发光芯片制作方法及发光芯片与流程

1.本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种发光芯片制作方法及发光芯片。


背景技术：

2.由于led芯片具有较好的节能效果和较高的亮度，近年来，led芯片成为最受重视的光源技术，被广泛应用于生产、生活的各个行业。
3.现有技术中，led芯片通常由氮化镓制成，使用氮化镓制成的led芯片只能发出蓝光和绿光，而不能发出其它颜色的光，比如红光，不能满足应用需要。因此，在将led芯片应用于显示领域时，需要alingap四元系统的红光芯片配合，才能显示全彩画面。但在小间距或微间距led显示中，特别是全倒装cob产品(chip on board)，生产良率低的倒装红光芯片的成本高昂，且芯片难以进一步缩小，故提出了采用量子点进行光色转换来实现发出红光的替代方案。但此方案面临着可靠性问题，比如色转换结构的脱落。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种制作工艺简单、成本低的发光芯片制作方法及采用该制作方法制作成的发光芯片。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种发光芯片制作方法，包括：
6.在生长衬底的第一面生长出外延层；
7.在所述生长衬底的第二面生长出发光结构，所述发光结构用于产生激励光线，所述第二面与所述第一面相对；
8.在所述外延层形成多个孔洞，所述孔洞用于容纳光色转换材料；
9.在所述孔洞中填充光色转换材料，所述光色转换材料用于将所述激励光线从第一光色转换成第二光色发出。
10.在一些实施例中，所述外延层的材料与所述生长衬底的材料不同，所述发光结构和所述生长衬底的第二面接触的结构层与所述外延层的材料相同。
11.在一些实施例中，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述外延层为gan外延层。
12.在一些实施例中，所述在生长衬底的第一面生长出外延层包括：在880-980℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率为10-50，400-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出粗糙的外延层。
13.在一些实施例中，所述在生长衬底的第一面生长出外延层包括：在1000-1050℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率大于50，100-350torr的低压环境下，并通以掺杂剂，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出平整的n型或p型掺杂外延层。
14.在一些实施例中，若先在所述生长衬底的第二面生长出所述发光结构之后，再在所述外延层形成所述多个孔洞，则在所述外延层形成多个孔洞之前，还包括：在所述发光结构上覆盖用于防止腐蚀所述发光结构的保护材料。
15.在一些实施例中，于在所述生长衬底生长出所述外延层和所述发光结构之一者
后，减薄所述生长衬底的厚度，再在所述生长衬底生长出所述外延层和所述发光结构之另一者。
16.在一些实施例中，于在所述孔洞中填充光色转换材料之后，还包括：在所述外延层上覆盖滤光结构，所述滤光结构遮覆所述外延层的出光侧除了对应所述孔洞的区域以外的区域，所述滤光结构阻止所述第一光色的光透过。
17.在一些实施例中，于在所述孔洞中填充光色转换材料之后，还包括：在所述光色转换材料上覆盖保护结构，以隔绝水汽及氧气与所述光色转换材料的接触，增强上述光色转换材料的寿命及可靠性。
18.在一些实施例中，所述外延层包括多个子外延层；所述子外延层包括相对的生长端和延伸端，所述生长端接触所述生长衬底设置，所述延伸端远离所述生长衬底设置；多个所述子外延层在所述生长衬底的第一面间隔生长。
19.为实现上述目的，本发明还提供了一种发光芯片，所述发光芯片为采用如上所述的发光芯片制作方法制成。
20.本发明提供的发光芯片制作方法，通过在生长衬底的第一面生长出外延层，并在外延层形成多个用于容纳光色转换材料的孔洞，在生长衬底的第二面生长出用于产生激励光线的发光结构，然后通过在孔洞中填充光色转换材料，利用光色转换材料将发光结构产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片，例如，制作倒装红光芯片等，以简化制作工艺、节约制备成本。而且，本发明分别在生长衬底的两个相对面生长外延层和发光结构，无需采用额外工序将光色转换材料层和发光结构的出光面固定，减少了工艺步骤。
附图说明
21.图1是本发明一实施例发光芯片制作方法的过程示意图；
22.图2是本发明一实施例发光芯片制作方法部分过程的示意图；
