专利名称：制备原位级发光二极管阵列结构的方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，涉及一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法。
背景技术：
根据所用半导体材料的不同，发光二极管的发射光谱覆盖了可见光范围，同时，发光二极管的发射光谱为窄带光谱，谱峰半高宽仅有20nm左右，因此具有较好的色纯度和色彩精细度。此外，发光二极管还具有许多优点，例如:低能耗，安全环保，使用寿命长，响应速度快等。因此，对于照明和显示领域，发光二极管是比较理想的光源。对于显示器来说，显示器可显示的像素越多，画面就越精细，同样的屏幕区域内能显示的信息也越多。随着市场对具有高清分辨率的显示器的需求不断增长，特别在高端显示领域，具有高清分辨率的发光二极管全彩显示屏具有广阔的应用前景和研究价值。目前市场上采用发光二极管阵列作为显示面板的产品主要由大量封装好的表贴式发光二极管单元构成，每个表贴式发光二极管单元即是显示面板中的一个显示像素，每个单元包含红绿蓝三种波段的发光二极管，大量的表贴式发光二极管单元被固定在基板上形成发光二极管阵列来作为发光二极管显示面板，如利亚德光电股份有限公司于2012年提出的发光二极管平板显示单元及生产方法(授权公告号CN101783099B)。由于表贴式发光二极管单元包含发光二极管、引线框、散热基片和透明封胶等，同时需要通过球焊技术与电极连接，受到这些因素以及封装技术和精度的制约，限制了表贴片式发光二极管单元的间距和大小，很难满足对显示精细度要求较高的应用领域。相对应的，可以利用芯片倒装技术(Flip-chip)，将发光二极管焊接在基板上组成发光二极管单元。由于倒装技术的精度比表贴片封装技术有了较大提升，可进一步控制发光二极管单元的尺寸和单元之间的距离，对提升发光二极管显示面板的显示精细度起到了 一定促进作用。如之前所述，采用表贴式发光二极管制备发光二极管平板显示只需将提前封装好的表贴式发光二极管固定在基板上即可，而采用芯片倒装技术的生产工艺则需要将不同光色的发光二极管一颗一颗按次序焊接在基板上，形成多个发光二极管单元，再通过大量的发光二极管单元所构成的发光二极管阵列作为显示面板，因此，利用芯片倒装工艺制备显示阵列，特别是大面积的显示阵列时，使得整个工艺繁琐复杂，生产周期变长，同时对成品率要求过高。随着技术的进步，外延与芯片工艺在发光二极管成本中所占的比例相对降低，而封装步骤由于耗费材料和工艺步骤较多且技术含量较低，其成本难以降低。因此发光二极管封装的集成化、小型化是一个发展的趋势，目前已有一些发光二极管的晶圆级封装方法被公布基本上都是利用某种其它类型的晶圆(如硅片、陶瓷片等)作为基板支撑发光二极管芯片。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法，本方法可整合发光二极管的制备工艺和芯片封装工艺，利用发光二极管本身的衬底作为封装基板，通过有选择的在发光二极管表面涂覆荧光粉，制备具有全彩显示能力的发光二极管显示面板，简化了工艺路径，降低了全工艺成本。同时，可以通过工艺对发光二极管的尺寸和间距进行精确控制，满足各种显示精细度的需要，因此该技术较目前采用表贴式发光二极管或者倒装技术制备发光二极管平板显示有着明显的优势。为达到上述目的，本发明提供一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中每个发光二极管包括以下步骤:步骤1:在一衬底上利用金属有机物气相外延的方法依次生长η型层、有源层和P型层；步骤2:采用光刻工艺在P型层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达η型层的表面，该η型层的一侧形成第一台面，在P型层上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达衬底的表面，该衬底的一侧形成第二台面；步骤3:在第一台面及第二台面上向下制备导电通孔，并在导电通孔内填充导电
