一种MicroLED芯片及其制作方法、MicroLED阵列基板与流程

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种microled芯片及其制作方法、microled阵列基板。

背景技术：

微发光二极体显示器(microleddisplay)为新一代的显示技术，结构是微型化led阵列，也就是将led结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，使其体积约为目前主流led大小的1％，每一个像素都能定址、单独驱动发光，将像素点的距离由原本的毫米级降到微米级。

承继了led的特性，microled优点包括低功耗、高亮度、超高分辨率与色彩饱和度、反应速度快、超省电、寿命较长、效率较高等，其功率消耗量约为lcd的10％、oled的50％。而与同样是自发光显示的oled相较之下，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500ppi(像素密度)。

但microled的发光区损失严重，发光效率明显下降，对于目前主流的穿戴设备或手机等显示屏幕要求功耗小的设备而言，降低发光效率会导致功耗升高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种microled芯片及其制作方法，以解决现有技术中microled芯片的发光区损失严重，发光效率下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种microled芯片，包括：

呈阵列排布且相互绝缘的多个第一电极；

与所述第一电极一一电性连接的反射电极；

位于所述反射电极表面的led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

至少贯穿所述n导电型层、所述发光层和所述p型导电层的隔离层，所述隔离层将所述led外延结构分割为多个独立的子led外延结构，一个子led外延结构对应一个所述反射电极；

位于所述接触层背离所述发光层表面的电流扩展层；

与所述隔离层位置对应设置的电极网，在所述发光层所在的表面上，所述电极网的投影位于所述隔离层的投影内部，或所述电极网的投影覆盖所述隔离层的投影；

与所述电极网电连接的一个第二电极；

其中，所述电流扩展层为整层结构，所述电极网设置在所述电流扩展层的表面；或者，所述电极网设置在所述电流扩展层的内部，将所述电流扩展层分割为多个与所述子led外延结构一一对应的子电流扩展层。

优选地，当所述电极网设置在所述电流扩展层的内部，将所述电流扩展层分割为多个与所述子led外延结构一一对应的子电流扩展层时；

所述电极网还将所述接触层分割为多个与所述子led外延结构一一对应的子接触层。

优选地，所述隔离层还延伸至多个所述反射电极之间。

优选地，所述led外延结构中的所述发光层为多量子阱层，所述多量子阱层与所述p型导电层之间还包括电子阻挡层。

优选地，所述n型导电层为n型gan层，所述p型导电层为p型gan层。

优选地，所述电流扩展层包括氧化铟锡、氧化锌或石墨烯。

本发明还提供一种microled阵列基板，包括：

上面任意一项所述的microled芯片；

和与所述microled芯片的第一电极电连接的控制电路。

另外，本发明还提供一种microled芯片的制作方法，用于制作上面所述的microled芯片，所述microled芯片的制作方法包括：

提供衬底和临时基板；

在所述衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂层、led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

刻蚀形成隔离槽，所述隔离槽至少贯穿所述led外延结构；

在所述隔离槽中制作隔离层，所述隔离层背离所述衬底的表面高于所述p型导电层背离所述衬底的表面，或与所述p型导电层背离所述衬底的表面齐平；

在所述隔离层上制作电极网，所述电极网的表面高出所述接触层；

在所述接触层上形成电流扩展层，所述电流扩展层的厚度小于或等于所述电极网表面高出所述接触层的部分；

将所述电流扩展层背离所述接触层的表面与所述临时基板粘贴；

剥离所述衬底、缓冲层和所述非故意掺杂层，露出所述n型导电层；

在每个所述n型导电层上制作反射电极；

将每个反射电极与对应的第一电极进行一一键合焊接；

去除所述临时基板，露出所述电流扩展层和电极网；

在所述电流扩展层表面制作一个第二电极，所述第二电极与所述电极网电连接。

本发明还提供另一种microled芯片的制作方法，也用于制作上面所述的microled芯片，所述microled芯片的制作方法包括：

提供衬底和临时基板；

在所述衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂层、led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

