具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

背光模组中通过红光、绿光、蓝光混光得到白光，目前，存在两种比较主要的背光方案：一种是直接制得红光LED芯片101、绿光LED芯片102与蓝光LED芯片103，如图1，让这三种LED芯片自然发出的红光、绿光与蓝光混合；另一种则通过在蓝光LED芯片200上设置绿光转换层201与红光转换层202，利用绿光转换层201与红光转换层202对蓝光LED芯片200所发出的光进行波长转换进而得到红光与绿光，再结合蓝光LED芯片200自然发出的蓝光得到白光，请结合图2。

不过，上述第一种背光方案中，因为红光LED芯片101中包括GaAs(砷化镓)材质，而蓝光LED芯片103与绿光LED芯片102中则包括InGaN材质，这会造成驱动电路设计困难。上述第二种背光方案中，一方面因为QCSE效应的存在而导致蓝光LED芯片200出光效率不高，另一方面因为绿光转换层201通常是通过绿光量子点材料形成，而绿光量子点材料的光转换效率不高，容易影响显示屏的全彩化效果。

基于此，本申请希望提供一种能够解决上述技术问题的方案，其详细内容将在后续实施例中得以阐述。

本发明一可选实施例：

本实施例首先提供一种LED芯片，请请参图3示出的该LED芯片的一种结构示意图：

LED芯片30包括N型半导体层31、P型半导体层33以及量子阱层32，其中，量子阱层32介于N型半导体层31与P型半导体层33之间。另外，LED芯片30还包括电极：与N型半导体层31电连接的N电极341、与P型半导体层33电性连接的P电极342。

其中，N型半导体层31靠近量子阱层32的表面包括第一区域与第二区域，第一区域中包括多个凸起的锥状岛结构310，第二区域平坦。这些锥状岛结构310属于纳米级别的微结构，可以用于改善形成在其上的量子阱层内的应力。

在本实施例的一些示例中，锥状岛结构310的晶向为非极性。在本实施例的另外一些示例中，锥状岛结构310的晶向也可以是半极性。例如，锥状岛结构310的晶向可以为(1-100)，(11-20)，(1-102)，(10-11)，(11-22)等。可选地，锥状岛结构310可以呈圆锥状，在本实施例的另外一些示例中，锥状岛结构310还可以是四面体结构，即三棱锥结构，或者是N棱锥，其中N的取值大于等于4，例如锥状岛结构310为四棱锥、五棱锥等。

本实施例中，量子阱层32为铟镓氮材质。在一些示例中，量子阱层32上表面(即量子阱层远离N型半导体层31的表面)第一区域与第二区域均呈平坦状。在本实施例的一种示例中，两个区域中量子阱层的上表面高度齐平，如图4所示。在本实施例的另外一些示例中，量子阱层32上表面的形态与其下表面(即量子阱层靠近N型半导体层31的表面)的形态一致，换言之，量子阱层32的上表面的第二区域呈平坦状，而第一区域中也包含多个锥状岛结构，如图3所示。

可以理解的是，由于N型半导体层31上表面的第一区域中具有多个锥状岛结构310，因此形成在该区域中的量子阱层中的QCSE效应减缓，应力得到改善，有利于提升该区域中量子阱层中In的含量，从而使得该区域的量子阱层发绿光，而与N型半导体层31上表面的第二区域对应的量子阱层将发蓝光。

在这种情况下量子阱层32自身就已经实现多波段发射，可以同时发出蓝光与绿光，如果要得到白光，则可以只需要利用红光转换材料进行波长转换得到红光，然后混合量子阱层32自己发出的蓝光与绿光，就可以得到白光。在本实施例的一些示例中，LED芯片30自身可以不具备红光转换材料，例如是同光红色量子点材料形成红色量子点层，然后设置在该LED芯片的出光面上，实现光转换。还有一些示例中，LED芯片30中就包含有红光转换材料，该LED芯片30通过红光转换材料得到红光，与蓝光、绿光混合后发白光，所以，该LED芯片30是白光LED芯片，例如，可以直接将红光转换材料喷涂在P型半导体层33远离量子阱层32的表面。

在本实施例的一些示例中，形成量子阱层32之后，可以在量子阱层32上设置红光转换材料，也即将红光转换材料设置在量子阱层32与P型半导体层33之间，利用红光转换材料对量子阱层32发的光极进行波长转换，得到红光，进而使得红光、绿光以及蓝光在LED芯片内实现混光，让LED芯片可以自发白光，而不用额外在该LED芯片外部再设置光转换层，一方面利用LED芯片的外延结构对红光转换材料进行了保护，避免设置于LED芯片外表面或LED芯片之外的光转换层因外力因素受损的情况发生。另一方面，红光转换材料越靠近量子阱层32，则其色彩转化效率越好，因此，将红光转换材料贴合量子阱层32设置，有利于提升红光转换材料的光转换效率。

