Mirco-LED阵列结构及Mirco-LED阵列

摘要

本发明实施例公开了一种Mirco‑LED阵列结构及Mirco‑LED阵列。该结构自下而上依次包括：基底；生长在所述基底上的N型氮化镓层；生长在所述N型氮化镓层上的多量子阱层；生长所述多量子阱层上的P型氮化镓层；生长所述P型氮化镓层上的第一导电层；覆盖所述N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层和第一导电层的钝化层，在所述第一导电层处形成第一通孔，所述第一导电层通过所述第一通孔形成基于所述钝化层的第一凸起；生长在所述钝化层和第一导电层上的第一金属焊接层。本发明实施例实现了Micro‑LED阵列结构的焊球位置稳定不移动。

说明书

技术领域

本发明涉及Mirco-LED技术领域，尤其涉及一种Mirco-LED阵列结构及Mirco-LED阵列。

背景技术

基于具有稳定性极高的宽禁带半导体——GaN材料的Micro-LED阵列，其单颗像素尺寸往往在几微米至几十微米，具有很高的排列密度。这种阵列可用于对亮度要求较高的微型投影装置、AR/VR、可穿戴设备和空间成像等，具有很高的商业应用价值和发展前景。

为了实现高密度Micro-LED阵列与基于CMOS工艺的驱动电路之间的互连封装和最终的主动驱动，要求每个Micro-LED像素的电极都能与驱动电路对应的电极焊盘进行有效连接封装。由于焊盘蒸镀的厚度较薄(2到4微米)且形貌较差，内部组织不均匀，不利于芯片间的倒装互连，因此需要进行进行回流处理，使焊盘缩聚成焊球，增大焊球凸点的高度和芯片间的封装间隙，改善焊盘材料的浸润性，从而提升后续倒装键合的良率。

但是焊盘在回流成焊球的过程中，由于回流过程中气流如氮气、外部振动以及焊料与基板接触材料张力等因素的影响，若没有一定的结构对焊球的位置进行束缚，如图1所示，会使焊球的位置发生一定的偏移。偏移位置过大，会造成倒装键合后焊球凸点间的短路，即Micro-LED阵列结构的封装失效。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出了一种Mirco-LED阵列结构及Mirco-LED阵列。

第一方面，本发明实施例提供一种Mirco-LED阵列结构，所述结构自下而上依次包括：

基底；

生长在所述基底上的N型氮化镓层；

生长在所述N型氮化镓层上的多量子阱层；

生长所述多量子阱层上的P型氮化镓层；

生长所述P型氮化镓层上的第一导电层；

覆盖所述N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层和第一导电层的钝化层，在所述第一导电层处形成第一通孔，所述第一导电层通过所述第一通孔形成基于所述钝化层的第一凸起；

生长在所述钝化层和第一导电层上的第一金属焊接层。

作为优选的，所述结构还包括：

生长在所述N型氮化镓层上的第二导电层，所述钝化层覆盖所述第二导电层，所述钝化层在所述第二导电层处形成第二通孔，所述第二导电层通过所述第二通孔形成基于所述钝化层的第二凸起；

生长在所述钝化层和第二导电层上的第二金属焊接层。

作为优选的，所述第一导电层自下而上依次包括：

生长在所述P型氮化镓层上的粘附层；

生长在所述粘附层上的导电层；

生长在所述导电层上的扩散阻挡层；

生长在所述扩散阻挡层上的浸润层。

作为优选的，所述粘附层为钛，所述导电层为铝，所述扩散阻挡层为钛，所述浸润层为金。

作为优选的，所述结构还包括：

生长在所述P型氮化镓层上的电流扩散层，所述第一导电层生在在所述电流扩散层。

作为优选的，所述结构还包括：

生长在所述基底上的氮化镓缓冲层，所述N型氮化镓层生长在所述氮化镓缓冲层上。

作为优选的，所述结构还包括：

生长在所述氮化镓缓冲层上的U型氮化镓层，所述N型氮化镓层生长在所述U型氮化镓层上。

作为优选的，所述第一凸起高于所述钝化层100纳米-500纳米。

作为优选的，所述第一金属焊接层为铟球凸点，所述铟球凸点的厚度为2微米-4微米。

第二方面，本发明实施例提供一种Mirco-LED阵列，包括本发明任一实施例提供的Mirco-LED阵列结构，所述Mirco-LED阵列结构按预设间隔呈周期性排列。

