CN118140316A - 微发光二极管和显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开微发光二极管和显示面板，所述微发光二极管包括半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一覆盖层、有源层和第二覆盖层；其特征在于：所述第一覆盖层包含由第一子层和第二子层交替堆叠形成的超晶格结构；所述第一子层由组合式Alx1Ga1‑x1InP材料组成；第二子层由Alx2Ga1‑x2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。本发明第一覆盖层和或第二覆盖层包含超晶格结构，可提升半导体外延叠层的晶体质量和微发光二极管的电流扩展的均匀性，从而提升微发光二极管在小电流密度下的发光效率。
Description
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及微发光二极管及制备方法和显示面板。
微型发光二极管（Micro-LED）具有自发光、高效率、低功耗、高亮度、高稳定性、超高分辨率与色彩饱和度、响应速度快、寿命长等优点，已经在显示、光通信、室内定位、生物和医疗领域获得了相关的应用，并有望进一步扩展到可穿戴/可植入器件、增强显示/虚拟现实、车载显示、超大型显示以及光通信/光互联、医疗探测、智能车灯、空间成像等多个领域，具有明确可观的市场前景。
微型LED的尺寸小于100μm，在微型LED的侧壁存在缺陷，会导致非辐射复合的产生，从而影响微型LED的发光效率。当微型LED的尺寸越来越小，其台面结构(Mesa)侧壁的缺陷造成非辐射复合的现象会越来越严重。
现有微型LED由于侧壁效应引起的非辐射复合，在小电流密度条件下发光效率低下，急需开发出一种提高小电流密度条件下的发光效率的微发光二极管。
为了提升微发光二极管的发光效率，本发明提出一种微发光二极管，包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一覆盖层、有源层和第二覆盖层；其特征在于：所述第一覆盖层包含由第一子层和第二子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第一子层由组合式Al
x1Ga
1-x1InP材料组成；第二子层由Al
x2Ga
1-x2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。
在一些可选的实施例中，x2-x1≥0.2。
在一些可选的实施例中，所述第一子层的Al组分的含量x1的范围为0.4≤x1＜1；所述第二子层的Al组分的含量x2的范围为0.6≤x1≤1。
在一些可选的实施例中，所述第一子层的厚度范围为1.5~15nm；第二子层的厚度范围为4~15nm。
在一些可选的实施例中，所述超晶格结构的周期数为10对以上。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层的上表面至有源层的上表面的距离为D1，D1小于等于150nm。
在一些可选的实施例中，所述微发光二极管还包含第一电流扩展层和第二电流扩展层，所述第一覆盖层位于第一电流扩展层之上，所述第二电流扩展层位于所述第二覆盖层之上。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层包括第一部分和第二部分，第一部分为所述第一子层和第二子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第二部分由AlInP材料组成，。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层的第一部分较第二部分靠近有源层。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层的第一部分的厚度范围为35~150nm，第二部分的厚度范围为150~350nm。
在一些可选的实施例中，所述第二覆盖层包含由第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层，所述第一子层由组合式Al
z1Ga
1-z1InP材料组成；第二子层由Al
z2Ga
1-z2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。