在本实施例的一些示例中，可以仅将红光转换材料设置在量子阱层32的第一区域，例如，请继续参见图3：在量子阱层32上下两个表面的形态一致的情况下，量子阱层32上表面第一区域的多个锥状岛结构之间将会存在多个凹槽，这些凹槽可以为红光转换材料35提供容纳空间。当然，本领域技术人员可以理解的是，红光转换材料35也可以设置在量子阱层32上表面的第二区域中，或者同时设置在第一区域与第二区域中。

在本实施例的一些示例中，红色光转换材料35可以为红色量子点材料。不过，可以理解的是，在LED芯片尺寸比较大等情况下，红色光转换材料也可以是红色荧光粉。

在本实施例的一些示例中，P型半导体层33可以为氮化镓材质的层结构，通常情况下，P型氮化镓层中包含有掺杂元素，例如镁(Mg)、锌(Zn)等。当将红色量子点材料设置在量子阱层32与P型半导体层33之间时，为了避免P型氮化镓层形成所需的高温的环境对红色量子点材料造成损伤，影响红色量子点材料的有效性，可以采用TCO(TransparentConducting Oxide，透明导电氧化物)层，即透明导电层作为P型半导体层33。

在本实施例中N型半导体层31可以为氮化镓(GaN)层，通常情况下N型氮化镓层中包含有掺杂元素，例如硅(Si)、硼(B)与锗(Ge)等。应该理解的是，N型半导体层31可以形成在衬底，例如蓝宝石衬底之上。

可以理解的是，为了提升N型半导体层31以及量子阱层32的质量，本实施例中，可以在形成N型半导体层31之前先形成一未掺杂的氮化镓层36，如图5所示：未掺杂的氮化镓层36与N型半导体层31远离量子阱层32的表面贴合设置。

图3至图5中示出的LED芯片均为正装结构：例如，在图3当中，N电极341设置在N型半导体层31之下，与N型半导体层31远离量子层32的表面贴合设置，P电极342则设置在P型半导体层33上表面。在图5当中，N电极341与未掺杂的氮化镓层36远离N型半导体层31的表面贴合设置，N电极341通过未掺杂的氮化镓层36实现与N型半导体层31的电性连接，P电极342则设置在P型半导体层33上表面。不过，本领域技术人员可以理解的是，在本实施例的其他一些示例中，LED芯片也可以为倒装结构，例如，请参见图6示出的LED芯片60，该LED芯片60包括N型氮化镓层61、量子阱层62、P型TCO层63、红色量子点材料64以及设置在N型氮化镓层61朝向量子阱层62一侧的N电极651、设置在P型TCO层63远离量子阱层62的表面上的P电极652。另外该LED芯片60还包括设置在N型氮化镓层61背向量子阱层62一侧的未掺杂的氮化镓层66。

本实施例还提供一种背光模组，该背光模组中包括驱动基板以及多颗LED芯片，LED芯片可以为前述任意一种LED芯片，该LED芯片的N电极、P电极分别与驱动基板中的驱动电路电连接。

本实施例还提供一种显示屏，该显示屏中包括上述背光模组。

另外，本实施例还提供一种电子设备，该电子设备可以为诸如手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)、导航装置、可穿戴设备、智能手环、计步器等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。在本实施例中，电子设备中包括前述背光模组。

本实施例提供的LED芯片、背光模组、显示屏及电子设备，因为LED芯片的N型半导体层上表面的部分区域中形成了锥状岛结构，利用这种纳米结构使得量子阱层中的QCSE效应得到改善，提升了电子与空穴的复合效率，提高了LED芯片的发光效率，增强了显示效果。而且，因为该LED芯片在提供背光模组所需要的白光时，无需用到绿光量子点材料，不会受到绿光量子点材料色彩转换效率差的影响，有利于进一步提升显示屏的全彩化水平。

而且，由于红色量子点材料可以直接贴合量子阱层设置，进一步提升了红光转换材料的光转换效率。

本发明另一可选实施例：

本实施例中提供一种制备前述LED芯片的方法，下面请结合图7示出的LED芯片制备方法的流程图，以及图8示出的LED芯片制备方法各制程的状态变化示意图：

S702：提供一衬底，并在该衬底上形成N型半导体层。

在本实施例中N型半导体层81可以为氮化镓层，通常情况下为含有掺杂的N型氮化镓层，例如掺杂有硅、硼、锗等几种元素中至少一种的N型氮化镓层。应该理解的是，N型半导体层81形成在衬底80，例如蓝宝石衬底之上，如图8(a)。