23.图3是本发明另一实施例发光芯片制作方法部分过程的示意图；
24.图4是本发明一实施例制成的发光结构的示意图；
25.图5是本发明一实施例制成的发光芯片的示意图。
具体实施方式
26.为详细说明本发明的内容、构造特征、所实现目的及效果，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。
28.以下，结合附图对本发明实施例的技术方案进行详细说明：
29.请参阅图1，本发明一实施例提供的发光芯片制作方法，包括以下步骤s1至步骤s5。
30.s1，在生长衬底1的第一面生长出外延层2，如图1中(a)所示。
31.具体的，生长衬底1可以例如是蓝宝石衬底等，外延层2可以例如是氮化镓(gan)外延层等。外延层2的生长方式可以是mbe(分子束外延工艺)、mocvd(metal-organic chemical vapor deposition，金属有机化学气相沉淀)、hvpe(hydride vapor phase epitaxy，氢化物气相外延)等。
32.在该实施例中，是在880-980℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率为10-50，400-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法hvpe在生长衬底1的第一面上生长出粗糙的外延层2。粗糙的外延层1易于蚀刻，以便于通过执行以下步骤s3形成孔洞20。
33.在一个实施例中，在1000-1050℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率为大于50，100-350torr的低压环境下，并通以掺杂剂硅烷，利用氢化物气相外延法在生长衬底1的第一面上生长出平整的n型掺杂外延层2。蚀刻过程中，优先蚀刻掺杂原子所在位置。
34.在该实施例中，是在生长衬底1的第一面形成一体式结构的外延层2，如图1所示。
35.在一些实施例中，可以是利用掩膜等技术先在生长衬底1的第一面生长出位于边沿位置的围坝21，如图2中(a1)所示，然后，再在围坝21围成的空间内生长出多个间隙设置的子外延层，如图2中(a2)所示，子外延层可以是凸柱22，凸柱22和围坝21构成外延层2。也可以是利用掩膜等技术一次性在生长衬底1的第一面生长出位于边沿位置的围坝21和在围坝21围设的空间内生长出多个间隙设置的凸柱22。也可以是利用掩膜等技术在生长衬底1的第一面生长出多个间隙设置的子外延层，多个子外延层构成外延层2。在以下步骤s3中，再通过进一步蚀刻凸柱22/子外延层，获得用于容纳光色转换材料4的孔洞20。此外，还可以是先在生长衬底1的第一面生长出多个间距设置的第一凸起21，如图3中(a1)所示，然后，再在各个第一凸起21之间的间隙中生长出第二凸起22，如图3中(a2)所示，第一凸起21和第二凸起22构成外延层2。在以下步骤s3中，再通过进一步蚀刻第一凸起21和/或第二凸起22，获得用于容纳光色转换材料4的孔洞20，由于各个凸柱22/子外延层之间有间隙，各个凸柱22/子外延层之间的应力不会相互传递，可以避免由于蚀刻损伤部分结构引起外延层2全部粉碎。
36.如图2、图3所示外延层2为分体结构，通过刻蚀凸柱22靠近间隙的局部/刻蚀第一凸起21和/或第二凸起22靠近间隙的局部，形成孔洞20，可以避免由于蚀刻损伤部分结构引起外延层2全部粉碎。
37.s2，在生长衬底1的第二面生长出发光结构3，如图1中(b)所示；生长衬底1的第二面为生长衬底1上与第一面相对的一面，发光结构3用于产生激励光线。
38.具体的，首先利用金属有机化学气相沉积法mocvd在生长衬底1的第二面生长出发光结构3的外延层结构，然后进行芯片加工。进行芯片加工后的发光结构3可以是正装结构，还可以是倒装结构。在该实施例中，发光结构3为倒装结构。
39.在一个实施例中，倒装结构的发光芯片包括有依次设置的生长衬底、缓冲层、本征半导体层、n型外延层、发光层及p型外延层，n型外延层背离半导体本征层的一面、p型外延层背离n型外延层的一面分别设有p型电极、n型电极。
40.如图4所示，本发明一实施例生长出的发光结构3，包括依次设置的gan缓冲层31、本征半导体层32、n型gan外延层33、发光层34及p型gan外延层35，n型gan外延层33背离半导体本征层32的一面设有n型电极36，p型gan外延层35背离n型gan外延层33的一面设有p型电
极37。
