一种微型发光元件及其制备方法、显示装置与流程

1.本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种微型发光元件及其制备方法、显示装置。


背景技术：

2.微元件技术是指在衬底上以高密度集成的微小尺寸的元件阵列。目前，微间距发光二极管(micro led)技术逐渐成为研究热门，工业界期待有高品质的微元件产品进入市场。高品质微间距发光二极管产品会对市场上已有的诸如lcd/oled的传统显示产品产生深刻影响。
3.微型发光元件中，由于p型电极和n型电极的高度差过大导致的led芯片在封装打线过程中存在虚焊或焊接压力过大的问题；同时，为了微型元件和电路板上键合良好，避免元件侧倾，微型元件的正、负电极需设置成等高。
4.目前，为了实现正负电极的等高设置，通常将外延结构分成位于凹槽两侧的第一外延结构和第二外延结构，p型电极位于第一外延结构表面，n型电极位于第二外延结构表面，从而使得所述led芯片中，n、p电极等高的技术方案，可参考专利号：cn201910827366.9，专利名称：led芯片及其制作方法；然而，由于小尺寸的微器件制作工艺难度增加，且n电极与n型半导体相连区域太小，会导致元件电性不稳定的技术问题；因此，前述技术方案对小尺寸(比如15um以下)的微型元件不适用。
5.有鉴于此，本发明人专门设计了一种微型发光元件及其制备方法、显示装置，本案由此产生。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种微型发光元件及其制备方法、显示装置，以实现小尺寸的微元件的正负电极等高，并解决其电性不稳定的技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种微型发光元件，包括衬底及位于所述衬底表面且呈阵列排布的若干个led芯粒，相邻两个led芯粒通过沟槽相互隔离，其中，各所述led芯粒包括：
9.层叠于所述衬底一侧表面的发光结构，所述发光结构包括通过凹槽分割形成等高的外延叠层及台面；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区以及第二型半导体层，所述凹槽裸露所述第一型半导体层的部分表面，且所述台面通过对所述第一型半导体层进行刻蚀所形成；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述发光结构；
10.第一电极，其层叠于所述台面的表面；
11.第二电极，其层叠于所述第二型半导体层背离所述有源区的一侧表面。
12.优选地，在所述凹槽内填充有绝缘材料。
13.优选地，所述绝缘材料通过离子注入的方式形成于所述凹槽内。
14.优选地，通过离子注入si或b离子于所述凹槽内形成绝缘区。
15.优选地，所述led芯粒还包括绝缘保护层，且所述绝缘保护层覆盖所述外延叠层的裸露面、所述凹槽以及所述台面的裸露面。
16.优选地，所述外延叠层在所述衬底上的投影面积不小于所述台面在所述衬底上的投影面积。
17.优选地，所述凹槽具有斜侧壁。
18.本发明提供了一种微型发光元件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
19.步骤s01、提供一衬底；
20.步骤s02、在所述衬底表面外延生长第一型半导体层，所述第一型半导体层的厚度与预生长的外延叠层的厚度相同；
21.步骤s03、在所述第一型半导体层表面预设多个发光阵列，将各所述发光阵列所对应的第一型半导体层的局部区域蚀刻形成台面及底面；
22.步骤s04、在所述第一型半导体层的表面，二次外延生长有源区以及第二型半导体层；
23.步骤s05、通过光刻、显影、刻蚀工艺，去除位于所述台面表面的有源区及第二型半导体层，并沿所述台面的外围形成裸露所述第一型半导体层的凹槽及通过所述凹槽与所述台面间隔设置的外延叠层，且所述外延叠层与所述台面具有相同高度；
24.步骤s06、通过蚀刻所述外延叠层产生若干个沟槽，以形成若干个间隔排布的发光阵列；且在各所述发光阵列的台面预留第一电极制作区域，在各所述发光阵列的外延叠层表面预留第二电极制作区域；
25.步骤s07、在各所述发光阵列的表面沉积绝缘保护层，所述绝缘保护层层叠于除第一电极制作区域和第二电极制作区域之外的外延叠层表面；
26.步骤s08、在各所述第一电极制作区域制作第一电极，在各所述第二电极制作区域制作第二电极，藉以形成呈阵列排布的若干个led芯粒。
27.本发明提供了另一种微型发光元件的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
28.步骤a01、提供一衬底；
29.步骤a02、在所述衬底表面外延生长第一型半导体层，所述第一型半导体层的厚度与预生长的外延叠层的厚度相同；
30.步骤a03、在所述第一型半导体层表面预设多个发光阵列，将各所述发光阵列所对应的第一型半导体层的局部区域蚀刻形成台面及底面；
31.步骤a04、在所述第一型半导体层的表面，二次外延生长有源区以及第二型半导体层；
32.步骤a05、通过光刻、显影、刻蚀工艺，去除位于所述台面表面的有源区及第二型半导体层；