刻蚀形成隔离槽，所述隔离槽至少贯穿所述led外延结构；

在所述隔离槽中制作隔离层，所述隔离层背离所述衬底的表面高于所述p型导电层背离所述衬底的表面，或与所述p型导电层背离所述衬底的表面齐平；

在所述接触层上形成整层结构的电流扩展层；

在所述电流扩展层上制作形成电极网，所述电极网与所述隔离层在垂直于所述microled芯片的方向上相对设置；

将所述电流扩展层背离所述接触层的表面与所述临时基板粘贴；

剥离所述衬底、缓冲层和所述非故意掺杂层，露出所述n型导电层；

在每个所述n型导电层上制作反射电极；

将每个反射电极与对应的第一电极进行一一键合焊接；

去除所述临时基板，露出所述电流扩展层和电极网；

在所述电流扩展层表面制作一个第二电极，所述第二电极与所述电极网电连接。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的microled芯片，采用垂直结构，将第一电极和第二电极分别制作在不同侧，通过在隔离层上设置网格结构的电极网，只需设置一个第二电极与电极网形成电连接，即可实现多个microled子芯片独立发光，而无需通过每个microled子芯片都设置第二电极进行发光控制，从而节省了电极的占用面积，对比现有技术，增加了microled芯片的发光面积，从而有效提高了microled芯片的发光效率。另外，由于电极网设置在隔离层上，且电极网位置与隔离层位置相对设置，避免了电极网对有效发光区域的遮挡，从而能够避免现有技术中microled芯片发光效率较低的问题。

进一步地，由于仅设置一个第二电极用于打线键合，可以避免大量microled芯片的焊接打线，从而提高microled芯片的可靠性和制作成本。

本发明还提供一种上述microled芯片的制作方法，用于制作形成上述microled芯片，从而使得microled芯片的发光效率提高，并且提高microled芯片的可靠性和制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种microled芯片的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种microled芯片的剖面结构示意图；

图3为图1和图2所示的microled芯片的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种microled阵列基板结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种microled芯片制作方法流程图；

图6a-图6j为图5所示microled芯片制作方法流程图对应的工艺步骤图；

图7为本发明实施例提供的一种microled芯片制作方法流程图；

图8a-图8c为图7所示microled芯片制作方法流程图对应的工艺步骤图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的microled的发光区损失严重，发光效率明显下降。

发明人发现，出现上述现象的原因是，microled芯片在制作过程中，采用同侧电极形式，在每个单元的led芯片中都需要做同侧电极，采用同侧电极需要刻蚀贯穿有源区，而microled芯片的面积较小，芯片数量较多，真阳会占据较大的芯片面积，造成整个microled的发光区损失严重，进而导致发光效率明显下降的问题。

基于此，本发明提供一种microled芯片，包括：

呈阵列排布且相互绝缘的多个第一电极；

与所述第一电极一一电性连接的反射电极；

位于所述反射电极表面的led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

至少贯穿所述n导电型层、所述发光层和所述p型导电层的隔离层，所述隔离层将所述led外延结构分割为多个独立的子led外延结构，一个子led外延结构对应一个所述反射电极；

位于所述接触层背离所述发光层表面的电流扩展层；

与所述隔离层对应设置的电极网，在所述发光层所在的表面上，所述电极网的投影位于所述隔离层的投影内部；

与所述电极网电连接的一个第二电极；

其中，所述电流扩展层为整层结构，所述电极网设置在所述电流扩展层的表面；或者，所述电极网设置在所述电流扩展层的内部，将所述电流扩展层分割为多个与所述子led外延结构一一对应的子电流扩展层。

