一种Micro-LED芯片封装结构及其制备方法

本发明涉及半导体光电，具体涉及一种micro-led芯片封装结构及其制备方法。

背景技术：

1、led发光二极管是一种离不开现代人生活所需要的常见光源，led可以用于显示屏、交通讯号显示等光源，因其具有节能、寿命长、低功耗、低热、高亮度、环保、安全等特点，led灯光皆可覆盖蓝光、绿光及红光可见光波长，可使用led芯片和荧光粉搭配组合，结合成具有蓝光、绿光及红光的白光光源，但使用蓝光或短波长的芯片来激发荧光粉实现不同波长，其发光效率因损耗而大大降低，因此近几年白光led光源倾向使用三原色led外延芯片，直接组合成发出高亮度的led白光。

2、由于一片外延片只会发出同一波段范围的光,这决定了做成led芯片后的发光波长。3个不同波段范围的发光芯片则需要至少3种外延片中选取,每一个外延片则需要单独的芯片制程工艺。目前，led制作工艺端已经可以分别生产出蓝光、绿光及红光三原色芯片，从外延端使用金属有机化合物化学气相沉积(mocvd)工艺外延生长在衬底上，三原色芯片具有不同发光波长，与外延结构设计和发光层材料不一样有关，蓝光和绿光的发光层材料为铟镓氮(ingan)，蓝光和绿光差异在于铟组份占比少与多，红光发光层材料为铝镓铟磷(algainp)，所以在封装制作成白光led时必须使用不同外延片所做成的芯片组合，不同发光层材料间的芯片制程端工艺有所差异，故需要不同生产线搭配制作，才能将不同波长芯片组合成白光led芯片。这导致在封装制作成白光led时必须使用不同外延片所做成的芯片组合。

3、因此，随着像素尺寸的缩小，led芯片尺寸也要随之缩小，尤其到了micro-led(小尺寸led)等级，在制成micro-led芯片封装结构时也会由于不同颜色的micro-led芯片的外延材料不同(发光层材料不同)造成的工艺差异导致制作micro-led芯片封装结构的工艺困难。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中制作micro-led芯片封装结构工艺难度大的缺陷，从而提供一种micro-led芯片封装结构及其制备方法。

2、本发明提供一种micro-led芯片封装结构，包括：封装基底，所述封装基底的表面设置有红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片，其中所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层；不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同；所述红光micro-led芯片的面积尺寸大于所述绿光micro-led芯片的面积尺寸，所述绿光micro-led芯片的面积尺寸大于所述蓝光micro-led芯片的面积尺寸。

3、可选的，所述红光micro-led芯片的面积尺寸与所述绿光micro-led芯片的面积尺寸的比值为50-150；所述绿光micro-led芯片的面积尺寸与所述蓝光micro-led芯片的面积尺寸的比值为2-4。

4、本发明提供一种micro-led芯片封装结构，包括：封装基底；所述封装基底的表面设置有红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片，其中所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层；不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同；所述红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片的面积尺寸相等，所述红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片分别接入独立的控制电路，适于通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到输出光波长不同的红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片。

5、可选的，inxga(1-x)n中x的取值大于25％；所述发光层还包括gan层；发光层的层数为3层-10层。

6、可选的，所述红光micro-led芯片、所述绿光micro-led芯片和所述蓝光micro-led芯片均还包括缓冲发光层，位于所述发光层与所述封装基底之间；所述缓冲发光层包括位于封装基底一侧的第一缓冲发光层以及位于第一缓冲发光层和发光层之间的第二缓冲发光层；所述第一缓冲发光层包括inxga(1-x)n层和gan层，其中x的取值为5％-15％；所述第二缓冲发光层包括inxga(1-x)n层和gan层，其中x的取值为15％-25％；所述第一缓冲发光层的层数为5层-30层；所述第二缓冲发光层的层数为2层-5层。

7、可选的，所述红光micro-led芯片、所述绿光micro-led芯片和所述蓝光micro-led芯片均还包括衬底层，位于所述封装基底的一侧表面；n型gan层，位于所述衬底层远离所述封装基底的一侧表面；p型gan层，位于所述发光层远离所述封装基底的一侧表面；所述p型gan层包括第一p型gan层以及位于所述第一p型gan层远离所述封装基底的一侧表面的第二p型gan层。

8、可选的，还包括：衬底缓冲层；位于所述衬底层和所述n型gan层之间；所述衬底缓冲层包括依次层叠的第一衬底缓冲层、第二衬底缓冲层和第三衬底缓冲层；所述第一衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层；所述第二衬底缓冲层包括氮化铝缓冲层；所述第三衬底缓冲层包括氮化镓缓冲层。

