用于增加电流密度的LED结构的系统和方法技术方案

用于微型发光二极管(LED)的外延结构，包括半导体基板(102)，半导体基板(102)之上的N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增加电流密度的LED结构的系统和方法


[0001]本公开一般涉及发光二极管(LED)显示设备，更具体地，涉及用于增加LED的PN结电流密度的微型LED半导体器件和结构的系统和制备方法。

技术介绍

[0002]显示技术在当今商业电子设备中变得越来越流行。这些显示面板被广泛用于诸如液晶显示电视(LCD TVs)和有机发光二极管电视(OLED TVs)之类的固定大屏幕中以及诸如个人笔记本电脑、智能电话、平板电脑和可穿戴电子设备之类的便携式电子设备中。近年来随着迷你LED和微型LED技术的发展，诸如增强现实(AR)、投影、平视显示器(HUD)、移动设备显示器、可穿戴设备显示器和车载显示器之类的消费设备和应用都需要具有改进的效率和分辨率的LED面板。例如，集成在护目镜中并定位靠近佩戴者眼睛的AR显示器可以具有如指甲大小的尺寸，同时仍然要求HD(1280
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720像素)或更高的清晰度。
[0003]此外，有源矩阵液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器与薄膜晶体管(TFT)技术的结合在当今的商用电子设备中变得越来越流行。这些显示器广泛用于个人笔记本电脑、智能手机和个人数字助理。数百万像素一起在显示器上创建图像。TFT作为开关以单独打开和关闭每个像素，使像素或明或暗，允许方便有效地控制每个像素和整个显示器。
[0004]然而，传统的LCD显示器存在光效率低的缺点、导致高功耗和有限的电池运行时间。虽然有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示面板通常比LCD面板消耗更低的功率，但AMOLED显示面板仍然是电池供电设备中的主要功率消耗器件。为了延长电池寿命，需要降低显示面板的功耗。
[0005]传统的无机半导体发光二极管(LED)已展现出卓越的光效率，这使得有源矩阵LED显示器更适合电池供电的电子产品。驱动电路和发光二极管(LED)阵列被用来控制数以百万计的像素，在显示器上呈现图像。单色显示面板和全彩色显示面板都可以根据多种制备方法来生产。
[0006]然而，数千甚至数百万个微型LED与像素驱动电路阵列的集成很有挑战性。已经提出了各种制备方法。在一种方法中，控制电路制备在一块基板上，而LED制备在单独的基板上。LED被转移到中间基板并且原始基板被移除。然后中间基板上的LED被每次一个或几个的拾取并放置到具有控制电路的基板上。然而，这种制备工艺效率低、成本高且不可靠。此外，还没有现成的用于大规模转移微型LED的生产工具。因此，必须开发新的工具。
[0007]在另一种方法中，带有原始基板的整个LED阵列与控制电路对齐并使用金属键合方式键合到该控制电路。制备有LED的基板留在最终产品中，这可能会导致光串扰。另外，两个不同基板之间的热失配会在键合界面处产生应力，这会导致可靠性问题。此外，与单色显示面板相比，多色显示面板通常需要更多的LED、以及在不同基板材料上生长不同颜色的LED，从而使传统生产过程变得更加复杂和低效。
[0008]综上所述，需要提供一种用于显示面板的LED结构，以解决尤其是上述提到的缺点
中的一个或多个以及其它缺陷。

