本文所述的实施方案涉及发光二极管(LED)。更具体地，实施方案涉及用于在LED侧壁处减轻非辐射复合的LED结构。
背景技术：
平板显示面板在移动电子器件、电视机和大型室外标牌显示器等各种电子设备中越来越受欢迎。对更高分辨率的显示器以及更薄、重量更轻并且成本更低、屏幕更大的电子设备的需求在不断上升。常规的有机发光二极管(OLED)技术在薄膜晶体管(TFT)衬底上具有发射有机层。常规的液晶显示器(LCD)技术在TFT衬底上具有液晶层，并且具有背光单元。最近，已经提出将基于发射无机半导体的微型LED结合到高分辨率显示器中。
技术实现要素：
实施方案描述了发光结构(例如，LED)以及形成具有各种结构构型以减轻所述发光结构(例如，LED)侧壁的非辐射复合的发光结构(例如，LED)的方法。在一些实施方案中，发光结构构型将用于减轻载流子扩散到发光结构表面的发光结构侧壁表面扩散与用于内部限制电流注入区域的支柱结构结合。在一些实施方案中，发光结构包括在包覆层内调制掺杂分布和侧壁掺杂物分布以沿发光结构侧壁形成n-p超晶格。在一些实施方案中，发光结构包括选择性蚀刻包覆层以形成用于浅掺杂或再生长层的进入点。
在实施方案中，发光结构(例如，LED结构)包括主体(例如，LED主体)，该主体包括：掺杂有第一掺杂物类型的第一(例如，顶部)包覆层、阻挡层(例如，底部阻挡层)和介于第一包覆层和阻挡层之间的活性层。在此类实施方案中，支柱结构从主体的第一(例如，底部)表面伸出，并且支柱结构包括掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型的第二(例如，底部)包覆层。发光结构还可包括限制区域，该限制区域包括横跨主体的侧壁和主体的第一表面的掺杂物浓度。在实施方案中，掺杂物浓度由第二掺杂物类型形成并且从主体的侧壁向发光结构的中心竖直轴线侵蚀并且从主体的第一表面向活性层侵蚀，并且掺杂物浓度向主体内的发光结构的中心竖直轴线横向地侵蚀通过支柱结构的侧壁。例如，掺杂物浓度可从主体的侧壁向中心竖直轴线侵蚀，并且从主体的底表面向活性层侵蚀。掺杂物浓度还可在主体的支柱结构的侧壁上向中心竖直轴线横向地侵蚀。
在实施方案中，支柱结构从阻挡层的表面(例如，底表面)伸出，限制区域掺杂物浓度横跨阻挡层的表面(例如，底表面)，并且掺杂物浓度向阻挡层内的中心竖直轴线横向地侵蚀通过支柱结构的侧壁。例如，掺杂物浓度可在阻挡层内向中心竖直轴线并且在支柱结构的侧壁上横向地侵蚀。
在实施方案中，第一掺杂物类型为n型，第二掺杂物类型为p型，并且掺杂物浓度由Mg或Zn掺杂物形成。在实施方案中，适形钝化层形成在主体的侧壁、支柱结构的侧壁以及与主体相对的支柱结构的表面(例如，底表面)上并且横跨主体的侧壁、支柱结构的侧壁以及与主体相对的支柱结构的表面(例如，底表面)。开口可形成在支柱结构的表面上的适形钝化层中，并且导电触点(例如，底部导电触点)形成在支柱结构的表面(例如，底表面)上并且形成在适形钝化层的开口内。
在实施方案中，掺杂物浓度在阻挡层(例如，底部阻挡层)内向中心竖直轴线的侵蚀深度超出在活性层和第一(例如，顶部)包覆层内向中心竖直轴线的侵蚀深度。发光结构还可包括基部(例如，顶基部)，该基部包括第一(例如，底部)表面，并且主体从基部的第一表面伸出，并且基部的第一表面宽于主体。掺杂物浓度可横跨基部(例如，顶基部)的第一(例如，底部)表面，并且向与基部的第一(例如，底部)表面相对的基部的第二(例如，顶部)表面侵蚀。第二(例如，顶部)导电触点可形成在基部的第二(例如，顶部)表面上。在实施方案中，导电触点(例如，底部导电触点)通过焊接材料粘结到显示衬底上的接触垫。
在实施方案中，掺杂物浓度在阻挡层(例如，底部阻挡层)和活性层内向中心竖直轴线的侵蚀深度超出在第一(例如，顶部)包覆层内向中心竖直轴线的侵蚀深度。发光结构还可包括基部(例如，顶基部)，该基部包括第一(例如，底部)表面，并且主体从基部的第一表面伸出，并且基部的第一表面宽于主体。掺杂物浓度可横跨基部(例如，顶基部)的第一(例如，底部)表面，并且向与基部的第一(例如，底部)表面相对的基部的第二(例如，顶部)表面侵蚀。第二(例如，顶部)导电触点可形成在基部的第二(例如，顶部)表面上。在实施方案中，导电触点(例如，底部导电触点)通过焊接材料粘结到显示衬底上的接触垫。
在实施方案中，发光结构(例如，LED结构)包括主体(例如，LED主体)，该主体包括：掺杂有第一掺杂物类型的第一(例如，顶部)包覆层、掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型的第二(例如，底部)包覆层，以及介于第一包覆层和第二包覆层之间的活性层。包括掺杂物浓度的限制区域可横跨第一(例如，顶部)包覆层、活性层和第二(例如，底部)包覆层的侧壁，其中掺杂物浓度从第一包覆层、活性层和第二包覆层的侧壁向发光结构的中心竖直轴线侵蚀。在实施方案中，第一掺杂物类型为n型，第二掺杂物类型为p型，并且掺杂物浓度由Mg或Zn p掺杂物形成。在实施方案中，掺杂物浓度不延伸至与活性层相对的第一(例如，顶部)包覆层的表面(例如，顶表面)。发光结构可包括第一(例如，顶部)包覆层的侧壁上的p-n结。在实施方案中，第一包覆层包括在彼此顶部交替的n-区域和n+区域。例如，n-区域在重叠该n-区域的掺杂物浓度的部分具有的n掺杂物浓度小于p掺杂物浓度。n+区域在重叠n+区域的掺杂物浓度的部分具有的n掺杂物浓度大于p掺杂物浓度。
