共阴极LED芯片及其制作方法与流程

本发明属于led制造技术领域，特别是涉及一种共阴极led芯片及其制作方法。

背景技术：

随着显示技术的进步，市场对液晶显示器(lcd，即liquidcrystaldisplay)的低对比度，低色域，低响应速度等缺点，以及有机发光显示器(oled，即organiclightemittingdisplay)的烧屏、颗粒感重、偏色、光舒适度差等缺点越发地不满。microled显示技术作为下一代显示技术，具有高对比度、高色域、高响应速度、超高分辨率、寿命长等优点，其兼有lcd及oled的优点的同时又没有其缺点。microled还具有可柔性显示及低能耗的优点，被誉为一种终极显示技术。

microled显示器是通过将巨量microled转移至驱动基板上而制作出来的。一台4k电视有2540万颗microled。且microled尺寸极小，其尺寸一般不大于80μm(电视)，且可小至数百纳米(ar、vr显示器)。以常规的抓取方式制作，当转移速率为10颗/s时，制作一台电视需时29.4天，效率极低。为了提升转移速率，解决此难题所发明的巨量转移技术，如静电吸附、真空吸附、分子间作用力吸附等转移头阵列转移法、水流、磁力自组装法以及激光选择性转移法等，均存在各种问题，转移良率达不到商业化要求，修复困难。

另一方面，由于microled尺寸很小，侧向光比例很大，相邻led间由于侧向光存在着颜色窜扰问题。现有一解决方案是将基板上部做成反射杯状并辅以反射涂层。基板制作难度较大。

因此，如何制作microled，以降低转移难度，减少转移次数以提升转移良率，并解决相邻led间颜色窜扰问题，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种共阴极led芯片及其制作方法，用于解决现有microled转移难度大、转移次数多、转移良率较低、相邻led间存在颜色窜扰的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种共阴极led芯片，包括：p型半导体层；发光层，位于所述p型半导体层上方；n型半导体层，位于所述发光层上方；凹槽，贯穿所述n型半导体层、所述发光层及所述p型半导体层，以隔离出多个led单元；连接层，横跨于所述凹槽上，其两端分别与相邻两led单元的n型半导体层接触，实现相邻的led单元的阴极共连；透明导电层，位于所述n型半导体层及连接层之上；量子点层，位于所述led单元的透明导电层之上；保护层，位于所述量子点层之上。

可选地，所述共阴极led芯片还包括一引出槽，所述引出槽与相邻的所述凹槽之间横跨有跨接层，所述引出槽中具有n电极，所述n电极通过所述引出槽与所述跨接层接触，并延伸至所述p型半导体层表面。

进一步地，所述led单元的p型半导体层表面具有p电极，所述p电极与所述n电极共面。

可选地，所述共阴极led芯片还包括反射层，所述反射层至少覆盖所述凹槽的侧壁。

可选地，所述n型半导体层包括n型氮化镓层，所述p型半导体层包括p型氮化镓层，或所述n型半导体层包括n型铝镓氮层，所述p型半导体层包括p型铝镓氮层。

可选地，所述共阴极led芯片还包括电子阻挡层，所述电子阻挡层位于所述发光层与所述p型半导体层之间。

可选地，所述发光层包括量子阱超晶格层。

可选地，所述反射层包括布拉格反射层，所述布拉格反射层为交替层叠的ti3o5/sio2。

可选地，所述透明导电层的材料包括ito，所述保护层的材料包括二氧化硅。

本发明还提供一种共阴极led芯片的制作方法，包括步骤：1)提供一衬底，在所述衬底上自下而上依次形成缓冲层、非掺杂半导体层、n型半导体层、发光层、电子阻挡层及p型半导体层，形成晶圆；2)形成贯穿所述p型半导体层、所述电子阻挡层及所述发光层、并深入到所述n型半导体层的凹槽，以隔离出多个led单元；3)于各led单元的p型半导体层上形成p电极并在至少一led单元的p型半导体层上形成n电极，其中，所述n电极延伸并覆盖所述凹槽部分侧壁；4)于所述凹槽内表面形成所述反射层；5)将所述晶圆胶接于临时基板上，并剥离所述衬底；6)去除所述缓冲层、非掺杂半导体层、及部分n型半导体层至露出所述反射层，或至部分去除所述反射层；7)在所述反射层之上形成连接层，所述连接层两端分别与相邻两led单元的n型半导体层接触，实现相邻的led单元的阴极共连；8)在所述连接层、n型半导体层之上沉积透明导电层；9)在透明导电层上形成量子点层；10)在所述量子点层之上沉积保护层。

