一种rgb-led芯片及其制造方法和应用
阅读说明：本技术 一种rgb-led芯片及其制造方法和应用 (RGB-LED chip and manufacturing method and application thereof ) 是由 刘舸 李元元 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明属于半导体发光件技术领域。一种RGB-LED芯片,包括R芯片、B芯片和G芯片；R芯片包括由上至下设置的第一绝缘层、第一电极、红光外延片、第二电极和衬底；B芯片包括由上至下设置的第二绝缘层、第二电极、蓝光外延片和第一电极；G芯片包括由上至下设置的第二绝缘层、第二电极、绿光外延片和第一电极；各芯片中的第一电极极性相同,第一电极与第二电极极性相反；第一绝缘层和第二绝缘层均图形化有电极窗口,第一绝缘层图形化有与B芯片、G芯片对应的焊接区域,B芯片和G芯片焊接于焊接区域,与R芯片形成共阳极结构或共阴极结构。本发明芯片中的RGB三色芯片垂直布局,降低了器件组装难度,适用于大规模化生产应用。(The invention belongs to the technical field of semiconductor light-emitting parts. An RGB-LED chip comprises an R chip, a B chip and a G chip; the R chip comprises a first insulating layer, a first electrode, a red light epitaxial wafer, a second electrode and a substrate which are arranged from top to bottom; the chip B comprises a second insulating layer, a second electrode, a blue light epitaxial wafer and a first electrode which are arranged from top to bottom; the G chip comprises a second insulating layer, a second electrode, a green light epitaxial wafer and a first electrode which are arranged from top to bottom; the first electrodes in the chips have the same polarity, and the polarities of the first electrodes are opposite to those of the second electrodes; the first insulating layer and the second insulating layer are patterned to form electrode windows, the first insulating layer is patterned to form welding areas corresponding to the chip B and the chip G, the chip B and the chip G are welded to the welding areas, and a common anode structure or a common cathode structure is formed by the chip B and the chip G and the chip R. The RGB three-color chip in the chip is vertically arranged, so that the device assembly difficulty is reduced, and the RGB three-color chip is suitable for large-scale production and application.)
技术领域
本发明属于半导体发光件技术领域，具体涉及一种RGB-LED芯片及其制造方法和应用。
背景技术