41.在外延层2的材料与生长衬底1的材料不同，而生长衬底1的第二面接触的结构层与生长衬底1的材料也不同的实施例中，例如，生长衬底1为蓝宝石衬底，外延层2为gan外延层，发光结构3包括在生长衬底1的第二面依次层叠设置的gan缓冲层、本征半导体层、n型gan外延层、发光层及p型gan外延层的实施例中，在步骤s1中于生长衬底1的第一面生长外延层2时，由于外延层2的材料与生长衬底1的材料不同，生长出外延层2后，会导致生长衬底1弯曲；而在步骤s2中于生长衬底1的第二面生长发光结构3时，发光结构3又会使生长衬底1反方向弯曲，可以补偿步骤s1生长外延层2时导致的弯曲，因此，最终获得的发光芯片的生长衬底1较为平直。在该实施例中，发光结构3和生长衬底1的第二面接触的结构层与外延层2的材料可以相同也可以不同，只要能在生长过程中使生长衬底1向生长衬底1的第二面接触的结构层或外延层2所在的方向弯曲即可。
42.s3，在外延层2形成多个孔洞20，孔洞20用于容纳光色转换材料4，如图1中(c)所示。
43.具体的，可以是利用电化学腐蚀或其它蚀刻方式蚀刻外延层2，从而形成孔洞20。
44.s4，在孔洞20中填充光色转换材料4，光色转换材料4用于将激励光线从第一光色转换成第二光色发出，如图1中(d)所示。
45.光色转换材料4可以是任意能够填充在孔洞20中并实现将第一光色转换成第二光色的材料，例如量子点、荧光粉等。第二光色、第一光色不限于是某种特定的光色，在一些实施例中，第二光色为红光，第一光色为蓝光；在一些实施例中，也可以是第二光色为红光，第一光色为绿光等，第二光色还可以是红光以外的其它光色。
46.s5，在外延层2上覆盖滤光结构5，滤光结构5遮覆外延层2的出光侧除了对应孔洞20的区域以外的区域(即是，外延层2的上表面(以图1所示角度为例)没有正对孔洞20的区域)，如图1中(e)所示，滤光结构5阻止第一光色的光透过。当然，在一些实施例中，滤光结构5也可以是遮覆外延层2的整个出光侧，只要满足滤光结构5既不影响第二光色的光透过又可以阻止第一光色的光透过即可。
47.在上述实施例中，是先在生长衬底1的第二面生长出发光结构3之后，再在外延层2形成多个孔洞20，利用了外延层2在发光结构3生长过程中由于氨气流通不畅而持续缓慢分解，使外延层2的粗糙度进一步增大，便于在步骤s3蚀刻形成孔洞20。可以理解，在一些实施例中，也可以是先在外延层2形成多个孔洞20，再在生长衬底1的第二面生长出发光结构3，即是，先执行步骤s3，再执行步骤s2。
48.在上述实施例中，是先在生长衬底1的第一面生长出外延层2，再在生长衬底1的第二面生长出发光结构3，以避免先生长出发光结构3时，在生长外延层2的过程中破坏已生长出的发光结构3。当然，在一些实施例中，也可以是先在生长衬底1的第二面生长出发光结构3，然后对发光结构3进行保护，再在生长衬底1的第一面生长出外延层2，即是，先执行步骤s2，再执行步骤s1。
49.在一些实施例中，在步骤s1之前，还可以先在生长衬底1的第一面制作隔热层，以阻隔发光结构3点亮时散发的热量，保护光色转换材料4。
50.在一些实施例中，在执行步骤s1之后，在执行步骤s2之前，还通过减薄、研磨、抛光工艺，减小生长衬底1的厚度，以减小最终制作成的发光芯片的厚度，与此同时，也可以使得
制成的发光芯片的出光面积更接近于发光芯片的出光侧的表面积(以图1所示角度为例，即是，发光芯片的上表面的面积)。
51.在一些实施例中，在步骤s2之后，执行步骤s3以在外延层2形成多个孔洞20之前，先在发光结构3上覆盖保护材料，例如蜡等，以防止蚀刻外延层2形成孔洞20的过程中腐蚀发光结构3。
52.在一些实施例中，在步骤s5之后，还在光色转换材料4上覆盖保护层，以阻隔水汽和氧气，保护光色转换材料4。
53.由于蚀刻外延层2形成孔洞20的过程中，可能会损伤外延层2和/或生长衬底1，损伤区域会对光进行折射而改变出光角度，因此，在一些实施例中，根据生长衬底1对光线的折射情况调整光色转换材料4的填充量，以使外延层2的出光侧正对孔洞20的区域的出光强度与外延层2的出光侧除了正对孔洞20的区域以外的区域的出光强度相等(为了便于描述，下面将外延层2的出光侧每正对一孔洞20的区域称为第一区域，将外延层2的出光侧没有正对孔洞20的每一区域称为第二区域)，使得制成的发光芯片发光均匀。
54.具体为，基于以下关系式，确定各个孔洞20中光色转换材料4的填充量。
[0055][0056]
其中，l
膜
表示一第二区域(外延层2的出光侧正对一孔洞20的区域)从竖直方向测量时的亮度，l
量
为一第一区域(外延层2的出光侧没有正对孔洞20的一区域)从竖直方向测量时的亮度，外延层2和/或生长衬底1有损伤，某一伤口的斜面将发光结构3发出的光折射，从而与原出射角度发生偏离的角度为θ(如图5所示，光由l1方向偏离为l2方向，l1和l2之间的夹角即为θ)，s
伤n
表示该伤口中会对光进行折射的斜面面积，如图5所示的s
伤1
、s
伤2
，s
量
表示孔洞20中填充的光色转换材料4的面积，表示平均每一面积的光色转换材料4对应的亮度，由于光因伤口斜面折射改变方向后出射距离变长，因此折射的光强减弱至又由于经折射后光的出射方向偏离竖直方向，因此从竖直方向测得的发光强度表示为
[0057]