可选地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或硅片，所述临时基板为硅片或玻璃。

可选地，所述非掺杂层包括非掺杂氮化镓层或铝镓氮层，所述缓冲层包括氮化铝缓冲层、氮化镓缓冲层、铝镓氮缓冲层和铝铟镓氮缓冲层中的至少一种，所述胶接材料为聚二甲基硅氧烷。

可选地，所述n型半导体层包括n型氮化镓层，所述p型半导体层包括p型氮化镓层；或所述n型半导体层包括n型铝镓氮层，所述p型半导体层包括p型铝镓氮层；所述发光层包括量子阱超晶格层。

可选地，所述反射层包括布拉格反射层，所述布拉格反射层为交替层叠的ti3o5/sio2；所述透明导电层的材料包括ito，所述保护层的材料包括二氧化硅。

如上所述，本发明的共阴极led芯片及其制作方法，具有以下有益效果：

本发明的microled芯片，采用共阴极设计，可将多个microled芯片整合为一个整体，转移量为传统方法的三分之一以下，且芯片尺寸较单颗芯片大，转移难度相对较低，可解决现有microled转移难度大、转移次数多、较低转移良率。

本发明在各led单元侧壁制作反射层，可避免相邻近的led间颜色窜扰的问题。。

本发明的p电极与n电极采用共面设计，有利于基板设计及芯片与目标基板的连接。

附图说明

图1～图15显示为本发明实施例的共阴极led芯片的制作方法各步骤所呈现的示意图。

元件标号说明

101衬底

102非掺杂半导体层

103n型半导体层

104发光层

105p型半导体层

106凹槽

107引出槽

108p电极

109n电极

110反射层

112临时基板

111胶接层

113连接层

114跨接层

115透明导电层

116红色量子点层

117绿色量子点层

118蓝色量子点层

119保护层

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图14及图15所示，本实施例提供一种共阴极led芯片，包括：p型半导体层105、发光层104、n型半导体层103、凹槽106、反射层110、连接层113、透明导电层115、量子点层及保护层119。

所述led芯片包括microled芯片(微发光二极管)，其尺寸通常小于80微米，对于该尺寸的led芯片，本发明对其转移具有更优的效果。

所述发光层104位于所述p型半导体层105上方，例如，所述发光层104可以为量子阱超晶格层。

所述n型半导体层103位于所述发光层104上方，在一具体实施例中，所述n型半导体层103为n型氮化镓层，所述p型半导体层105为p型氮化镓层。

在另一实施例中，所述n型半导体层103也可以为n型铝镓氮层，所述p型半导体层105也可以为p型铝镓氮层。

在本实施例中，所述共阴极led芯片还包括电子阻挡层，所述电子阻挡层位于所述发光层104与所述p型半导体层105之间。

所述凹槽106贯穿所述n型半导体层103、所述发光层104及所述p型半导体层105，以隔离出多个led单元。例如，所述共阴极led芯片可以包括四个led单元，由若干凹槽106隔离而成，其中三个led单元为发光单元，另外一个单元用于制作n电极109，为不发光单元。所述共阴极led芯片还包括一引出槽107，所述引出槽107与相邻的所述凹槽106之间横跨有跨接层114，所述引出槽107中具有n电极109，所述n电极109通过所述引出槽107与所述跨接层114接触，并延伸至所述p型半导体层105表面。本发明将多个microled芯片整合为一个整体，转移量为传统方法的三分之一以下，且芯片尺寸较单颗芯片大，转移难度相对较低。

所述led单元的p型半导体层105表面具有p电极108，所述p电极108与所述n电极109共面，有利于基板设计及芯片与目标基板的连接。

所述反射层110至少覆盖所述凹槽106的侧壁，在本实施例中，所述发射层覆盖所述凹槽106的侧壁及底部。所述反射层110包括布拉格反射层110，所述布拉格反射层110为交替层叠的ti3o5/sio2。所述反射层110可以有效减少芯片的侧边出光，解决相邻led间的颜色窜扰问题。本实施例中，所述布拉格反射层110下表面还设有一层薄二氧化硅，以提供更好的绝缘性能及提升布拉格反射层110的粘附力。

