高光线分布均匀的倒装微型LED芯片及其制备方法
高光线分布均匀的倒装微型led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体发光器件技术领域，具体涉及一种高光线分布均匀的倒装微型led芯片及其制备方法。
背景技术：
2.基于iii族氮化物半导体的微型发光二极管(micro-led)因其高动态范围(hdr)、高亮度、高对比度、广域、低功耗及长寿命等优点而被认为是下一代显示技术。倒装芯片是micro-led芯片所常用的一种芯片结构，相比于水平结构的micro-led芯片，倒装micro-led芯片除了具有更好的光提取效率、导热性及电流拓展性能之外，倒装芯片还具有更好地与电路连接的特点。现在主流的倒装micro-led芯片仍然是棱柱的结构，即倒装micro-led芯片的俯视图是一个矩形。由于高光线分布均匀的倒装微型led芯片是棱柱结构，因此在长宽方向具有差异，因此led芯片的出光分布也具有差异。比如从矩形的短边一侧和矩形的长边一侧观察led的光线，两个方向的光线并不对称，这对于用于显示的micro-led芯片而言，会出现从不同角度观察的显示器的效果不一样。除此之外，由于micro-led芯片尺寸较小，在制备过程中不可避免的产生侧壁缺陷，会导致肖克利-瑞德-霍尔(srh)非辐射复合，导致漏电流，影响micro-led芯片的性能。因此如何减小micro-led芯片中随不同角度观察出现的光线不对称性以及减少侧壁缺陷是本领域技术人员需要解决的一个问题。
技术实现要素：
3.针对现有技术的不足，本发明通过提供一种高光线分布均匀的倒装微型led芯片及其制备方法，即具有高光线分布均匀性的高光线分布均匀的倒装微型led芯片及其制备方法，提高了micro-led芯片从顶部衬底出光，解决现有技术中倒装micro-led芯片的从不同角度观察micro-led芯片出现的光线不对称性的问题，达到了从不同角度观察micro-led芯片，micro-led芯片显示具有相同的效果。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
5.第一方面，本发明提供一种具有高光线分布均匀性的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述倒装micro-led芯片覆盖有一种具有微结构的反射镜，该反射镜与micro-led芯片接触的表面具有微结构；所述micro-led芯片p型gan侧壁经过氢气等离子体进行了钝化；所述倒装micro-led芯片，其芯片形状是圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱中的一种，即芯片俯视图是圆形、正三角形、正方形、正六边形中的一种。
6.所述的micro-led芯片结构，其俯视图为圆形、正三角形、正方形、正六边形等图形中的一种，即芯片结构是圆柱、正三棱柱、正四棱柱、六棱柱中的一种。所述这几种俯视图的图形面积相等，即这几种形状的micro-led芯片发光面积一样。所述的micro-led芯片的尺寸小于50μm。
7.micro-led芯片其外延结构从下至上分别为蓝宝石衬底、n-gan、mqw、p-gan、sio2电流阻挡层、ito和反射镜；所述p-gan层上覆盖有形状较小的块状sio2电流阻挡层，在所述
外延结构的上方形成有ito导电层；在ito导电层上面覆盖有反射镜层；p电极贯穿所述反射镜层到ito层或者与反射镜层接触，p焊盘与所述p电极连接；在其余部分区域有从反射镜层到n-gan层有孔，孔外侧覆盖有二氧化硅绝缘层，n电极沉积在这个孔中，n焊盘和所述n电极连接。
8.所述的反射镜结构为ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、或者ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种。当反射镜为ag反射镜时，其厚度为200nm～250nm；当反射镜结构为ti3o5+ag反射镜时，其厚度为ti3o5为50nm～80nm，ag厚度为200nm～250nm；当反射镜结构为ti3o5/sio
2 dbr反射镜时，其厚度为2μm～4μm。
9.所属反射镜具有微结构；反射镜位于ito层的上方，ito层上具有凸起的圆柱、圆锥或棱柱等结构，然后在ito上生长反射镜层，即在反射镜上形成微结构。当反射镜为ag反射镜时，微结构位于ag层表面；当反射镜是ti3o5+ag反射镜时，微结构为于ti3o5表面；当反射镜是ti3o5/sio
2 dbr反射镜时，微结构为于ti3o5表面。
10.所述的微结构为圆柱体、圆锥体、棱柱体等结构中的一种，所述的微结构的直径为5微米～10微米，高度为50nm～100nm。
11.第二方面，本发明提供一种如上述具有高光线分布均匀性的倒装micro-led芯片的制备方法，包括如下步骤：
12.s1：在蓝宝石衬底上生长外延结构，外延结构依次为n-gan层、mqws层、p-gan层；
13.s2：在所述p-gan层上覆盖条状sio2电流阻挡层，然后在所述外延结构的上方形成ito导电层；
14.s3：在ito上面旋涂一层光刻胶，之后再光刻胶上面放置掩膜版，掩膜版上具有圆形等形状，之后在进行曝光、显影等过程在ito上形成光栅结构。
