位于所述外延层(9)表面的两端；以及
感光显影层(8)，覆盖所述衬底(1)和所述外延层(9)的剩余表面且所述感光显影层(8)的表面高于所述外延层(9)的表面；其中，所述衬底(1)的剩余表面为未被所述外延层(9)覆盖的部分表面，所述外延层(9)的剩余表面为未被所述PN电极层(10)覆盖的部分表面。
2.根据权利要求1所述的LED芯片结构，其中，所述外延层(9)包括：
u-GaN缓冲层(2)，形成于所述衬底(1)的表面上；
N-GaN外延层(3)，覆盖所述u-GaN缓冲层(2)的表面上；
多量子阱MQW层(4)，覆盖所述N-GaN外延层(3)的表面，所述PN电极层(10)的一端形成于所述MQW层(4)上；以及
P-GaN层(5)，形成于所述多量子阱MQW层(4)表面上并自所述多量子阱MQW层(4)的表面边缘延伸，所述PN电极层(10)的另一端形成于所述P-GaN层(5)上；
其中，所述感光显影层(8)覆盖所述P-GaN层(5)表面未被所述PN电极层(10)覆盖的部分表面，所述感光显影层(8)覆盖所述多量子阱MQW层(4)表面未被所述PN电极层(10)和所述P-GaN层(5)覆盖的部分表面，且所述感光显影层(8)的表面高于所述P-GaN层(5)的表面。
3.根据权利要求2所述的LED芯片结构，其中，所述PN电极层(10)包括：
P电极(6)，形成于所述P-GaN层(5)的表面上并自所述P-GaN层(5)的表面边缘延伸；以及
N电极(7)，形成于所述多量子阱MQW层(4)的表面上并自所述多量子阱MQW层(4)的表面边缘延伸；
其中，所述感光显影层(8)覆盖所述P电极(6)和所述N电极(7)的侧壁，并高于所述P电极(6)和所述N电极(7)的表面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED芯片结构，还包括：
加厚电极层(11)，覆盖所述PN电极层(10)和部分所述感光显影层(8)的表面。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的LED芯片结构，其中，所述衬底(1)的材料为蓝宝石材料；所述外延层(9)的材料为不导电的材料；所述PN电极层(10)的材料为CrAlAu。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的LED芯片结构，其中，所述感光显影层(8)为感光显影型覆盖膜，所述感光显影型覆盖膜的膜层厚为20-40um。
7.根据权利要求4所述的LED芯片结构，其中，所述加厚电极层(11)的厚度大于5um。
8.一种如权利要求1至7中任一项所述的LED芯片结构的制备方法，包括：
步骤1：在MOCVD设备中，取一衬底(1)，在所述衬底(1)上制备外延层(9)；
步骤2：对所述外延层(9)进行ICP台面刻蚀；
步骤3：在所述外延层(9)上制备PN电极层(10)；
步骤4：在所述衬底(1)、所述外延层(9)和所述PN电极层(10)未被覆盖的部分上覆盖感光显影层(8)；
步骤5：在所述衬底(1)背面使用紫外光照射所述LED芯片基片对所述感光显影层(8)照射，显影掉覆盖在所述PN电极层(10)上的所述感光显影层(8)。
9.根据权利要求8所述的制备方法，还包括：
步骤6：在所述PN电极层(10)和部分覆盖在所述外延层(9)的感光显影层(8)上制备加厚电极层(11)。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述步骤4采用真空热压方法和/或涂敷方法制备所述感光显影层(8)；所述步骤6采用电镀、印刷、蒸镀和溅射中的一种或多种组合的方法制备所述加厚电极层(11)。
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