一种发光二极管及其制造方法及发光模组、发光装置与流程

本发明涉及半导体器件领域，具体地，涉及一种发光二极管及其制造方法及发光模组、发光装置。

背景技术：

1、随着技术的发展，micro-led(micro light emitting diode，微型发光二极管)显示已经广泛应用，其被广泛地应用到背光、vr屏幕、手机显示屏、小型显示屏等领域。特别是作为应用在ar和vr等微型显示上的micro-led芯片显示技术相比其他显示技术有着无可比拟的优势，例如高亮度和高像素密度超出了其他微型显示技术的理论极限。微型led制造需要高度精确和先进的技术，包括纳米加工和薄膜转移，外延生长和电极沉积等关键步骤对发光二极管的性能至关重要。

2、现有技术中micro-led的制造通常包括以下步骤：1.外延生长，将氮化镓(gan)、铟镓氮(ingan)或者铝镓铟磷(algainp)等化合物半导体材料沉积在蓝宝石或氮化镓或者砷化镓衬底上，形成具有发光特性的外延层；2.薄膜转印，将外延层与衬底分离，并将其转印到柔性或可拉伸的基板上，例如聚酰亚胺薄膜；3.电极沉积，在薄膜表面沉积金属电极，电极用于向led提供电能并产生光；4.器件定义，使用光刻和蚀刻等技术对薄膜进行图案化，定义单个微型led器件。这个过程涉及精确控制led的几何形状和尺寸；5.芯片分离，将定义好的微型led芯片从薄膜上分离出来，通常使用激光切割或切割机；6.固品，将微型led芯片放置在电路板上或其他基板上，并使用胶水或焊料进行固定。

3、micro led尺寸越来越小，导致侧壁的表面复合增多，非辐射复合率变大，造成发光发光效率骤降。如上所述，目前在micro led芯片的定义采用干蚀刻技术，蚀刻过程会加重侧壁缺陷，亮度下降更为明显。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术在micro led芯片制造方面存在的问题，本申请提供一种发光二极管及其制造方法及发光模组、发光装置，本发明的发光二极管中，外延结构包括第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，有源层及第二导电类型半导体层包裹第一导电类型半导体层的侧壁，本发明的发光二极管侧壁缺陷减少，辐射复合率增加，亮度提升。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明一方面提供了一种发光二极管，其包括：

3、外延结构，所述外延结构包括依次叠置的第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，其中所述有源层和所述第二导电类型半导体层依次覆盖所述第一导电类型半导体层的至少部分侧壁。

4、本发明的另一方面提供一种发光二极管制造方法，包括以下步骤：

5、提供一生长衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；

6、在所述生长衬底的所述第一表面侧形成图形化结构，所述图形化结构包括周期排列的凸起结构以及与所述凸起结构互补的凹陷区域；

7、在所述生长衬底上依次生长第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层，以形成外延结构，所述外延结构至少形成在所述凸起结构上方，并且所述凸起结构上方的所述外延结构中，所述有源层和所述第二导电类型半导体层覆盖所述第一导电类型半导体层的至少部分侧壁；

8、去除所述生长衬底以及所述凹陷区域的外延结构。

9、本发明的又一方面提供一种发光模组，其包括基板以及固定至所述基板的发光单元，所述发光单元包括本发明提供的发光二极管。

10、本发明的又一方面提供一种发光装置，其包括若干发光体，所述发光体包括至少一个本发明提供的发光模组。

11、如上所述，本发明提供的发光二极管及其制造方法及发光模组、发光装置，至少具备如下有益技术效果：

12、本发明的发光二极管中，外延结构包括依次叠置的第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，其中，有源层和第二导电类型半导体层依次覆盖第一导电类型半导体层的至少部分侧壁。该外延结构特征减少外延结构侧壁处的缺陷，减少外延结构的非辐射复合，提高外延结构的发光效率。另外，有源层及第二导电类型半导体层同时还覆盖第一导电类型半导体层的侧壁，由此在侧壁处也能形成辐射复合区，进一步提高出光效率。