Micro LED是当前显示技术发展的一个重要方向，其中Micro LED的组合技术一种是该领域研究的难点和重点。当前在量子点QLED领域发展迅速，使用量子点材料作为光转换功能层可以实现Micro LED在显示领域的应用，但该方法还面临着量子点材料固有的不稳定寿命低遮光难以及受水氧影响大等问题，因此申请人充分考虑了不同颜色LED的亮度差异以及组合封装中的空间位置特性，通过优化器件结构，设计了一种新颖的无机MicroLED器件单元。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种RGB-LED芯片，该RGB-LED芯片中的RGB三色芯片垂直布局，呈共阳极或共阴极的叠层结构，降低了器件组装难度，适用于大规模化生产应用。
本发明的技术方案如下：
一种RGB-LED芯片，包括R芯片、B芯片和G芯片；所述R芯片包括由上至下依次设置的第一绝缘层、第一电极、红光外延片、第二电极和衬底；所述B芯片包括由上至下依次设置的第二绝缘层、第二电极、蓝光外延片和第一电极；所述G芯片包括由上至下依次设置的第二绝缘层、第二电极、绿光外延片和第一电极；各芯片中的所述第一电极极性相同，所述第一电极与所述第二电极极性相反；所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均图形化有电极窗口，所述电极窗口内蒸镀有金属薄膜；所述第一绝缘层图形化有与所述B芯片、所述G芯片对应的焊接区域，所述B芯片和所述G芯片焊接于所述焊接区域，与所述R芯片形成共阳极结构或共阴极结构。
进一步的，所述R芯片、B芯片和G芯片的面积比为3-5:1:1。B芯片和G芯片的面积大小和图形形状可以根据不同亮度要求和成本因素进行相应的调整，从而实现RGB-LED芯片亮度一致。
一种所述的RGB-LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
S1.通过MOCVD在衬底材料上生长红、绿、蓝三色外延片，所述红光外延片的衬底材料为导电衬底；
S2.在所述绿光外延片和所述蓝光外延片表面蒸镀阳极材料，剥离衬底后在蓝、绿色光外延片另一表面蒸镀阴极材料；在阳极或阴极表面蒸镀第一绝缘层，所述第一绝缘层表面通过光刻工艺图形化，刻蚀出电极窗口，所述电极窗口蒸镀第一金属薄膜；未蒸镀所述绝缘层的电极表面设有焊料作为第一焊接区，制得G芯片和B芯片；
S3.在所述红光外延片表面蒸镀第二电极材料，所述第二电极与表面设置有所述第一焊接区的电极极性相同；所述导电衬底与所述红光外延片间蒸镀第一电极材料，所述第一电极与所述第二电极极性相反；在第二电极表面蒸镀第二绝缘层；所述第二绝缘层表面通过光刻工艺图形化，形成与第一焊接区对应的第二焊接区，并刻蚀出电极窗口；所述焊接区域蒸镀第二金属薄膜，所述极窗口蒸镀第一金属薄膜，制得R芯片；
S4.把所述G芯片和所述B芯片转移至所述R芯片上，所述第一焊接区与所述第二焊接区通过共晶焊工艺固接，即得具有共阳极或共阴极结构的RGB-LED芯片。
进一步的，所述衬底材料包括硅或蓝宝石。
进一步的，步骤S2中，所述阳极材料为ITO/Ag/Ti/Ni/Au薄膜，所述阴极材料为透明电极材料。
进一步的，所述第一绝缘层和第二绝缘层为SiO2钝化保护层。
进一步的，所焊料为AuSn焊料。AuSn焊料可均匀涂布于焊接区域，不影响RGB-LED芯片亮度的一致性。
进一步的，步骤S3中，阳极材料为ITO导电薄膜。
进一步的，所述第一金属薄膜为Au薄膜，所述第二金属薄膜为Ni/Au薄膜。
一种Micro LED器件，包括显示基板，以及粘接于所述显示基板上的至少一个权利要求1或2所述的RGB-LED芯片。
本发明具有如下有益效果：
本发明RGB-LED芯片中RGB三色芯片垂直布局，呈共阴极或共阳极的叠层结构，改变了传统RGB-LED芯片的平面布局。RGB-LED芯片在Micro LED上的应用方式也由RGB三个芯片的组装简化为一个芯片的组装，使得Micro LED的巨量转移简化为单芯片转移，显著降低了巨量转移的技术难度和成本风险。RGB-LED芯片可根据不同颜色芯片的效率设计不同的芯片面积，保证了不同颜色光芯片的亮度一致，采用无机LED芯片也使得整体性能得以保证。
附图说明
图1为本发明RGB-LED芯片截面结构示意图；
图2位本发明RGB-LED芯片的结构俯视图；
