一种具有叠层的Micro-LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种具有叠层的micro-led芯片及其制作方法。

背景技术：

1、发光二极管(英文：light emitting diode，简称：led)是一种能发光的半导体电子元件。led具有效率高、寿命长、体积小、功耗低等优点，可以应用于室内外白光照明、屏幕显示、背光源等领域。

2、其中，通过键合的方式将蓝、绿、红三色led芯片叠加在一起来制备micro-led，这种方式制作的全彩micro-led可以更好的混合在一起，并且由于三色芯片是垂直堆叠的，相对传统显示，对于相同分辨率的屏幕，其叠层结构所应用的芯片尺寸可以大三倍，芯片尺寸大不仅提高了产品的良率，对于micro-led而言，在一定程度上规避了尺寸效应(器件越小，外量子效率越低)，所以叠层结构在推动micro-led实现全彩化过程中起到重要作用。

3、然而，红光micro-led由于材料与蓝绿micro-led的不同导致的工艺不匹配，红光micro-led光效较低。其中蓝绿micro-led的材料为gan，而红光micro-led的材料为gap,其在生产时通常需要两条工艺线，一个工艺线用来制备红光micro-led，然后接着再转去蓝绿micro-led线制备后续工艺，这种工艺的不兼容，极大的提高了研发的成本与工艺的复杂程度，而且降低了研发稳定性与良率；并且其红光micro-led的材料折射率很高，需要表面粗化来提升外量子效率，制备成叠层以后，为了提高键合良率，通常无法进行表面粗化工艺，从而降低了红光micro-led的效率；同时，蓝绿光在射入红光micro-led外延之后，不仅会被红光micro-led有源区所吸收，而且因为其较高的折射率，还不容易逃逸出来。再次，由于蓝绿红三色叠在一起，当蓝光micro-led点亮时会照射到红光micro-led，红光micro-led的有源区会吸收蓝光产生红光，导致器件颜色异常的问题。

4、同时，功能膜设计的优劣起到关键作用，根据实验发现大概影响器件约10％左右的效率。在目前叠层器件中，在蓝绿与红之间有加长波通薄膜或dbr薄膜等功能膜结构，但是这些反射膜的反射波长中心或者透射波长中心通常都是以法向光反射率越大越好(对于高透射率膜则是法向光透射率越大越好)，实际上，基于led的各向同性的发光模式而言，其一个平面上收到的光照，法向光恰恰是最少的；基于此，目前的薄膜设计显然是不合理的。

5、有鉴于此，本发明人专门设计了一种具有叠层的micro-led芯片及其制作方法，本案由此产生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有叠层的micro-led芯片及其制作方法，以解决现有全彩micro-led的制作工艺复杂、出光效率低、混色以及出光角度小的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种具有叠层的micro-led芯片，用于获得蓝光、绿光、红光三基色，具体包括：

4、叠层结构，所述叠层结构包括依次层叠于衬底表面的第一蓝光外延层、绿光外延层、长波通膜层、红光量子点层以及第二蓝光外延层；其中，各所述外延层分别包括沿衬底表面依次层叠的n型半导体层、有源层以及p型半导体层；所述第一蓝光外延层用于提供所述蓝光，所述绿光外延层用于提供所述绿光，所述红光通过所述第二蓝光外延层激发所述红光量子点层而产生；所述长波通膜层用于反射所述蓝光和绿光，并透射所述红光；

5、n型接触电极，其通过第一通孔分别延伸至所述第一蓝光外延层的n型半导体层、所述绿光外延层的n型半导体层以及所述第一蓝光外延层的n型半导体层；

6、p型接触电极，其通过第二通孔分别延伸至所述第一蓝光外延层的p型半导体层、所述绿光外延层的p型半导体层以及所述第二蓝光外延层的p型半导体层。

7、优选地，所述蓝光的波长为λ1，所述绿光的波长为λ2，所述红光的波长为λ3；则所述长波通膜层对所述蓝光的反射波长为1.2*λ1，对所述绿光的反射波长为1.25*λ2，对所述红光的透射波长为1.3*λ3。

8、优选地，所述芯片的n型接触电极为共用型接触电极，所述p型接触电极包括相互分离的第一p型接触电极、第二p型接触电极以及第三p型接触电极；其中，所述第一p型接触电极通过所述通孔延伸至所述第一蓝光外延层的p型半导体层，所述第二p型接触电极通过所述通孔延伸至所述绿光外延层的p型半导体层，所述第三p型接触电极通过所述通孔延伸至所述第二蓝光外延层的p型半导体层。

9、优选地，所述第一蓝光外延层包括沿第一方向依次堆叠的n型半导体层、有源层、p型半导体层以及绝缘层；所述绿光外延层包括沿所述第一方向依次堆叠的绝缘层、p型半导体层、有源层以及n型半导体层；所述第二蓝光外延层包括沿所述第一方向依次堆叠的绝缘层、p型半导体层、有源层以及n型半导体层；其中，所述第一方向垂直于所述衬底并由所述衬底指向所述第一蓝光外延层。