在一些可选的实施例中，所述第二覆盖层包含第一部分和第二部分，所述第一部分为第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层；第二部分由AlInP材料组成。
在一些可选的实施例中，所述第二覆盖层的第一部分较第二部分靠近有源层。
在一些可选的实施例中，所述微发光二极管还包含第一间隔层和第二间隔层，所述第一间隔层位于所述第一覆盖层和有源层之间，所述第二间隔层位于所述有源层和第二覆盖层之间。
在一些可选的实施例中，所述第一间隔层的厚度小于150nm，所述掺杂浓度低于1E17/cm
3。
在一些可选的实施例中，所述第二间隔层的厚度小于150nm，所述掺杂浓度低于1E17/cm
3。
本发明还提出一种微发光二极管，包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一覆盖层、有源层和第二覆盖层；其特征在于：所述第二覆盖层包含由第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第三子层由组合式Al
z1Ga
1-z1InP材料组成；第四子层由Al
z2Ga
1-z2InP材料组成，其中0＜z1＜z2≤1。
在一些可选的实施例中，z2-z1≥0.2。
在一些可选的实施例中，所述第三子层的Al组分的含量z1的范围为0.4≤z1＜1；所述第四子层的Al组分的含量z2的范围为0.6≤z2≤1。
在一些可选的实施例中，所述有源层辐射波长为550~950nm的光。
在一些可选的实施例中，所述发光二极管具有从2μm到5μm、5μm到10μm、10μm到20μm、20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度或长度或高度。
本发明还提出一种显示面板，所述显示面板包含前述任一项所述的发光二极管。
本发明提出一种微发光二极管，具有以下的有益效果：
（1）第一覆盖层采用超晶格结构，可与第一间隔层、有源层中的势垒层和阱层的晶格匹配性更佳，有效释放应力，从而提高近有源区的外延长晶质量，减少半导体外延叠层的晶体缺陷，提高载流子的有效复合；
（2）将P型覆盖层设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga
1-x2InP超晶格的结构，其中的Al
xGa
1-xInP可以优化P型覆盖层的价带边缘，从而增加P型覆盖层的空穴浓度，提高外量子效率；
（3）将N型覆盖层处设计为Al
z1Ga
1-z1InP/Al
z2Ga
1-z2InP超晶格的结构，可以通过提高电流扩展，尤其是小电流条件下可提高电子的迁移率，从而提高小电流条件下微发光二极管的外量子效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为本发明实施例1中所提到的微发光二极管的剖面示意图。
图2为本发明实施例1的微发光二极管的光电转换效率-电流密度的测试数据与传统结构的对比。
图3为本发明实施例1中所提到的微发光元件的剖面示意图。
图4为本发明实施例2中所提到的微发光二极管的剖面示意图。
图5为本发明实施例3中所提到的微发光二极管的剖面示意图。
图6为本发明实施例4中所提到的微发光二极管的剖面示意图。
图7~图13为本发明实施例5的制造微发光二极管的过程示意图。
图14为本发明实施例6的微发光二极管的剖面示意图。
图15为本发明实施例7的微发光二极管的剖面示意图。
图16为本发明实施例8的微发光二极管的剖面示意图。
图17为本发明实施例9的显示面板的剖面示意图。
附图标记：生长衬底：100；缓冲层：101；蚀刻截止层：102；第一电流扩展层：103；第一覆盖层：104；第一间隔层：105；有源层：106；第二间隔层：107；第二覆盖层：108；第二电流扩展层：109；欧姆接触层：110；基板：200；键合层：201；第一电极：203；第一电极的欧姆接触部分：203a；第二电极的欧姆接触部分：204a；第二电极：204；第一电极的焊盘电极：203b；第二电极的焊盘电极：204b；第一台面：S1；第二台面：S2；绝缘保护层：207；绝缘保护层的水平部分：2071；牺牲层：208；基架：250；桥臂：240；第一台面：S1；第二台面：S2；半导体外延叠层的第一表面：A1；半导体外延叠层的第二表面：A2。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例
1