本发明提供的microled芯片，采用垂直结构，将第一电极和第二电极分别制作在不同侧，通过在隔离层上设置网格结构的电极网，只需设置一个第二电极与电极网形成电连接，即可实现多个microled子芯片独立发光，而无需通过每个microled子芯片都设置第二电极进行发光控制，从而节省了电极的占用面积，对比现有技术，增加了microled芯片的发光面积，从而有效提高了microled芯片的发光效率。另外，由于电极网设置在隔离层上，且电极网位置与隔离层位置相对设置，避免了电极网对有效发光区域的遮挡，从而能够避免现有技术中microled芯片发光效率较低的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种microled芯片，图2为本发明实施例提供的另一种microled芯片，两种结构均包括：呈阵列排布且相互绝缘的多个第一电极(如图1和图2中的第一电极a、b、c)；与第一电极(a、b、c)一一电性连接的反射电极(31、32、33)，本实施例中不限定反射电极(31、32、33)与第一电极(a、b、c)之间的电性连接的具体连接方式，可选的，如图1和图2中所示，通过键合焊接层2电性连接；位于反射电极(31、32、33)表面的led外延结构4，led外延结构4至少包括依次设置的n型导电层41、发光层42、p型导电层44和接触层45；至少贯穿n导电型层41、发光层42和p型导电层44的隔离层5，隔离层5将led外延结构分割为多个独立的子led外延结构，一个子led外延结构对应一个反射电极；位于接触层45背离发光层42表面的电流扩展层6；与隔离层5对应设置的电极网7，在发光层42所在的表面上，电极网7的投影位于隔离层5的投影内部，或电极网7的投影覆盖隔离层5的投影；与电极网7电连接的一个第二电极8。

需要说明的是，本实施例中不限定电极网7与电流扩展层6之间的关系，只要电极网7能够与电流扩展层6电性连接，同时电极网7能够与第二电极8连接，实现一个第二电极8控制多个led外延结构4发光，且电流扩展层6能够起到较好的电流扩展作用即可。

需要说明的是，本实施例中，电极网7位于隔离层5的正上方，且位置一一对应设置，本实施例中不限定所述电极网7的宽度，所述宽度是指附图1中的左右方向。可选的，为避免电极网7过宽造成遮挡发光，电极网7的宽度小于或等于隔离层5的宽度，也即，在发光层42所在的表面上，电极网7的投影位于隔离层5的投影内部，或电极网7的投影与隔离层5的投影重叠。

可选的，如图1所示，本发明的一个实施例中，电极网7设置在电流扩展层6的内部，将电流扩展层6分割为多个与子led外延结构一一对应的子电流扩展层。

另外可选的，如图2所示，本发明的另一个实施例中，电流扩展层6为整层结构，电极网7设置在电流扩展层6的表面。

以上为本发明实施例中的两种实现结构，并不对本发明的保护范围起到限定作用。

本实施例中隔离层5用于将led外延结构4分离成为多个独立的子外延结构，并防止相邻子外延结构之间发生漏电，因此，隔离层5至少贯穿所述led外延结构4的p型导电层44和n型导电层41。在本发明其他实施例中，隔离层5还可以贯穿或延伸至接触层45和背面的反射电极3，本实施例中对此不做限定。可选的，如图1所示，隔离层5还可以延伸至多个反射电极之间，用于将反射电极之间相互隔离并绝缘。

本实施例中也不限定电极网的具体高度，可选的，如图1所示，当电极网7设置在电流扩展层6的内部，将电流扩展层6分割为多个与子led外延结构一一对应的子电流扩展层时；电极网7还将接触层45分割为多个与子led外延结构一一对应的子接触层。

本实施例中不限定所述led外延结构的具体结构，可选的，在反射电极表面，且沿第一电极朝向第二电极的方向依次设置的n型导电层41、多量子阱层42、电子阻挡层43、p型导电层44和接触层45。也即led外延结构4中的发光层42为多量子阱层42，多量子阱层42与p型导电层44之间还包括电子阻挡层43。

本实施例中不限定所述microled芯片的具体发光颜色，可选的，所述microled芯片为蓝光led芯片或紫外led芯片，当microled芯片为蓝光led芯片时，n型导电层41为n型gan层，p型导电层44为p型gan层。当microled芯片为紫外led芯片时，n型导电层41为n型algan层，p型导电层44为p型algan层。本实施例中对此不做限定，可以根据实际需求进行设置。