技术实现思路

[0009]需要改进的LED设计，其改进并有助于解决常规的显示系统的诸如上述缺点中的一个或多个。特别地，需要能够提高发光效率、制备效率、可靠性和分辨率的同时还能有效地保持低功耗的LED器件结构。
[0010]发光二极管(LED)是一种结型发光器件，LED的主要结构是P
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N结。在正向偏压下，P
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N结发出可见光或红外光。LED的发光效率取决于外延材料、欧姆接触电极、芯片结构、几何形状等。
[0011]显示面板利用诸如红色、绿色和蓝色的混合来显示各种颜色。显示面板的每个像素包括诸如红色、绿色和蓝色子像素的子像素。特定像素的颜色是基于子像素的叠加颜色来确定的。显示面板所形成的图像取决于每个像素所形成的组合。
[0012]在一些实施例中，多色LED器件集成了至少两个水平放置在显示面板上的像素区域内的独立区域中的微型LED结构。在一些实施例中，制备多个发光层通过键合形成层叠结构，作为多色LED器件的起始结构。多个发光层中的每一层配置为发射不同颜色的光。发光层的数量对应于显示面板的像素区域内LED结构的数量。例如，如果多色LED器件包括两个子像素，则在多色LED制备过程期间需要层叠的发光层的数量为二。在另一示例中，如果多色LED器件包括三个子像素，则在多色LED制备过程期间需要层叠的发光层的数量为三。在一些实施例中，多个层叠的LED结构竖向同轴地对齐，即，多个LED结构沿相同的公共中心轴线对齐。
[0013]在一些实施例中，层叠的LED结构允许从底部LED结构发出的光穿过中间LED结构和顶部LED结构，并允许从中间LED结构发出的光穿过顶部LED结构。层叠的LED结构的组合颜色将是单像素层叠的LED器件最终所发出光的颜色。
[0014]间距是指显示面板上相邻像素中心之间的距离。在一些实施例中，间距可以从约40微米变化至约20微米、至约10微米、和/或优选地至约5微米或更小。已经做出许多努力来减小间距。当间距规格确定，单个像素区域就固定了。
[0015]相较于用于微型LED显示芯片的依赖低效的拾取和放置工艺的传统制备工艺，本文所公开的微型
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LED制备工艺有效地提高了微型
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LED器件制备的可靠性和发光效率，简化了LED像素器件结构并减少对LED器件的外延层的损伤。例如，通过限制流经在边缘处氧化的层或氧化环的电流来提高PN结电流密度。在另一示例中，使用两次转移工艺来制备有光从LED器件的p侧射出的LED器件。另外，最终的多色器件中不保留用于微型
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LED结构的基板，因此可以减少串扰和失配。
[0016]另外，由于各LED发光层中的每一层为PN结，在一些实施例中，在层叠结构中各LED发光层中每一层内P
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型区层和N
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型区层的相对位置，例如上(最靠近LED的发光面)和下(最靠近LED的支撑基板)位置，是不一致的。这使多色LED结构内的电极连接具有灵活性和高效率。
[0017]本公开包括但不限于以下示例性实施例。
[0018]本公开的一些示例性实施例包括一种微型发光二极管(LED)芯片结构。微型LED芯片结构包括：半导体基板；在半导体基板的表面上的电接触层；在半导体基板之上的第一类
型导电层；在第一类型导电层之上的有源发光层；以及在有源发光层之上的第二类型导电层。在一些实施例中，第二类型导电层的厚度小于第一类型导电层的厚度，第二类型导电层的表面是在有机材料层被去除后得到的。
[0019]本公开的一些示例性实施例包括一种微型发光二极管(LED)芯片结构。微型LED芯片结构包括：半导体基板；在半导体基板的表面上的电接触层；在半导体基板之上的第一类型导电层；在第一类型导电层之上的有源发光层；以及在有源发光层之上的第二类型导电层。在一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微型发光二极管(LED)芯片结构，包括：半导体基板；在所述半导体基板的表面上的电接触层；在所述半导体基板之上的第一类型导电层；在所述第一类型导电层之上的有源发光层；以及在所述有源发光层之上的第二类型导电层；其中所述第二类型导电层的厚度小于所述第一类型导电层的厚度，所述第二类型导电层的表面是在有机材料层被去除后得到的。2.一种微型发光二极管(LED)芯片结构，包括：半导体基板；在所述半导体基板的表面上的电接触层；在所述半导体基板之上的第一类型导电层；在所述第一类型导电层之上的有源发光层；以及在所述有源发光层之上的第二类型导电层；其中所述第二类型导电层的表面是在有机材料层被去除后得到的。3.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述有源发光层与所述第二类型导电层之间的第二类型间隔物层，其中所述第二类型间隔物层用于与所述有源发光层和所述第一类型导电层形成PN结结构，并且所述第二类型导电层包括第二类型导电过渡层中的一个或多个。4.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述第一类型导电层为N
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型层，所述第二类型导电层为P
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型层。5.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述半导体基板为集成电路(IC)基板。6.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述电接触层为金属键合层，并且所述半导体基板与所述第一类型导电层通过键合工艺键合在一起。7.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型导电层为P
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型GaP层，并且所述第一类型导电层为N
‑
型GaAs层。8.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第一类型导电层与所述有源发光层之间的第一类型包覆层。9.根据权利要求8所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第一类型包覆层内的氧化层。10.根据权利要求8所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第一类型导电层与所述第一类型包覆层之间的氧化层。11.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第二类型导电层与所述有源发光层之间的第二类型包覆层。12.根据权利要求11所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第二类型包覆层内的氧化层。13.根据权利要求11所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第二类型导电层与所述第二类型包覆层之间的氧化层。
14.根据权利要求9、10、12、以及13中任一项所述的微型LED芯片结构，其中所述氧化层的材料为Al
x
OGa1‑
x
As，x大于或等于0.9且小于1。15.根据权利要求8所述的微型LED芯片，其中所述第一类型包覆层的材料为AlInP。16.根据权利要求11所述的微型LED芯片，其中所述第二类型包覆层包括AlInP、Al
x
Ga1‑
x
InP(x大于0且小于1)、GaInP中的一层或多层。17.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片，其中所述有机材料层为紫外线(UV)可固化键合层。18.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型导电层的厚度与所述第一类型导电层的厚度的比为0.025至100。19.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型导电层的厚度与所述第一类型导电层的厚度的比为1.5至2。20.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，进一步包括在所述第二类型导电层与所述有源发光层之间的第二类型包覆层，其中所述第二类型导电层包括第二类型导电过渡层。21.根据权利要求20所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型包覆层的厚度与所述第二类型导电过渡层的厚度的比为0.02至120。22.根据权利要求20所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型包覆层的厚度与所述第二类型导电过渡层的厚度的比为1至2.5。23.根据权利要求1或权利要求2所述的微型LED芯片结构，其中所述第二类型导电层在从所述半导体基板到所述第一类型导电层的方向上依次包括下第二类型导电过渡层、中第二类型导电过渡层和上第二类型导电过渡层。24.根据权利要求23所述的微型LED芯片结构，其中所述下第二类型导电过渡层的导电率小于所述中第二类型导电过渡层的导电率，并且所述中第二类型导电过渡层的导电率小于所述上第二类型导电过渡层的导电率。25.根据权利要求11所述的微型LED芯片，其中所述第二类型包覆层包括AlInP、和Al
x
Ga1‑
x
InP(x大于或等于0且小于或等于1)中的一层或多层。26.一种用于微型发光二极管(LED)的外延结构，包括：半导体基板；在所述半导体基板之上的第一导电类型的导电层；在所述第一导电类型的所述导电层之上的所述第一导电类型的包覆层；在所述第一导电类型的所述包覆层内的第一氧化层；在所述第一导电类型的所述包覆层之上的有源发光层；在所述有源发光层之上的第二导电类型的包覆层；以及在所述第二导电类型的所述包覆层之上的所述第二导电类型的导电层。27.根据权利要求26所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李起鸣，方安乐，
申请(专利权)人：上海显耀显示科技有限公司，
类型：发明
国别省市：