本实施例提供一种微发光二极管，可解决现有技术中小电流密度下微发光二极管的发光效率低的技术问题。所述微发光二极管指的是微米级的发光二极管，由于微发光二极管的尺寸较小，因此其制作工艺跟传统发光二极管具有很大的区别，在本发明中的微发光二极管主要指尺寸，包含长度、宽度或者高度的范围为从大于等于2μm到小于5μm，从大于等于5μm到小于10μm，从大于等于10μm到小于20μm，从大于等于20μm到小于50μm或从大于等于50μm到小于等于100μm。该微型发光二极管可以广泛运用于显示等领域。
如图1所示，所述微发光二极管包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面A1和第二表面A2，包含第一类型半导体层、第二类型半导体层和位于所述第一类型半导体层和第二类型半导体层之间的有源层106，其中第一类型半导体层提供第一表面；第一台面S1，由所述半导体外延叠层凹陷露出的第一类型半导体层构成，第二台面S2，由所述第二类型半导体层构成；第一电极203，形成于第一台面S1之上，与所述第一类型半导体层形成电连接；第二电极204，形成于第二台面S2之上，与所述第二类型半导体层形成电连接。
半导体外延叠层可以通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor
Deposition，CVD)、外延生长(Epitaxy
Growth Technology)和原子束沉积 (Atomic Layer
Deposition，ALD)等方式形成在生长衬底100上。半导体外延叠层为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料，具体的可以是200~950nm的材料，如常见的氮化物，具体的如氮化镓基半导体外延叠层，氮化镓基外延叠层常见有掺杂铝、铟等元素，主要提供200~550nm波段的辐射；或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体外延叠层，主要提供550~950nm波段的辐射。
所述第一类型半导体层和第二类型半导体层可分别通过n型掺杂或p型掺杂以实现至少分别提供电子或空穴。n型半导体层可以掺杂有诸如Si、Ge或者Sn的n型掺杂物，p型半导体层可以掺杂有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或者Ba的p型掺杂物。当第一类型半导体层为n型半导体时，第二类型半导体层为p型半导体层；当第一类型半导体层为p型半导体层时，第二类型半导体层为n型半导体层。第一类型半导体层、有源层、第二导电型半导体层具体可以是铝镓铟氮、氮化镓、铝镓氮、铝铟磷、铝镓铟磷或砷化镓或铝镓砷等材料制作形成。在一些可选的实施例中，第一类型半导体层为n型半导体层，第二类型半导体层为p型半导体层；在一些可选的实施例中，第一类型半导体层为p型半导体层，第二类型半导体层为n型半导体层。
所述第一类型半导体层和第二类型半导体层分别包括为有源层106提供电子或空穴的第一覆盖层104和第二覆盖层108。为了提升电流扩展的均匀性，所述第一类型半导体层和第二类型半导层还包含第一电流扩展层103和第二电流扩展层109。为了防止第一覆盖层104和第二覆盖层108的掺杂物扩散进入有源层106，影响有源层106的晶体质量，优选在第一覆盖层104和有源层106之间存在第一间隔层105；在第二覆盖层108和有源层106之间存在第二间隔层107。
在本实施例中，第一类型半导体层包含P型电流扩展层103和P型覆盖层104；其中P型电流扩展层103起到电流扩展的作用，其扩展能力与厚度有关，本实施例中优选材料为Al
y1Ga
1-y1InP，厚度为2500~5000nm，所述P型掺杂浓度为2E18 ~5E18/cm
3。Al
y1Ga
1-y1InP中y1介于0.3~0.7，可保证P型电流扩展层的透光性。所述P型电流扩展103与第一电极203欧姆接触，形成电连接；所述P型电流扩展层103远离有源层106的一侧提供出光面。
所述第一间隔层105位于P型覆盖层104和有源层106之间，优选材料为Al
a1Ga
1-a1InP，所述第一间隔层105的厚度优选小于150nm，Al组分含量a1的范围为0.3 ~ 1；掺杂浓度低于1E17/cm
3。
所述第一覆盖层104由第一子层104a和第二子层104b交替堆叠形成的超晶格结构组成，所述第一子层104a由组合式Al
x1Ga
1-x1InP材料组成；第二子层104b由Al
x2Ga