在实施方案中，发光结构(例如，LED结构)包括主体(例如，LED主体)，该主体包括：掺杂有第一掺杂物类型的第一(例如，顶部)包覆层、掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型的接触层(例如，底部接触层)，以及介于第一包覆层和接触层之间的活性层。另外，主体可包括：介于接触层和活性层之间的第二(例如，底部)包覆层，该第二包覆层掺杂有第二掺杂物类型；介于第一包覆层和活性层之间的第一(例如，顶部)阻挡层；以及介于第二包覆层和活性层之间的第二(例如，底部)阻挡层。在实施方案中，第一(例如，顶部)包覆层和第二(例如，底部)包覆层的横向边缘比第一(例如，顶部)阻挡层、活性层和第二(例如，底部)阻挡层的侧横边缘更靠近主体的中心竖直轴线。在实施方案中，第一掺杂物类型为n型，第二掺杂物类型为p型。发光结构还可包括限制区域，该限制区域包括横跨n掺杂的第一(例如，顶部)包覆层、第一(例如，顶部)阻挡层、活性层、第二(例如，底部)阻挡层、p掺杂的第二(例如，底部)包覆层和p掺杂接触层的横向边缘的p掺杂物浓度。在实施方案中，p掺杂物浓度占据的活性层的体积大于占据的第一(例如，顶部)阻挡层的体积，并且p掺杂物浓度占据的活性层的体积大于占据的第二(例如，底部)阻挡层的体积。
在实施方案中，发光结构(例如，LED结构)包括主体(例如，LED主体)，该主体包括：掺杂有第一掺杂物类型的第一(例如，顶部)包覆层；掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型的接触层(例如，底部接触层)；介于第一包覆层和接触层之间的活性层；介于接触层和活性层之间的第二(例如，底部)包覆层；掺杂有第二掺杂物类型的第二包覆层；以及介于第一包覆层和活性层之间的阻挡层(例如，顶部阻挡层)。在实施方案中，第一(例如，顶部)包覆层和第二(例如，底部)包覆层的横向边缘比阻挡层(例如，顶部阻挡层)和活性层的横向边缘更靠近主体的中心竖直轴线。在实施方案中，第一掺杂物类型为n型，第二掺杂物类型为p型。发光结构还可包括再生长层，该再生长层直接处于第一(例如，顶部)包覆层、阻挡层、活性层、第二(例如，底部)包覆层和接触层的横向边缘上。再生长层可掺杂有掺杂物诸如Te或Fe。在实施方案中，再生长层直接填充接触层(例如，底部接触层)和活性层之间的体积，并且横向靠近第二(例如，底部)包覆层。
附图说明
图1A为根据实施方案的本体LED衬底的示意性横截面侧视图图示。
图1B为根据实施方案的多个量子阱(MQW)活性层的示意性横截面侧视图图示。
图2为根据实施方案示出形成包括支柱结构和表面掺杂的LED的方法的流程图。
图3为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽和台面结构阵列的示意性横截面侧视图图示。
图4为根据实施方案形成在台面结构阵列上的支柱结构阵列的示意性横截面侧视图图示。
图5A为根据实施方案的浅表面掺杂分布的示意性横截面侧视图图示。
图5B为根据实施方案的深表面掺杂分布的示意性横截面侧视图图示。
图5C为根据实施方案形成在设备层中的沟槽阵列和顶基部的示意性横截面侧视图图示。
图6为根据实施方案形成在支柱结构和台面结构阵列上的图案化钝化层的示意性横截面侧视图图示。
图7为根据实施方案形成在图案化钝化层中的开口内的底部导电触点阵列的示意性横截面侧视图图示。
图8为根据实施方案形成在支柱结构和台面结构阵列上的图案化牺牲剥离层的示意性横截面侧视图图示。
图9为根据实施方案通过稳定化层粘结到承载衬底的图案化本体LED衬底的示意性横截面侧视图图示。
图10为根据实施方案的LED阵列的示意性横截面侧视图图示，该LED阵列包括顶基部、主体以及由稳定化柱阵列支撑的支柱结构。
图11为根据实施方案的LED阵列的示意性横截面侧视图图示，该LED阵列包括主体以及由稳定化柱阵列支撑的支柱结构。
图12A-12B为根据实施方案的LED的示例性横截面侧视图图示，该LED具有顶基部、主体、支柱结构以及具有深表面掺杂分布的限制区域。
图13A-13B为根据实施方案的LED的示例性横截面侧视图图示，该LED具有顶基部、主体、支柱结构以及具有浅表面掺杂分布的限制区域。
图14为根据实施方案的LED的示例性横截面侧视图图示，该LED具有主体、支柱结构以及具有深表面掺杂分布的限制区域。
图15为根据实施方案的LED的示例性横截面侧视图图示，该LED具有主体、支柱结构以及具有浅表面掺杂分布的限制区域。
图16为根据实施方案示出形成LED的方法的流程图，该方法包括晶圆级掺杂。
图17为根据实施方案的本体LED衬底的示意性横截面侧视图图示。
图18根据实施方案包括具有调制掺杂的包覆层的本体LED衬底的示意性横截面侧视图图示。
图19A-19B为根据实施方案的形成在本体LED衬底中的掺杂物阱的示例性横截面侧视图图示。
图19C根据实施方案的n-p超晶格的近距离示例性横截面侧视图图示，其中掺杂物阱通过调制掺杂与包覆层重叠。
图20A-20B为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽和台面结构阵列的示意性横截面侧视图图示。
图21A-21B为根据实施方案包括掺杂侧壁的LED的示例性横截面侧视图图示。
图22A-22B为根据实施方案包括沿LED侧壁的n-p超晶格的LED的示例性横截面侧视图图示。
图23为根据实施方案形成LED的方法的流程图，该方法包括选择性蚀刻包覆层和浅掺杂。
图24为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽和台面结构阵列的示意性横截面侧视图图示。
图25为根据实施方案的选择性蚀刻的包覆层的示意性横截面侧视图图示。
图26为根据实施方案的浅掺杂分布的示意性横截面侧视图图示。
图27A-27D为根据实施方案的包括选择性蚀刻的包覆层和浅掺杂的LED的示例性横截面侧视图图示。
图28为根据实施方案形成LED的方法的流程图，该方法包括选择性蚀刻包覆层和再生长。
图29为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽和台面结构阵列的示意性横截面侧视图图示。
图30为根据实施方案的选择性蚀刻的包覆层的示意性横截面侧视图图示。
