micro-led芯片结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及半导体发光结构领域，尤其涉及一种micro-led芯片结构及其制作方法。
背景技术：2.随着技术的发展，micro-led(micro light emitting diode，微型发光二极管)显示已经广泛应用，其被广泛地应用到背光、vr屏幕、手机显示屏小型显示屏等领域。
3.然而，随着芯片尺寸微缩，对micro-led芯片发光亮度的要求越来越高，现有的用于芯片封装的黑色填充胶，其对芯片侧面吸光能力强，对micro-led芯片的亮度损失大，对于芯片侧面出光导致发光亮度低的问题急需解决。
技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种micro-led芯片结构及其制作方法，以解决芯片侧面出光、提升芯片的发光亮度问题。
5.为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种micro-led芯片结构，所述芯片结构包括透光基板、形成于透光基板上的外延层，所述外延层包括n型半导体层、发光层和p型半导体层，所述发光层形成于所述n型半导体层和所述p型半导体层之间，
6.还包括反射层，所述反射层的光反射率大于所述外延层的光反射率；
7.所述反射层完全覆盖所述外延层侧表面，以及部分覆盖所述透光基板侧表面。
8.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述透光基板侧表面被所述反射层覆盖区域的厚度占其总厚度的40％～60％。
9.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述n型半导体层设置于透光基板上表面，所述p型半导体层上表面部分区域向内延伸形成沟槽露出n型半导体层，在所述p型半导体层上表面及露出的n型半导体层上表面设置有金属电极。
10.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述反射层还设置于所述外延层上表面，并至少暴露出所述金属电极的部分区域。
11.作为本发明一实施方式的进一步改进，反射层为dbr反射层，由氧化硅层和氧化钛层交替组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
12.本发明还提供一种micro-led芯片结构的制作方法，所述制作方法包括步骤：
13.提供一透光基板；
14.在所述透光基板上依次生长n型半导体层、发光层和p型半导体层形成外延层；
15.正面切割所述外延层上表面形成切割凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内；
16.在所述切割凹槽内形成反射层，所述反射层的光反射率大于所述外延层的光反射率。
17.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述正面切割所述外延层上表面形成切割
凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内，具体包括：
18.正面切割所述透光基板，直至切割深度为所述透光基板厚度的40％～60％。
19.作为本发明一实施方式的进一步改进，在所述正面切割所述外延层上表面形成切割凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内，具体包括步骤：
20.沿所述p型半导体层上表面区域间隔向内刻蚀形成露出n型半导体层的沟槽；
21.在所述p型半导体层上表面和沟槽表面区域沉积保护层；
22.正面切割所述沟槽区域，在透光基板内形成切割凹槽；
23.利用热酸腐蚀工艺腐蚀所述保护层以及切割凹槽内的切割生成颗粒；
24.在所述p型半导体层和露出的n型半导体层表面上制作金属电极。
25.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括步骤：
26.在所述外延层上方形成反射层；
27.刻蚀所述p型半导体层上表面、露出的n型半导体层表面和金属电极区域上的反射层。
28.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括步骤：
29.在所述外延层上方形成反射层；
30.在所述金属电极对应区域刻蚀所述反射层，至少露出所述金属电极部分区域。
31.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括：
32.交替沉积生长氧化硅层和氧化钛层形成dbr反射层，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
33.本发明的有益效果在于：在micro-led芯片侧表面包覆具有高反射率的反射层，将芯片结构任意出光角度的光线进行全反射，反射后的光线垂直于芯片结构射出，减少芯片侧面出光，提高micro-led光取出率，降低能量损失，实现具有高亮度显示屏的要求；侧面包覆反射层，也能够阻止外延层内金属迁移，避免芯片正面切割工艺带来的切深、切宽对总体制作良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响，提高micro-led芯片的可靠性。
