微米尺寸的发光二极管设计制造技术

一种发光二极管(LED)包括外延结构，该外延结构限定了基底和基底上的台面。基底限定了LED的发光表面，并包括电流扩散层。台面包括厚限制层、在厚限制层上发射光的光产生区域、在光产生区域上的薄限制层以及在薄限制层上的接触层，该接触层限定台面的顶部。反射触点在接触层上，以反射从光产生区域发射的光的一部分，反射光在台面处被准直，并通过基底被导向发光表面。在一些实施例中，外延结构生长在不透明的衬底上。衬底被移除，或者用于形成延伸反射器以准直光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微米尺寸的发光二极管设计背景发光二极管(LED)的效率通常取决于波长(绿色能隙(greengap))、结温(junctiontemperature)Tj和电流密度。小型(迷你/微型)LED的一个优点是良好的内部3D散热(例如，直径小于60μm)和低Tj。这解释了为什么小型LED在更高的电流密度下具有更高的效率并且具有更长的器件寿命。对于甚至更小的μLED(例如<10μm)的应用(如在更低的驱动电流(例如1nA-1μA)下的增强现实(AR)的2D显示中或在更高的驱动电流(例如1μA-300μA)下的1D扫描中的应用)，在不同的电流密度和μLED尺寸下有不同的损耗机制。对于使用低电流密度(例如，小于1uA/mm2)的μLED，效率可以小于5％。相比之下，更大功率的LED可以以高达60％的效率工作，并且在超过0.35A/cm2的中等电流密度下工作。可以通过以下操作来改善μLED操作：减少外延结构中的非辐射复合(non-radiativerecombination)和蚀刻台面小平面(mesafacet)处的表面复合损耗，以及当在低(2D显示)或非常高(1D阵列)电流密度下操作时提高光提取效率(LEE)。概述实施例涉及LED，例如在低或高电流密度下具有高LEE的μLED。一种LED包括外延结构，该外延结构限定了基底(base)和基底上的台面。基底限定了微LED的发光表面，并包括电流扩散层。该台面包括厚限制层(confinementlayer)、在厚限制层上发射光的光产生区域(例如，包括多量子阱(MQW))、在光产生区域上的薄限制层、以及在薄限制层上的接触层，该接触层限定了台面的顶部。反射触点位于接触层上，以反射来自光产生区域的反向发射光的一部分。来自光产生区域的横向行进光在台面小平面和反射触点(或其他反射器层)处被反射(在抛物面台面处反射90°)，并穿过基底(作为准直光束，例如对于抛物面形或圆锥形反射器类型)被导向发光表面。一些实施例涉及通过在衬底上生长外延结构来制造LED。外延结构包括电流扩散层、厚限制层、薄限制层、在厚限制层和薄限制层之间的光产生区域，以及接触层。在外延结构中形成基底和基底上的台面。基底限定了LED的发光表面，并包括电流扩散层。台面包括薄限制层、光产生区域和限定台面顶部的接触层。在接触层上形成反射触点，以反射从光产生区域发射的光的一部分，反射光在台面处被准直，并穿过基底被导向发光表面。根据本专利技术的实施例在涉及发光二极管(LED)和方法的所附权利要求中被具体公开，其中在一个权利要求类别(例如方法)中提到的任何特征也可以在另一个权利要求类别(例如LED、系统、存储介质和计算机程序产品)中被要求保护。在所附权利要求中的从属性或往回引用仅为了形式原因而被选择。然而，也可以要求保护由对任何前面权利要求的有意往回引用(特别是多项引用)而产生的任何主题，使得权利要求及其特征的任何组合被公开并可被要求保护，而不考虑在所附权利要求中选择的从属性。可以被要求保护的主题不仅包括如在所附权利要求中阐述的特征的组合，而且还包括在权利要求中的特征的任何其他组合，其中，在权利要求中提到的每个特征可以与在权利要求中的任何其他特征或其他特征的组合相结合。此外，本文描述或描绘的实施例和特征中的任一个可以在单独的权利要求中和/或以与本文描述或描绘的任何实施例或特征的任何组合或以与所附权利要求的任何特征的任何组合被要求保护。在根据本专利技术的实施例中，一种发光二极管(LED)可以包括：外延结构，其限定：限定微LED的发光表面的基底，该基底包括具有第一类型掺杂的电流扩散层；和基底上的台面，该台面包括：具有第一类型掺杂的第一限制层，在第一限制层上用以发射光的光产生区域，光产生区域上的第二限制层，其具有与第一类型掺杂相反的第二类型掺杂，以及在第二限制层上、具有第二类型掺杂的接触层，该接触层限定台面的顶部，第二限制层和接触层比第一限制层薄；和接触层上的反射触点，用于将从光产生区域发射的光的一部分反射到发光表面。