图31为根据实施方案的再生长层的示意性横截面侧视图图示。
图32A-32B为根据实施方案包括选择性蚀刻的包覆层和再生长层的LED的示例性横截面侧视图图示。
图33A-33D为根据实施方案形成具有选择性蚀刻的活性区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。
图34A-34C为根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。
图35A-35C为根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。
图36A-36C为根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。
图37A-37E为根据实施方案形成LED的方法的示例性横截面侧视图图示，该方法包括形成台面沟槽和台面结构阵列。
图38为根据实施方案集成在底板上的LED的示意性横截面侧视图图示。
图39为根据实施方案的显示系统的示意性图示。
具体实施方式
实施方案描述了LED以及形成具有各种结构构型以减轻LED侧壁的非辐射复合的LED的方法。具体地，实施方案描述了微型LED以及形成具有各种结构构型以减轻微型LED侧壁的非辐射复合的LED的方法。根据实施方案，微型LED可由基于无机半导体的材料形成，并且在侧壁之间具有1μm至300μm、1μm至100μm、1μm至20μm、或更具体地1μm至10μm诸如5μm的最大横向尺寸，其中LED横向尺寸接近载流子扩散长度。
已观察到，发射LED并且特别是微型LED的侧壁可表示注入的载流子的非辐射复合汇。这可能是由于侧壁的特征在于不饱和键、化学污染和结构损伤(特别是在采用干法蚀刻的情况下)。注入的载流子在与这些缺陷相关联的状态下发生非辐射复合。因此，LED的周边可能是光学死角，并且LED的整体效率降低。这种非辐射复合也可能是表面能带弯曲的结果，导致密度状态为电子和空穴可被限制直至它们发送非辐射结合。根据实施方案，发生侧壁表面效应的特征距离与载流子扩散长度有关，该距离可通常为1μm至10μm。因此，在LED横向尺寸接近载流子扩散长度的微型LED中，效率下降尤其严重。
此类非辐射复合可能对LED器件效率具有显著影响，特别是当LED在其特征内部量子效率(IQE)曲线的预下垂区域中以低电流密度驱动时，其中电流无法使缺陷饱和。根据实施方案，描述了侧壁表面改性、电流限制结构以及它们的组合，使得活性层的外部或侧表面附近的非辐射复合的量可以减少并且LED期间的效率增加。
在一个方面，实施方案描述了LED结构，该LED结构包括掺杂的限制区域(例如，p掺杂)，该掺杂的限制区域包括横跨LED主体的侧壁和底部阻挡层的底表面的掺杂物(例如，Mg、Zn)浓度，包括掺杂包覆层(例如，p掺杂)的支柱结构从底部阻挡层的底表面伸出。因此，实施方案描述了将用于减轻载流子扩散到LED表面的LED主体侧壁表面改性与用于内部限制电流注入区域的支柱结构结合的LED构型。这可能1)减少扩散到侧壁表面的载流子，2)屏蔽费米能级钉扎效应，和/或3)减少漂移到LED侧壁表面的载流子。
在另一方面，实施方案描述了一种LED结构，该LED结构将调制掺杂分布(例如，n+、n-)结合到掺杂的(例如，n型)包覆层内。在实施方案中，相反的掺杂物类型的掺杂物(例如，p掺杂物诸如Zn)扩散到LED结构的侧壁中。在p掺杂物与n型包覆层内调制的n型掺杂分布重叠的区域中形成n-p超晶格。通过适当调整n-p超晶格中所得的n层和p层厚度、所生长的n型掺杂分布以及扩散的p掺杂物的浓度，可以沿LED的侧壁形成被延长的电流阻挡结构。n-p超晶格中的背靠背p-n结(即，被延长的耗尽区域)可用于：1)实现一定的电流限制，2)最大程度减小与p掺杂物扩散形成的寄生p-n结相关联的泄漏电流，3)最大程度减少LED侧壁处的非辐射复合，和/或4)放宽n接触电极的对准公差。
在另一方面，实施方案描述了LED结构，这些LED结构包括选择性蚀刻的包覆层。在实施方案中，选择性蚀刻的包覆层形成用于浅掺杂物(例如，p掺杂物诸如Zn)扩散到活性层中的进入点。在此类实施方案中，选择性蚀刻可允许以较低的热预算或时间预算实现浅的p掺杂物扩散。在实施方案中，在包覆层的选择性蚀刻后形成再生长层，以便减少由于活性层附近的暴露表面引起的表面复合。
在另一方面，实施方案描述了LED结构，这些LED结构包括LED主体内的选择性蚀刻的活性区域或牺牲层。选择性蚀刻可消除台面沟槽蚀刻过程中造成的损伤和/或限制LED主体内部的电流。在实施方案中，利用光电化学(PEC)蚀刻技术执行选择性蚀刻。
在各种实施方案中，参照附图来进行描述。然而，某些实施方案可在不存在这些具体细节中的一个或多个具体细节或者不与其他已知的方法和构型相结合的情况下被实施。在以下的描述中，示出许多具体细节诸如特定构型、尺寸工艺等，以提供对实施方案的透彻理解。在其他情况下，未对熟知的半导体工艺和制造技术进行特别详细地描述，以免不必要地模糊实施方案。整个说明书中所提到的“一个实施方案”是指结合实施方案所描述的特定特征、结构、构型或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，整个说明书中多处出现短语“在一个实施方案中”不一定是指相同的实施方案。此外，特定特征、结构、构型或特性可以任何适当的方式组合在一个或多个实施方案中。
本文所使用的术语“顶部”、“底部”、“在……之上”、“在……上方”、“至”、“在……之间”、“横跨”和“在……上”可指一层相对于其他层的相对位置。一层在另一层“在……之上”、“在……上方”、“横跨”或“上”或者粘结“至”另一层或者与另一层“接触”可为直接与其他层接触或可具有一个或多个居间层。一层在多层“之间”可为直接与该多层接触或可具有一个或多个居间层。此外，“顶部”和“底部”层和表面的名称是指层相对于彼此的相对位置，但是名称可以被颠倒，例如在集成结构中。