附图说明
34.图1为本发明实施例1中micro-led芯片结构示意图。
35.图2为本发明实施例2中micro-led芯片结构示意图。
36.图3为本发明实施例3中micro-led芯片结构示意图。
37.图4为本发明一实施方式中micro-led芯片结构的制作方法流程示意图。
38.图5为本发明实施例1中micro-led芯片结构的制作方法流程示意图。
39.图6为本发明实施例2中micro-led芯片结构的制作方法流程示意图。
40.图7为本发明实施例3中micro-led芯片结构的制作方法流程示意图。
41.图8-16为本发明实施例1、实施例2、实施例3中micro-led芯片结构制作方法对应的结构步骤图。
具体实施方式
42.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施方式及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。
43.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
44.为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
45.如图1-3所示，本发明提供一种micro-led芯片结构，包括透光基板1、形成于透光基板1上的外延层2、以及反射层3。
46.透光基板1具有上表面及与上表面相背的下表面，其可为具有高透光率的蓝宝石基板、玻璃基板或采用其他具有高透光率材料制成的基板。
47.外延层2包括n型半导体层21、发光层22和p型半导体层23，发光层22形成于n型半导体层21和p型半导体层23之间。
48.在本发明的一些实施方式中，n型半导体层21设置于透光基板1上表面，p型半导体层23远离透光基板1设置。但是在其他一些实施方式中，也可以是n型半导体层21远离透光基板1设置，p型半导体层23设置于透光基板1上表面，本发明在此不作限定。
49.反射层3完全包覆外延层2侧表面，以及部分包覆透光基板1侧表面，其光反射率大于外延层2的光反射率。通过在外延层2及透光基板1侧面形成反射层能够使得发光层22内发出的光在芯片结构内发生全反射，大部分光最终垂直于芯片结构发出，从而解决现有芯片结构中因侧面漏光导致led显示屏发光亮度较低的问题，同时，外延层2侧表面整体包覆反射层3，也能够阻止外延层2内金属迁移，提高芯片的可靠性。
50.具体的，透光基板1侧表面被所述反射层3覆盖区域的厚度占其总厚度的40％～60％，在制程工艺过程中，在透光基板1侧面形成反射层3需要先进行芯片正面切割，再在芯片切割凹槽内形成反射层3，在保证能够有效解决侧面出光问题的同时，能够避免由于micro-led芯片正面切割时造成的芯片结构晶粒间因总体良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响。
51.在本发明的一些实施方式中，反射层3为dbr反射层。
52.dbr(distributed bragg reflection)又叫分布式布拉格反射镜，是由两种不同折射率的材料以abab的方式交替排列组成的周期结构，每层材料的光学厚度为中心波长的1/4，因此是一种四分之一波长多层系统。由于频率落在能隙范围内的电磁波无法穿透，布拉格反射镜的反射率可达99％以上。
53.具体的，反射层3为由氧化硅层和氧化钛层交替组成的dbr反射层结构，每层材料
的光学厚度具体为芯片结构发出光的中心波长的1/4。
54.当然，在本发明的其他一些实施方式中，dbr反射层也可以是由氧化铪、氟化镁、氧化钇、硫化锌、氧化锆和氮化硅中任两种不同材料交替组成。
55.本发明提供以下三种实施例对本发明一些实施方式中的micro-led芯片结构作具体说明。
56.实施例1
57.如图1所示，为本发明实施例1所提出的micro-led芯片结构，其包括透光基板1、设置于透光基板1上的外延层2以及反射层3。
58.外延层2包括n型半导体层21、发光层22和p型半导体层23，发光层22设置于n型半导体层21和p型半导体层23之间。
59.具体的，在本实施例中，n型半导体层21设置于透光基板1的上表面，p型半导体层23上表面部分区域向内延伸形成沟槽露出n型半导体层21。
60.进一步的，在p型半导体层23上表面、以及在露出的n型半导体层21上表面均设置有金属电极4，用于与外部电源实现电连接。
61.反射层3为上述所提到的任意一种实施方式中的dbr反射层，其完全包覆于外延层2侧表面，以及部分包覆于透光基板1的侧表面，以减少芯片侧面漏光，实现高亮度的led显示屏。
62.实施例2
63.如图2所示，为本发明实施例2所提出的micro-led芯片结构，与实施例1中芯片结构不同的是，在本实施例中，反射层3还设置于外延层2的上表面，并至少暴露出金属电极4的部分区域。
64.具体的，反射层3还设置于p型半导体层23的上表面、以及露出的n型半导体层21的上表面，并完全暴露出金属电极4，方便芯片结构通过金属电极4与外界电源实现电连接。
