一种Mini-LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及mini-led，具体涉及一种mini-led芯片及其制作方法，更具体涉及一种高可靠性mini-led芯片及其制作方法。

背景技术：

1、mini-led也就是迷你发光二极管,尺寸小，散热面积有限，芯片散热能力很差。由于mini-led芯片的热容量很小，因此，如果积累了一些热量，芯片的连接温度会迅速提高，如果长时间高温工作，寿命会迅速缩短。

2、此外，由于环境中存在不同程度的静电，会使得mini-led芯片的pn结两端积聚一定数量的极性相反的静电电荷，形成不同程度的静电电压，而当静电电压超过led的最大承受值时，静电电荷将以极短的时间（纳秒）在led芯片的两个电极间放电，从而产生热量，并在led芯片内部的导电层、pn结发光层形成1400℃以上的高温，高温导致局部熔融成小孔，从而造成led漏电、变暗、死灯，短路等现象。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种mini-led芯片及其制作方法，通过在芯片上结构中加入散热层，提高芯片的散热能力，同时通过控制芯片发光层、p型半导体层台面的设置角度以及散热层的厚度，有效提高了芯片光电性能的稳定性和芯片的可靠性，进而延长芯片的使用寿命。

2、本发明的第一个目的是提供一种mini-led芯片，所述mini-led芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、p型半导体层、发光层、n型半导体层、隔离层、p电极、n电极、散热层；

3、所述散热层为由尖晶石、碳纳米管和氟碳树脂组成的混合乳液喷涂而成的涂层；

4、所述散热层覆盖住除p电极和n电极的芯片表面。

5、碳纳米管具有高的热导率，可以将芯片产生的热量快速传导至支架上，提高芯片的热传导散热能力；尖晶石具有优异的红外发射特性，可以有效的将芯片产生的热量辐射出去；而将上述两种材料分散到氟碳树脂乳液中，并凝聚后可与芯片表面产生良好的结合力，只需喷涂即可。本发明通过在芯片结构中加入由上述材料制备的散热层，可大大提高散热能力，降低芯片自身温度，减少外延层的损伤，提高芯片光电性能的稳定性及可靠性。

6、进一步的，上述技术方案中所述尖晶石和碳纳米管的粒径均小于100nm，且尖晶石和碳纳米管的质量比为1:2。

7、进一步的，上述技术方案中，所述混合乳液的固含量大于65%；所述隔离层为300nm厚的氧化硅。

8、进一步的，上述技术方案中，所述p电极和n电极的厚度均大于10μm，且所述散热层的厚度小于p电极和n电极的厚度。本技术方案中通过将散热层的厚度控制在小于p电极和n电极的厚度，可有效保障散热层具有一定的厚度，从而使得散热层起到良好的散热效果，有效将mini-led芯片工作时以及静电释放时产生的热量传递出去，降低了芯片自身的温度，同时还可保证芯片后续可以顺利进行封装。

9、本发明的第二个目的是提供一种上述mini-led芯片的制作方法，包括以下步骤：

10、s1、提供一gaas衬底，依次外延生长n型半导体层、发光层、p型半导体层；

11、s2、通过碘酸溶液对p型半导体层表面进行粗化处理；

12、s3、在粗化处理后的p型半导体层表面沉积sio2作为键合层；

13、s4、提供一蓝宝石衬底，将外延片的键合层一面与蓝宝石衬底光滑一面对齐接触，完成键合；

14、s5、通过化学溶液将gaas衬底腐蚀去除，露出n型半导体层；

15、s6、利用icp（电感耦合等离子体）干法刻蚀将部分n型半导体层和发光层刻蚀干净，露出p型半导体层；

16、s7、在露出的p型半导体层表面蒸镀p接触电极；

17、s8、在n型半导体层表面蒸镀n接触电极；

18、s9、再次利用icp干法刻蚀将p型半导体层蚀刻干净，并制作切割走道；

19、s10、在外延片表面沉积隔离层，并在隔离层上制作图案；

20、s11、同时蒸镀制作p电极和n电极所需的金属材料，制作p电极和n电极；

21、s12、在p电极和n电极以外区域喷涂散热层；

22、s13、将外延片分割成一颗颗mini-led芯片。

23、本技术方案中只需在芯片制作过程中喷涂一层散热层，工艺流程简单，且能在不影响芯片发光效率的情况下，提高芯片散热能力，降低芯片自身的温度，减少对外延层的损伤，提高芯片的稳定性和可靠性，有效延长芯片的寿命。