在以下描述中，描述了用于形成LED的示例性处理顺序和结构。现在参考图1A，提供了根据本发明的实施方案的本体LED衬底100的横截面侧视图图示。本体LED衬底100结构可适用于各种组合物并且被设计用于发射光谱。例如，本体LED衬底100可包括II-VI材料、III-V氮化物材料或III-V磷化物材料并且被设计用于发射各种发射光谱。例如，本体LED衬底100可利用AlInGaP材料体系或ZnMgBeSSe材料体系制成。在一个具体实施方案中，本体LED衬底100是基于AlInGaP材料体系并且被设计为发射红光。例如，本体LED衬底100可被设计为具有介于600nm至-750nm之间诸如625nm的峰值发射波长。因此，虽然结合AlInGaP材料体系描述了下列结构，但是示例性结构可用于基于不同材料体系的LED。
在实施方案中，本体LED衬底100的形成开始于在生长衬底101诸如GaAs生长衬底上形成设备层117，其中生长衬底例如具有250μm至1000μm的厚度。生长衬底101可选地掺杂有例如n型掺杂物诸如硅(Si)或碲(Te)。然后，可使用合适的技术诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)在生长衬底101上生长设备层117的层102-114。如图所示，n型接触层102任选地在生长衬底101上生长，例如生长至0.1μm至1.0μm的厚度。在实施方案中，n型接触层102由AlInGaP形成，具有0.5×1018cm-3至4×1018cm-3的Si或Te掺杂物浓度。可能并非所有LED应用中都存在n型接触层102。然后，n型包覆层104生长在任选的n型接触层102上，例如生长至0.05μm至0.5μm的厚度。N型包覆层104可由材料诸如AlInP、AlGaInP和AlGaAs形成。在实施方案中，n型包覆层104由AlInP形成，具有1×1018cm-3的Si掺杂物浓度。然后，n侧(顶部)阻挡层106生长在n型包覆层104上，例如生长至0.05μm至0.5μm的厚度。N型阻挡层106可由材料诸如AlInP、AlGaInP和AlGaAs形成。在实施方案中，n侧阻挡层106由AlInGaP形成，并且在生长过程中无意掺杂。在实施方案中，n侧阻挡层106不具有渐变组成(例如，铝含量是均匀的)。然后，活性区域108生长在n侧阻挡层106上。活性区域108可包括一个或多个量子阱(QW)层或本体活性层。在图1B所示的实施方案中，一个或多个量子阱层108A或本体活性层由InGaP或AlInGaP形成，被作为周围阻挡层的相同合金(例如，AlInGaP)的隔层108B隔开。然后，p侧(底部)阻挡层110任选地生长在活性层108中，例如生长至0.05μm至0.5μm或更具体的约100nm的厚度。P侧阻挡层110可由材料诸如AlInP、AlGaInP和AlGaAs形成。在实施方案中，p侧阻挡层110由AlInGaP形成，并且在生长过程中无意掺杂。然后，p型(底部)包覆层112可形成在p侧阻挡层110上。P型包覆层112可由材料诸如AlInP、AlGaInP和AlGaAs形成。在实施方案中，p型包覆层112由AlInP形成，具有5×1017cm-3至1.5×1018cm-3的Mg掺杂物浓度。在实施方案中，p型包覆层112可具有大体上均匀的p掺杂物浓度，由于扩散到周围层而存在较小的浓度梯度。在实施方案中，p掺杂物浓度不均匀。例如，掺杂可从特定的退后距离诸如p型包覆层112中100nm至200nm之后开始。然后，p型接触层114任选地生长在活性层p型包覆层112上，例如生长至0.1μm至50.0μm的厚度，例如生长至0.1μm至1.5μm的厚度以获得较薄的LED。在实施方案中，任选的p型接触层114由GaP或GaAs形成，例如具有1×1018cm-3至1×1019cm-3的Mg、Zn或C掺杂物浓度。
根据实施方案，阻挡层106、110可由相对于活性层108中的一个或多个量子阱层具有大的导带偏移的材料形成。在这一方面，相对于量子阱的最大导带偏移将电子约束在量子阱中。根据实施方案，掺杂的第包覆层104、112可被选择为具有高带隙以便约束注入的载流子。例如，掺杂的包覆层104、112可具有比相邻阻挡层高的带隙能量。在实施方案中，阻挡层106、110为(AlxGa1-x)0.5In0.5P合金，其中0.2≤x≤0.8，诸如0.5≤x≤0.8。在实施方案中，掺杂的包覆层104、112为(AlxGa1-x)0.5In0.5P合金，其中0.6≤x≤1.0。
现在参考图2，提供了根据实施方案形成包括支柱结构和表面掺杂的LED的方法的流程图。为了清晰起见，结合在本文中描述的其他图中的附图标记对图2进行以下描述。在操作2010处，台面结构阵列130形成在本体LED衬底100的设备层117中。在操作2020处，支柱结构阵列140形成在台面结构阵列130上。在操作2030处，掺杂物被注入或扩散到台面结构阵列130的暴露表面和横向地介于相邻台面结构之间的设备层中以形成限制区域150。在一些实施方案中，在支柱结构140的蚀刻过程中所用的遮罩随后在操作2030处可用于注入或扩散过程中。根据实施方案，操作2010和操作2020的顺序可被颠倒。
根据实施方案，限制区域150的掺杂物浓度分布的位置被描述为从LED侧壁侵蚀或横向地侵蚀到支柱结构的侧壁上方。顶部导电触点也被描述为处于限制区域的掺杂物浓度分布的正上方。应当认识到，由于注入或扩散引起的掺杂物浓度分布可能覆盖宽范围的掺杂物分布，从影响LED操作的掺杂物分布到影响可忽略不计的掺杂物分布。因此，根据实施方案，限制区域150的边缘的特征可在于阈值量的掺杂物浓度，诸如接近或超出相对包覆层104、112的标称原位掺杂物浓度或调制的包覆层中的n掺杂物浓度。在一个示例性实施方案中，1×1017cm-3的掺杂物浓度可接近相对包覆层104、112的原位掺杂物浓度。在一个示例性实施方案中，大于1×1018cm-3的掺杂物浓度可超出相对包覆层104、112的原位掺杂物浓度。在一个示例性实施方案中，大于5×1017cm-3的掺杂物浓度可超出调制的包覆层的原位n掺杂物浓度。