1-x2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。在一些可选的实施例中，优选x2-x1≥ 0.2，更优选x2-x1≥0.4。所述第一子层104a的厚度为1.5~15nm，优选厚度为1.5~3.5nm，第二子层104b的厚度为4~15nm，优选厚度为4~6nm。所述超晶格层的周期数为10对以上，更优选为15对以上。
在一些可选的实施例中，所述第一覆盖层104的第一子层104a的Al组分的含量x1的范围为0.4≤x1＜1；所述第二子层104b的Al组分的含量x2的范围为0.6≤x2≤1。在本实施例中，优选所述第一子层104a为Al
x1Ga
1-x1InP，其中所述0.4≤x1＜1；所述第二子层为AlInP。
所述第一覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga1-x2InP超晶格的结构，可与第一间隔层105、有源层106中的阱层和势垒层的晶格匹配性更佳，提升有源区的晶体质量，减小晶体缺陷，提升载流子的有效复合，从而提升发光二极管的发光效率。同时将P型覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga
1-x2InP超晶格的结构，其中的Al
xGa
1-xInP可以优化P型覆盖层的价带边缘，从而增加P型覆盖层的空穴浓度，提高外量子效率。
所述第一覆盖层104的上表面至有源层106的第一表面的距离为D1，优选D1小于等于150nm，可保证第一覆盖层提供的载流子较快进入有源层106中，在有源层106中与第二覆盖层提供的载流子发生辐射复合，从而提升微发光二极管的发光效率。
有源层106为电子和空穴复合提供光辐射区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，有源层106可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。本实施例中有源层106为n个周期的量子阱结构，每个量子阱结构包含依次沉积的阱层和势垒层，其中势垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整有源层106中半导体材料的组成比，以期望辐射出目标波长的光。有源层106为提供电致发光辐射的材料层，如铝镓铟磷或铝镓砷，更优选的为铝镓铟磷，铝镓铟磷为单量子阱或者多量子阱。在本实施例中，优选半导体外延叠层为AlGaInP基或者GaAs基材料组成，所述有源层辐射波长为550~950nm的光线。
本实施例中所述量子阱结构的周期数n为2~100。所述阱层由Al
x3Ga
1-x3InP材料组成；所述势垒层由Al
yGa
1-yInP材料组成，其中0≤x3≤y≤1。所述阱层的厚度为 3~7nm；所述势垒层的厚度为4~8nm；所述垒层的Al组分含量y的范围为0.3~0.85。
所述第二间隔层107位于有源层106之上，所述第二间隔层107的材料优选为Al
b1Ga
1-b1InP，所述第二间隔层107的厚度优选小于150nm，所述第二间隔层107的 Al组分含量b1的范围为0.3 ~ 1；掺杂浓度低于1E17/cm
3。
第二类型半导体层包含第二覆盖层108、第二电流扩展层109和第二欧姆接触层110；其中所述第二覆盖层108的作用为有源层106提供电子，本实施例中优选所述第二覆盖层108为第三子层108a和第四子层108b交替堆叠形成的超晶格结构组成，所述第三子层108a由组合式Al
z1Ga
1-z1InP材料组成；第四子层108b由Al
z2Ga
1-z2InP材料组成，其中0＜z1＜z2≤1。在一些可选的实施例中，优选z2-z1≥0.2，更优选z2-z1≥0.4。所述第三子层108a的厚度为1.5~15nm，优选厚度为1.5~3.5nm，第四子层108b的厚度为4~15nm，优选厚度为4~6nm。所述超晶格层的周期数为10对以上，更优选为15对以上。
在一些可选的实施例中，所述第三子层108a的Al组分的含量z1的范围为0.4≤z1＜1；所述第四子层108b的Al组分的含量z2的范围为0.6≤z1≤1。在本实施例中，优选所述第三子层108a为Al
z1Ga
1-z1InP，其中所述0.4≤z1＜1；所述第四子层为 AlInP。n型掺杂常见的是Si掺杂，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。
第二覆盖层108设计为Al
z1Ga
1-z1InP/Al
z2Ga
1-z2InP超晶格的结构，可以提高电流扩展的均匀性，尤其是小电流条件下提高电子的迁移率，从而提高小电流条件下的微发光二极管的外量子效率。