第一类型掺杂可以是n型掺杂，并且第二类型掺杂可以是p型掺杂。第一类型掺杂可以是p型掺杂，并且第二类型掺杂可以是n型掺杂。基底可以包括在电流扩散层上、具有第一类型掺杂的蚀刻停止层，第一限制层在蚀刻停止层上；和微LED可以包括蚀刻停止层上的第二触点。微LED可以包括：电流扩散层上的第二触点；反射触点上的第一凸块(bump)；和第二触点上的第二凸块。基底可以包括限定发光表面、具有第一类型掺杂的蚀刻停止层，电流扩散层可以在蚀刻停止层上。第一限制层可以比电流扩散层厚。电流扩散层可以比光产生区域厚。台面可以形成为以下之一：抛物面形状，台面的顶部限定了截顶；圆柱形状，台面的顶部限定了截顶；圆锥形状，台面的顶部限定了截顶；或者垂直台面形状。在根据本专利技术的实施例中，LED可以包括形成在基底中的延伸反射器(extendedreflector)，以反射和准直被引导穿过基底的光的一部分。延伸反射器可以包括围绕基底中的发光表面的发光区域限定的多个气隙或反射填充材料。在根据本专利技术的实施例中，LED可以包括衬底，外延结构可以形成在衬底上。衬底可以是不透光的，并且可以包括允许光在发光表面处透射的孔。衬底可以包括延伸衬底反射器，以反射和准直透射穿过发光表面的光的一部分。延伸衬底反射器可以包括在衬底中限定的孔的表面上的反射材料。延伸衬底反射器的孔可以包括抛物面形状或倾斜形状之一。台面的高度可以在1um和400um之间，并且宽度可以在30um和1500um之间。接触层和第二限制层可以形成第二包层(cladding)，第二包层小于580nm。电流扩散层和第一限制层可以形成第一包层的至少一部分，第一包层大于2um。第二包层可以在55nm和580nm之间。第一包层可以在2um和12um之间。光产生区域可以位于台面的抛物面焦点处。光产生区域可以位于由反射触点反射的光的波腹(antinode)处。光可以包括红光或红外光。台面可包括基底处的直径小于10μm的抛物面形状。第二限制层和接触层总体上可以小于300nm。在根据本专利技术的实施例中，一种用于制造发光二极管(LED)的方法，可以包括：在衬底上生长外延结构，该外延结构包括具有第一类型掺杂的电流扩散层、具有第一类型掺杂的第一限制层、具有与第一类型掺杂相反的第二类型掺杂的第二限制层、在第一限制层和第二限制层之间的光产生区域、以及具有第二类型掺杂的接触层，第二限制层和接触层比第一限制层薄；在外延结构中形成基底和基底上的台面，基底限定微LED的发光表面并包括电流扩散层；台面包括第二限制层、光产生区域和限定台面顶部的接触层；和在接触层上形成反射触点，以将从光产生区域发射的光的一部分反射到发光表面。第一类型掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管(LED)，包括：/n外延结构，其限定：/n限定微LED的发光表面的基底，所述基底包括具有第一类型掺杂的电流扩散层；和/n所述基底上的台面，所述台面包括：/n具有所述第一类型掺杂的第一限制层，/n在所述第一限制层上用以发射光的光产生区域，/n所述光产生区域上的第二限制层，其具有与所述第一类型掺杂相反的第二类型掺杂，以及/n在所述第二限制层上、具有所述第二类型掺杂的接触层，所述接触层限定所述台面的顶部，所述第二限制层和所述接触层比所述第一限制层薄；和/n所述接触层上的反射触点，其用于将从所述光产生区域发射的光的一部分反射到所述发光表面。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180501 US 15/968,3591.一种发光二极管(LED)，包括：
外延结构，其限定：
限定微LED的发光表面的基底，所述基底包括具有第一类型掺杂的电流扩散层；和
所述基底上的台面，所述台面包括：
具有所述第一类型掺杂的第一限制层，
在所述第一限制层上用以发射光的光产生区域，
所述光产生区域上的第二限制层，其具有与所述第一类型掺杂相反的第二类型掺杂，以及
在所述第二限制层上、具有所述第二类型掺杂的接触层，所述接触层限定所述台面的顶部，所述第二限制层和所述接触层比所述第一限制层薄；和
所述接触层上的反射触点，其用于将从所述光产生区域发射的光的一部分反射到所述发光表面。