13、本发明在制造上述发光二极管时，将生长衬底的第一表面形成为图形化的表面，图形化结构包括凸起结构以及与凸起结构互补的凹陷区，在生长衬底上生长外延结构之后，去除生长衬底以及形成在凹陷区域的外延结构，保留下来的凸起结构上方的外延结构形成发光二极管。如上所述，本发明的方法中不采用干法蚀刻来分割发光二极管，通过剥离衬底以及激光去除凹陷区域的外延结构，形成独立的发光二极管。因此，相应地减少了因干法蚀刻带来的侧壁缺陷，减少了这些缺陷导致的非辐射复合，由此提高外延结构的发光效率。

14、另外，生长衬底的上述图形化结构，能够保证外延结构层分别在凸起结构和凹陷区域依其外形层叠式生长，而不会在凸起结构和凹陷区域之间横向生长，由此能够使得外延结构沿凸起结构的侧壁部分形成包覆凸起结构侧壁的层叠结构，由此便于后续的外延结构分离形成独立的发光二极管。

技术特征：

1.一种发光二极管，其特征在于，包括外延结构，所述外延结构包括在第一方向上依次叠置的第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，在与所述第一方向相交的第二方向上，所述有源层和所述第二导电类型半导体层依次覆盖所述第一导电类型半导体层的至少部分侧壁。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括绝缘保护层，覆盖所述外延结构的表面。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括电极结构，形成在所述第一导电类型半导体层一侧，与所述第一导电类型半导体层相对的所述第二导电类型半导体层一侧为所述发光二极管的出光侧；所述电极结构包括：与所述第一导电类型半导体层连接的第一电极，以及与所述第二导电类型半导体层连接的第二电极。

4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，还包括电极结构，形成在所述第二半导体层一侧，与所述第二导电类型半导体层相对的所述第一导电类型半导体层一侧为所述发光二极管的出光侧，所述电极结构包括：与所述第一导电类型半导体层连接的第一电极，以及与所述第二导电类型半导体层连接的第二电极。

5.根据权利要求3或4所述的发光二极管，其特征在于，还包括反射结构，包覆除所述出光侧以外的所述外延结构的表面。

6.一种发光二极管制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述凸起结构的纵向截面的顶部表面的边长介于10μm～20μm。

8.根据权利要求6所述的发光二极管制造方法，其特征在于，所述凸起结构的高度介于2μm～10μm。

9.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，相邻所述凸起结构的间隔距离介于5μm～20μm。

10.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，所述凸起结构的纵向截面形状为梯形结构或者倒梯形结构。

11.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于，去除所述生长衬底以及所述凹陷区域的外延结构还包括：

12.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，形成外延结构还包括：

13.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于，去除所述生长衬底以及所述凹陷区域的外延结构之后，还包括：

14.一种发光模组，其特征在于，包括基板以及固定至所述基板的发光单元，所述发光单元包括至少一个权利要求1～5中任意一项所述的发光二极管。

15.根据权利要求14所述的发光模组，其特征在于，所述基板中形成有cmos器件层，以及

16.一种发光装置，其特征在于，包括若干发光体，所述发光体包括至少一个权利要求14或15所述的发光模组。

技术总结
本发明提供一种发光二极管及其制造方法及发光模组、发光装置，本发明的发光二极管中，外延结构包括依次叠置的第一导电类型半导体层、有源层及第二导电类型半导体层，其中，有源层和第二导电类型半导体层依次覆盖第一导电类型半导体层的至少部分侧壁。该外延结构特征减少外延结构侧壁处的缺陷，减少外延结构的非辐射复合，提高外延结构的发光效率。另外，有源层及第二导电类型半导体层同时还覆盖第一导电类型半导体层的侧壁，由此在侧壁处也能形成辐射复合区，进一步提高出光效率。本发明在制造上述发光二极管时，将生长衬底的第一表面形成为图形化的表面，图形化结构包括凸起结构以及与凸起结构互补的凹陷区，在生长衬底上生长外延结构之后，去除生长衬底以及形成在凹陷区域的外延结构，保留下来的凸起结构上方的外延结构形成发光二极管，减少侧壁缺陷，减少这些缺陷导致的非辐射复合，由此提高发光二极管的发光效率。

技术研发人员：陈焯炜
受保护的技术使用者：泉州三安半导体科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18