第二电流扩展层109起到电流扩展的作用，其扩展能力与厚度有关，因此在本实施例中可根据具体的器件尺寸选择其厚度，较佳厚度控制在300nm以上，1200nm以下。本实施例中，优选所述第二电流扩展层109的厚度为300~800nm。本实施例中优选材料为GaP，n型掺杂浓度为6E17~2E18/cm
3，n型掺杂常见的是硅掺杂，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。
第二欧姆接触层110为与第二电极204形成欧姆接触，优选材料为GaP，掺杂浓度为1E19/cm
3，更优选为5E19/cm
3以上，以实现更好的欧姆接触。所示第二欧姆接触层109的厚度优选为40nm以上，150nm以下。本实施例中，优选所述第二欧姆接触层110的厚度为60nm。
第一电极203与第一类型半导体层接触的导电型金属可以选择自金、铂或银等，或者为透明导电氧化物，具体的可以为ITO，ZnO等；更优选的，第一电极203可为多层材料，如至少包括金锗镍、金铍、金锗、金锌等至少之一的合金材料，更优选的，第一电极203还可以包括一反射性金属，如金或者银，对自有源层辐射并穿透第一类型半导体层的电流扩展层104的部分光线反射会半导体外延叠层，并从出光侧出光。
所述第二电极204为了与第二类型半导体层的n型欧姆接触层109形成良好的欧姆接触，优选所述第二电极204与n型欧姆接触层109接触的材料可以为导电型金属如金、铂或银等；更优选的，第二电极206可以包括多层材料，其中至少包括金锗镍、金铍、金锗、金锌等至少之一的合金材料。更优选的，为了改善第二电极206与n型欧姆接触层225一侧的欧姆接触效果，可以至少包括一能够扩散至n型欧姆接触层109一侧的金属以改善欧姆接触电阻，为了促进扩散可以选择至少300℃以上的熔合。该扩散金属为可以直接接触n型欧姆接触层109一侧的金属，如金，铂或银等。
为了提高微发光二极管的可靠性，在所述微发光二极管的第一台面S1、第二台面S2和侧壁上具有绝缘保护层207（图1中未示出），所述绝缘保护层207为单层或者多层结构，由SiO
2，SiN
x，Al
2O
3，Ti
3O
5的至少一种材料形成。在一些可选的实施例中，所述绝缘保护层207为布拉格反射层结构，例如绝缘保护层207由Ti
3O
5和SiO
2两种材料交替堆叠形成。在本实施例中，所述绝缘保护层207的材料可以采用SiNx或者SiO
2，厚度为1μm以上。
本实施例中，所述第一电极203和第二电极204位于出光侧的相反侧，第一电极203和第二电极204可以通过出光侧的相反侧与外部电连接件进行接触，形成倒装的结构。因此所述的第一电极203和第二电极204包括欧姆接触部分203a和203a以及焊盘电极203b和203b，焊盘电极203b和203b可以是如金、铝、银、镍或锡等至少一层或其搭配，以实现第一电极203和第二电极204的固晶。第一电极203和第二电极204可以等高或不等高，在厚度方向上第一电极和第二电极的焊盘金属层不重叠。
本实施例中，所述第一覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga1-x2InP超晶格的结构，可与第一间隔层105、有源层106中的阱层和势垒层的晶格匹配性更佳，可有效释放应力，提升有源区的晶体质量，减小晶体缺陷，提升载流子的有效复合，从而提升发光二极管的发光效率。将P型覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga
1-x2InP超晶格的结构，其中的AlxGa1-xInP可以优化P型覆盖层的价带边缘，从而增加P型覆盖层的空穴浓度，提高外量子效率。同时第二覆盖层108设计为Al
z1Ga
1-z1InP/Al
z2Ga
1-z2InP超晶格的结构，可以提高电流扩展的均匀性，尤其是小电流条件下提高电子的迁移率，从而提高小电流条件下的发光二极管的外量子效率。如图2所示，利用本实施例中微发光二极管芯片，芯片水平尺寸为15x25μm，单颗芯片封装之后，进行光电转换效率（WPE）随电流（uA/ea）变化测试，在1uA/ea电流条件下，WPE从6.27%→6.86%，提升了9.4%。
图3为使用本实施例微发光二极管形成的微发光元件的示意图，所述微发光元件还包含支撑微发光二极管的基架250，所述基架250位于微发光二极管的下侧，用于连接微发光二极管和基架250的桥臂240；所述基架250包含基板200和键合层201，本实施例中所述键合层201的材料为BCB胶、硅胶、UV紫外胶或者树脂，桥臂240的材料包含介电质、金属或者半导体料，在一些实施例中，绝缘保护层207的水平部分2071可作为桥臂240，跨接在键合层201上，连接微发光二极管和基架250。