24、进一步的，上述技术方案步骤s4中，键合参数为：温度450℃，压力15000kg。

25、进一步的，上述技术方案步骤s6中，剩余n型半导体层和发光层所形成的台面的侧壁角度为50°-60°。本技术方案中，通过控制台面的侧壁角度，可以有效提高后续散热层在台面侧壁的覆盖能力，使得发光层侧壁也能很好的被散热层覆盖，进一步提高散热能力。

26、进一步的，上述技术方案步骤s9中，所述切割走道的侧壁角度为70°-80°。走道的侧壁为p型半导体层，主要起到电流传输作用，热量产生较发光层少，通过将切割走道的侧壁角度放宽至70°-80°，在提高散热能力的同时，还可以确保出光效率，不影响芯片的发光性能。

27、进一步的，上述技术方案步骤s2中，粗化处理的方式为外延片在碘酸溶液内浸泡2min-3min，取出后冲水旋干。

28、进一步的，上述技术方案步骤s12中，散热层的厚度小于所述p电极和n电极的厚度。

29、本发明与现有技术相比，其有益效果有：

30、1、本发明通过在芯片结构中加入由尖晶石、碳纳米管和氟碳树脂组成的散热层，不仅散热性能好，而且与芯片具有良好的结合力，可靠性高。

31、2、本发明通过将芯片发光层侧壁和p型半导体走道侧壁设计成不同的角度，不仅可以提高散热层在台面侧壁的覆盖能力，提高侧壁的散热性能，同时还不影响p型半导体层的电流传输，确保出光效率。

32、3、本发明通过控制p电极、n电极以及散热层的厚度，不仅可以保障散热层良好的散热效果，很好的将芯片工作时以及静电释放产生的热量传递出去，同时还有利于后续封装的顺利进行。

33、4、本发明通过喷涂的方式在芯片表面沉积散热层，工艺流程简单，且不影响芯片的加工，得到的芯片光电性能稳定、可靠，有效延长了芯片的使用寿命。

技术特征：

1.一种mini-led芯片，其特征在于，所述mini-led芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、p型半导体层、发光层、n型半导体层、隔离层、p电极、n电极、散热层；

2.根据权利要求1所述的一种mini-led芯片，其特征在于，所述尖晶石和碳纳米管的粒径均小于100nm；所述混合乳液中尖晶石和碳纳米管的质量比为1:2。

3.根据权利要求1所述的一种mini-led芯片，其特征在于，所述混合乳液的固含量大于65%；所述隔离层为300nm厚的氧化硅。

4.根据权利要求1所述的一种mini-led芯片，其特征在于，所述p电极和n电极的厚度均大于10μm，且所述散热层的厚度小于p电极和n电极的厚度。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，步骤s4中，键合参数为：温度450℃，压力15000kg。

7.根据权利要求5所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，步骤s6中，剩余n型半导体层和发光层所形成的台面的侧壁角度为50°-60°。

8.根据权利要求5所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，步骤s9中，所述切割走道的侧壁角度为70°-80°。

9.根据权利要求5所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，步骤s2中，粗化处理的方式为外延片在碘酸溶液内浸泡2min-3min，取出后冲水旋干。

10.根据权利要求5所述的mini-led芯片的制作方法，其特征在于，步骤s12中，散热层的厚度小于所述p电极和n电极的厚度。

技术总结
本发明涉及Mini‑LED技术领域，具体涉及一种Mini‑LED芯片及其制作方法，该Mini‑LED芯片从下至上依次包括：蓝宝石衬底、键合层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、隔离层、P电极、N电极、散热层；散热层为由尖晶石、碳纳米管和氟碳树脂组成的混合乳液喷涂而成的涂层；散热层覆盖住除P电极和N电极的芯片表面。本发明通过在芯片上结构中加入散热层，提高芯片的散热能力，同时通过控制芯片发光层、P型半导体层台面的设置角度以及散热层的厚度，有效提高了芯片光电性能的稳定性和芯片的可靠性，进而延长芯片的使用寿命。

技术研发人员：王克来,李俊承,陈宝,戴文,郑万乐
受保护的技术使用者：南昌凯捷半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6