本发明实施例通过覆盖所述N型氮化镓层、多量子阱层、P型氮化镓层和第一导电层的钝化层，在所述第一导电层处形成第一通孔，所述第一导电层通过所述第一通孔形成基于所述钝化层的第一凸起；将第一金属焊接层生长在所述钝化层和第一导电层上，解决了焊盘在回流成焊球的过程中会使焊球的位置发生一定的偏移导致Micro-LED阵列结构的封装失效的问题，获得了的Micro-LED阵列结构的焊球位置稳定不移动的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为现有技术中回流后焊球凸点的示意图；

图2为一个实施例中Mirco-LED阵列结构的示意图；

图3为一个实施例中第一导电层的示意图；

图4为一个实施例中Mirco-LED阵列结构的示意图；

图5为一个实施例中Mirco-LED阵列的示意图；

图6为一个实施例中回流后焊球凸点的示意图。

具体实施方式

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。

如图2所示，在一个实施例中，提供了一种Mirco-LED阵列结构。该Mirco-LED阵列结构自下而上依次包括：

基底10；生长在基底10上的N型氮化镓(N-GaN)层20；生长在N型氮化镓层20上的多量子阱(multiple quantum well，MQW)层30；生长多量子阱层30上的P型氮化镓(P-GaN)层40；生长P型氮化镓层40上的第一导电层50；覆盖N型氮化镓层20、多量子阱层30、P型氮化镓层40和第一导电层50的钝化层70，在第一导电层50处形成第一通孔61，第一导电层50通过第一通孔61形成基于钝化层70的第一凸起51；生长在钝化层70和第一导电层50上的第一金属焊接层70。

具体的，基底10可以为蓝宝石基底10，N型氮化镓层20生长在基底10上，N型氮化镓层20是通过氮化镓掺杂硅元素得到的，Mirco-LED阵列结构从N型氮化镓层20引出阴极，多量子阱层30生长在N型氮化镓层20上，多量子阱为多个量子阱组合在一起的系统，多量子阱层30作为有源区实现Mirco-LED阵列结构的发光，P型氮化镓层40生长多量子阱层30上，P型氮化镓层40是通过氮化镓掺杂镁元素得到的，Mirco-LED阵列结构从P型氮化镓层40引出阳极，由此通过P型氮化镓层40作为阳极，N型氮化镓层20作为阴极，与多量子阱层30接触以提供工作电压，使得多量子阱层30发光。

进一步的，该Mirco-LED阵列结构还包括钝化层70、第一导电层50和第一金属焊接层70，钝化层70覆盖N型氮化镓层20、多量子阱层30、P型氮化镓层40和第一导电层50，其中，第一导电层50生长P型氮化镓层40上，钝化层70在第一导电层50处形成第一通孔61，第一导电层50通过第一通孔61形成基于钝化层70的第一凸起51，作为优选的，第一凸起51高于钝化层70，100纳米-500纳米。其中，在制作该Mirco-LED阵列结构的过程中，可以先使用二氧化硅材料生长出钝化层70，来覆盖N型氮化镓层20、多量子阱层30和P型氮化镓层40，然后在钝化层70开孔得到第一通孔61，通过热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射的方式，在通孔层生长出第一导电层50，使得第一导电层50生长在P型氮化镓层40上，并通过第一通孔61形成高于钝化层70，100纳米-500纳米的第一凸起51。此外，第一金属焊接层70生长在钝化层70和第一导电层50上，第一金属焊接层70为铟球凸点，即焊接材料为铟，作为优选的，铟球凸点的厚度为2微米-4微米，其中，在制作该Mirco-LED阵列结构的过程中，可以通过热蒸发的方式在钝化层70和第一导电层50上蒸镀铟焊料，蒸镀速率为2～10埃每秒，从而形成一个个铟盘微凸点，该铟盘微凸点充分包裹第一凸起51的顶面和侧面，最后在通有甲酸的氮气环境下利用回流装置进行回流，得到铟球凸点，铟球凸点具有更高的高度和更小的直径，保证了后续Mirco-LED阵列结构的倒装过程中所需的封装间隙，降低了封装难度。通过这样的Mirco-LED阵列结构，增大了第一金属焊接层70与第一导电层50之间的有效浸润面积，具有更好的浸润和附着效果，极大降低了铟球凸点在回流过程中位置发生偏移的概率，提高了Micro-LED阵列结构的焊接良率，还避免了使用铟作为焊接材料，回流时成液态后可能会渗透入钝化层70和第一导电层50的问题，并提高了铟球凸点从侧面分离所需要的剪切力，提升了Micro-LED阵列结构焊接后的可靠性。