微发光二极管通过印刷印模转印与基架250分离，印刷印模材料为PDMS、硅胶、热解胶或UV紫外胶。在一些情况下，微发光二极管与基架之间具有牺牲层208，至少在特定情况下牺牲层208的移除效率高于微发光二极管，特定情况包括化学分解或物理分解，例如紫外光分解、蚀刻移除或者冲击移除等。
实施例
2
与实施例1中图1所示的微发光二极管相比，如图4所示，本实施例中的第一覆盖层104包括第一部分104-1和第二部分104-2，所述第一部分104-1由第一子层104a和第二子层104b交替堆叠形成的超晶格结构，第二部分由AlInP材料组成；所述第一部分104-1较第二部分104-2靠近有源层；所述第一覆盖层第一部分的厚度为35~150nm，第二部分的厚度为150~350nm。
第二覆盖层108包括第一部分108-1和第二部分108-2，所述第二覆盖层的第一部分108-1由第一子层108a和第二子层108b交替堆叠形成的超晶格结构，第二部分由AlInP材料组成；所述第一部分108-1较第二部分108-2靠近有源层；所述第二覆盖层第一部分108-1的厚度为35~150nm，第二部分108-2的厚度为150~350nm。
本实施例中的第一覆盖层和第二覆盖层包括第一部分和第二部分，第一部分由超晶格结构组成，第二部分由AlInP材料组成，可与间隔层、有源层中的阱层和势垒层的晶格匹配性更佳，可有效释放应力，提升有源区的晶体质量，减小晶体缺陷，提升载流子的有效复合，从而提升发光二极管的发光效率。将P型覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga
1-x2InP超晶格的结构，其中的Al
xGa
1-xInP可以优化P型覆盖层的价带边缘，从而增加P型覆盖层的空穴浓度，提高外量子效率。第二覆盖层108设计为Al
z1Ga
1-z1InP/Al
z2Ga
1-z2InP超晶格的结构，可以提高电流扩展的均匀性，尤其是小电流条件下提高电子的迁移率，从而提高小电流条件下的微发光二极管的外量子效率。
本实施例中第一覆盖层和第二覆盖层采用部分超晶格结构，本发明并不限于此实施例。在一些可选的实施例中，第一覆盖层为部分超晶格结构，第二覆盖层采用全部超晶格结构；在一些可选的实施例中，第一覆盖层采用全部超晶格结构，第二覆盖层为部分超晶格结构。通过第一覆盖层和或第二覆盖层采用超晶格结构，可提升微发光二极管在小电流密度下的发光效率。
实施例
3
与实施例1中图1所示的微发光二极管相比，如图5所示，本实施例中的第一覆盖层104为第一子层104a和第二子层104b交替堆叠形成的超晶格结构，第二覆盖层为AlInP材料，本实施例中第一覆盖层采用超晶格结构，可与第一间隔层105、有源层106中的阱层和势垒层的晶格匹配性更佳，可有效释放应力，提升有源区的晶体质量，减小晶体缺陷，提升载流子的有效复合，从而提升发光二极管的发光效率。将P型覆盖层104设计为Al
x1Ga
1-x1InP/Al
x2Ga
1-x2InP超晶格的结构，其中的Al
xGa
1-xInP可以优化P型覆盖层的价带边缘，从而增加P型覆盖层的空穴浓度，提高外量子效率。
实施例
4
与实施例1中图1所示的微发光二极管相比，如图6所示，本实施例中的第二覆盖层108为第一子层108a和第二子层108b交替堆叠形成的超晶格结构，第一覆盖层为AlInP材料，本实施例中的第二覆盖层108采用超晶格结构，可以提高电流扩展的均匀性，尤其是小电流条件下提高电子的迁移率，从而提高小电流条件下的发光二极管的外量子效率。
实施例
5
图7~图13显示了根据本实施例1中的微发光二极管的制造过程示意图，下面结合示意图对本实施例的微发光二极管的制造方法进行详细的描述。
首先，参见图7，提供一个外延结构，其具体包括以下步骤：提供一个生长衬底100，通过磊晶工艺如MOCVD外延生长半导体外延叠层，半导体外延叠层包括依次层叠在生长衬底100表面的缓冲层101以及蚀刻截止层102，用于移除外延生长衬底100，然后生长包括p型电流扩展层103，p型覆盖层104的第一类型半导体层，第一间隔层105，有源层106，第二间隔层107，包括n型覆盖层107、n型电流扩展层108和n型欧姆接触层109的第二类型半导体层。
本实施例生长衬底100采用常用的GaAs衬底，并根据生长衬底100设置缓冲层101的材料，应当注意的是，生长衬底100并不局限于GaAs，也可采用其他材料，例如GaP、InP等，对应的其上的缓冲层101的设置及材料可根据具体的生长衬底100进行选取。在缓冲层101上设置蚀刻截止层102，例如GaInP，为了便于后续生长衬底100的后续移除，较佳的设置较薄的蚀刻截止层102，其厚度控制在500nm以内，更优选的为200nm以内。