65.同样的，反射层3为上述所提到的任意一种实施方式中的dbr反射层，其完全包覆于外延层2侧表面，以及部分包覆于透光基板1的侧表面，以减少芯片侧面漏光。并且，由于在外延层2上表面也设置有反射层3，同样能很大程度地减少光从外延层上方发出，将外延层2发出的大部分光垂直于芯片结构朝透光基板1方向发出，进一步提高led显示屏的发光亮度。
66.实施例3
67.如图3所示，为本发明实施例3所提出的micro-led芯片结构，与实施例1中芯片结构不同的是，在本实施例中，反射层3还设置于透光基板1的下表面。
68.同样的，反射层3为上述所提到的任意一种实施方式中的dbr反射层，其完全包覆于外延层2侧表面，以及部分包覆于透光基板1的侧表面，以减少芯片侧面漏光。并且，由于在透光基板1下表面也设置有反射层3，同样能很大程度地减少光从透光基板1方向发出，将外延层2发出的大部分光垂直于芯片结构朝外延层上表面发出，进一步提高led显示屏的发光亮度。
69.如图4所示，本发明提供一种micro-led芯片的制作方法，包括步骤：
70.s1：提供一透光基板1。
71.s2：在所述透光基板1上依次生长n型半导体层21、发光层22和p型半导体层23形成
外延层2。
72.当然，在本发明的其他一些实施方式中，也可依次在透光基板1上表面生长p型半导体层23、发光层22和n型半导体层21。
73.s3：正面切割外延层2上表面形成切割凹槽5，所述切割凹槽5延伸至透光基板1内。
74.在本发明的一些实施方式中，可采用正面激光切割的工艺。当然，在本发明其他的一些实施方式中，也可采用机械切割工艺，可根据实际情况选择。
75.具体的，正面切割透光基板1时，其切割深度为透光基板1厚度的40％～60％。
76.s4：在切割凹槽5内形成反射层3，所述反射层的光反射率大于所述外延层的光反射率。
77.具体的，在切割凹槽5内蒸镀反射层3，包覆外延层2侧表面以及切割凹槽5内的透光基板1侧表面，能够避免由于micro-led芯片正面切割时造成的芯片结构晶粒间因总体良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响。
78.在本发明的一些实施方式中，步骤s4具体包括：。
79.交替沉积生长氧化硅层和氧化钛层形成dbr反射层，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
80.当然，在本发明的其他一些实施方式中，dbr反射层也可以是由氧化铪、氟化镁、氧化钇、硫化锌、氧化锆和氮化硅中任两种不同材料交替组成。
81.对应于上述实施例1中micro-led芯片结构的制作方法，如图5所示，步骤s3和s4具体包括：
82.s3a：沿p型半导体层23上表面区域间隔向内刻蚀形成露出n型半导体层21的沟槽，如图8所示。
83.s3b：在p型半导体层23上表面和沟槽表面区域沉积保护层6，如图9所示。
84.在本发明的具体实施方式中，保护层6为氧化硅层。当然，也可选用其他氧化物材料作为保护层，本发明在此不作限制。
85.s3c：正面切割沟槽区域，在透光基板1内形成切割凹槽5，如图10所示。
86.激光切割后，切割凹槽内会存在一些残留的切割生成颗粒。
87.s3d：利用热酸腐蚀工艺腐蚀所述保护层6以及切割凹槽5内的切割生成颗粒，如图11所示。
88.s3e：在所述p型半导体层23和露出的n型半导体层21表面上制作金属电极4，如图12所示。
89.具体的，采用电子束蒸镀、磁控溅射、电镀或化学镀工艺，在p型半导体层23上表面，以及沟槽内露出的n型半导体层21表面部分区域上沉积金属层形成金属电极4，这里，金属电极4的材料可为cr、ni、ti、au、pt、cu、ag中的一种或以上几种金属。
90.s4a1：在外延层2上方形成反射层3，如图13所示。
91.具体的，在整个芯片结构上方蒸镀一层反射层3，反射层3包覆于外延层2外表面以及切割凹槽5表面，所以在芯片结构竖直方向上，切割凹槽5内的反射层3厚度为透光基板1厚度得到40％～60％，能够避免正面切割工艺造成的切深、切宽对总体良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响。
92.s4b1：刻蚀所述p型半导体层23上表面、露出的n型半导体层21表面和金属电极4区
域上的反射层3，如图14所示。
93.当然，本发明芯片制作方法还包括步骤：裂片。
94.具体的，在切割凹槽5处背裂分离，制作出具有实施例1中结构的micro-led芯片。
95.对应于上述实施例2中micro-led芯片结构的制作方法，如图6所示，与实施例1中芯片结构制作方法不同的是，步骤s4具体包括：
96.s4a2：在外延层2上方形成反射层3，如图13所示。
97.s4b2：在金属电极4对应区域刻蚀反射层3，至少露出金属电极4部分区域，如图15所示。
98.最后，再在切割凹槽5处背裂分离，制作出具有实施例2中结构的micro-led芯片。
99.对应于上述实施例3中micro-led芯片结构的制作方法，如图7所示，在实施例1中芯片结构的制作方法基础上，还包括步骤：
100.s4c1：在透光基板1下表面形成反射层3，如图16所示。
101.当然，这一步骤工艺也可在外延层2上方形成反射层3之前开始，对于此，本发明不作限制。
102.最后，再在切割凹槽5处背裂分离，制作出具有实施例3中结构的micro-led芯片。