2.根据权利要求1所述的LED，其中：
所述第一类型掺杂是n型掺杂，并且所述第二类型掺杂是p型掺杂；或者
所述第一类型掺杂是p型掺杂，并且所述第二类型掺杂是n型掺杂。


3.根据权利要求1所述的LED，其中：
所述基底还包括在所述电流扩散层上、具有所述第一类型掺杂的蚀刻停止层，所述第一限制层在所述蚀刻停止层上；和
所述微LED还包括所述蚀刻停止层上的第二触点。


4.根据权利要求1所述的LED，其中，所述微LED还包括：
所述电流扩散层上的第二触点；
所述反射触点上的第一凸块；和
所述第二触点上的第二凸块。


5.根据权利要求1所述的LED，其中，所述基底还包括限定所述发光表面、具有所述第一类型掺杂的蚀刻停止层，所述电流扩散层在所述蚀刻停止层上。


6.根据权利要求1所述的LED，其中：
所述第一限制层比所述电流扩散层厚；和
所述电流扩散层比所述光产生区域厚。


7.根据权利要求1所述的LED，其中，所述台面形成为以下之一：
抛物面形状，所述台面的顶部限定了截顶；
圆柱形状，所述台面的顶部限定了截顶；
圆锥形状，所述台面的顶部限定了截顶；或者
垂直台面形状。


8.根据权利要求1所述的LED，还包括形成在所述基底中的延伸反射器，以反射和准直被引导穿过所述基底的光的一部分。


9.根据权利要求8所述的LED，其中，所述延伸反射器包括围绕所述基底中的所述发光表面的发光区域限定的多个气隙或反射填充材料。


10.根据权利要求1所述的LED，还包括衬底，所述外延结构形成在所述衬底上。


11.根据权利要求10所述的LED，其中，所述衬底对于所述光是不透明的，并且包括允许光在所述发光表面处透射的孔。


12.根据权利要求10所述的LED，其中，所述衬底包括延伸衬底反射器，以反射和准直透射穿过所述发光表面的光的一部分。


13.根据权利要求12所述的LED，其中，所述延伸衬底反射器包括在所述衬底中限定的孔的表面上的反射材料。


14.根据权利要求13所述的LED，其中，所述延伸衬底反射器的孔包括抛物面形状或倾斜形状之一。


15.根据权利要求1所述的LED，其中，所述台面的高度在1um和400um之间，并且宽度在30um和1500um之间。


16.根据权利要求1所述的LED，其中：
所述接触层和所述第二限制层形成第二包层，所述第二包层小于580nm；和
所述电流扩散层和所述第一限制层形成第一包层的至少一部分，所述第一包层大于2um。


17.根据权利要求16所述的LED，其中：
所述第二包层在55nm和580nm之间；和
所述第一包层在2um和12um之间。


18.根据权利要求1所述的LED，其中，所述光产生区域位于所述台面的抛物面焦点处。


19.根据权利要求1所述的LED，其中，所述光产生区域位于由所述反射触点反射的光的波腹处。


20.根据权利要求1所述的LED，其中：
所述光包括红光或红外光；
所述台面包括所述基底处的直径小于10μm的抛物面形状；和
所述第二限制层和所述接触层总体上小于300nm。


21.一种制造发光二极管(LED)的方法，包括：
在衬底上生长外延结构，所述外延结构包括具有第一类型掺杂的电流扩散层、具有所述第一类型掺杂的第一限制层、具有与所述第一类型掺杂相反的第二类型掺杂的第二限制层、在所述第一限制层和所述第二限制层之间的光产生区域、以及具有所述第二类型掺杂的接触层，所述第二限制层和所述接触层比所述第一限制层薄；
在所述外延结构中形成基底和所述基底上的台面，所述基底限定微LED的发光表面并包括所述电流扩散层；所述台面包括所述第二限制层、所述光产生区域和限定所述台面的顶部的所述接触层；和
在所述接触层上形成反射触点，以将从所述光产生区域发射的光的一部分反射到所述发光表面。


22.根据权利要求21所述的方法，其中：
第一类型掺杂是n型掺杂，并且所述第二类型掺杂是p型掺杂；或者
所述第一类型掺杂是p型掺杂，并且所述第二类型掺杂是n型掺杂。


23.根据权利要求21所述的方法，还包括将所述衬底与所述外延结构分离以暴露所述发光表面。


24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述光产生区域包括位于所述台面的抛物面焦点处的量子阱。


25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述光产生区域包括位于由所述反射触点反射的光的波腹处的量子阱。

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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·玛斯奥贝尔，斯蒂芬·吕特根，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US