15.s4：在ito上形成光栅结构之后，然后在ito上覆盖反射镜。反射镜分别是ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、以及ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种。这样反射镜表面就形成了光栅结构。
16.s5：在已经镀好反射镜的外延结构上进行刻蚀出想要的棱柱或者圆柱结构。首先在反射镜上旋涂一层光刻胶，之后将带有圆形、正三角形、正正方形、正正六边形中的一种的掩膜版放在上面，之后进行光刻、刻蚀等工艺，在外延结构上形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构。
17.s6：在已经形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构的micro-led芯片表面进行覆盖一层二氧化硅作为保护层。之后用氢气等离子体气体进行侧壁钝化，micro-led芯片在等离子体气体中的暴露时间为4～5分钟。之后用四甲基氢氧化铵溶液在室温下对侧壁处理40～50分钟。最后用氟酸缓冲氧化物蚀刻剂将覆盖在micro-led芯片表面的二氧化掉。
18.s7：通过刻蚀等工艺在反射镜表面进行刻蚀，得到p型电极孔和n型电极孔；所述p型孔一直到ito层，所述n型孔一直到n-gan层。在所述p型电极孔内沉淀金属形成p电极，在所述n型电极孔的外侧沉淀sio2形成sio2绝缘层，在所述n型电极孔的内侧沉淀金属形成n电极；
19.s8：形成p焊盘和n焊盘，使所述p焊盘与所述p电极连接，所述n焊盘与所述n电极连接。
20.上述倒装micro-led芯片的制备方法用于得到本发明中的倒装micro-led芯片。
21.本发明的优点及有益效果如下：
22.在本发明中，在倒装micro-led芯片中，外延结构采用了圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱中的一种结构，该结构具有发光对称性，即从两个垂直的角度观察micro-led芯片，两者的强度以及光线分布具有对称性，这样就可以提高用于显示的倒装micro-led芯片的光线分布情况，提高micro-led芯片显示器的显示效果。其次在本发明中，采用了一种具有光栅结构的反射镜。反射镜是ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种，其中与ito接触的是ag或者是ti3o5，与ito接触的ag或ti3o5具有光栅结构，这种结构的反射镜能够提高反射率，有利于提高倒装micro-led芯片的光提取效率，增强显示效果。还提出了一种对p-gan侧壁进行钝化的方法，使用氢气等离子体对p-gan侧壁进行钝化，减少p-gan侧壁的非辐射复合中心，减少了p-gan侧壁漏电流，提升了micro-led芯片的质量。
附图说明
23.图1为本发明实施例1提供的倒装micro-led芯片的结构示意图；
24.图2为本发明实施例1提供的不同外延结构的倒装micro-led芯片的结构示意图；
25.图3为本发明实施例1提供的ito与反射镜的横截面示意图；
26.图4为本发明实施例1提供的具有微结构的反射镜的结构示意图；
27.图5为本发明实施例1提供的不同外延结构的倒装micro-led芯片的两个方向的光线分布图；
28.图6为本发明实施例2提供的倒装micro-led芯片的制备流程图；
29.图中：1、蓝宝石衬底，2、n-gan，3、mqws，4、p-gan，5、ito，6、反射镜，7、p焊盘，8、p电极，9、n焊盘，10、sio2绝缘层，11、n电极，12、led外延结构，13、光刻胶，14-掩膜版。
具体实施方式
30.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
31.实施例1：
32.实施例1提供了一种倒装micro-led芯片，如图1所示，包括：蓝宝石衬底1、n-gan2、mqws3、p-gan4、ito5、反射镜6、p焊盘7、p电极8、n焊盘9、sio2绝缘层10、n电极11。
33.高光线分布均匀的倒装微型led芯片包括所述蓝宝石衬底1、n-gan2、mqws3、p-gan4、ito5、反射镜6等结构。micro-led外延结构是圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构中的一种，如图2所示，因此芯片的俯视图是圆形、正三角形、正方形以及正六边形中的一种。
34.micro-led芯片是圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构时，这几种结构的俯视图面积是一样的。micro-led芯片的尺寸在50μm以下。
35.反射镜为ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种。反射镜在ito的上方，反射镜与ito接触的材料表面具有一些光栅结构，如图3所示。当反射镜为ag反射镜时，微结构在ag表面；当反射镜为ti3o5+ag反射镜时，微结构在ti3o5表面；当反射镜为ti3o5/sio