综上，本发明提供的发光芯片制作方法，通过在生长衬底1的第一面生长出外延层2，并在外延层2形成多个用于容纳光色转换材料4的孔洞20，在生长衬底1的第二面生长出用于产生激励光线的发光结构3，然后通过在孔洞20中填充光色转换材料4，利用光色转换材料4将发光结构3产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片，例如，制作倒装红光芯片等，以简化制作工艺、节约制备成本。而且，本发明分别在生长衬底1的两个相对面生长外延层2和发光结构3，无需采用额外工序将光色转换材料层和发光结构3的出光面固定，减少了工艺步骤。相较于现有技术通过粘贴等方式将光色转换材料层固定在蓝光led的出光面的方式，不存在切割时粘胶妨碍切割的问题。
[0058]
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，
因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种发光芯片制作方法，其特征在于，包括：在生长衬底的第一面生长出外延层；在所述生长衬底的第二面生长出发光结构，所述发光结构用于产生激励光线，所述第二面与所述第一面相对；在所述外延层形成多个孔洞，所述孔洞用于容纳光色转换材料；在所述孔洞中填充光色转换材料，所述光色转换材料用于将所述激励光线从第一光色转换成第二光色发出。2.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述外延层的材料与所述生长衬底的材料不同，所述发光结构和所述生长衬底的第二面接触的结构层与所述外延层的材料相同。3.如权利要求2所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述生长衬底为蓝宝石衬底，所述外延层为gan外延层。4.如权利要求1至3任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述在生长衬底的第一面生长出外延层包括：在880-980℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率为10-50，400-650torr的高压环境下，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出粗糙的外延层；或，在1000-1050℃的温度环境，v族元素与iii族元素的比率大于50，100-350torr的低压环境下，并通以掺杂剂，利用氢化物气相外延法在所述生长衬底上生长出平整的n型或p型掺杂外延层。5.如权利要求1至3任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，若先在所述生长衬底的第二面生长出所述发光结构之后，再在所述外延层形成所述多个孔洞，则在所述外延层形成多个孔洞之前，还包括：在所述发光结构上覆盖用于防止腐蚀所述发光结构的保护材料。6.如权利要求1至3任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，于在所述生长衬底生长出所述外延层和所述发光结构之一者后，减薄所述生长衬底的厚度，再在所述生长衬底生长出所述外延层和所述发光结构之另一者。7.如权利要求1至3任一项所述的发光芯片制作方法，其特征在于，在所述孔洞中填充光色转换材料之后，还包括：在所述外延层上覆盖滤光结构，所述滤光结构遮覆所述外延层的出光侧除了对应所述孔洞的区域以外的区域，所述滤光结构阻止所述第一光色的光透过。8.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，所述外延层包括多个子外延层；所述子外延层包括相对的生长端和延伸端，所述生长端接触所述生长衬底设置，所述延伸端远离所述生长衬底设置；多个所述子外延层在所述生长衬底的第一面间隔生长。9.如权利要求1所述的发光芯片制作方法，其特征在于，于在所述孔洞中填充光色转换材料之后，还包括：在所述光色转换材料上覆盖保护结构，以隔绝水汽及氧气与所述光色转换材料的接触。
10.一种发光芯片，其特征在于，所述发光芯片采用如权利要求1-9任一项所述的发光芯片制作方法制成。

技术总结
本发明公开一种发光芯片制作方法，通过在生长衬底的第一面生长出外延层，并在外延层形成多个用于容纳光色转换材料的孔洞，在生长衬底的第二面生长出用于产生激励光线的发光结构，然后通过在孔洞中填充光色转换材料，利用光色转换材料将发光结构产生的激励光线从第一光色转换成第二光色发出，可以适用于采用制作工序简单的发光结构来制作通过现有技术制作复杂的发光芯片。作复杂的发光芯片。作复杂的发光芯片。


技术研发人员：卢敬权 邓广柱 尹柱权
受保护的技术使用者：东莞市中麒光电技术有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22