所述连接层113横跨于所述凹槽106上，其两端分别与相邻两led单元的n型半导体层103接触，实现相邻的led单元的阴极共连。所述连接层113的材料可以为cu、au、ni、ti、al、cr中的一种或多种。

所述透明导电层115位于所述n型半导体层103及连接层113之上，所述透明导电层115可以促进电流在所述n型半导体层103的扩散，在本实施例中，所述透明导电层115的材料为氧化铟锡(ito)，其厚度范围可以为10纳米～100纳米，例如为30纳米。

所述量子点层位于所述led单元的透明导电层115之上，以使得不同的led单元发出不同颜色的光。

在一具体实施例中，所述量子点层可以包括红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118，如图12所示，分别可发出红色、绿色及蓝色的光。在另一具体的实施例中，可以在透明导电层115上仅形成红色量子点层116及绿色量子点层117，分别发出红色、绿色的光，而蓝色光直接由led发出。在另一具体实施例中，红色量子点层116、绿色量子点层117或蓝色量子点层118可覆盖两个led单元，其中一个led单元用于共阴极，不发光，如图13所示，蓝色量子点层118覆盖两个led单元，使得量子点层基本覆盖整个led的表面，对于如图13所示的结构，在所述红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118形成保护层119后的结构示意图如图15所示。可选地，红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118可以有不同的面积，或者其下led单元可以有不同的尺寸。

所述保护层119位于所述量子点层之上，用于保护所述量子点层，例如，所述保护层119的材料可以为二氧化硅。

图11为图10的简化示意图，如图11所示，可以将所述连接层113、跨接层114及n电极109看作一体，其共同形成阴极，阴极由多个microled单元所共用。

本发明实施例的microled芯片，采用共阴极设计，可将多个microled芯片整合为一个整体，转移量为传统方法的三分之一以下，且芯片尺寸较单颗芯片大，转移难度相对较低，可解决现有microled转移难度大、转移次数多、较低转移良率、相邻led间颜色窜扰的问题。

如图1～图15所示，本实施例还提供一种共阴极led芯片的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：

如图1所示，首先进行步骤1)，提供一衬底101，在所述衬底101上自下而上依次形成缓冲层、非掺杂半导体层102、n型半导体层103、发光层104、电子阻挡层及p型半导体层105，形成晶圆。

作为示例，所述衬底101为蓝宝石、碳化硅或硅片，具体地，可以将蓝宝石衬底或碳化硅衬底送进磁控溅射机台，在所述蓝宝石衬底或碳化硅衬底上沉积aln缓冲层，其厚度可以为10～20纳米，如15纳米等。还可以将蓝宝石衬底或碳化硅衬底送进mocvd(金属氧化物化学气相沉积)反应腔，在所述蓝宝石衬底或碳化硅衬底上沉积低温氮化镓缓冲层，其厚度可以为10～30纳米，如20纳米等。

然后，可以将长有所述缓冲层的衬底101送进mocvd反应腔，在其上连续生长所述非掺杂半导体层102，n型半导体层103，发光层104，电子阻挡层及p型半导体层105多层结构，形成晶圆。

所述非掺杂层包括非掺杂氮化镓层或铝镓氮层，所述缓冲层包括氮化铝缓冲层、氮化镓缓冲层、铝镓氮缓冲层和铝铟镓氮缓冲层中的一种。

在一实施例中，所述非掺杂半导体层102为非掺杂氮化镓层，所述缓冲层为氮化镓缓冲层，所述n型半导体层103为n型氮化镓层，所述p型半导体层105为p型氮化镓层。在另一实施例中，所述非掺杂层为非掺杂铝镓氮层，所述缓冲层为铝镓氮缓冲层，所述n型半导体层103为n型铝镓氮层，所述p型半导体层105以为p型铝镓氮层。所述发光层104包括量子阱超晶格层。

如图2所示，然后进行步骤2)，形成贯穿所述p型半导体层105、所述电子阻挡层及所述发光层104、并深入到所述n型半导体层103的凹槽106，以隔离出多个led单元，

具体地，可以利用光刻工艺及感应耦合等离子体刻蚀(icp)工艺形成贯穿所述p型半导体层105、所述电子阻挡层及所述发光层104、并深入到所述n型半导体层103的凹槽106，将所述凹槽106的其中之一定义为引出槽107。

