一种倒装MicroLED全彩量子点芯片、其制备方法和用途与流程

本发明属于led芯片技术领域，具体涉及一种倒装microled全彩量子点芯片、其制备方法和用途。

背景技术：

led灯是现在广泛应用的照明灯具，具有体积小、亮度高、耗电量低、发热少、使用寿命长、环保等优点，并且具有繁多的颜色种类，深受消费者的喜爱。

led灯的生产可大致分为三个步骤：一是led发光芯片的制作，二是线路板的制作和led发光芯片的封装，三是led灯的组装。led灯内最重要的部件是led发光芯片，led发光芯片的主体是一个发光pn结，主要由n型半导体、p型半导体和夹在两者之间的发光层组成，n型半导体和p型半导体上分别设置有金属电极，并在通电后发光。

led发光芯片发出的光线颜色主要由芯片材料决定，如现有的led发光芯片大多采用氮化镓半导体材料制作，发出蓝光。采用蓝光led发光芯片制作其他的单色led灯时，需要在封装步骤中掺入荧光粉，荧光粉受激发后发出的光与led发光芯片的蓝光混合后成为其他颜色的光线。

但现有技术中，led芯片一般是单色芯片，单个芯片无法获得全彩色的效果，具有如下缺陷：通过固晶设备将每个芯片转移到基板上，每个像素点内，需转移三颗芯片，单位时间内产能有限；三颗独立的rgbled芯片，限制了显示屏的最小像素点间距；且下游企业的加工成本较高。

cn106783830b公开了一种红绿蓝三色芯片led及背光模组，所述红绿蓝三色芯片led包括：红光芯片；第一支架，用于固定该红光芯片，该第一支架的材质具有第一热阻值；绿光芯片；第二支架，用于固定该绿光芯片，该第二支架的材质具有第二热阻值；蓝光芯片；以及第三支架，用于固定该蓝光芯片，该第三支架的材质具有第三热阻值；其中，所述第一热阻值最小，所述第二热阻值居中，所述第三热阻值最大。但是所述led芯片的单个芯片无法获得全彩色的效果。

cn107123643a公开了一种蓝绿双芯片搭配红色荧光粉的高色域led灯珠及其背光源，包括灯珠本体和背光源本体，所述灯珠本体具体由led支架、蓝光芯片、绿光芯片和红色荧光粉构成，所述led支架的内部分布有所述蓝光芯片和所述绿光芯片，所述蓝光芯片和所述绿光芯片通过红色荧光粉与封装胶之间的相互混合并烘烤固化后封装在所述led支架的内部，多个所述灯珠本体均匀分布在侧入式pcb板上。但是所述led芯片的单个芯片无法获得全彩色的效果。

cn106449620a公开了一种基于蓝、绿光led芯片的远程量子点led器件，包括载体和设于载体上的led芯片，所述led芯片包括蓝光led芯片和绿光led芯片，所述led芯片的外侧设置有一透光基板，所述透光基板在至少一面上涂覆有一层红色量子点胶层，所述红色量子点胶层与所述led芯片之间隔有空气。但是所述led芯片的单个芯片无法获得全彩色的效果。

因此，本领域需要开发一种单个芯片可以获得全彩色效果的led芯片。

技术实现要素：

针对现有技术中，单个led芯片无法获得全彩色效果的问题，本发明的目的在于提供一种倒装microled全彩量子点芯片、其制备方法和用途。本发明所述倒装microled全彩量子点芯片的单个芯片不仅可以获得全彩发光，且发光颜色可控。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种倒装microled全彩量子点芯片，所述倒装microled全彩量子点芯片包括衬底和依次设置于所述衬底表面的第一蓝光外延层、第一氧化铟锡层、第一发光量子点层、第二蓝光外延层、第二氧化铟锡层、第二发光量子点层、第三蓝光外延层、第三氧化铟锡层和dbr反射层；

所述倒装microled全彩量子点芯片中，第一n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中，所述第二n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第二蓝光外延层中，所述第三n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第三蓝光外延层中，所述第四p电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中。

本发明提供的倒装microled全彩量子点芯片(microled芯片)，可以在单个led芯片上形成红蓝绿的发光结构，无需设置rgb阵列，可大幅巨量转移效率和良率；单颗芯片不仅可以完成全彩发光，而且还节省晶圆面积和芯片成本，有利于下游企业大规模生产；附加量子材料可使芯片的显示效果不受电流的波动而受到影响。

本发明在蓝光芯片的叠层中加入量子点发光材料，使之产生红绿蓝三色光。本发明所述倒装microled全彩量子点芯片的结构，使得三色芯片合为一颗芯片，可以降低显示屏的点间距，方便使用巨量转移技术批量转移三色芯片；同时，本发明通过在所述倒装microled全彩量子点芯片中，设置三个负极和一个公用正极，可在一个芯片上实现红、绿、蓝单独光色发光，或两种光色同时发光，或三种光色同时发光的效果，实现发光光色可调。其中，若第一发光量子点层为红光发光层，第二发光量子点层为绿光发光层，则第一n电极为红光的n极，第二n电极为绿光的n极、第三n电极为蓝光的n极，第四p电极为公用正极。本发明对第一n电极、第二n电极、第三n电极和第四p电极的位置关系不做具体限定，本领域技术人员可根据实际经验进行选择，示例性的如：各电极之间的距离20～50μm。