33.步骤a06、沿所述台面的一侧，通过离子注入工艺形成绝缘凹槽及通过所述绝缘凹槽与所述台面间隔设置的外延叠层，且所述外延叠层与所述台面具有相同高度；
34.步骤a07、通过蚀刻所述外延叠层产生若干个沟槽，以形成若干个间隔排布的发光阵列；且在各所述发光阵列的台面预留第一电极制作区域，在各所述发光阵列的外延叠层表面预留第二电极制作区域；
35.步骤a08、在各所述发光阵列的表面沉积绝缘保护层，所述绝缘保护层层叠于除第一电极制作区域和第二电极制作区域之外的外延叠层表面；
36.步骤a09、在各所述第一电极制作区域制作第一电极，在各所述第二电极制作区域制作第二电极，藉以形成呈阵列排布的若干个led芯粒。
37.优选地，所述步骤a06通过离子注入si或b离子形成所述绝缘凹槽。
38.本发明还提供了一种显示装置，其具有上述任一项所述的led芯粒；优选地，可通过对上述的微型发光元件进行剥离衬底后转移led芯粒至目标基板而获得。
39.经由上述的技术方案可知，其发光结构包括通过凹槽分割形成等高的外延叠层及台面；所述外延叠层至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层、有源区以及第二型半导体层，所述凹槽裸露所述第一型半导体层的部分表面，且所述台面通过对所述第一型半导体层进行刻蚀所形成。基于上述结构，直接将第一型半导体层蚀刻形成台面后再二次外延形成外延叠层，并通过凹槽分割形成等高的外延叠层及台面，进而在所述台面和所述外延叠层表面即可一步到位实现等高的第一电极和第二电极；同时，由于所述台面是通过对所述第一型半导体层进行刻蚀所形成，因此可避免因发光元件尺寸小所引起的第一电极与第二型半导体材料接触所导致的短路问题；再者，也可确保第一电极与第一型半导体层的有效接触面积，解决发光元件电性不稳定的问题。
40.其次，在所述凹槽内填充有绝缘材料，进一步地，所述绝缘材料通过离子注入的方式形成于所述凹槽内，无需刻蚀工艺即可实现台面及外延叠层的相互绝缘，同时还可确保所述led芯粒具有更大的发光面积。
41.本发明还提供一种基于上述微型发光元件的制备方法，通过刻蚀实现凹槽以分割所述台面及外延叠层，在实现上述技术效果的同时，其操作简单，易于实现。
42.本发明还提供了另一种基于上述微型发光元件的制备方法，无需刻蚀工艺即可实现台面及外延叠层的相互绝缘，同时还可确保所述led芯粒具有更大的发光面积，其操作简单，易于实现。
43.本发明还提供一种显示装置，具有上述任一项所述的led芯粒，其结构简单、便于操作与实现。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
45.图1为本发明实施例1所提供的微型发光元件的结构示意图；
46.图1.1至图1.8为本发明实施例1所提供的微型发光元件的制作方法所对应的结构示意图；
47.图2为本发明实施例2所提供的微型发光元件的结构示意图；
48.图2.1至图2.9为本发明实施例2所提供的微型发光元件的制作方法所对应的结构示意图；
49.图中符号说明：3、led芯粒，301、衬底，302、第一型半导体层，303、有源区，304、第
二型半导体层，305、绝缘保护层，306、第二电极，307、第一电极，308、台面，309、底面，310、凹槽，311、外延叠层，312、绝缘凹槽，l、沟槽，h1、第一电极制作区域，h2、第二电极制作区域。
具体实施方式
50.为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.实施例1
52.如图1所示，一种微型发光元件，包括衬底301及位于衬底301表面且呈阵列排布的若干个led芯粒3，相邻两个led芯粒3通过沟槽l相互隔离，其中，各led芯粒3包括：
53.层叠于衬底301一侧表面的发光结构，发光结构包括通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308；外延叠层311至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304，凹槽310裸露第一型半导体层302的部分表面，且台面308通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成；第一方向垂直于衬底301，并由衬底301指向发光结构；
54.第一电极307，其层叠于台面308的表面；
55.第二电极306，其层叠于第二型半导体层304背离有源区303的一侧表面。
56.值得一提的是，衬底301的类型在本实施例的倒装led芯片不受限制，例如，衬底301可以是但不限于蓝宝石衬底301、硅衬底301等。另外，外延叠层311的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304的类型在本实施例中可以不受限制，例如，第一型半导体层302可以是但不限于氮化镓层，相应地，第二型半导体层3044可以是但不限于氮化镓层。
57.本发明实施例中不限定第一电极307、第二电极306的具体形状，只要满足第一电极307层叠于台面308的表面，第二电极306层叠于第二型半导体层304的表面即可；进一步地，第一电极307与台面308的包覆方式可以是全包覆、半包覆、局部包覆等，只要满足第一电极307和外延叠层311区域不交叉即可。
