一种Mini LED芯片及制造方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体电子技术领域，特别涉及一种Mini LED芯片及制造方法。
背景技术
[0002] Mini LED芯片一般指边长在100～200um之间的LED芯片，因其小型化的特点其应用领域及制造技术与传统LED芯片有较大差别。Mini LED一般用于超高
分辨率的户外大屏幕、电影屏幕及高端LCD显示器的直下式
背光，上述3种应用场景都是一般LED不能实现的。然而，现有Mini LED芯片因为尺寸小、结构复杂以及
对焊接、耐温、耐
电流等等可靠性方面有极高要求，因此存在制造困难、工艺较为复杂且良率不高等问题，其中，良率不高的原因包括但不限于绝缘层可靠性不足，绝缘层应
力偏大，金属耐电流强度不足，金属焊盘与
锡膏或异向导电胶结合的粘附力不足。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种Mini LED芯片及制造方法，以兼顾Mini LED芯片的性能和生产。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] 一种Mini LED芯片，包括GaN基底、P型
接触面及电流稳定层、P型电流注入层、P型
焊接结合界面金属层、缓冲绝缘层、
应力释放层、绝缘全
光谱反射层、N型焊接结合界面金属层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层；
[0006] 所述GaN基底的一侧依次叠放有所述P型接触面及所述电流稳定层和所述P型电流注入层，所述GaN基底的另一侧依次叠放有所述N型接触面及电流稳定层和所述N型电流注入层；
[0007] 所述缓冲绝缘层依次
覆盖于所述GaN基底的一侧、所述N型电流注入层以及所述GaN基底的另一侧，所述缓冲绝缘层在所述N型焊接结合界面金属层所在的一侧上包裹所述N型焊接结合界面金属层的底端且高于所述GaN基底所在的平面；
[0008] 所述应力释放层覆盖于所述缓冲绝缘层上，所述绝缘全光谱反射层覆盖于所述应力释放层上；
[0009] 所述P型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层且与所述P型电流注入层连接，所述N型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层且与所述N型电流注入层连接。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
[0011] 一种Mini LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
[0012] S1、通过
光刻设施进行图形转移，使用蒸
镀方式同时在GaN基底上制作P型接触面及电流稳定层和N型接触面及电流稳定层；
[0013] S2、通过光刻设施进行图形转移，使用蒸镀方式同时在所述P型接触面及电流稳定层上制作P型电流注入层和在所述N型接触面及电流稳定层上制作N型电流注入层；
[0014] S3、通过
镀膜设备制作覆盖于所述GaN基底的一侧、所述N型电流注入层以及所述GaN基底的另一侧的缓冲绝缘层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学
腐蚀方式进行图形腐蚀；
[0015] S4、通过镀膜设备在所述缓冲绝缘层上制作应力释放层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP
刻蚀方式进行图形腐蚀；
[0016] S5、通过镀膜设备在所述应力释放层上制作绝缘全光谱反射层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP刻蚀方式进行图形腐蚀；
[0017] S6、通过光刻设施进行图形转移，使用蒸镀方式同时在所述P型电流注入层制作P型焊接结合界面金属层和在所述N型电流注入层制作N型焊接结合界面金属层，所述P型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层后堆叠在所述P型电流注入层上，所述N型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层后堆叠在所述N型电流注入层。
[0018] 本发明的有益效果在于：一种Mini LED芯片及制造方法，通过P型接触面及电流稳定层、P型电流注入层、缓冲绝缘层、应力释放层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层这些特殊功能层的使用，从而解决了耐电流问题、绝缘层应力问题、绝缘层粘附问题和焊盘与锡膏的粘附力问题，使得该Mini LED芯片的可靠性、电流扩展性、耐过驱能力、耐高温能力、耐环境腐蚀能力等均照其他方法有明显提升，其