2 dbr反射镜，微结构在ti3o5表面。
36.反射镜的光栅结构为圆柱形、圆锥形、棱柱形等结构，光栅结构的直接为5微米～
10微米，高度为50nm～100nm，如图4所示。
37.实施例2：
38.实施例2提供了一种具体如何得到如实施例1的倒装micro-led芯片的制备方法，包括如下步骤：
39.s1：在蓝宝石衬底上生长外延结构，外延结构依次为n-gan层、mqws层、p-gan层；
40.s2：在p-gan层上覆盖条状sio2电流阻挡层，然后在外延结构的上方形成ito导电层，如图6中(a)所示；
41.s3：在ito上面旋涂一层光刻胶，之后再光刻胶上面放置掩膜版，掩膜版上具有圆形等形状，之后在进行曝光、显影等过程在ito上形成光栅结构，如图6中(b)、(c)、(d)、(e)所示。
42.s4：在ito上形成光栅结构之后，然后在ito上覆盖反射镜。反射镜分别是ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、以及ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种。这样反射镜表面就形成了光栅结构，如图6中(f)所示。
43.s5：在已经镀好反射镜的外延结构上进行刻蚀出想要的棱柱或者圆柱结构。首先在反射镜上旋涂一层光刻胶，之后将带有圆形、正三角形、正方形、正六边形中的一种的掩膜版放在上面，之后进行光刻、刻蚀等工艺，在外延结构上形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构。
44.s6：在已经形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构的micro-led芯片表面进行覆盖一层二氧化硅作为保护层。之后用氢气等离子体气体进行侧壁钝化，micro-led芯片在等离子体气体中的暴露时间为4～5分钟。之后用四甲基氢氧化铵溶液在室温下对侧壁处理40～50分钟。最后用氟酸缓冲氧化物蚀刻剂将覆盖在micro-led芯片表面的二氧化掉，如图6中(g)、(h)所示。
45.s7：通过刻蚀等工艺在反射镜表面进行刻蚀，得到p型电极孔和n型电极孔；p型孔一直到ito层，n型孔一直到n-gan层。在p型电极孔内沉淀金属形成p电极，在n型电极孔的外侧沉淀sio2形成sio2绝缘层，在n型电极孔的内侧沉淀金属形成n电极，如图6中(i)；
46.s8：形成p焊盘和n焊盘，使p焊盘与p电极连接，n焊盘与n电极连接，如图6中(j)。
47.上述制备流程方法用于得到上述的倒装micro-led芯片。
48.图5为设计的具有反射镜的不同外延结构的micro-led芯片从正视和侧视micro-led芯片两个垂直方向观察的光线分布情况。分别是具有正四棱柱、圆柱形、正三棱柱以及正六棱柱外延结构的micro-led芯片。这几种结构的micro-led芯片从正视芯片看和从侧视芯片的方向看，可以发现从两个不同方向观察的光线分布比较接近，具有较好的对称性。
49.本发明实施例提供的一种具有高光线分布均匀性的倒装micro-led芯片至少包括如下技术效果：
50.在本发明中，在芯片的外延结构中采用了不是常用的矩形结构，而是采用圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构，这种结构的micro-led芯片的发光具有较好的对称性。即从正视芯片的方向以及侧视芯片的方向，光线分布具有姣好的对称性，提高了用于显示的micro-led芯片的显示效果。
51.在本发明中具有表面微结构的反射镜用于micro-led芯片中以提高反射镜的反射率，提高micro-led芯片的光提取效率。该反射镜是ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、ti3o5+
sio2dbr反射镜中的一中，反射镜与led芯片外延中的ito层相接触，其中与ito接触的那层材料中具有微结构。这种结构的反射镜具有高反射率，同时具有结构很薄，能够提高micro-led芯片光提取效率的同时节约材料。
52.对micro-led芯片的侧壁进行了气体钝化，所使用的气体为氢气等离子体，在开始钝化之前使用二氧化硅对micro-led芯片表面进行了保护。使用氢气等离子体进行钝化可以提升micro-led芯片侧壁的质量，减少侧壁非辐射复合，提升micro-led芯片的光提取效率。
技术特征：
1.一种高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述倒装micro-led芯片覆盖有一种具有微结构的反射镜，所述反射镜与micro-led芯片接触的表面具有微结构；所述micro-led芯片p型gan侧壁经过氢气等离子体进行了钝化；所述倒装micro-led芯片，其芯片形状是圆柱、正三棱柱、正四棱柱或正六棱柱中的任一种。2.根据权利要求1所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：其外延结构从下至上分别为蓝宝石衬底、n-gan、mqw、p-gan、sio2电流阻挡层、ito和反射镜。3.