需要说明的是，本实施例中同样不限定所述电流扩展层的具体材质，由于电流扩展层5位于microled的发光侧，因此，可选的，电流扩展层的透光率越大越好。本实施例中电流扩展层的材质可以是氧化铟锡、氧化锌或石墨烯。由于ito(氧化铟锡)的高透过率和低电阻率，对可见光透过率可达85％以上，低电阻率(10^-3ω·cm～10^-4ω·cm)，较宽的能隙(eg＝3.6ev～3.9ev)，同时还具有高硬度、耐磨、耐化学腐蚀特性等诸多优点，本实施例中宽的所述电流扩展层为氧化铟锡(ito)层。

本发明实施例提供的microled芯片，采用垂直结构，将第一电极和第二电极分别制作在不同侧，通过在隔离层上设置网格结构的电极网，只需设置一个第二电极与电极网电连接，即可实现多个microled子芯片独立发光，而无需通过每个microled子芯片都设置第二电极进行发光控制，从而节省了电极的占用面积，对比现有技术，增加了microled芯片的发光面积，从而有效提高了microled芯片的发光效率。另外，由于电极网设置在隔离层上，且电极网位置与隔离层位置相对设置，避免了电极网对有效发光区域的遮挡，从而能够避免现有技术中microled芯片发光效率较低的问题。如图3所示，为图1和图2所示的microled芯片的俯视结构示意图，从图3中可以看出，本实施例中通过电极网7实现了多个microled子芯片独立发光。

本发明实施例还提供一种microled阵列基板，包括：上面实施例中所述的microled芯片；和与所述microled芯片的第一电极电连接的控制电路。如图4所示，为本发明实施例提供的一种microled阵列基板，包括控制电路100，以及位于制作在控制电路100上的microled芯片200，控制电路100与microled芯片200的第一电极进行电性连接。本实施例中以microled芯片200为图1中所示的microled芯片为例进行说明，但本实施例中对此并不做限定，microled芯片200还可以为图2中所示的microled芯片。

本实施例中，由于仅设置一个第二电极用于打线键合，可以避免大量microled芯片的焊接打线，从而提高microled芯片及阵列基板的可靠性和制作成本。

本发明另一个实施例还提供一种microled芯片的制作方法，用于制作上面图1所示的microled芯片，如图5所示，所述microled芯片的制作方法包括：

s101：提供衬底和临时基板；

本实施例中不限定所述衬底的具体材质，需要说明的是，蓝宝石衬底具有较高的透光性，且在图形化蓝宝石衬底上外延生长晶体时能够得到晶体质量较好的晶体，因此，本实施例中可选的所述衬底为图形化蓝宝石衬底，所述图形化蓝宝石衬底上的凸起结构能够对发光层发出的朝向衬底方向的光进行反射，从而提高发光二极管的发光效率。

s102：在所述衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂层、led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

本实施例中不限定所述led外延结构的具体结构，根据不同的led外延结构设计，可以包括多种结构，本实施例中，如图6a所示，衬底61上包括缓冲层62、非故意掺杂层63，led外延结构包括n型导电层41、多量子阱层42、电子阻挡层43、p型导电层44和接触层45。

本实施例中不限定所述led外延结构中各层结构的具体材质，可选的，当microled芯片为蓝光led芯片时，n型导电层41为n型gan层，p型导电层44为p型gan层。当microled芯片为紫外led芯片时，n型导电层41为n型algan层，p型导电层44为p型algan层。

s103：刻蚀形成隔离槽，所述隔离槽至少贯穿所述led外延结构；

请参见图6b，本实施例中不限定所述隔离槽的具体深度，可选的，所述隔离槽64从接触层45的顶面一直延伸至非故意掺杂层63。

s104：在所述隔离槽中制作隔离层，所述隔离层背离所述衬底的表面高于所述p型导电层背离所述衬底的表面，或与所述p型导电层背离所述衬底的表面齐平；

请参见图6c，本实施例中隔离层5至少贯穿所述led外延结构4的p型导电层44和n型导电层41。在本发明其他实施例中，隔离层5还可以贯穿或延伸至接触层45和背面的反射电极3，本实施例中对此不做限定。可选的，隔离层5还可以延伸至多个反射电极之间，用于将反射电极之间相互隔离并绝缘。

s105：在所述隔离层上制作电极网，所述电极网的表面高出所述接触层；

请参见图6d，在隔离层5的正上方制作电极网7，电极网的位置与隔离层5的位置一一对应，且位于隔离层5的正上方。本实施例中不限定所述电极网7的宽度，所述宽度是指附图1中的左右方向。可选的，为避免电极网7过宽造成遮挡发光，电极网7的宽度小于或等于隔离层5的宽度，也即，在发光层42所在的表面上，电极网7的投影位于隔离层5的投影内部。