亮度和出光效率较高，其在使用端焊接方便，并且其
制造过程可靠性高，工艺窗口稳定，成本适当，即可以保证Mini LED芯片的可靠性及各类性能有优秀的表现，同时可以保证Mini LED芯片的生产效率和生产良率。
附图说明
[0019] 图1为本发明
实施例的一种Mini LED芯片的结构示意图。
[0020] 标号说明：
[0021] 1、衬底层；2、N型氮化镓；3、多层
量子阱；4、P型氮化镓；5、电流扩展层；6、P型接触面及电流稳定层；7、P型电流注入层；8、P型焊接结合界面金属层；9、缓冲绝缘层；10、应力释放层；11、绝缘全光谱反射层；12、N型焊接结合界面金属层；13、N型电流注入层；14、N型接触面及电流稳定层。
具体实施方式
[0022] 为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0023] 请参照图1，一种Mini LED芯片，包括GaN基底、P型接触面及电流稳定层、P型电流注入层、P型焊接结合界面金属层、缓冲绝缘层、应力释放层、绝缘全光谱反射层、N型焊接结合界面金属层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层；
[0024] 所述GaN基底的一侧依次叠放有所述P型接触面及所述电流稳定层和所述P型电流注入层，所述GaN基底的另一侧依次叠放有所述N型接触面及电流稳定层和所述N型电流注入层；
[0025] 所述缓冲绝缘层依次覆盖于所述GaN基底的一侧、所述N型电流注入层以及所述GaN基底的另一侧，所述缓冲绝缘层在所述N型焊接结合界面金属层所在的一侧上包裹所述N型焊接结合界面金属层的底端且高于所述GaN基底所在的平面；
[0026] 所述应力释放层覆盖于所述缓冲绝缘层上，所述绝缘全光谱反射层覆盖于所述应力释放层上；
[0027] 所述P型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层且与所述P型电流注入层连接，所述N型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层且与所述N型电流注入层连接。
[0028] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过P型接触面及电流稳定层、P型电流注入层、缓冲绝缘层、应力释放层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层这些特殊功能层的使用，从而解决了耐电流问题、绝缘层应力问题、绝缘层粘附问题和焊盘与锡膏的粘附力问题，使得该Mini LED芯片的可靠性、电流扩展性、耐过驱能力、耐高温能力、耐环境腐蚀能力等均照其他方法有明显提升，其亮度和出光效率较高，其在使用端焊接方便，并且其制造过程可靠性高，工艺窗口稳定，成本适当，即可以保证Mini LED芯片的可靠性及各类性能有优秀的表现，同时可以保证Mini LED芯片的生产效率和生产良率。
[0029] 进一步地，所述GaN基底包括衬底层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层和电流扩展层；
[0030] 所述N型氮化镓位于所述衬底层的中间区域，所述N型氮化镓的一侧依次叠放有所述多层量子阱层、所述P型氮化镓层和所述电流扩展层，所述P型接触面及电流稳定层位于所述电流扩展层上，所述N型接触面及电流稳定层位于所述N型氮化镓的另一侧；
[0031] 所述缓冲绝缘层依次覆盖于所述衬底层的一侧、所述电流扩展层、所述N型氮化镓上所述多层量子阱层与所述N型接触面及电流稳定层的之间的间隙、所述N型电流注入层以及所述衬底层的另一侧，所述缓冲绝缘层在所述P型焊接结合界面金属层所在的一侧上与所述P型电流注入层齐平，所述缓冲绝缘层在所述N型焊接结合界面金属层所在的一侧上包裹所述N型焊接结合界面金属层的底端且高于所述电流扩展层所在的平面。
[0032] 从上述描述可知，即提供一个完整的Mini LED芯片的结构，以保证其性能的同时保证其制造的可行性。
[0033] 进一步地，所述P型焊接结合界面金属层和所述N型焊接结合界面金属层为由Ni、Cr、Al、Ti、Pt和Au组成的
合金。
[0034] 从上述描述可知，利用Ni、Cr、Al、Ti、Pt和Au组成的合金，提升P型焊接结合界面金属层和N型焊接结合界面金属层与锡膏或可焊接
基板之间的结合强度，使得其具有较强的焊接结合力。