本发明中dbr反射层硬化处理，在芯片固晶的时候可以防止顶针扎伤芯片底部，还可以起到反射面的作用增加出光效率。

本发明中对于倒装microled全彩量子点芯片结构中各层的厚度不做具体限定，本领域技术人员可根据实际经验进行选择，示例性的如：第一蓝光外延层的厚度为50～100nm，第一氧化铟锡层的厚度为20～30nm，第一发光量子点层的厚度为15～30nm，第二蓝光外延层的厚度为50～100nm，第二氧化铟锡层的厚度为20～30nm，第二发光量子点层的厚度为15～30nm，第三蓝光外延层的厚度为50～100nm，第三氧化铟锡层的厚度为20～30nm，dbr反射层的厚度为15～20nm。

优选地，所述第一蓝光外延层、第二蓝光外延层和第三蓝光外延层的组成各自独立地包括：依次设于所述衬底表面的蓝光n型氮化镓层、蓝光有源层和蓝光p型氮化镓层。

本发明对于蓝光n型氮化镓层、蓝光有源层和蓝光p型氮化镓层的厚度不做具体限定，本领域技术人员可根据实际经验进行选择，示例性的如：蓝光n型氮化镓层的厚度为10～20nm，蓝光有源层的厚度为5～15nm，蓝光p型氮化镓层的厚度为10～20nm。

优选地，所述蓝光有源层包括蓝光多量子阱材料结构。

优选地，第一n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层。

优选地，所述第二n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第二蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层。

优选地，所述第三n电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第三蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层。

优选地，所述第四p电极从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光p型氮化镓层。

优选地，所述第一发光量子点层和第二蓝光外延层之间，还包括第一透明键合材料层。

优选地，所述第二发光量子点层和第三蓝光外延层之间，还包括第二透明键合材料层。

优选地，所述第一透明键合材料层和第二透明键合材料层的组成为：氧化硅层在100～400℃(例如150℃、200℃、250℃、300℃或350℃等)和2.0～3.0mpa的条件下，通入气态nh4oh进行表面处理得到的材料层。

本发明所述透明键合材料层用于透光和连接上下芯片的接触面，氧化硅材料经表面处理后，高温下能与芯片的接触面迅速键合。

优选地，所述第一发光量子点层为红光量子点层，其材料组成为红光波段的pbs量子点材料。

优选地，所述第二发光量子点层为绿光量子点层，其材料组成为绿光波段的cdse量子点材料。

优选地，所述衬底为蓝宝石衬底。

优选地，所述倒装microled全彩量子点芯片为miniled芯片。

本发明的目的之二在于提供一种如目的之一所述倒装microled全彩量子点芯片的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)在衬底上依次制备第一蓝光外延层、第一氧化铟锡层、第一发光量子点层、第二蓝光外延层、第二氧化铟锡层、第二发光量子点层、第三蓝光外延层、第三氧化铟锡层和dbr反射层，得到led晶圆；

(2)将所述led晶圆进行进行刻蚀，从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中，形成第一孔洞；从远离衬底的芯片表面贯穿至第二蓝光外延层中，形成第二孔洞；从远离衬底的芯片表面贯穿至第三蓝光外延层中，形成第三孔洞；然后从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中，形成第四孔洞；

(3)将步骤(2)得到的led晶圆表面、第一孔洞内、第二孔洞内、第三孔洞内和第四孔洞内形成钝化层；对所述钝化层进行刻蚀，贯穿所述钝化层并对应在所述第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞和第四孔洞形成第一负极孔洞、第二负极孔洞、第三负极孔洞和第四正极孔洞；

(4)将步骤(3)得到的led晶圆中，在第一电极孔洞、第二电极孔洞、第三电极孔洞和第四正极孔洞内沉积金属层，得到倒装microled全彩量子点芯片。

本发明对于第一蓝光外延层、第一氧化铟锡层、第一发光量子点层、第二蓝光外延层、第二氧化铟锡层、第二发光量子点层、第三蓝光外延层、第三氧化铟锡层和dbr反射层的具体制备过程不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

优选地，步骤(1)所述第一发光量子点层和第二蓝光外延层之间，还包括制备第一透明键合材料层的过程。

优选地，步骤(1)所述第二发光量子点层和第三蓝光外延层之间，还包括制备第二透明键合材料层的过程。

本发明所述第一透明键合材料层和第二透明键合材料层的具体制备过程不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

作为优选技术方案，本发明所述一种倒装microled全彩量子点芯片的制备方法包括如下步骤：

(1)在衬底上制备第一蓝光外延层，所述第一蓝光外延层的制备过程为：在衬底上制备蓝光n型氮化镓层，在所述蓝光n型氮化镓层表面制备蓝光有源层，在所述蓝光有源层表面制备蓝光p型氮化镓层；然后在所述第一蓝光外延层上依次制备第一氧化铟锡层和红光量子点层；