然后，参见图8，通过干法蚀刻方式移除部分的半导体外延叠层形成第一台面S1和第二台面S2，第一台面S1，由半导体外延叠层凹陷露出的第一类型半导体层构成，第二台面S2，由第二类型半导体层构成；形成侧壁，位于半导体外延叠层外边缘，位于第一台面S1和第二台面S2之间。
接着，参见图9，分别在第一台面S1和第二台面S2上分别制作第一电极203和第二电极204；其中第一电极203和第二电极204包括欧姆接触部分203a和204a，在欧姆接触部分上覆盖绝缘保护层207，并在绝缘保护层207上方开口形成焊盘电极203b和204b分别与欧姆接触部分203a和204a接触。所述欧姆接触部分203a和204a的材料可以例如Au/AuZn/Au，在本步骤中可对欧姆接触部分203a和204a进行熔合，使其与半导体外延叠层构形成良好的欧姆接触。所述绝缘保护层207优选采用SiNx或者SiO
2，厚度为1μm以上。在其它可选的实施例中， 所述绝缘保护层207可采用布拉格反射层结构，由两种不同折射率的材料交替堆叠形成。
接着，参见图10，在所述微发光二极管的表面上覆盖牺牲层208；较佳地，覆盖在侧壁上的牺牲层208的厚度为1μm以上，牺牲层208的材料可为氧化物、氮化物或者可选择性地相对于其他层被移除的材料。
接着，参见图11，在所述微发光二极管的牺牲层208上键合胶，如BCB胶，形成键合层201；
接着，参见图12，将分布微发光二极管的晶圆键合到基板200上。
接着，参见图13，剥离生长衬底100，移除缓冲层101和蚀刻截止层102。
接着，通过掩膜和蚀刻，移除微发光二极管边缘的第一类型半导体层，蚀刻停在绝缘保护层207上，形成独立芯粒，便于后续芯粒的分离，得到如图3所示的微型发光二极管。
最后，所述形成的微发光二极管通利用转印压印从基板210分离并转印至封装基板上。（图中未示出）
实施例
6
与实施例1中图1所示的微发光二极管相比，为了进一步提升从有源层106辐射出的光线从出光面中出射的效率，如图14所示，所述p型电流扩展层103的表面具有粗化结构，所述粗化结构由规则或者不规则的凸起组成。
实施例
7
与实施例1中图1所示的微发光二极管相比，如图15所示，所述第一电极203和第二电极204不同侧，本实施例中所述微发光二极管为垂直结构。所述p型电流扩展层103远离有源层106的一侧为出光面，所述n型欧姆接触层109和第二电极204之间可覆盖反射性金属或反射性绝缘介质层（图中未示出），对自有源层辐射并穿透第一类型半导体层的电流扩展层103的部分光线反射回半导体外延叠层，并从出光侧出光。
实施例
8
与实施例1中图4所述的微发光元件相比，如图16所示，所述微发光二极管通过键合层201键合在基板上200上，键合层201可为BCB胶或者PI，基板200可为蓝宝石衬底。本实施例中的微发光元件可通过激光剥离等方式转移到封装基板上。（图中未示出）
实施例
9
本实施例提供一种显示面板300，请参考图17，显示面板300包括如前述任意实施例的多个阵列排布的微型发光二极管，在图17中用放大显示的示意方式显示了一部分微型发光二极管1。
本实施例中，显示面板300为智能手机的显示屏对应的显示面板。其它实施例中，显示面板也可以是其它各类电子产品的显示面板，如电脑显示屏的显示面板，或者智能穿戴电子产品显示屏的显示面板等。
由于具有前述各实施例的微型发光二极管（微型发光二极管1），显示面板300具有前述各实施例微型发光二极管带来的优点。
需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
Claims (22)
- 微发光二极管，包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一覆盖层、有源层和第二覆盖层；其特征在于：所述第一覆盖层包含由第一子层和第二子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第一子层由组合式Al x1Ga 1-x1InP材料组成；第二子层由Al x2Ga 1-x2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：x2-x1≥0.2。