[0035] 进一步地，所述P型焊接结合界面金属层和所述N型焊接结合界面金属层包括依次堆叠2～3nm的Cr、1500～2000nm的Al、200～500nm的Ti、10～30nm的Pt、200～500nm的Au以及40～100nm的Ni。
[0036] 从上述描述可知，提供一种P型焊接结合界面金属层和N型焊接结合界面金属层的优选实施例，在实际应用过程上，上述金属按照上述的堆叠顺序和厚度进行合成为合金，使其在有限的层厚条件下，具有较强的焊接结合力。
[0037] 进一步地，所述绝缘全光谱反射层包括至少两种透明金属
氧化物交叠而成，所述透明金属氧化物为氧化
硅或氧化
钛，所述绝缘全光谱反射层交叠的厚度为3-7um，层数为10～100层，每层厚度为30-300nm。
[0038] 从上述描述可知，使用不同的透明金属氧化物进行交叠而成的绝缘全光谱反射层，以实现全波段反射。
[0039] 请参照图1，一种Mini LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
[0040] S1、通过光刻设施进行图形转移，使用蒸镀方式同时在GaN基底上制作P型接触面及电流稳定层和N型接触面及电流稳定层；
[0041] S2、通过光刻设施进行图形转移，使用蒸镀方式同时在所述P型接触面及电流稳定层上制作P型电流注入层和在所述N型接触面及电流稳定层上制作N型电流注入层；
[0042] S3、通过镀膜设备制作覆盖于所述GaN基底的一侧、所述N型电流注入层以及所述GaN基底的另一侧的缓冲绝缘层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式进行图形腐蚀；
[0043] S4、通过镀膜设备在所述缓冲绝缘层上制作应力释放层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP刻蚀方式进行图形腐蚀；
[0044] S5、通过镀膜设备在所述应力释放层上制作绝缘全光谱反射层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP刻蚀方式进行图形腐蚀；
[0045] S6、通过光刻设施进行图形转移，使用蒸镀方式同时在所述P型电流注入层制作P型焊接结合界面金属层和在所述N型电流注入层制作N型焊接结合界面金属层，所述P型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层后堆叠在所述P型电流注入层上，所述N型焊接结合界面金属层依次穿过所述绝缘全光谱反射层、所述应力释放层和所述缓冲绝缘层后堆叠在所述N型电流注入层。
[0046] 从上述描述可知，本发明的有益效果在于：通过P型接触面及电流稳定层、P型电流注入层、缓冲绝缘层、应力释放层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层这些特殊功能层的使用，从而解决了耐电流问题、绝缘层应力问题、绝缘层粘附问题和焊盘与锡膏的粘附力问题，使得该Mini LED芯片的可靠性、电流扩展性、耐过驱能力、耐高温能力、耐环境腐蚀能力等均照其他方法有明显提升，其亮度和出光效率较高，其在使用端焊接方便，并且其制造过程可靠性高，工艺窗口稳定，成本适当，即可以保证Mini LED芯片的可靠性及各类性能有优秀的表现，同时可以保证Mini LED芯片的生产效率和生产良率。
[0047] 进一步地，所述步骤S1之前还包括步骤：
[0048] 通过光刻设施进行图形转移，使用ICP设备在所述衬底层的中间
位置上刻蚀N型氮化镓，在所述N型氮化镓的一侧上依次制作多层量子阱层和P型氮化镓层；
[0049] 使用蒸镀方式在所述P型氮化镓层制作一层电流扩展层，通过光刻设施进行图形转移，使用化学腐蚀方式进行图形腐蚀，以得到所述GaN基底。
[0050] 从上述描述可知，即提供一个完整的Mini LED芯片的结构，以保证其性能的同时保证其制造的可行性。
[0051] 进一步地，所述步骤S6中制作P型焊接结合界面金属层和制作N型焊接结合界面金属层具体为：
[0052] 依次堆叠2～3nm的Cr、1500～2000nm的Al、200～500nm的Ti、10～30nm的Pt、200～500nm的Au以及40～100nm的Ni，之后进行
消融以变成合金。
[0053] 从上述描述可知，利用Ni、Cr、Al、Ti、Pt和Au组成的合金，按照上述的堆叠顺序和厚度进行合成为合金，以提升P型焊接结合界面金属层和N型焊接结合界面金属层与锡膏或可焊接基板之间的结合强度，使得其具有较强的焊接结合力。
[0054] 进一步地，所述步骤S5中制作绝缘全光谱反射层具体为：
