[發(fā)明專利]半導(dǎo)體發(fā)光材料芯片及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211025657.4
• 申請(qǐng)日: 2022-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN115347094A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜向鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳微納光晶科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/06
• 分類號(hào): H01L33/06;H01L33/00;H01L51/50;H01L51/56;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州市合本知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44421
• 代理人: 梁華行

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光材料芯片，所述芯片微觀結(jié)構(gòu)及制備工藝完全不同于現(xiàn)有芯片技術(shù)，所述芯片為在有機(jī)或無(wú)機(jī)基材之上涂覆有厚度為0.1mm左右的薄膜，所述薄膜由微納光晶體與輔料混合物以(3～7):7的比例合成，所述輔料混合物是由光學(xué)級(jí)透明膠水、氣相二氧化硅和二氧化鈦按照200：10:1的比例合成。所述芯片既具備現(xiàn)有納米發(fā)光材料芯片光譜純凈可調(diào)，又具備現(xiàn)有微米發(fā)光材料芯片高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，但其制備及使用成本相對(duì)較低，具有廣闊的開發(fā)和推廣空間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種采用新型半導(dǎo)體發(fā)光材料制成的芯片。

背景技術(shù)

當(dāng)前III-V族半導(dǎo)體光電材料被稱為第三代半導(dǎo)體材料，其中GaN系發(fā)光二極管由于可以通過(guò)控制材料的組成可以制作出各色光，尤其是需要高能隙的藍(lán)光或紫光，是業(yè)界研究的重點(diǎn)和行業(yè)發(fā)展的主要方向，該種發(fā)光二極管(LED)所用發(fā)光芯片主要利用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體材料，由于沒有與GaN晶格匹配的襯底材料，其所制備的半導(dǎo)體材料在質(zhì)量上難以保證高的光學(xué)性能，在成本上也居高不下，所以，在顯示、照明技術(shù)領(lǐng)域，業(yè)界逐漸轉(zhuǎn)向開發(fā)一種不同于上述第三代半導(dǎo)體材料的新型發(fā)光材料，以期在提高發(fā)光芯片光學(xué)性能的同時(shí)也可以降低生產(chǎn)及使用成本。

在上述新型發(fā)光材料中，納米半導(dǎo)體發(fā)光材料是被首要推薦的，其主要指量子點(diǎn)，包括鎘系量子點(diǎn)、磷化銦系量子點(diǎn)和鈣鈦礦系量子點(diǎn)等，其材料顆粒粒徑在2～15nm之間，光譜可調(diào)(480nm～635nm)，半波寬-FWHM小于25nm，發(fā)展及應(yīng)用前景比較廣闊，但由于納米半導(dǎo)體發(fā)光材料對(duì)水氧(水分子和氧氣分子)很敏感，可靠性差，且應(yīng)用時(shí)需要附加昂貴的輔助材料，一直是其擴(kuò)大推廣應(yīng)用的重大障礙。另外，其他發(fā)光材料還有例如各種應(yīng)用在顯示、照明燈領(lǐng)域的熒光粉類(主要包括各種熒光粉，YAG粉，新紅粉-KSF，綠粉-貝塔塞隆(β-Sialon)等)微米發(fā)光材料和有機(jī)發(fā)光材料，熒光粉材料顆粒粒徑在15微米左右，其每種化合物均對(duì)應(yīng)一定峰值的光譜，半波寬-FWHM在40～60nm之間，其雖對(duì)水氧不敏感，可靠性高，但發(fā)光特性單一，光譜不可調(diào)。

現(xiàn)有技術(shù)中上述新型發(fā)光材料所存在的缺陷一直是顯示、照明領(lǐng)域產(chǎn)品性能和質(zhì)量繼續(xù)改善或提高的巨大障礙，由于上述現(xiàn)有發(fā)光材料本身固有的特性，在原有發(fā)光材料基礎(chǔ)上進(jìn)行改善或提高的困難是很大的，如果能開發(fā)出一種不具有上述現(xiàn)有發(fā)光材料本身固有缺陷而同時(shí)又具備其優(yōu)點(diǎn)的新型發(fā)光材料，并采用該種發(fā)光材料制備發(fā)光芯片，將會(huì)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用是一個(gè)巨大地推進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明開創(chuàng)性地提供一種半導(dǎo)體發(fā)光材料芯片，該種芯片基于一種新型發(fā)光材料，其微觀結(jié)構(gòu)及制備工藝完全不同于現(xiàn)有芯片技術(shù)，所述芯片為在有機(jī)或無(wú)機(jī)基材之上涂覆有厚度為0.1mm左右的發(fā)光材料薄膜，所述薄膜由微納光晶體與輔料混合物以(3～7):7的比例合成，所述輔料混合物是由光學(xué)級(jí)透明膠水、氣相二氧化硅和二氧化鈦按照200：10:1的比例合成，所述基材可為UTG玻璃，其厚度為0.03～0.1mm。

所述微納光晶體材料顆粒粒徑在0.1微米～15微米之間，光譜可調(diào)(480nm～635nm)，半波寬-FWHM小于25nm，其既具備現(xiàn)有納米發(fā)光材料光譜純凈可調(diào)，又具備現(xiàn)有微米發(fā)光材料高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。所述微納光晶體是指通過(guò)物理和化學(xué)方法把納米發(fā)光材料(量子點(diǎn))鑲嵌在隔水氧且透明的粒徑范圍處于0.1微米～15微米保護(hù)球體中的一種高可靠性的發(fā)光材料，所述隔水氧透明球體是由聚乙烯醇、抗氧劑、光穩(wěn)定劑、己內(nèi)酰胺、氣相二氧化硅等有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物按一定比例生成。

由于微納光晶體材料發(fā)光內(nèi)核仍是基于納米發(fā)光材料(不限于鎘系量子點(diǎn)、磷化銦系量子點(diǎn)及鈣鈦礦量子點(diǎn)等)，所以其光學(xué)特性與現(xiàn)有納米發(fā)光材料是基本相同的，即其光譜純凈，半波寬(FWHM)小于25nm，光譜在480nm～635nm之間可根據(jù)需要進(jìn)行自由調(diào)節(jié)；又由于微納光晶材料粒徑范圍與量子點(diǎn)不同，處于0.1微米至15微米之間，且其采用不同原料通過(guò)不同工藝對(duì)量子點(diǎn)外圍包覆透明小球進(jìn)行制備，使該種材料具備了微米發(fā)光材料高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也無(wú)需現(xiàn)有納米材料制備和使用過(guò)程中所必需的昂貴輔助材料，使性能更好的發(fā)光材料的制備使用成本大幅降低。