根据权利要求2所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述反射镜的结构为ag反射镜、ti3o5+ag反射镜或ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种。4.根据权利要求3所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述micro-led芯片p型gan钝化，采用的是氢气等离子体对p型gan侧壁进行钝化；在进行钝化之前，用二氧化硅对led芯片表面以及底部进行包围住进行保护，以保护led芯片表面不被等离子体气体所损伤。5.根据权利要求1至4中任一所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：当所述倒装micro-led芯片形状为圆形时，其芯片结构为圆柱形，芯片结构的俯视图为圆形；芯片结构中蓝宝石衬底、n-gan、mqw、p-gan、ito、反射镜均为圆柱结构。6.根据权利要求2至4中任一所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述micro-led芯片从下至上结构依次为：蓝宝石衬底层、n-gan层、mqws层、p-gan层；所述p-gan层上覆盖有形状较小的块状sio2电流阻挡层，在所述外延结构的上方形成有ito导电层；在ito导电层上面覆盖有反射镜层；p电极贯穿所述反射镜层到ito层或者与反射镜层接触，p焊盘与所述p电极连接；在其余部分区域有从反射镜层到n-gan层有孔，孔外侧覆盖有二氧化硅绝缘层，n电极沉积在这个孔中，n焊盘和所述n电极连接。7.根据权利要求3或4所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述反射镜表面具有微光栅结构，与ito接触的反射镜表面是ag或者是ti3o5：当反射镜为ag反射镜时，与ito接触的反射镜表面是ag；当反射镜为ti3o5+ag反射镜或ti3o5/sio
2 dbr反射镜时，与ito接触的反射镜表面是ti3o5；在与ito接触的反射镜表面具有微结构，微结构为凸起的圆柱形、圆锥形或棱柱形结构中任一种；所述微结构的高度为50nm～100nm。8.根据权利要求7所述的高光线分布均匀的倒装微型led芯片，其特征在于：所述反射镜结构：当为ag反射镜时，其厚度为200nm～250nm；当为ag+ti3o5反射镜时，其厚度为250nm～350nm；当为ti3o5/sio
2 dbr反射镜时，其厚度为2μm～4μm。9.一种高光线分布均匀的倒装微型led芯片的制备方法，其特征在于：如权利要求1至8中的任一所述的倒装micro-led芯片通过该方法制备得到，包括如下步骤：s1：在蓝宝石衬底上生长外延结构，外延结构依次为n-gan层、mqws层、p-gan层；s2：在所述p-gan层上覆盖条状sio2电流阻挡层，然后在所述外延结构的上方形成ito导电层；s3：在ito上面旋涂一层光刻胶，之后再光刻胶上面放置掩膜版，掩膜版上具有圆形等
形状，之后在进行曝光、显影等过程在ito上形成光栅结构；s4：在ito上形成光栅结构之后，然后在ito上覆盖反射镜；反射镜分别是ag反射镜、ti3o5+ag反射镜、以及ti3o5/sio
2 dbr反射镜中的一种；这样反射镜表面就形成了微结构；s5：在已经镀好反射镜的外延结构上进行刻蚀出想要的棱柱或者圆柱结构；首先在反射镜上旋涂一层光刻胶，之后将带有圆形、正三角形、正方形、正六边形中的一种的掩膜版放在上面，之后进行光刻、刻蚀等工艺，在外延结构上形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构；s6：在已经形成圆柱、正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱等结构的micro-led芯片表面进行覆盖一层二氧化硅作为保护层；之后用氢气等离子体气体进行侧壁钝化，micro-led芯片在等离子体气体中的暴露时间为4～5分钟；之后用四甲基氢氧化铵溶液在室温下对侧壁处理40～50分钟；最后用氟酸缓冲氧化物蚀刻剂(boe溶液)将覆盖在micro-led芯片表面的二氧化硅去除掉；s7：通过刻蚀等工艺在反射镜表面进行刻蚀，得到p型电极孔和n型电极孔；所述p型孔一直到ito层，所述n型孔一直到n-gan层；在所述p型电极孔内沉淀金属形成p电极，在所述n型电极孔的外侧沉淀sio2形成sio2绝缘层，在所述n型电极孔的内侧沉淀金属形成n电极；s8：形成p焊盘和n焊盘，使所述p焊盘与所述p电极连接，所述n焊盘与所述n电极连接。
技术总结
本发明公开了一种高光线分布均匀的倒装微型LED芯片。该倒装微型LED(Micro-LED)芯片从正视和侧视方向观察具有对称的光线分布，能够提升用于显示器的Micro-LED芯片的显示效果。该Micro-LED芯片还采用一种具有微结构的反射镜。这种反射镜具有高反射率，能够提高Micro-LED芯片的光提取效率。还采用了氢气等离子体对p-Ga侧壁进行了钝化，减少了Micro-LED芯片的侧壁漏电流，提升了Micro-LED芯片的光提取效率。本发明能够提高Micro-LED芯片的光提取效率，改善Micro-LED芯片的光线分布情况。况。况。