图3为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽120和台面结构130阵列的示意性横截面侧视图图示。在示出的特定实施方案中，未单独示出接触层114、102。但是，接触层114、102可按照与结合图1A所述的类似方式呈现。在图3-15的以下描述中，包覆层112的处理可包括接触层114(未单独示出)的类似处理，并且包覆层104的处理可包括接触层102(未单独示出)的类似处理。因此，包覆层112的处理可表示掺杂(例如，p掺杂)的包覆层112和掺杂(例如，p掺杂)的接触层114的处理。类似地，包覆层104的处理可表示掺杂(例如，n掺杂)的包覆层104和掺杂(例如，n掺杂)的接触层102的处理。在图3例示的特定实施方案中，台面沟槽120至少部分地穿过包覆层104形成。在实施方案中，台面沟槽120可穿过包覆层104形成并且形成于(或停留于)接触层102中。另选地，沟槽可完全穿透接触层102。如在以下描述中将变得更加显而易见的，台面沟槽120的宽度和深度至少部分地确定将形成的LED主体132(参见图12A-15)的尺寸。
可使用合适的技术诸如湿法蚀刻或干法蚀刻技术形成蚀刻。在实施方案中，台面沟槽120由第一部分干法蚀刻形成，然后晶圆被转移至MOCVD腔室以完成台面沟槽120的蚀刻。通过这种方式，最终蚀刻的表面由MOCVD腔室中的蚀刻进行调整，并且通过MOCVD腔室中的化学蚀刻除去干法蚀刻过程中产生的物理损伤。可使用的示例性干法蚀刻技术包括反应离子蚀刻(RIE)、电子回旋共振(ECR)、电感耦合等离子体反应离子刻蚀(ICP-RIE)和化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)。干法蚀刻化学作用可基于卤素，包含物质诸如Cl2、BCl3或SiCl4。MOCVD腔室内的蚀刻化学作用另外也可处于高温诸如400℃至700℃下。特定的蚀刻化学作用可包括腐蚀蚀刻剂和V族分解抑制剂的组合，该V族分解抑制剂用于稳定V族元素并且抑制否则可能在高蚀刻温度下发生的分解。在实施方案中，蚀刻化学作用可包括腐蚀蚀刻剂诸如HCl或Cl2以及V族分解抑制剂诸如PH3。在实施方案中，蚀刻化学作用包括腐蚀蚀刻剂诸如HCl、Cl2或H2(或它们的组合)以及V族分解抑制剂诸如NH3。
在实施方案中，支柱结构阵列140形成在台面结构阵列130上，如图4中所示。支柱结构140的宽度可至少部分地确定提高LED内的电流密度的能力以及将电流限制在LED器件内部并且远离可能发生非辐射复合的外部侧壁的能力。在一些实施方案中，支柱结构140具有1μm至10μm诸如2.5μm的宽度或直径。支柱结构140可使用与用于台面沟槽120的类似蚀刻技术形成。在实施方案中，遮罩层142用于使支柱结构140图案化。遮罩层142可以由绝缘材料诸如SiO2形成，能够耐受高温和高侵蚀性蚀刻化学作用。
现在参考图5A-5B，掺杂物被注入或扩散到台面结构阵列130的暴露表面和横向地介于相邻台面结构之间的设备层中以形成限制区域150。在图5A所示的实施方案中，限制区域150具有浅表面掺杂分布，其中掺杂分布的垂直深度从台面结构130的顶表面(该表面将成为LED主体132底表面133)延伸并且在到达活性层108之前停止。因此，浅掺杂分布可停止在阻挡层110内。在实施方案中，阻挡层110为无意掺杂层，缺少限制区域150的掺杂。在图5B所示的实施方案中，限制区域150具有深表面掺杂分布，其中掺杂分布的垂直深度从台面结构130的顶表面(该表面将成为LED主体132底表面133)延伸并且穿过活性区域层108。在实施方案中，掺杂分布的垂直深度停止在阻挡层106内。在实施方案中，阻挡层110、106为无意掺杂层，缺少限制区域150的掺杂。在一个具体实施方案中，限制区域150掺杂物为Zn(p掺杂物)。
根据实施方案，限制区域150的掺杂可为n型或p型。在实施方案中，利用产生高掺杂浓度和低移动性的元素。例如，如果受体或供体局域化相对较大(例如，大约100meV)，则可以获得这种效果。根据实施方案，由于相对深的受体电平引起限制区域150的较低移动性禁止了强的电流漏泄。因此，仅少数载流子(例如，电子)可到达LED表面，从而可减少非辐射表面复合。另外，如果p掺杂物浓度大于1×1018cm-3，LED表面附近的p掺杂可屏蔽费米能级钉扎效应。
现在参考图5C，在实施方案中，沟槽顶基部阵列160形成在设备层中。在图5C例示的特定实施方案中，沟槽166可延伸穿过限制区域150的掺杂分布(浅或深)。例如，如图12B和图13B所示，这可以有助于沿LED的顶基部160的侧壁161形成钝化层170。
图6为根据实施方案任选地形成在支柱结构阵列140和台面结构阵列130上的图案化钝化层170的示意性横截面侧视图图示。图6中的图案化钝化层170形成在图5B所示的图案化LED衬底上方，但是，实施方案并不限于此，并且图案化钝化层170可形成在各种结构包括图5A和图5C中所示的那些结构上方。为了清晰起见并且为了不使实施方案难以理解，未示出在图5A或图5C中所示的结构上形成图案化钝化层170的独立处理顺序。
在实施方案中，钝化层170由电绝缘材料诸如氧化物或氮化物形成。在实施方案中，钝化层170为约50埃(angstrom)至3000埃厚的Al2O3，并且可使用高质量薄膜沉积工艺诸如原子层沉积(ALD)形成。如在以下描述中将变得显而易见的，高质量薄膜可在牺牲剥离层蚀刻操作过程中保护钝化层170的完整性。开口172可形成在支柱结构140上方以暴露支柱结构140的(底部)表面143，诸如接触层114或包覆层112的(底部)表面。