- 根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第一子层的Al组分的含量x1的范围为0.4≤x1＜1；所述第二子层的Al组分的含量x2的范围为0.6≤x2≤1。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一子层的厚度范围为1.5~15nm；第二子层的厚度范围为4~15nm。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述超晶格结构的周期数为10对以上。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层的上表面至有源层的上表面的距离为D1，D1小于等于150nm。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述微发光二极管还包含第一电流扩展层和第二电流扩展层，所述第一覆盖层位于第一电流扩展层之上，所述第二电流扩展层位于所述第二覆盖层之上。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层包括第一部分和第二部分，第一部分为所述第一子层和第二子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第二部分由AlInP材料组成。
- 根据权利要求8所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层的第一部分较第二部分靠近有源层。
- 根据权利要求8所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一覆盖层的第一部分的厚度范围为35~150nm，第二部分的厚度范围为150~350nm。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：所述第二覆盖层包含由第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层，所述第三子层由组合式Al z1Ga 1-z1InP材料组成；第四子层由Al z2Ga 1-z2InP材料组成，其中0＜x1＜x2≤1。
- 根据权利要求11所述的微发光二极管，其特征在于：所述第二覆盖层包含第一部分和第二部分，第一部分为所述第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第二部分由AlInP材料组成。
- 根据权利要求12所述的微发光二极管，其特征在于：所述第二覆盖层的第一部分较第二部分靠近有源层。
- 根据权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于：还包含第一间隔层和第二间隔层，所述第一间隔层位于所述第一覆盖层和有源层之间，所述第二间隔层位于所述有源层和第二覆盖层之间。
- 根据权利要求14所述的微发光二极管，其特征在于：所述第一间隔层的厚度小于150nm，所述掺杂浓度低于1E17/cm 3。
- 根据权利要求14所述的微发光二极管，其特征在于：所述第二间隔层的厚度小于150nm，所述掺杂浓度低于1E17/cm 3。
- 微发光二极管，包括：半导体外延叠层，具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面至第二表面方向包含依次堆叠的第一覆盖层、有源层和第二覆盖层；其特征在于：第二覆盖层包含由第三子层和第四子层交替堆叠形成的超晶格层；所述第三子层由组合式Al z1Ga 1-z1InP材料组成；第四子层由Al z2Ga 1-z2InP材料组成，其中0＜z1＜z2≤1。
- 根据权利要求17所述的微发光二极管，其特征在于：z2-z1≥0.2。
- 根据权利要求17所述的微发光二极管，其特征在于：所述第三子层的Al组分的含量z1的范围为0.4≤z1＜1；所述第四子层的Al组分的含量z2的范围为0.6≤z2≤1。
- 根据权利要求1或17所述的微发光二极管，其特征在于：所述有源层辐射波长为550~950nm的光。
- 根据权利要求1或17所述的微发光二极管，其特征在于：所述发光二极管具有从2μm到5μm、5μm到10μm、10μm到20μm、20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度或长度或高度。
- 一种显示面板，其特征在于：包含权利要求1~21中任一项所述的发光二极管。
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