(2)在所述红光量子点层上依次制备第一透明键合材料层和第二蓝光外延层，所述第二蓝光外延层的制备过程为：在红光量子点层上制备蓝光n型氮化镓层，在所述蓝光n型氮化镓层表面制备蓝光有源层，在所述蓝光有源层表面制备蓝光p型氮化镓层；然后在所述第二蓝光外延层上依次制备第二氧化铟锡层和绿光量子点层；

(3)在所述绿光量子点层上依次制备第二透明键合材料层和第三蓝光外延层，所述第三蓝光外延层的制备过程为：在绿光量子点层上制备蓝光n型氮化镓层，在所述蓝光n型氮化镓层表面制备蓝光有源层，在所述蓝光有源层表面制备蓝光p型氮化镓层；然后在所述第三蓝光外延层上依次制备第三氧化铟锡层和dbr反射层，得到led晶圆；

(4)将所述led晶圆进行进行刻蚀，从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，形成第一孔洞；从远离衬底的芯片表面贯穿至第二蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，形成第二孔洞；从远离衬底的芯片表面贯穿至第三蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，形成第三孔洞；然后从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光p型氮化镓层，形成第四孔洞；

(5)将步骤(4)得到的led晶圆表面、第一孔洞内、第二孔洞内、第三孔洞内和第四孔洞内形成钝化层；对所述钝化层进行刻蚀，贯穿所述钝化层并对应在所述第一孔洞、第二孔洞、第三孔洞和第四孔洞形成第一负极孔洞、第二负极孔洞、第三负极孔洞和第四正极孔洞；

(6)将步骤(5)得到的led晶圆中，在第一电极孔洞、第二电极孔洞、第三电极孔洞和第四正极孔洞内沉积金属层，得到倒装microled全彩量子点芯片。

本发明的目的之三在于提供一种如目的之一所述倒装microled全彩量子点芯片的用途，所述倒装microled全彩量子点芯片用于超高清显示屏和/或microled显示屏的制备。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供的倒装microled全彩量子点芯片(microled芯片)，可以在单个led芯片上形成红蓝绿的发光结构，无需设置rgb阵列，可大幅巨量转移效率和良率；单颗芯片不仅可以完成全彩发光，而且还节省晶圆面积和芯片成本，有利于下游企业大规模生产；附加量子材料可使芯片的显示效果不受电流的波动而受到影响。

(2)本发明通过通过在所述倒装microled全彩量子点芯片中，设置三个负极和一个公用正极，可在一个芯片上实现红、绿、蓝单独光色发光，或两种光色同时发光，或三种光色同时发光的效果，实现发光光色可调。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的倒装microled全彩量子点芯片结构的正视图；

图2是本发明实施例1提供的倒装microled全彩量子点芯片结构的左视图；

图3是本发明实施例1提供的倒装microled全彩量子点芯片结构的俯视图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例中倒装microled全彩量子点芯片结构的正视图如图1所示，左视图如图2所示，俯视图如图3所示，其含有衬底1、第一蓝光外延层2、第一氧化铟锡层3、第一发光量子点层4、第一透明键合材料层5、第二蓝光外延层6、第二氧化铟锡层7、第二发光量子点层8、第二透明键合材料层9、第三蓝光外延层10、第三氧化铟锡层11、dbr反射层12、第四p电极13、第一n电极14、第二n电极15和第三n电极16。

本实施例中所述衬底1为厚度100μm的蓝宝石衬底；第一蓝光外延层2含有设置于衬底1表面的厚度为20nm的蓝光n型氮化镓层、厚度为10nm的蓝光有源层和厚度为10nm的蓝光p型氮化镓层，所述蓝光有源层的材料为蓝光多量子阱；第一氧化铟锡层3、第二氧化铟锡层7和第三氧化铟锡层11的厚度为20nm；第一发光量子点层4的厚度为15nm，材料为红光波段的pbs量子点材料；第二发光量子点层8的厚度为15nm，材料为绿光波段的cdse量子点材料；第一透明键合材料层5和第二透明键合材料层9的厚度为5nm，材料为经表面处理后的氧化硅层(在300℃和2.5mpa的条件下，通入气态nh4oh进行表面处理)；dbr反射层12的厚度为20nm；第二蓝光外延层6和第三蓝光外延层10的厚度与材料组成同第一蓝光外延层2。

本实施例中第一n电极14从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，得到红光n极；第二n电极15从远离衬底的芯片表面贯穿至第二蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，得到绿光n极；第三n电极16从远离衬底的芯片表面贯穿至第三蓝光外延层中的蓝光n型氮化镓层，得到蓝光n极；第四p电极13从远离衬底的芯片表面贯穿至第一蓝光外延层中的蓝光p型氮化镓层，得到公用正极。

对比例1

与实施例1的区别在于，不设置dbr反射层12。

对比例1中不设置dbr反射层12，得到的芯片效果差于实施例1中的芯片。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。