金属；步骤4:在靠近第二台面的η型层、有源层和P型层的端部并覆盖部分P型层的上表面，制备绝缘层；步骤5:在绝缘层上制备P电极，该P电极覆盖绝缘层和部分P型层，并与导电通孔中的导电金属连接；步骤6:在第一台面上的导电通孔上制备η电极，该η电极与导电通孔中的导电金属连接；步骤7:将衬底减薄；步骤8:在减薄后的衬底的背面的两侧分别制备第一背电极和第二背电极，该第一背电极和第二背电极分别通过导电通孔中的导电金属与P电极和η电极连接，形成发光二极管；步骤9:利用荧光粉涂覆工艺，对阵列中的发光二极管涂覆可以被激发出不同颜色的荧光粉，并封装发光二极管；步骤10:在衬底的背面制备金属化图形，将每一发光二极管电性连接；步骤11:切割，完成原位级发光二极管阵列结构的制备。本发明提供与现有技术相比:利用了发光二极管的衬底作为基座，利用荧光粉改变发光二极管的输出光色，简化了将不同光色的发光二极管封装在一基板上以达到全彩显示的传统方式。可以根据应用领域的需求对发光二极管阵列的尺寸和阵列中发光二极管单元模组的大小和间距进行调整和控制，满足各种显示精度的要求，简单易操作，成品率高，可以大大简化生产工艺，降低生产成本，特别适合高分辨率发光二极管主动发光显示系统。
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明，其中:图1为本发明的制备流程图；图2原位级发光二极管结构图；图3原位级发光二极管阵列表面结构图。
具体实施例方式请参阅图1、图2和图3所示，本发明提供一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中每个发光二极管包括以下步骤:步骤1:在一衬底21上利用金属有机物气相外延的方法依次生长η型层23、有源层24和P型层25 ;其中衬底21为绝缘性材料，如蓝宝石，或非绝缘性材料，如S1、SiC、GaN或 GaAs。η型层23的材料为n_GaN，厚度为l_5um，有源层24的材料为InGaN，厚度为50-500nm, p型层25的材料为的材料为ρ-GaN，厚度为200_500nm。步骤2:采用光刻工艺在P型层25上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达η型层23的表面，该η型层23的一侧形成第一台面120，在P型层25上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达衬底21的表面，该衬底21的一侧形成第二台面121 ；步骤3:在第一台面120及第二台面121上向下制备导电通孔22，在导电通孔22内填充导电金属；可以采用激光打孔或干法刻蚀或光学辅助湿法腐蚀工艺制备导电通孔22，导电通孔22可以为圆孔或槽；导电通孔22的数量不限，可根据驱动电路的需要进行设计；导电通孔22内填充金属的方法为等离子体溅射或电子束蒸发或化学镀或电化学镀或机械填充，当衬底21为非绝缘性材料时，在第二台面121处的导电通孔22测壁做绝缘处理，然后再往导电通孔22内填充金属。步骤4:在靠近第二台面121的η型层23、有源层24和ρ型层25的端部并覆盖部分P型层25的上表面,制备绝缘层26 ;绝缘层26的材料为氧化娃或氮化娃。步骤5:在绝缘层26上制备ρ电极27，该ρ电极27覆盖绝缘层26和部分ρ型层25，并与导电通孔22中的导电金属连接；步骤6:在第一台面120上的导电通孔22上制备η电极28，该η电极28与导电通孔22中的导电金属连接；步骤7:将衬底21减薄；步骤8:在减薄后的衬底21的背面的两侧分别制备第一背电极29和第二背电极30，该第一背电极29和第二背电极30分别通过导电通孔22中的导电金属与ρ电极27和η电极28连接，形成发光二极管20 ;当衬底21为非绝缘性材料时，在第一背电极29与衬底21之间做绝缘处理。背电极29、30的金属为具有易焊接性的金属或合金，便于将发光二极管20焊接于其他电路结构中；步骤9:利用荧光粉涂覆工艺，对阵列中的发光二极管20涂覆可以被激发出不同颜色的荧光粉，并封装发光二极管20;荧光粉涂覆工艺，包含点胶、定位喷涂或丝网印刷的方法，其中对阵列中的每个发光二极管20涂覆可以被激发出不同颜色的荧光粉，可根据需要对涂覆在发光二极管111上的荧光粉种类进行任意的搭配组合；封装发光二极管20的材料可以是树脂、硅胶或玻璃，或及其组合。步骤10:在衬底21的背面制备金属化图形，根据设计要求将每一发光二极管20电性连接；其中在衬底21的背面制备的金属化图形是通过光刻、淀积金属层和剥离工艺制成。步骤11:切割，完成原位级发光二极管阵列结构的制备。切割工艺包括激光划裂、物理切割或化学腐蚀的方法。 以上实例仅供说明本发明只用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。