现在参考图7，底部导电触点阵列180形成在支柱结构阵列140的底表面143上。在存在任选的侧壁钝化层170的情况下，底部导电触点180可形成在支柱结构的底表面143上并且形成在开口172内。另外，任选的钝化层170可防止导电触点180和LED的其他区域诸如将变成LED主体132的台面结构130之间发生短路。底部导电触点180可包括多个叠层。示例性层可包括电极层(例如，与接触层114进行欧姆接触)、镜像层(例如，镍或银)、粘结/阻挡层(例如，钛)、扩散阻挡(例如，铂)和用于将完成的LED粘结到接收衬底的粘合层(例如，金)。
在形成底部导电触点180后，牺牲剥离层190可形成在图案化设备层上方，如图8所示。牺牲剥离层190可图案化以在底部导电触点180上方形成开口192。牺牲剥离层190可由氧化物(例如，SiO2)或氮化物(例如，SiNx)形成，但是可使用其他材料，这些材料可相对于其他层被选择性去除。开口192的高度、宽度和长度将对应于待形成的稳定化柱的高度、长度和宽度，并且结果必须克服粘合强度以拾取LED阵列(例如，微型LED)，这些LED阵列准备好拾取稳定化柱阵列。
现在参考图9，生长衬底101上的图案化结构通过粘合剂材料粘结到承载衬底220以形成稳定化层210。在实施方案中，粘合剂材料为热固性材料，诸如苯并环丁烯(BCB)或环氧树脂。填充开口192的稳定化材料的部分对应于稳定化层210的稳定化柱212，并且填充台面沟槽(和任选地基部沟槽)的稳定化材料的部分变成稳定化层210的稳定化腔侧壁214。
在粘结到承载衬底220后，可利用合适的技术诸如激光剥离、蚀刻或磨削来去除生长衬底101以暴露设备层117。然后，可使用蚀刻或磨削去除连接独立的台面结构130的(n掺杂)包覆层104或(n掺杂)接触层102的任何剩余部分以形成横向隔开的p-n二极管。在图10所示的实施方案中，沟槽194被蚀刻穿过设备层117以暴露牺牲剥离层190。沟槽194的形成可导致顶基部160的形成(如果尚未形成)。在图11所示的实施方案中，设备层117(例如，接触层102和/或包覆层104)的厚度均匀地减小以暴露牺牲剥离层190。在图11所示的实施方案中，厚度减小可导致不含顶基部160的LED。在其中先前形成了沟槽166的另选的实施方案(例如，图5C)中，均匀的厚度减小可导致具有顶基部160的LED。
顶部导电触点182可形成在各自横向隔开的p-n二极管上方，导致稳定化柱212支撑并且嵌入牺牲剥离层190中的LED 195。一旦准备转移到接收衬底，即可例如通过气相HF释放操作选择性地去除牺牲剥离层190。然后，LED 195可准备好提取并且转移至接收衬底，例如，具有包括静电转移头部阵列的静电转移头部组件。
图12A-15表示根据实施方案可获得的各种LED结构，包括限制区域150掺杂物分布、钝化层170和存在的顶基部160结构的可能组合。在示出的实施方案中，LED 195构型中的每个构型包括支柱结构140以及沿LED侧壁的掺杂电流限制区域150。更具体地，图12A-15中示出的每个实施方案包括LED主体132，该LED主体132包括掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部包覆层104、顶部包覆层104下方的活性层108以及活性层108下方的底部阻挡层110。支柱结构140从LED主体132的底表面133诸如底部阻挡层110的底表面伸出。支柱结构140包括掺杂有与第一掺杂物类型(例如，n型)相反的第二掺杂物类型(例如，p型)的底部包覆层112。另选地，掺杂物类型可被颠倒。包括掺杂物浓度的限制区域150横跨LED主体132的侧壁135和LED主体132的底表面133(例如，底部阻挡层110的底表面)。根据实施方案，限制区域150的掺杂物浓度由第二掺杂物类型(例如，p型，诸如Mg、Zn)形成，并且从LED主体侧壁135向LED 195的中心竖直轴线199侵蚀，并且从LED主体132的底表面133(例如，底部阻挡层110的底表面)向活性层108侵蚀。如图所示，掺杂物浓度也在底部阻挡层110内的支柱结构140的侧壁141上向LED 195的中心竖直轴线199横向地(并且直接地)侵蚀。
在例示的每个实施方案中，限制区域150掺杂物浓度在底部阻挡层110内向LED 195的中心竖直轴线199侵蚀的深度超出在活性层108和顶部包覆层104内向中心竖直轴线199侵蚀的深度。例如，限制区域150掺杂物浓度的特征可在于呈Z形(例如，图12A-12B、图13A-13B)或L形(例如，图14-15)。Z形可包括L形。
适形钝化层170可任选地形成在LED主体132的侧壁135、支柱结构140的侧壁141和支柱结构140的底表面143上并且横跨LED主体132的侧壁135、支柱结构140的侧壁141和支柱结构140的底表面143。开口172可形成在支柱结构的底表面143上的适形钝化层170中，并且底部导电触点180形成在支柱结构140的底表面143上并且形成在适形钝化层170的开口172内。
现在参考图12A-12B和图13A-13B，在一些实施方案中，LED 195包括顶基部160，并且LED主体132从顶基部160的底表面163伸出。如图所示，顶基部160的底表面163宽于LED主体132，与LED主体132的底表面133宽于从底表面133伸出的支柱结构140类似。在实施方案中，限制区域150掺杂物浓度横跨顶基部的底表面163，并且向顶基部160的顶表面165侵蚀。限制区域150掺杂物浓度可以不一直侵蚀到顶基部160的顶表面165。顶部导电触点182可形成在顶基部160的顶表面165上，并且底部导电触点180可形成在支柱结构140的底表面143上。