9、可选的，还包括：电子阻挡层，位于所述的发光层和所述p型gan层之间；所述电子阻挡层包括氮化铝镓层。

10、本发明提供一种micro-led芯片封装结构的制备方法，包括：提供封装基底；在所述封装基底的表面形成红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片，其中所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层和gan层；不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同；所述红光micro-led芯片的面积尺寸大于所述绿光micro-led芯片的面积尺寸，所述绿光micro-led芯片的面积尺寸大于所述蓝光micro-led芯片的面积尺寸。

11、本发明提供一种micro-led芯片封装结构的制备方法，包括：提供封装基底；在所述封装基底的表面形成红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片，其中所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层和gan层；不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同；所述红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片的面积尺寸相等；将所述红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片分别接入独立的控制电路，通过调节所述控制电路的电流改变电流密度，以得到波长不同的红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片。

12、可选的，在所述封装基底的表面形成红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片之前，形成初始micro-led芯片；对所述初始micro-led芯片进行切割处理，以形成红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片。

13、可选的，形成初始micro-led芯片的步骤包括：提供衬底层；在所述衬底层的一侧表面形成n型gan层；在所述n型gan层远离所述衬底层的一侧形成发光层；在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成p型gan层；所述p型gan层包括第一p型gan层和第二p型gan层；所述第一p型gan层位于发光层和第二p型gan层之间。

14、可选的，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成n型gan层之前，在所述衬底层的一侧表面形成衬底缓冲层；形成衬底缓冲层的步骤包括：在所述衬底层的一侧形成第一衬底缓冲层；在所述第一衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第二衬底缓冲层；在所述第二衬底缓冲层远离所述衬底层的一侧形成第三衬底缓冲层。

15、可选的，还包括：在所述衬底层的一侧表面形成n型gan层之后，在所述n型gan层远离所述衬底层的一侧形成发光层之前，在所述n型gan层远离所述衬底层的一侧形成缓冲发光层；形成缓冲发光层的步骤包括：在所述n型gan层远离所述衬底层的一侧表面形成第一缓冲发光层以及在所述第一缓冲发光层远离所述衬底层的一侧表面形成第二缓冲发光层。

16、可选的，还包括：在所述n型gan层远离所述衬底层的一侧形成发光层之后，在所述发光层远离所述衬底层的一侧形成p型gan层之前，在所述发光层远离所述衬底层的一侧表面形成电子阻挡层。

17、本发明技术方案，具有如下优点：

18、本发明提供一种micro-led芯片封装结构，通过设置所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层，并且不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同，由此能够实现在同一包含inxga(1-x)n材料的外延片进行上述各不同颜色芯片的工艺制作，且不同颜色的micro-led芯片的制作工艺相同，仅需在后续控制成品芯片的面积比例即可；进一步地，按照红光micro-led芯片的面积尺寸大于绿光micro-led芯片的面积尺寸，绿光micro-led芯片的面积尺寸大于蓝光micro-led芯片的面积尺寸的方式进行设置，在后续对micro-led芯片封装结构整体施加电流时，能够使具有相同的发光材料inxga(1-x)n的发光层的不同颜色的micro-led芯片，由于面积各自不同，通过各芯片的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各不同颜色芯片的面积尺寸，即可实现发出不同颜色的光，或者组成白光，工艺简单。

19、本发明还提供一种micro-led芯片封装结构，在设置所述红光micro-led芯片的发光层、所述绿光micro-led芯片的发光层和所述蓝光micro-led芯片的发光层均包括inxga(1-x)n层，并且不同颜色的micro-led芯片中的inxga(1-x)n层中x的取值相同的基础上，通过设置所述红光micro-led芯片、所述蓝光micro-led芯片和所述绿光micro-led芯片的面积尺寸相等，利用电流密度的定义为单位面积所提供的电流大小，可以通过调整三个micro-led芯片的电路电流，能够使具有相同的发光材料inxga(1-x)n的发光层的不同颜色的micro-led芯片通过电流不同，由于面积相同，因此不同颜色的micro-led芯片各自的电流密度不同，从而输出光的波长不同，进而可以得到不同颜色的输出光。综上，红光micro-led芯片、绿光micro-led芯片和蓝光micro-led芯片采用相同结构，且位于同一外延片作为一个单元，仅需调整各芯片的电流大小，即可实现白色micro-led光源，工艺简单。