权利要求
1.一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中每个发光二极管包括以下步骤: 步骤1:在一衬底上利用金属有机物气相外延的方法依次生长η型层、有源层和P型层； 步骤2:采用光刻工艺在P型层上面的一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达η型层的表面，该η型层的一侧形成第一台面，在P型层上面的另一侧向下刻蚀，刻蚀深度到达衬底的表面，该衬底的一侧形成第二台面； 步骤3:在第一台面及第二台面上向下制备导电通孔，并在导电通孔内填充导电金属；步骤4:在靠近第二台面的η型层、有源层和P型层的端部并覆盖部分P型层的上表面，制备绝缘层； 步骤5:在绝缘层上制备P电极，该P电极覆盖绝缘层和部分P型层，并与导电通孔中的导电金属连接； 步骤6:在第一台面上的导电通孔上制备η电极，该η电极与导电通孔中的导电金属连接； 步骤7:将衬底减薄； 步骤8:在减薄后的衬底的背面的两侧分别制备第一背电极和第二背电极，该第一背电极和第二背电极分别通过导电通孔中的导电金属与P电极和η电极连接，形成发光二极管； 步骤9:利用荧光粉涂覆工艺，对阵列中的发光二极管涂覆可以被激发出不同颜色的荧光粉，并封装发光二极管； 步骤10:在衬底的背面制备金属化图形，将每一发光二极管电性连接； 步骤11:切割，完成原位级发光二极管阵列结构的制备。
2.根据权利要求1所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中衬底为绝缘性材料的蓝宝石，或非绝缘性材料的S1、SiC、GaN或GaAs。
3.根据权利要求1所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中荧光粉涂覆工艺，包含点胶、定位喷涂或丝网印刷的方法。
5.根据权利要求4所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中对阵列中的每个发光二极管涂覆被激发出不同颜色的荧光粉，或涂覆在发光二极管上的荧光粉的种类进行任意的搭配组合。
6.根据权利要求1所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中切割工艺包括激光划裂、物理切割或化学腐蚀的方法。
7.根据权利要求1所述的制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中在衬底的背面制备金属化图形，其是先在衬底的背面采用光刻工艺制备一图形，在图形上蒸镀金属层，剥离形成金属化图形。
全文摘要
一种制备原位级发光二极管阵列结构的方法，其中每个发光二极管包括以下步骤在一衬底上依次生长n型层、有源层和p型层；在p型层上面的一侧向下刻蚀，分别形成第一、第二台面；在第一、第二台面上向下制备导电通孔，并填充导电金属；制备绝缘层；制备p电极和n电极；将衬底减薄；制备第一背电极和第二背电极，形成发光二极管；利用荧光粉涂覆工艺，对阵列中的发光二极管涂覆可以被激发出不同颜色的荧光粉，并封装发光二极管；在衬底的背面制备金属化图形，将每一发光二极管电性连接；切割，完成原位级发光二极管阵列结构的制备。本发明简化了工艺路径，降低了全工艺成本。
文档编号H01L27/15GK103107249SQ201310045570
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者杨华, 薛斌, 谢海忠, 卢鹏志, 伊晓燕, 王军喜, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所