10、优选地，相邻两个外延层通过粘合剂进行键合形成一体。

11、优选地，所述粘合剂包括聚合物粘合剂。

12、优选地，所述聚合物粘合剂包括环氧树脂类聚合物、pmma、pdms以及peek中的一种或多种。

13、优选地，所述长波通膜层至少包括折射率不同的两种材料的交替堆叠结构。

14、优选地，在所述第二蓝光外延层背离所述红光量子点层的一侧表面还设有反射镜。

15、本发明还提供了一种具有叠层的micro-led芯片的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

16、s01、提供三个独立生长于衬底的外延层，其分别为第一蓝光外延层、绿光外延层以及第二蓝光外延层；各所述外延层分别包括沿衬底表面依次层叠的n型半导体层、有源层、p型半导体层以及绝缘层；

17、s02、在所述第一蓝光外延层的绝缘层表面涂覆粘合剂，并将其键合于所述绿光外延层的绝缘层表面；

18、s03、去除所述绿光外延层的衬底，以裸露所述绿光外延层的n型半导体层；

19、s04、在所述绿光外延层的n型半导体层表面形成长波通膜层；

20、s05、在所述第二蓝光外延层的绝缘层表面制作红光量子点层；

21、s06、将步骤s05所获得第二蓝光外延层键合形成于所述长波通膜层的表面；

22、s07、去除所述第二蓝光外延层的衬底，以裸露所述第二蓝光外延层的n型半导体层；

23、s08、在所述第二蓝光外延层的n型半导体层表面制作反射镜；

24、s09、通过刻蚀工艺形成分别延伸至所述第一蓝光外延层的n型半导体层、所述绿光外延层的n型半导体层以及所述第二蓝光外延层的n型半导体层的第一通孔；

25、并通过刻蚀工艺形成分别延伸至所述第一蓝光外延层的p型半导体层、所述绿光外延层的p型半导体层以及所述第二蓝光外延层的p型半导体层的第二通孔；

26、s10、在所述第一通孔和第二通孔的侧壁形成隔离层，用于隔离所述接触电极与外延层侧壁，以防止短路；

27、s11、制作n型接触电极和p型接触电极；

28、所述n型接触电极，其通过沉积于所述第一通孔的方式分别与所述第一蓝光外延层的n型半导体层、所述绿光外延层的n型半导体层以及所述第二蓝光外延层的n型半导体层形成接触；

29、所述p型接触电极，其通过沉积于所述第二通孔的方式分别与所述第一蓝光外延层的p型半导体层、所述绿光外延层的p型半导体层以及所述第二蓝光外延层的p型半导体层形成接触。

30、优选地，所述蓝光的波长为λ1，所述绿光的波长为λ2，所述红光的波长为λ3；则所述长波通膜层对所述蓝光的反射波长为1.2*λ1，对所述绿光的反射波长为1.25*λ2，对所述红光的透射波长为1.3*λ3。

31、优选地，所述步骤s09可通过如下方式形成：

32、首先，在所述芯片的表面形成钝化层；在本发明的一个实施例中，所述钝化层包括氧化硅或氮化硅层，本技术对此不作限定；

33、其次，确定所述n型接触电极和p型接触电极的预设窗口；

34、然后，通过刻蚀工艺去除所述窗口位置的钝化层和反射镜，并形成所述第一通孔和第二通孔。

35、经由上述的技术方案可知，本发明提供的具有叠层的micro-led芯片，包括衬底及依次层叠于所述衬底表面的第一蓝光外延层、绿光外延层、长波通膜层、红光量子点层以及第二蓝光外延层；其中，所述第一蓝光外延层用于提供所述蓝光，所述绿光外延层用于提供所述绿光，所述红光通过所述第二蓝光外延层激发所述红光量子点层而产生；所述长波通膜层用于反射所述蓝光和绿光，并透射所述红光。基于此，可通过同个外延工艺制备实现全彩化，简化工艺流程，并利用叠层技术节省晶圆面积，降低生产成本；同时，所述红光通过所述第二蓝光外延层激发所述红光量子点层而产生，可很好地避免因红光micro-led的材料(gap)应用时折射率高所引起的出光效率低的问题；通过所述长波通膜层用于反射所述蓝光和绿光，并透射所述红光；可避免蓝绿光被吸收以及混色的问题。

36、其次，所述蓝光的波长为λ1，所述绿光的波长为λ2，所述红光的波长为λ3；则所述长波通膜层对所述蓝光的反射波长为1.2*λ1，对所述绿光的反射波长为1.25*λ2，对所述红光的透射波长为1.3*λ3。使所述长波通膜层对透射波长进行蓝移进而实现透射角度的蓝移，藉以扩大出光角度。

37、本发明还提供了一种具有叠层的micro-led芯片的制作方法，在实现上述有益效果的同时，其工艺制作简单、便捷，便于生产化。

38、然后，所述步骤s09可通过如下方式形成：首先，在所述芯片的表面形成钝化层；其次，确定所述n型接触电极和p型接触电极的预设窗口；然后，通过刻蚀工艺去除所述窗口位置的钝化层和反射镜，并形成所述第一通孔和第二通孔。也即，本制作方法中通过暴露各外延层电极窗口的方式上采用挖孔来实现，可更有效的保留芯片的发光面积，避免micro-led芯片因尺寸小所带来的发光效率低的问题。