具体的，一并参照图3，第一导电层50自下而上依次包括：生长在P型氮化镓层40上的粘附层54；生长在粘附层54上的导电层55；生长在导电层55上的扩散阻挡层56；生长在扩散阻挡层56上的浸润层57。具体的，粘附层54为钛，导电层55为铝，扩散阻挡层56为钛，浸润层57为金。其中，粘附层54中的钛起铟球凸点和P型氮化镓层40之间的黏附作用，导电层55中的铝可以低成本的进行导电，导电层55占第一导电层50大部分面积，使得可以通过简单改变铝的厚度来调整第一导电层50的厚度，扩散阻挡层56的钛可以防止浸润层57上的金属和铝形成脆性的中间金属化合物，浸润层57的金可用于有效的导电连接，又可与铟焊料形成良好的浸润效果。由上述结构组成的第一导电层50使铟焊料与Micro-LED驱动芯片的材料不会扩散形成易碎或者易变质的化合物，也保证了铟焊料在液态时在表面张力的作用下由不浸润的钝化层70表面流向具有浸润效果的第一导电层50，在降温凝固后能够形成球状，并且具有一定的自对准效果，从而改善了Micro-LED阵列结构发光的电学性能，减少了发光过程中热能的产生和热量的堆积。

进一步的，该Mirco-LED阵列结构还包括：生长在N型氮化镓层20上的第二导电层52，钝化层70覆盖第二导电层52，钝化层70在第二导电层52处形成第二通孔62，第二导电层52通过第二通孔62形成基于钝化层70的第二凸起53；生长在钝化层70和第二导电层52上的第二金属焊接层71。其中，第二导电层52、第二通孔62和第二金属焊接层71的结构和生长方式与第一导电层50、第一通孔61和第一金属焊接层70相同，本发明实施例在此不再赘述。由此可以在Mirco-LED阵列结构封装后，Mirco-LED驱动芯片通过第一金属焊接层70、第一导电层50连接阳极P型氮化镓层40，通过第二金属焊接层71、第二导电层52连接阴极N型氮化镓层20，从而使得多量子阱层30发光。

本发明实施例通过覆盖N型氮化镓层20、多量子阱层30、P型氮化镓层40和第一导电层50的钝化层70，在第一导电层50处形成第一通孔61，第一导电层50通过第一通孔61形成基于钝化层70的第一凸起51；将第一金属焊接层70生长在钝化层70和第一导电层50上，解决了焊盘在回流成焊球的过程中会使焊球的位置发生一定的偏移导致Micro-LED阵列结构的封装失效的问题，获得了的Micro-LED阵列结构的焊球位置稳定不移动的有益效果。

如图4所示，在一个实施例中，提供了一种Mirco-LED阵列结构。该Mirco-LED阵列结构自下而上依次包括：

基底10；生长在基底10上的氮化镓缓冲层80；生长在氮化镓缓冲层80上的U型氮化镓层90；生长在U型氮化镓层90上的N型氮化镓层20；生长在N型氮化镓层20上的多量子阱层30；生长多量子阱层30上的P型氮化镓层40；生长在P型氮化镓层40上的电流扩散层100；生长电流扩散层100上的第一导电层50；覆盖N型氮化镓层20、多量子阱层30、P型氮化镓层40和第一导电层50的钝化层70，在第一导电层50处形成第一通孔61，第一导电层50通过第一通孔61形成基于钝化层70的第一凸起51；生长在钝化层70和第一导电层50上的第一金属焊接层70。

本实施例中，在蓝宝石基底10上生长N型氮化镓层20时，会先生长出氮化镓缓冲层80，并继续生长出U型氮化镓层90，最后生长出符合使用标准的N型氮化镓层20，可选的，在得到N型氮化镓层20后可以将蓝宝石基底10、氮化镓缓冲层80和U型氮化镓层90去掉，得到最终的Mirco-LED阵列结构。此外，还在P型氮化镓层40上生长电流扩散层100，使第一导电层50生长电流扩散层100，电流扩散层100能将电流非常均匀扩展分布至整个P型氮化镓层40，从而可以有效提高多量子阱层30的发光效率，并且提高静电击穿电压。

如图5所示，在一个实施例中，提供了一种Mirco-LED阵列，该Mirco-LED阵列包括本发明任一实施例提供的Mirco-LED阵列结构。

本实施例中，每个Mirco-LED阵列结构共用一个阴极，即同一个N型氮化镓层20。进一步的，Mirco-LED阵列结构按预设间隔呈周期性排列，每个Mirco-LED阵列结构作为Mirco-LED阵列的一个子像素，按预设间隔的周期性排列，即每个子像素相邻间隔可以为10微米，15微米、30微米或60微米，一并参照图6，可以看出最终得到的Mirco-LED阵列结构中每个铟球凸点的位置都没有发生偏移。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。