考虑到后续过程中需要剥离衬底，例如当LED芯片为倒装结构时，LED芯片制备完成后，需要将LED芯片从衬底上剥离下来，或者当LED芯片为正装结构时，需要在制备电极的之前LED芯片的外延层从衬底上剥离。因为剥离衬底通常是采用激光剥离(Laser LiftOff，LLO)，利用的原理是激光分解氮化镓，GaN→Ga+N₂，为了避免该过程损伤N性半导体层，在本实施例中，可以在衬底上形成N型半导体层之前，可以先在衬底上形成一缓冲层，该缓冲层可以在剥离衬底过程中被分解，从而避免N型半导体层遭到损伤。在本实施例的一些示例中，缓冲层的材质也可以是氮化镓材质。

为了提升N型半导体层81，以及后续将形成在N型半导体层81之上的量子阱层的质量，本实施例的一些示例中，可以在形成N型半导体层81之前先形成一未掺杂的氮化镓层，例如，在本实施例的一种示例中，蓝宝石衬底上自下而上依次形成有LT-GaN层、未掺杂的氮化镓(Undoped GaN)层以及N型氮化镓层。

S704：对N型半导体层上表面的第一区域进行蚀刻，在第一区域中形成多个凸起的锥状岛结构。

因为N型半导体层81形成在衬底80之上，所以N型半导体层81上表面实际就是N型半导体层81远离衬底80的表面，也是N型半导体层81与量子阱层的界面。本实施例中，N型半导体层81上表面包括第一区域与第二区域，在N型半导体层81形成以后，可以对第一区域进行蚀刻，在第一区域中形成多个凸起的锥状岛结构810，如图8(b)，这些锥状岛结构810属于纳米级别的微结构，可以用于改善形成在其上的量子阱层内的应力。

在本实施例的一些示例中，锥状岛结构810的晶向可以为非极性或半极性。例如，在本实施例的一些示例中，锥状岛结构810的晶向可以为(1-100)，(11-20)，(1-102)，(10-11)，(11-22)等。可选地，在蚀刻过程中，可以采用X光绕射分析(X-ray diffractionanalysis,XRD)机台测量确认锥状岛结构810的晶向，以确保其晶向为非极性或半极性。

在本实施例的一些示例中，锥状岛结构810可以呈圆锥状、四面体结构、四棱锥、五棱锥等几种中的至少一种。应当理解的是，本实施例中并不要求锥状岛结构810是非常标准的圆锥形状、三棱锥、四棱锥等，例如，锥状岛结构810的棱边可以存在些微的弯曲等。

应当理解的是，由于仅对N型半导体层81上表面的第一区域进行蚀刻，而第二区域会继续保持平坦，所以，在本实施例中，为了避免N型半导体层81上表面的第二区域遭到蚀刻，可以在进行蚀刻工序之前先在N型半导体层81上表面的第二区域中设置阻挡层。在本实施例的一些示例中，设置在第二区域中的阻挡层可以为光阻层。

S706：在N型半导体层的上表面形成量子阱层。

在针对N型半导体层81上表面第一区域的蚀刻完成后，可以在N型半导体层81上设置量子阱层82，本实施例中，量子阱层82为铟镓氮材质。在一些示例中，量子阱层82的上表面呈平坦状，例如量子阱层远离N型半导体层81的表面上任意两点均处于同一平面。在本实施例的另外一些示例中，量子阱层82上表面的形态与其下表面(即量子阱层靠近N型半导体层81的表面)的形态一致，换言之，量子阱层82的上表面也分为平坦的第二区域以及包含多个锥状岛结构的第一区域，如图8(c)。

可以理解的是，由于N型半导体层81上表面的第一区域中具有多个锥状岛结构810，因此形成在该区域中的量子阱层中的QCSE效应得以改善，减小了应力，提升了该区域量子阱层中In的含量，从而使得该区域的量子阱层发绿光，而设置在N型半导体层81上表面第二区域中的量子阱层则发蓝光。

S708：在量子阱层上设置P型半导体层。

在本实施例的一些示例中，形成量子阱层82后，可以在量子阱层82上设置P型半导体层83，P型半导体层83可以直接与量子阱层82贴合设置。

在本实施例的另外一些示例中，形成量子阱层82之后，可以在量子阱层82上设置红光转换材料，利用红光转换材料对量子阱层82发的光极进行波长转换，得到红光，进而使得红光、绿光以及蓝光在LED芯片内实现混光，让LED芯片可以自发白光，而不用额外在该LED芯片外部再设置光转换层，利用LED芯片的外延结构对红光转换材料进行了保护，避免设置于LED芯片外表面或LED芯片之外的光转换层因外力因素受损的情况发生。而且，将红光转换材料贴合量子阱层82设置，提升了红光转换材料的光转换效率。