参考图12A-12B，如上文结合图5B所述，限制区域150掺杂物浓度可具有深表面掺杂分布，其中掺杂分布的垂直深度从LED主体132的底表面133延伸穿过活性区域层108。在实施方案中，掺杂分布的垂直深度停止在阻挡层106内。在实施方案中，限制区域150掺杂物浓度在底部阻挡层110和活性层108内向LED 195的中心竖直轴线199侵蚀的深度超出在顶部包覆层104内向中心竖直轴线199侵蚀的深度。在实施方案中，阻挡层110、106为无意掺杂层，缺少限制区域150的掺杂。在一个具体实施方案中，限制区域150掺杂物为Zn(p掺杂物)。
参考图13A-13B，如上文结合图5A所示，限制区域150掺杂物浓度可具有浅表面掺杂分布，其中掺杂分布的垂直深度从LED主体132的底表面133延伸并且在到达活性层108之前停止。因此，浅掺杂分布可停止在阻挡层110内。在实施方案中，限制区域150掺杂物浓度在底部阻挡层110内向LED 195的中心竖直轴线199侵蚀的深度超出在活性层108和顶部包覆层104内向中心竖直轴线199侵蚀的深度。在实施方案中，阻挡层110为无意掺杂层，缺少限制区域150的掺杂。在一个具体实施方案中，限制区域150掺杂物为Zn(p掺杂物)。
现在参考图12A和图13A所示的实施方案，所示出的适形侧壁钝化层170沿支柱结构140的底表面143、LED主体132的侧壁135和顶基部160的底表面163横跨。现在参考图12B和图13B，另外示出的适形侧壁钝化层170也横跨顶基部160的侧壁161。不同的结构构型可归因于何时形成顶基部160。例如，图12A和图13A的顶基部160可以如上文结合图10所述在形成侧壁钝化层170并且粘结到承载衬底220之后形成。图12B和图13B的顶基部160可以如上文结合图5C所述在形成侧壁钝化层170之前形成。
顶基部160的形成可支持放宽顶部导电触点182的对准公差。例如，在图12A-12B和图13A-13B所示的实施方案中，顶基部160的顶表面165的面积大于LED主体132和支柱结构140的面积。另外，限制区域150掺杂分布可以不延伸至顶基部160的顶表面165。在实施方案中，顶基部160为n掺杂的，支柱结构140为p掺杂的，并且限制区域150为p掺杂的，限制区域150和顶部导电触点182之间的垂直分离可用于阻止沿LED侧壁的p掺杂分路。
现在参考图14-15，在示出的实施方案中，LED 195不包括顶基部层160。在图14所示的实施方案中，限制区域150掺杂物浓度具有深表面掺杂分布，如前文所述。在图15所示的实施方案中，限制区域150掺杂物浓度具有浅表面掺杂分布，如前文所述。在图14-15所示的特定实施方案中，限制区域150掺杂物浓度可延伸至LED主体132的顶表面137。在示出的实施方案中，顶部导电触点182不直接形成在限制区域150上。
在一些实施方案中，在形成台面结构之前，形成晶圆级限制区域的掺杂分布。图16为根据实施方案示出形成LED的方法的流程图，该方法包括晶圆级掺杂。为了清晰起见，结合在本文中描述的其他图中的附图标记对图16进行以下描述。在操作1610处，掺杂物阱阵列158形成在设备层117中。每个掺杂物阱158可任选地延伸至具有调制掺杂的包覆层104中。在操作1620处，台面沟槽阵列120形成在设备层中的掺杂物阱阵列158中，以形成台面结构阵列130，该台面结构阵列130包括沿台面结构13的侧壁131的限制区域150。在实施方案中，限制区域150与具有调制掺杂的包覆层104重叠以形成n-p超晶格159。
现在参考图17，提供了根据实施方案的本体LED衬底100的横截面侧视图图示。图17中示出的本体LED衬底100可大体上类似于图1A所示并且结合图1A所述的本体LED衬底。未单独示出接触层102、114，但是可按照与上文所述的类似方式呈现。图18根据实施方案包括具有调制掺杂的包覆层104的本体LED衬底的示意性横截面侧视图图示。图18中示出的本体LED衬底100可大体上类似于图17所示并且结合图17所述的本体LED衬底，一个不同之处在于包覆层104具有调制掺杂。未单独示出接触层102、114，但是可按照与上文所述的类似方式呈现。
图19A-19B为根据实施方案的形成在本体LED衬底中的掺杂物阱158的示例性横截面侧视图图示。在图19A所示的实施方案中，掺杂物阱158延伸到包覆层104中并且终止于包覆层104中。在图19B所示的实施方案中，掺杂物阱158延伸穿过包覆层104。掺杂物阱158可使用诸如注入、固态源扩散或气相扩散等技术形成。在实施方案中，掺杂物阱158为p型，并且包括掺杂物诸如Zn或Mg的掺杂物分布。如在以下描述中将变得显而易见的，掺杂物阱158可取代p-n结。
在图19A-19B所示的特定实施方案中，包覆层104包括调制掺杂。在一些实施方案中，包覆层104类似于如上文结合图17所述的包覆层104。现在参考图19C，提供了根据实施方案的n-p超晶格159的近距离示例性横截面侧视图图示，其中掺杂物阱158通过调制掺杂与包覆层104重叠。在示出的特定实施方案中，包覆层104包括调制的n型掺杂，该n型掺杂介于高值(例如，n+)和低值(例如，n-)之间。在实施方案中，高值(例如，n+)被选择为足够高以在掺杂物阱158扩散(例如，Zn扩散)后保持n型，使得该区域完全不被Zn补偿；而低值(例如，n-)被选择为通过掺杂物阱158扩散(例如，Zn扩散)转化成p型。例如，如果掺杂物阱158包括约1×1018cm-3的掺杂物浓度(例如，Zn)，则n+区域可以高于该水平的浓度掺杂，并且具有显著边界以确保重现性，诸如大于或等于2×1018cm-3。同样，n-区域可具有小于(Zn)掺杂物阱158浓度的供体浓度，诸如5×1017cm-3。在实施方案中，在这些示例性供体浓度处，Zn扩散将n-区域转化成p型，而n+区域保持n型，并且形成n-p超晶格159。