103.综上所述，本发明通过在micro-led芯片侧表面包覆具有高反射率的反射层，将芯片结构任意出光角度的光线进行全反射，反射后的光线垂直于芯片结构射出，减少芯片侧面出光，提高micro-led光取出率，降低能量损失，实现具有高亮度显示屏的要求；侧面包覆反射层，也能够阻止外延层内金属迁移，避免芯片正面切割工艺带来的切深、切宽对总体制作良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响，提高micro-led芯片的可靠性。
104.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
105.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种micro-led芯片结构，所述芯片结构包括透光基板、形成于透光基板上的外延层，所述外延层包括n型半导体层、发光层和p型半导体层，所述发光层形成于所述n型半导体层和所述p型半导体层之间，其特征在于：还包括反射层，所述反射层的光反射率大于所述外延层的光反射率；所述反射层完全覆盖所述外延层侧表面，以及部分覆盖所述透光基板侧表面。2.根据权利要求1所述的micro-led芯片结构，其特征在于，所述透光基板侧表面被所述反射层覆盖区域的厚度占其总厚度的40％～60％。3.根据权利要求1所述的micro-led芯片结构，其特征在于，所述n型半导体层设置于透光基板上表面，所述p型半导体层上表面部分区域向内延伸形成沟槽露出n型半导体层，在所述p型半导体层上表面及露出的n型半导体层上表面设置有金属电极。4.根据权利要求3所述的micro-led芯片结构，其特征在于，所述反射层还设置于所述外延层上表面，并至少暴露出所述金属电极的部分区域。5.根据权利要求1所述的micro-led芯片结构，其特征在于，反射层为dbr反射层，由氧化硅层和氧化钛层交替组成，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。6.一种micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括步骤：提供一透光基板；在所述透光基板上依次生长n型半导体层、发光层和p型半导体层形成外延层；正面切割所述外延层上表面形成切割凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内；在所述切割凹槽内形成反射层，所述反射层的光反射率大于所述外延层的光反射率。7.根据权利要求6所述的micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，所述正面切割所述外延层上表面形成切割凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内，具体包括：正面切割所述透光基板，直至切割深度为所述透光基板厚度的40％～60％。8.根据权利要求7所述的micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，在所述正面切割所述外延层上表面形成切割凹槽，所述切割凹槽延伸至所述透光基板内，具体包括步骤：沿所述p型半导体层上表面区域间隔向内刻蚀形成露出n型半导体层的沟槽；在所述p型半导体层上表面和沟槽表面区域沉积保护层；正面切割所述沟槽区域，在透光基板内形成切割凹槽；利用热酸腐蚀工艺腐蚀所述保护层以及切割凹槽内的切割生成颗粒；在所述p型半导体层和露出的n型半导体层表面上制作金属电极。9.根据权利要求8所述的micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括步骤：在所述外延层上方形成反射层；刻蚀所述p型半导体层上表面、露出的n型半导体层表面和金属电极区域上的反射层。10.根据权利要求8所述的micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括步骤：在所述外延层上方形成反射层；在所述金属电极对应区域刻蚀所述反射层，至少露出所述金属电极部分区域。11.根据权利要求6所述的micro-led芯片结构的制作方法，其特征在于，所述在所述切割凹槽内形成反射层，具体包括：
交替沉积生长氧化硅层和氧化钛层形成dbr反射层，每层材料的光学厚度为中心反射波长的1/4。
技术总结本发明揭示了一种Micro-LED芯片结构，所述芯片结构包括透光基板、形成于透光基板上的外延层，外延层包括n型半导体层、发光层和p型半导体层，发光层形成于n型半导体层和p型半导体层之间，还包括反射层，反射层的光反射率大于外延层的光反射率；反射层完全覆盖外延层侧表面，以及部分覆盖透光基板侧表面。减少芯片侧面出光，提高Micro-LED光取出率，降低能量损失，实现具有高亮度显示屏的要求；侧面包覆反射层，也能够阻止外延层内金属迁移，避免芯片正面切割工艺带来的切深、切宽对总体制作良率、裂痕、双晶甚至翻转损失的影响，提高Micro-LED芯片的可靠性。LED芯片的可靠性。LED芯片的可靠性。
技术研发人员：刘佳擎 韦冬 金峰 黄朝葵 张广庚
受保护的技术使用者：苏州芯聚半导体有限公司
技术研发日：2022.06.02
技术公布日：2022/11/1