在本实施例的一些示例中，可以仅将红光转换材料设置在量子阱层82的第一区域，例如，在量子阱层82上下两个表面的形态一致的情况下，量子阱层82上表面第一区域的多个锥状岛结构之间将会存在多个凹槽，这些凹槽可以为红光转换材料提供容纳空间，所以，形成量子阱层82之后，可以将红光转换材料84设置在量子阱层82上表面第一区域中，如图8(d)所示。当然，本领域技术人员可以理解的是，红光转换材料也可以设置在量子阱层82上表面的第二区域中，或者同时设置在第一区域与第二区域中。

在本实施例的一些示例中，红色光转换材料84可以为红色量子点材料。不过，可以理解的是，在LED芯片尺寸比较大等情况下，红色光转换材料84也可以是红色荧光粉。

在设置了红光转换材料84以后，可以进一步设置P型半导体层83，P型半导体层83与量子阱层82将红光转换材料84夹在中间，如图8(e)。在本实施例的一些示例中，如果红色光转换材料84为红色量子点材料，那么为了避免设置P型半导体层83的过程中产生的高温损伤红色量子点材料，导致红色量子点材料失效，影响其性能，本实施例中可以选择形成温度不高的P型TCO层作为P型半导体层83。当然，如果红色量子点材料不是直接设置在P型半导体层83之下，或者红色光转换材料84的性能不受温度影响，则P型半导体层83也可以为其他材质，例如P型氮化镓等。

S710：设置分别与N型半导体层、P型半导体层电性连接的N电极、P电极，制得LED芯片。

P型半导体层83形成以后，LED芯片的外延层就制备完成，此时可以设置与外延层中两个半导体层电连接的电极。可选地，LED芯片可以为倒装结构的芯片，在这种情况下，可以通过对P型半导体层83、量子阱层82进行蚀刻，从而外露出N型半导体层81的N电极设置区，然后设置N电极；P型半导体层83上的P电极设置区由于本来就是外露的，可以直接设置P电极。在电极制备完成以后，可以将制得的LED芯片自衬底80上剥离下来，例如，可以采用激光剥离去除衬底80。可选地，如果N型半导体层81与衬底80之间设置有缓冲层，例如LT-GaN层，则可以通过激光分解缓冲层从而破坏N型半导体层81与衬底80之间的结合，使得LED芯片自衬底80上脱落。

在本实施例的另外一些示例中，制备的LED芯片为正装结构的LED芯片，虽然P电极设置区是外露的，可以直接在P型半导体层83上设置P电极，但因为N电极设置区隐藏在N型半导体层81与衬底80之间，所以，在形成N电极之前，需要先将已经形成的外延层从衬底80上剥离下来，如图8(f)剥离衬底80依旧可以采用激光剥离工艺，同样地，在N型半导体层81与衬底80之间设置有缓冲层的情况下，激光可以直接分解掉缓冲层。去除衬底80后，可以在N型半导体层81远离量子阱层82的表面形成金属层，然后对金属层进行图案化，形成N电极851。在本实施例的一些示例中，P电极852在剥离衬底80之前形成，在本实施例的另外一些示例中P电极852、N电极851均在剥离衬底80之后形成，如图8(g)。

可以理解的是，如果N型半导体层81远离量子阱层82的一侧设置有未掺杂的氮化镓层，则正装LED芯片的N电极851就设置在该未掺杂的氮化镓层的表面，例如图1所示。

本实施例提供的LED芯片制备方法，在形成LED芯片的N型半导体层后，可以先对N型半导体层上表面的部分区域进行蚀刻，进而形成多个锥状岛结构，利用锥状岛结构降低了该区域量子阱层内的QCSE，提升了电子与空穴的复合效率，增强了LED芯片的发光效率，有利于提高基于该LED芯片所制背光模组的品质。而且，因为通过该方法形成的量子阱层本身就能够发出绿光与蓝光，因为在获取白光时无需用到绿色量子点材料，避免了因绿色量子点材料色彩转换效率不高而带来的全彩化效率低的问题，有利于提升背光模组的显示效果。

本发明又一可选实施例：

为了使本领域技术人员能够更清楚前述LED芯片以及LED芯片制备方法的优点与细节，本实施例将结合示例对前述方案作进一步阐述，请参见图9示出的LED芯片制备方法的流程图，以及图10示出的图9中各制程的状态变化示意图：