[0055] 在所述应力释放层依次交叠至少两种透明金属氧化物，层数为10～100层，每层厚度为30-300nm，直至交叠的厚度为3-7um为止，所述透明金属氧化物为氧化硅或氧化钛。
[0056] 从上述描述可知，使用不同的透明金属氧化物进行交叠而成的绝缘全光谱反射层，以实现全波段反射。
[0057] 进一步地，所述步骤S3至所述步骤S5中化学腐蚀的腐蚀液为
氢氟酸、氟化铵或
盐酸，所述步骤S4和所述步骤S5中ICP刻蚀的刻蚀气体为三氟甲烷、四氟化
碳或六氟化硫。
[0058] 从上述描述可知，提供腐蚀液和刻蚀气体的较佳实施方案，以达到更好的腐蚀效果。
[0059] 请参照图1，本发明的实施例一为：
[0060] 一种Mini LED芯片，包括衬底层1、N型氮化镓层2、多层量子阱层3、P型氮化镓层4、电流扩展层5、P型接触面及电流稳定层6、P型电流注入层7、P型焊接结合界面金属层8、缓冲绝缘层9、应力释放层10、绝缘全光谱反射层11、N型焊接结合界面金属层12、N型电流注入层13以及N型接触面及电流稳定层14。
[0061] 如图1所示，N型氮化镓2位于衬底层1的中间区域，N型氮化镓2的一侧依次叠放有多层量子阱层3、P型氮化镓层4、电流扩展层5、P型接触面及电流稳定层6和P型电流注入层7，N型氮化镓2的另一侧的一侧依次叠放有N型接触面及电流稳定层14和N型电流注入层13；
缓冲绝缘层9依次覆盖于衬底层1的一侧、电流扩展层5、N型氮化镓2上多层量子阱层3与N型接触面及电流稳定层14的之间的间隙、N型电流注入层13以及衬底层1的另一侧，缓冲绝缘层9在P型焊接结合界面金属层8所在的一侧上与P型电流注入层7齐平，缓冲绝缘层9在N型焊接结合界面金属层12所在的一侧上包裹N型焊接结合界面金属层12的底端且高于电流扩展层5所在的平面；应力释放层10覆盖于缓冲绝缘层9上，绝缘全光谱反射层11覆盖于应力释放层10上；P型焊接结合界面金属层8依次穿过绝缘全光谱反射层11、应力释放层10和缓冲绝缘层9且与P型电流注入层7连接，N型焊接结合界面金属层12依次穿过绝缘全光谱反射层11、应力释放层10和缓冲绝缘层9且与N型电流注入层13连接。
[0062] 在本实施例中，P型接触面及电流稳定层6和N型接触面及电流稳定层14的金属材料为Ni、Cr和Al这三种金属中至少两种组合而成的合金，其中最佳的组合是Ni、Cr和Al三种金属的合金。在本实施例中，为依次堆叠0.5～1nm Ni、1.2～2.5Cr以及50nmAl。
[0063] 在本实施例中，P型电流注入层7和N型电流注入层13的金属材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au这五种金属中至少两种组合而成的合金，其中最佳的组合是五种金属的合金，在本实施例中，为依次堆叠2.5nmCr、100nmAl、240nmTi、150nmPt以及1300nmAu。
[0064] 在本实施例中，缓冲绝缘层9的材料为氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化钽，应力释放层10的材料为氧化硅或氧化钛。
[0065] 在本实施例中，P型焊接结合界面金属层8和N型焊接结合界面金属层12为依次堆叠2～3nm的Cr、1500～2000nm的Al、200～500nm的Ti、10～30nm的Pt、200～500nm的Au以及40～100nm的Ni，在本实施例中，具体为0.25nm的Cr、1800nm的Al、300nm的Ti、20nm的Pt、
300nm的Au以及60nm的Ni。
[0066] 在本实施例中，绝缘全光谱反射层11包括至少两种透明金属氧化物交叠而成，透明金属氧化物为氧化硅或氧化钛，绝缘全光谱反射层11交叠的厚度为3-7um，层数为10～100层，每层厚度为30-300nm，在本实施例中，具体为50层，每层厚度为nm，绝缘全光谱反射层11交叠的厚度为5um。
[0067] 请参照图1，本发明的实施例二为：
[0068] 一种Mini LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
[0069] 使用
光刻机及
光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用ICP设备在衬底层1的中间位置上刻蚀N型氮化镓2，在N型氮化镓2的一侧上依次制作多层量子阱层3和P型氮化镓层4；
[0070] 使用蒸镀方式在P型氮化镓层4制作一层电流扩展层5，电流扩展层5的材料可以是氧化铟锡、氧化铟钨或镍金合金，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用化学腐蚀方式进行图形腐蚀，以得到GaN基底，在本实施例中，化学腐蚀的腐蚀液为盐酸、