电极网的表面高出接触层45的表面，以便于电极网对后续制作的电流扩展层进行分割。

s106：在所述接触层上形成电流扩展层，所述电流扩展层的厚度小于或等于所述电极网表面高出所述接触层的部分；

请参见图6e，电流扩展层6的厚度h小于或等于电极网7表面高出接触层45的部分h。以便于后续制作的第二电极与电极网7电性连接。

此时，图6e对应的俯视结构为6f所示。

s107：将所述电流扩展层背离所述接触层的表面与所述临时基板粘贴；

请参见图6g，本实施例中通过黏胶层将电流扩展层6与临时基板65粘贴在一起，图6g中并未示出所述黏胶层。

s108：剥离所述衬底、缓冲层和所述非故意掺杂层，露出所述n型导电层；

如图6h所示，本实施例中不限定剥离所述衬底、缓冲层和所述非故意掺杂层的具体工艺。

s109：在每个所述n型导电层上制作反射电极；

请参见图6i，由于n型导电层被隔离层5分割为多个n型导电层，因此在每个n型导电层41上制作一个反射电极3。

s1010：将每个反射电极与对应的第一电极进行一一键合焊接；

请参见图6j，将每个反射电极3与对应的第一电极(a、b、c)一一键合焊接，可以通过键合焊接层形成电连接，本实施例中对此不做限定。

s1011：去除所述临时基板，露出所述电流扩展层和电极网；

s1012：在所述电流扩展层表面制作一个第二电极，所述第二电极与所述电极网电连接。

最后形成如图1所示的microled芯片结构。

本发明另一个实施例还提供一种microled芯片的制作方法，用于制作上面图2所示的microled芯片，如图7所示，所述microled芯片的制作方法包括：

s201：提供衬底和临时基板；

s202：在所述衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂层、led外延结构，所述led外延结构至少包括依次设置的n型导电层、发光层、p型导电层和接触层；

请参见图6a。

s203：刻蚀形成隔离槽，所述隔离槽至少贯穿所述led外延结构；

请参见图6b。

s204：在所述隔离槽中制作隔离层，所述隔离层背离所述衬底的表面高于所述p型导电层背离所述衬底的表面，或与所述p型导电层背离所述衬底的表面齐平；

请参见图8a，本实施例中隔离层5背离所述衬底81的表面高于p型导电层44背离所述衬底81的表面，与接触层45背离所述衬底81的表面齐平

s205：在所述接触层上形成整层结构的电流扩展层；

如图8b所示，本实施例中直接形成整层电流扩展层6。

s206：在所述电流扩展层上制作形成电极网，所述电极网与所述隔离层在垂直于所述microled芯片的方向上相对设置；

请参见图8c，在隔离层5的正上方形成对应的电极网7。

s207：将所述电流扩展层背离所述接触层的表面与所述临时基板粘贴；

s208：剥离所述衬底、缓冲层和所述非故意掺杂层，露出所述n型导电层；

s209：在每个所述n型导电层上制作反射电极；

s2010：将每个反射电极与对应的第一电极进行一一键合焊接；

s2011：去除所述临时基板，露出所述电流扩展层和电极网；

s2012：在所述电流扩展层表面制作一个第二电极，所述第二电极与所述电极网电连接。

需要说明的是，本实施例中提供的制作方法与上一实施例中所述的制作方法不同的是仅为步骤s205和s206，其他步骤具体参见上一实施例中的步骤，本实施例对此不做赘述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。