S902：提供一蓝宝石衬底。

请参见图10(a)，可以理解的是，蓝宝石衬底1000是常见的蓝光、绿光LED芯片的生长基板，但本实施例这能够并不限制LED芯片的生长衬底只能是蓝宝石衬底。

S904：在蓝宝石衬底上形成LT-GaN层。

请参见图10(b)，LT-GaN层1001就是前述实施例中的缓冲层，因为其在剥离蓝宝石衬底的过程中会被分解，所以，LT-GaN层1001实际上也就是一牺牲层。

S906：在LT-GaN层上形成Undoped GaN层。

请参见图10(c)，形成在LT-GaN层1001远离蓝宝石衬底1000的表面的Undoped GaN层1002可以用于提升后续生长的N型GaN层1003以及量子阱层1004的品质。

S908：在Undoped GaN层上形成N型GaN层。

N型GaN层1003形成在Undoped GaN层1002远离LT-GaN层1001的表面，如图10(d)所示。

S910：在N型GaN层上表面的第二区域中形成光阻层。

如图10(e)，光阻层1004主要是为了对N型GaN层1003上表面的第二区域进行保护，避免第二区域中的N型GaN层1003遭到蚀刻。在本实施例的一些示例中，可以在N型GaN层1003上表面的第二区域中涂覆光阻剂，待光阻剂固化后形成光阻层1004。

S912：对N型GaN层上表面的第一区域进行蚀刻，形成多个四面体微结构。

如图10(f)，在本实施例中，四面体微结构1003a是前述示例中锥状岛结构的一种形态，但在本实施例其他一些示例中，蚀刻N型GaN层1003上表面第一区域所形成的锥状岛结构也可以为其他结构。

另外，本实施例中蚀刻形成的四面体微结构1003a的晶向为非极性或半极性。

S914：去除光阻层。

蚀刻完成以后，光阻层1004就没有继续存在的必要了，因此可以去除光阻层1004，如图10(g)。

S916：在N型GaN层上形成量子阱层。

毫无疑义的是，量子阱层1005与N型GaN层1003的界面形态由N型GaN层1003的上表面决定，但在本实施例中，量子阱层1005上表面，即量子阱层1005远离N型GaN层1003的表面的形态也与N型GaN层1003上表面的形态一致，如图10(h)所示。

S918：在量子阱层的第一区域中填充红色量子点材料。

形成量子阱层1005后，可以在量子阱层1005的第一区域中通过喷涂的方式填充红色量子点材料1006，如图10(i)所示。

S920：设置P型TCO层。

避免设置P型半导体层的过程中产生的高温损伤红色量子点材料1006，导致红色量子点材料1006失效，所以，在本实施例中设置P型TCO层1007作为P型半导体层。P型TCO层1007同时覆盖量子阱层1005的第一区域与第二区域，请参见图10(j)。

S922：在P型TCO层上设置P电极。

在本实施例中，可以在剥离蓝宝石衬底1000之前，先在P型TCO层1007上形成金属层，制备出P电极1008，如图10(k)。

S924：激光分解LT-GaN层，以剥离蓝宝石衬底。

本实施例中制备的LED芯片为正装LED芯片，因此其两个电极分别分布在不同侧，为了制备N电极，需要先将蓝宝石衬底1000剥离掉。在本实施例中，可以利用激光从蓝宝石衬底1000一侧照射LT-GaN层1001，从而使得LT-GaN层1001分解，让蓝宝石衬底1000与LED芯片主体分离，如图10(l)。

S926：在Undoped GaN层远离N型GaN层的表面设置N电极。

剥离蓝宝石衬底1000后，Undoped GaN层1002外露，所以，本实施例中可以将N电极1009设置在Undoped GaN层1002远离N型GaN层1003的表面，让N电极1009通过Undoped GaN层1002与N型GaN层1003电连接，如图10(m)。

制得LED芯片100后，可以将LED芯片100转移到驱动基板上，实现LED芯片100与驱动基板的电连接，进而形成背光模组、显示屏，随后被应用于电子设备中。

本实施例提供的LED芯片制备方法，在N型GaN层上表面的部分区域中形成了四面体微结构，利用这种纳米微结构使得量子阱层中的QCSE效应得到改善，提升了电子与空穴的复合效率，提高了LED芯片的发光效率，增强了显示效果。而且，因为该LED芯片在提供背光模组所需要的白光时，无需用到绿光量子点材料，不会受到绿光量子点材料色彩转换效率差的影响，有利于进一步提升显示屏的全彩化水平。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。