草酸、三氯化
铁这其中至少一种，例如20％草
酸溶液或盐酸与三氯化铁配比为12：88的溶液。
[0071] S1、使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使使用电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时在GaN基底上制作P型接触面及电流稳定层6和N型接触面及电流稳定层14，金属材料为Ni、Cr和Al这三种金属中至少两种组合而成的合金，其中最佳的组合是Ni、Cr和Al三种金属的合金。在本实施例中，为依次堆叠0.5～1nm Ni、1.2～2.5Cr以及50nmAl；使用去胶液清洗的方式去除多余的光刻胶之间进行消融成合金；
[0072] S2、使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用电子束蒸镀或溅射蒸镀的方式同时在P型接触面及电流稳定层6上制作P型电流注入层7和在N型接触面及电流稳定层14上制作N型电流注入层13，金属材料为Cr、Al、Ti、Pt、Au这五种金属中至少两种组合而成的合金，其中最佳的组合是五种金属的合金，在本实施例中，为依次堆叠2.5nmCr、100nmAl、240nmTi、150nmPt以及1300nmAu之间进行消融成合金，使用去胶液清洗的方式去除多余的光刻胶；
[0073] S3、使用PECVD设备或ALD设备制作覆盖于GaN基底的一侧、N型电流注入层13以及GaN基底的另一侧的缓冲绝缘层9，缓冲绝缘层9的材料为氧化硅、氧化钛、氧化铪或氧化钽，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用化学腐蚀方式进行图形腐蚀，化学腐蚀的腐蚀液为氢氟酸、氟化铵或盐酸；
[0074] S4、使用PECVD设备或ALD设备在缓冲绝缘层9上制作应力释放层10，应力释放层10的材料为氧化硅或氧化钛，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP刻蚀方式进行图形腐蚀，化学腐蚀的腐蚀液为氢氟酸、氟化铵或盐酸，刻蚀气体为三氟甲烷、四氟化碳或六氟化硫；
[0075] S5、使用光学离子蒸镀设备在应力释放层10上制作绝缘全光谱反射层11，具体的，在应力释放层10依次交叠至少两种透明金属氧化物，层数为10～100层，每层厚度为30-300nm，直至交叠的厚度为3-7um为止，透明金属氧化物为氧化硅或氧化钛，使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用化学腐蚀方式或ICP刻蚀方式进行图形腐蚀，化学腐蚀的腐蚀液为氢氟酸、氟化铵或盐酸，刻蚀气体为三氟甲烷、四氟化碳或六氟化硫；
[0076] S6、使用光刻机及光刻胶等光刻设施、材料按照设计好的芯片图形进行图形转移，使用蒸镀方式同时在P型电流注入层7制作P型焊接结合界面金属层8和在N型电流注入层13制作N型焊接结合界面金属层12，具体的，依次堆叠2～3nm的Cr、1500～2000nm的Al、200～500nm的Ti、10～30nm的Pt、200～500nm的Au以及40～100nm的Ni，之后进行消融以变成合金，形成该金属层，P型焊接结合界面金属层8依次穿过绝缘全光谱反射层11、应力释放层10和缓冲绝缘层9后堆叠在P型电流注入层7上，N型焊接结合界面金属层12依次穿过绝缘全光谱反射层11、应力释放层10和缓冲绝缘层9后堆叠在N型电流注入层13，使用去胶液清洗的方式去除多余的光刻胶。
[0077] 综上所述，本发明提供的一种Mini LED芯片及制造方法，通过P型接触面及电流稳定层、P型电流注入层、缓冲绝缘层、应力释放层、N型电流注入层以及N型接触面及电流稳定层这些特殊功能层的使用，从而解决了耐电流问题、绝缘层应力问题、绝缘层粘附问题和焊盘与锡膏的粘附力问题，使得该Mini LED芯片的可靠性、电流扩展性、耐过驱能力、耐高温能力、耐环境腐蚀能力等均照其他方法有明显提升，其亮度和出光效率较高，其在使用端焊接方便，并且其制造过程可靠性高，工艺窗口稳定，成本适当，即可以保证Mini LED芯片的可靠性及各类性能有优秀的表现，同时可以保证Mini LED芯片的生产效率和生产良率；利用Ni、Cr、Al、Ti、Pt和Au组成的合金，按照对应的堆叠顺序和厚度进行合成为合金，以提升P型焊接结合界面金属层和N型焊接结合界面金属层与锡膏或可焊接基板之间的结合强度，使得其具有较强的焊接结合力；使用不同的透明金属氧化物进行交叠而成的绝缘全光谱反射层，以实现全波段反射。
[0078] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