58.本发明实施例中，led芯粒3还包括绝缘保护层305，且绝缘保护层305覆盖外延叠层311的裸露面、凹槽310以及台面308的裸露面。
59.值得一提的是，绝缘保护层305的材料可以是但不限于sio2(二氧化硅)。
60.本发明实施例中，外延叠层311在衬底301上的投影面积不小于台面308在衬底301上的投影面积。
61.本发明实施例中，凹槽310具有斜侧壁。
62.本发明实施例还提供了一种微型发光元件的制备方法，制备方法包括如下步骤：
63.步骤s01、如图1.1所示，提供一衬底301；
64.步骤s02、如图1.2所示，在衬底301表面外延生长第一型半导体层302，第一型半导体层302的厚度与预生长的外延叠层311的厚度相同；
65.步骤s03、如图1.3所示，在第一型半导体层302表面预设多个发光阵列，将各发光阵列所对应的第一型半导体层302的局部区域蚀刻形成台面308及底面309；
66.步骤s04、如图1.4所示，在第一型半导体层302的表面，二次外延生长有源区303以及第二型半导体层304；
67.步骤s05、如图1.5所示，通过光刻、显影、刻蚀工艺，去除位于台面308表面的有源区303及第二型半导体层304，并沿台面308的外围形成裸露第一型半导体层302的凹槽310及通过凹槽310与台面308间隔设置的独立外延叠层311，且外延叠层311与台面308具有相同高度；
68.步骤s06、如图1.6所示，通过蚀刻外延叠层311产生若干个沟槽l，以形成若干个间隔排布的发光阵列；且在各发光阵列的台面308预留第一电极制作区域h1，在各发光阵列的外延叠层311表面预留第二电极制作区域h2；
69.步骤s07、如图1.7所示，在各发光阵列的表面沉积绝缘保护层305，绝缘保护层305层叠于除第一电极制作区域h1和第二电极制作区域h2之外的外延叠层311表面；
70.步骤s08、如图1.8所示，在各第一电极制作区域h1制作第一电极307，在各第二电极制作区域h2制作第二电极306，藉以形成呈阵列排布的若干个led芯粒3。
71.本发明实施例还提供了一种显示装置，其具有上述任一项的led芯粒3；可选地，可通过对上述的微型发光元件进行剥离衬底301后转移led芯粒3至目标基板而获得。
72.经由上述的技术方案可知，其发光结构包括通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308；外延叠层311至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304，凹槽310裸露第一型半导体层302的部分表面，且台面308通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成。基于上述结构，直接将第一型半导体层302蚀刻形成台面308后再二次外延形成外延叠层311，并通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308，进而在台面308和外延叠层311表面即可一步到位实现等高的第一电极307和第二电极306；同时，由于台面308是通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成，因此可避免因发光元件尺寸小所引起的第一电极307与第二型半导体材料接触所导致的短路问题；再者，也可确保第一电极307与第一型半导体层302的有效接触面积，解决发光元件电性不稳定的问题。
73.本发明实施例还提供一种基于上述微型发光元件的制备方法，通过刻蚀实现凹槽310以分割台面308及外延叠层311，在实现上述技术效果的同时，其操作简单，易于实现。
74.本发明还提供一种显示装置，具有上述任一项的led芯粒3，其结构简单、便于操作与实现。
75.实施例2
76.如图2所示，一种微型发光元件，包括衬底301及位于衬底301表面且呈阵列排布的若干个led芯粒3，相邻两个led芯粒3通过沟槽l相互隔离，其中，各led芯粒3包括：
77.层叠于衬底301一侧表面的发光结构，发光结构包括通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308；外延叠层311至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304，凹槽310裸露第一型半导体层302的部分表面，且台面308通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成；第一方向垂直于衬底301，并由衬底301指向发光结构；
78.第一电极307，其层叠于台面308的表面；
79.第二电极306，其层叠于第二型半导体层304背离有源区303的一侧表面。
80.值得一提的是，衬底301的类型在本实施例的倒装led芯片不受限制，例如，衬底301可以是但不限于蓝宝石衬底301、硅衬底301等。另外，外延叠层311的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304的类型在本实施例中可以不受限制，例如，第一型半导体层302可以是但不限于氮化镓层，相应地，第二型半导体层3044可以是但不限于氮化镓层。