如图3所示，然后进行步骤3)，于各led单元的p型半导体层105上形成p电极108并在至少一led单元的p型半导体层105上形成n电极109，其中，所述n电极109延伸并覆盖所述引出槽107部分侧壁。

具体地，可以通过热蒸镀法或电子束蒸镀法将电极层蒸镀于p型半导体层105之上，该电极层包括p电极108及n电极109，其中，所述n电极109延伸并覆盖所述引出槽107部分侧壁，所述电极层可以为cu、au、ni、ti、al、cr中的一种或多种。

如图4所示，接着进行步骤4)，于所述凹槽106内表面形成所述反射层110。

在本实施例中，所述反射层110包括布拉格反射层110，该布拉格反射层110通过多层ti3o5/sio2堆垛而成，制作方法为电子束蒸镀法。另外，还可以在制作布拉格反射层110之前利用pecvd(等离子增强化学气相沉积法)沉积一层薄二氧化硅，以提供更好的绝缘性能及提升布拉格反射层110的粘附力。

如图5～图6所示，接着进行步骤5)，通过胶接层111将所述晶圆胶接于临时基板112上，并剥离所述衬底101。

具体地，所述临时基板112可以为硅片或玻璃，所述胶接层111材料可以为聚二甲基硅氧烷(pdms，polydimethylsiloxane)，可通过热压法将晶圆胶接至临时基板112上。

然后，采用激光剥离法去除所述衬底101。

如图7～图8所示，然后进行步骤6)，去除所述缓冲层、非掺杂半导体层102、及部分n型半导体层103至露出所述反射层110，或至部分去除所述反射层110。

例如，可以使用等离子体刻蚀工艺刻蚀缓冲层、非掺杂半导体层102、n型半导体层103至露出所述布拉格反射层110，或至部分刻蚀所述布拉格反射层110；刻蚀后的晶圆如图8所示。

如图9所示，接着进行步骤7)，在所述反射层110之上形成连接层113，所述连接层113两端分别与相邻两led单元的n型半导体层103接触，实现相邻的led单元的阴极共连。所述连接层113的材料可以为cu、au、ni、ti、al、cr中的一种或多种。其中，引出槽上部的连接层113另称为跨接层114。

如图10及图11所示，然后进行步骤8)，在所述连接层113、n型半导体层103之上沉积透明导电层115。例如，所述透明导电层115可以为ito，其可以通过溅镀法形成。

图11为图10的简化示意图，如图11所示，可以将所述连接层113、透明导电层115及n电极109看作一体，其共同形成阴极，阴极由多个microled单元所共用。

如图12及图13所示，然后进行步骤9)，在透明导电层115上形成量子点层。

在一具体实施例中，所述量子点层可以包括红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118，如图12所示，分别可发出红色、绿色及蓝色的光。在另一具体的实施例中，可以在透明导电层115上仅形成红色量子点层116及绿色量子点层117，分别发出红色、绿色的光，而蓝色光直接由led发出。在另一具体实施例中，红色量子点层116、绿色量子点层117或蓝色量子点层118可覆盖两个led单元，其中一个led单元用于共阴极，不发光，如图13所示，蓝色量子点层118覆盖两个led单元，使得量子点层基本覆盖整个led的表面。可选地，红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118可以有不同的面积，或者其下led单元可以有不同的尺寸。

如图14及图15所示，10)在所述量子点层之上沉积保护层119。

例如，可以通过pecvd(等离子增强化学气相沉积法)在所述量子点层之上沉积保护层119，所述保护层119的材料可以为二氧化硅。

对于如图12所示的结构，在所述红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118形成保护层119后的结构示意图如图14所示。

对于如图13所示的结构，在所述红色量子点层116、绿色量子点层117及蓝色量子点层118形成保护层119后的结构示意图如图15所示。

进一步地，可以通过二次胶接或其他转移方法，最终将led芯片转移至目标基板上。

如上所述，本发明的共阴极led芯片及其制作方法，具有以下有益效果：

本发明实施例的microled芯片，采用共阴极设计，可将多个microled芯片整合为一个整体，转移量为传统方法的三分之一以下，且芯片尺寸较单颗芯片大，转移难度相对较低，可解决现有microled转移难度大、转移次数多、较低转移良率的问题。

本发明在各led单元侧壁制作反射层，可避免相邻近的led间颜色窜扰的问题。

本发明的p电极108与n电极109采用共面设计，有利于基板设计及芯片与目标基板的连接。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。