1.R芯片，11.衬底，12.红光外延片，2.B芯片，21.蓝光外延片，3.G芯片，31.绿光外延片,4.第一绝缘层，5.第二绝缘层，6.第一电极，7.第二电极，8.电极窗口，9.金属薄膜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种RGB-LED芯片，如图1-2所示，包括R芯片1、B芯片2和G芯片3，所述R芯片1、B芯片2和G芯片3的面积比为3:1:1；所述R芯片1包括由上至下依次设置的第一绝缘层4、第一电极6、红光外延片12、第二电极7和衬底11；所述B芯片包括由上至下依次设置的第二绝缘层5、第二电极7、蓝光外延片21和电极窗口6；所述G芯片3包括由上至下依次设置的第二绝缘层5、第二电极7、绿光外延片31和第一电极6；各芯片中的所述第一电极6为阳极电极，所述第二电极7为阴极电极；所述第一绝缘层4和所述第二绝缘层5均图形化有电极窗口8，所述电极窗口8内蒸镀有金属薄膜9；所述第一绝缘层4图形化有与所述B芯片2、所述G芯片3对应的焊接区域，所述B芯片2和所述G芯片3焊接于所述焊接区域，与所述R芯片1形成共阳极结构。
其中，所述R芯片1、B芯片2和G芯片3的面积比为3:1:1。
实施例2
一种RGB-LED芯片，如图1-2所示，包括R芯片1、B芯片2和G芯片3；所述R芯片1、B芯片2和G芯片3的面积比为3:1:1；所述R芯片1包括由上至下依次设置的第一绝缘层4、第一电极6、红光外延片12、第二电极7和衬底11；所述B芯片包括由上至下依次设置的第二绝缘层5、第二电极7、蓝光外延片21和电极窗口6；所述G芯片3包括由上至下依次设置的第二绝缘层5、第二电极7、绿光外延片31和第一电极6；各芯片中的所述第一电极6为阴极电极，所述第二电极7为阳极电极；所述第一绝缘层4和所述第二绝缘层5均图形化有电极窗口8，所述电极窗口8内蒸镀有金属薄膜9；所述第一绝缘层4图形化有与所述B芯片2、所述G芯片3对应的焊接区域，所述B芯片2和所述G芯片3焊接于所述焊接区域，与所述R芯片1形成共阴极结构。
一种所述的RGB-LED芯片的制造方法，包括以下步骤：
S1.通过MOCVD在衬底材料上生长红、绿、蓝三色外延片，所述衬底材料包括硅或蓝宝石，所述红光外延片12的衬底材料为导电衬底11Si；
S2.在所述绿光外延片31和所述蓝光外延片21表面蒸镀ITO/Ag/Ti/Ni/Au薄膜作为阳极材料，各层厚度为30nm/30nm/10nm/10nm/30nm；剥离衬底11后在蓝、绿色光外延片另一表面蒸镀透明电极材料作为阴极；在阳极或阴极表面蒸镀厚度30nm的SiO2钝化保护层，所述SiO2钝化保护层表面通过光刻工艺图形化，刻蚀出电极窗口8，所述电极窗口8蒸镀厚度30nm的Au薄膜；未蒸镀所述绝缘层的电极表面设有AuSn焊料作为第一焊接区，制得G芯片3和B芯片2，尺寸均为30μm×50μm；
S3.在所述红光外延片12表面蒸镀第二电极7材料，所述第二电极7与表面设置有所述第一焊接区的电极极性相同；所述导电衬底11与所述红光外延片12间蒸镀电极窗口6材料，所述电极窗口6与所述第二电极7极性相反，阳极为厚度50nm的ITO导电薄膜；在第二电极7表面蒸镀厚度30nm的SiO2钝化保护层；所述SiO2钝化保护层表面通过光刻工艺图形化，形成与第一焊接区对应的第二焊接区，并刻蚀出电极窗口8；所述焊接区域蒸镀Ni/Au薄膜，各层厚度为10nm/20nm；所述极窗口蒸镀厚度30nm的Au薄膜,尺寸为10μm×10μm；制得R芯片1，尺寸为80μm×80μm；
S4.把所述G芯片3和所述B芯片2转移至所述R芯片1上，所述第一焊接区与所述第二焊接区通过共晶焊工艺固接，即得具有共阳极或共阴极结构的RGB-LED芯片。
检测本发明RGB-LED芯片实施例1-2的性能，检测结果为：两种结构的RGB-LED芯片，在20mA电流条件下，RGB三色芯片亮度均高于20000cd/m2，出光角度大于150°，RGB的开启电压依次以2.2v，3.0v和3.3v为中心分布。
一种Micro LED器件，包括显示基板，以及粘接于所述显示基板上的至少一个上述的RGB-LED芯片。将具有叠层结构的RGB-LED芯片应用于Micro LED器件中，降低了MicroLED器件巨量转移的技术难度，提高了生产效率，降低了生产成本。
本发明RGB-LED芯片中的RGB三色芯片垂直布局，呈共阳极或共阴极的叠层结构，可提高器件的机械强度和抗冲击性能，同时可简化后序加工的加工步骤，提高后序生产的生产效率，降低生产成本。
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