81.本发明实施例中不限定第一电极307、第二电极306的具体形状，只要满足第一电极307层叠于台面308的表面，第二电极306层叠于第二型半导体层304的表面即可；进一步地，第一电极307与台面308的包覆方式可以是全包覆、半包覆、局部包覆等，只要满足第一电极307和外延叠层311区域不交叉即可。
82.本发明实施例中，在凹槽310内填充有绝缘材料。
83.进一步地，绝缘材料通过离子注入的方式形成于凹槽310内。
84.优选地，通过离子注入si或b离子于凹槽310内形成绝缘区。
85.本发明实施例中，led芯粒3还包括绝缘保护层305，且绝缘保护层305覆盖外延叠层311的裸露面、凹槽310以及台面308的裸露面。
86.值得一提的是，绝缘保护层305的材料可以是但不限于sio2(二氧化硅)。
87.本发明实施例中，外延叠层311在衬底301上的投影面积不小于台面308在衬底301上的投影面积。
88.本发明实施例中，凹槽310具有斜侧壁。
89.本发明提供了另一种微型发光元件的制备方法，制备方法包括如下步骤：
90.步骤a01、如图2.1所示，提供一衬底301；
91.步骤a02、如图2.2所示，在衬底301表面外延生长第一型半导体层302，第一型半导体层302的厚度与预生长的外延叠层311的厚度相同；
92.步骤a03、如图2.3所示，在第一型半导体层302表面预设多个发光阵列，将各发光阵列所对应的第一型半导体层302的局部区域蚀刻形成台面308及底面309；
93.步骤a04、如图2.4所示，在第一型半导体层302的表面，二次外延生长有源区303以及第二型半导体层304；
94.步骤a05、如图2.5所示，通过光刻、显影、刻蚀工艺，去除位于台面308表面的有源区303及第二型半导体层304；
95.步骤a06、如图2.6所示，沿台面308的一侧，通过离子注入工艺形成绝缘凹槽310及通过绝缘凹槽310与台面308间隔设置的外延叠层311，且外延叠层311与台面308具有相同高度；
96.步骤a07、如图2.7所示，通过蚀刻外延叠层311产生若干个沟槽l，以形成若干个间隔排布的发光阵列；且在各发光阵列的台面308预留第一电极制作区域h1，在各发光阵列的外延叠层311表面预留第二电极制作区域h2；
97.步骤a08、如图2.8所示，在各发光阵列的表面沉积绝缘保护层305，绝缘保护层305层叠于除第一电极制作区域h1和第二电极制作区域h2之外的外延叠层311表面；
98.步骤a09、如图2.9所示，在各第一电极制作区域h1制作第一电极307，在各第二电极制作区域h2制作第二电极306，藉以形成呈阵列排布的若干个led芯粒3。
99.本发明实施例中，步骤a06通过离子注入si或b离子形成绝缘凹槽310。
100.本发明实施例还提供了一种显示装置，其具有上述任一项的led芯粒3；具体地，可通过对上述的微型发光元件进行剥离衬底301后转移led芯粒3至目标基板而获得。
101.经由上述的技术方案可知，其发光结构包括通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308；外延叠层311至少包括沿第一方向依次堆叠的第一型半导体层302、有源区303以及第二型半导体层304，凹槽310裸露第一型半导体层302的部分表面，且台面308通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成。基于上述结构，直接将第一型半导体层302蚀刻形成台面308后再二次外延形成外延叠层311，并通过凹槽310分割形成等高的外延叠层311及台面308，进而在台面308和外延叠层311表面即可一步到位实现等高的第一电极307和第二电极306；同时，由于台面308是通过对第一型半导体层302进行刻蚀所形成，因此可避免因发光元件尺寸小所引起的第一电极307与第二型半导体材料接触所导致的短路问题；再者，也可确保第一电极307与第一型半导体层302的有效接触面积，解决发光元件电性不稳定的问题。
102.其次，在凹槽310内填充有绝缘材料，进一步地，绝缘材料通过离子注入的方式形成于凹槽310内，无需刻蚀工艺即可实现台面308及外延叠层311的相互绝缘，同时还可确保led芯粒3具有更大的发光面积。
103.本发明实施例还提供一种基于上述微型发光元件的制备方法，通过刻蚀实现凹槽310以分割台面308及外延叠层311，在实现上述技术效果的同时，其操作简单，易于实现。
104.本发明实施例还提供了另一种基于上述微型发光元件的制备方法，无需刻蚀工艺即可实现台面308及外延叠层311的相互绝缘，同时还可确保led芯粒3具有更大的发光面积，其操作简单，易于实现。
105.本发明还提供一种显示装置，具有上述任一项的led芯粒3，其结构简单、便于操作与实现。
106.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
107.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
108.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。