图20A-20B为根据实施方案形成在设备层中的台面沟槽120和台面结构130阵列的示意性横截面侧视图图示。如图所示，台面沟槽120可穿过掺杂物阱形成，导致沿台面结构130的侧壁131的限制区域150。根据实施方案，台面结构130将变成LED主体132，并且台面结构的侧壁131将变成LED主体132的侧壁135。在图20A所示的实施方案中，台面沟槽120可垂直形成在掺杂物阱和所得的限制区域150的下方。在图20B所示的实施方案中，台面沟槽120可完全穿透包覆层104形成。
在形成台面结构130后，图20A-20B的图案化本体LED衬底可按照图6-11所示并且结合图6-11所述的类似方式处理，以形成准备好拾取并且转移至接收衬底的LED 195阵列。图21A-21B为根据实施方案包括掺杂侧壁的LED 195的示例性横截面侧视图图示。具体地，图21A-21B中所示的LED 195可利用图17中示出的本体LED衬底100形成。图22A-22B为根据实施方案包括沿LED侧壁的n-p超晶格159的LED 195的示例性横截面侧视图图示。具体地，图22A-22B中所示的LED 195可利用图18中示出的本体LED衬底100形成。
如图所示，LED 195包括LED主体132，该LED主体132包括掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部包覆层104、顶部包覆层104下方的活性层108以及活性层108下方的底部包覆层112。底部包覆层112可掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)。包括掺杂物浓度(例如，p掺杂物诸如Mg或Zn)的限制区域150横跨顶部包覆层104的侧壁105、活性层108的侧壁109和底部包覆层112的侧壁113，并且掺杂物浓度从侧壁105、109、113向LED 195的中心竖直轴线199侵蚀。在实施方案中，限制区域150掺杂物浓度不延伸至顶部包覆层104的顶表面。在图21A所示的实施方案中，p-n结可存在于顶部包覆层104的侧壁105处。在此类构型中，放宽顶部导电触点182的对准公差，其可以形成在限制区域150的正上方。在图21B所示的实施方案中，p-n结可存在于LED主体132的顶表面137上。在此类构型中，限制区域150掺杂物浓度可延伸至LED主体132的顶表面137。在示出的实施方案中，顶部导电触点182不直接形成在限制区域150上，以便避免沿LED主体132的侧壁形成分路。
在常规的LED中，p-n结横向地延伸跨过活性层至活性层/LED的侧壁。已观察到，与表面不饱和键和/或晶体损伤相关联的中间禁带电子状态可能导致非辐射复合和二极管泄漏电流。根据实施方案，与LED的侧壁相邻的限制区域150抑制了非辐射复合。在图21A-22B所示的实施方案中，限制区域150掺杂物(例如，Zn)浓度将n型材料转换为p型，并且活性区域p-n结从活性层发生位移。在图21A所示的实施方案中，p-n结已被转移到包覆层104中。在图21B所示的实施方案中，p-n结已被转移到LED主体132的顶表面137。与暴露的p-n结的LED侧壁处的不饱和键和/或晶体损伤相关联的中间禁带电子态仍然可能导致图21A-21B中暴露的p-n结的非辐射表面复合和二极管泄漏。
在图22A-22B所示的实施方案中，顶部包覆层104包括调制掺杂。例如，顶部包覆层104可包括在彼此顶部交替的n-区域和n+区域。在实施方案中，n-区域在重叠n-区域的限制区域150的部分具有的n掺杂物浓度小于p掺杂物浓度。在实施方案中，n+区域在重叠n+区域的限制区域150的部分具有的n掺杂物浓度小于p掺杂物浓度。
若干条件可应用于n-p超晶格159中。1)在实施方案中，p型和n型层两者被背靠背p-n结完全耗尽了自由载流子。在这种情况下，各层的掺杂和厚度不足以完全适应相邻层的耗尽。n-p超晶格159耗尽了自由载流子。2)在实施方案中，n-p超晶格159中的层中的一者或两者被耗尽，并且第二类型并非如此。在这种情况下，层中的一者不够厚以适应相邻层的耗尽。对于第二层类型，厚度足以适应耗尽，使得自由载流子存在于第二层类型中。3)在实施方案中，两个层均未耗尽，其各自足够厚以适应耗尽。在这种情况下，与n-p结交替的n-p超晶格159用于阻挡电流。
因此，调制掺杂结构可修改LED侧壁载流子-浓度分布。沿LED侧壁被延长的耗尽区域或背靠背p-n结可用于：1)控制电注入的区域的尺寸，即实现一定的电流限制，2)最大程度减小与限制区域150形成的寄生的暴露p-n结相关联的泄漏电流，3)最大程度减少LED侧壁处的非辐射复合，和/或4)放宽顶部导电触点182的对准公差。
在图22A所示的实施方案中，限制区域150掺杂物浓度不延伸至LED主体132的顶表面137。在此类构型中，放宽顶部导电触点182的对准公差，其可以形成在限制区域150的正上方。在图22B所示的实施方案中，限制区域150掺杂物浓度可任选地延伸至LED主体132的顶表面137。在此类实施方案中，顶部导电触点182还可形成在限制区域150的正上方，其中n-p超晶格禁止沿LED侧壁形成分路。在一些实施方案中，顶部导电触点182未形成在限制区域150的正上方。
直至此时，本体LED衬底100和LED已结合但不限于具体地AlInGaP材料体系进行了描述。在其他实施方案中，本体LED衬底和LED可对应于例如蓝光发射(例如，波长450-495nm)体系、绿光发射(例如，波长495-570nm)体系或深蓝色绿光发射体系。现在参考图37A-37E，提供了根据实施方案形成LED的方法的示例性横截面侧视图图示，该方法包括形成台面沟槽和台面结构阵列。
图37A为简化的本体LED衬底400的横截面侧视图图示，其中可存在比示出的那些层更多的层。如图所示，本体LED衬底400包括生长衬底401、掺杂的半导体层404(例如，n掺杂)、掺杂的半导体层404上的活性区域408以及活性区域408上掺杂的半导体层412(例如，p掺杂)。以举例的方式，在实施方案中，本体LED衬底400被设计用于发射蓝光或绿光，并且材料为氮化物基材料。用于蓝光或绿光发射的材料的以下列表旨在作为示例性而非限制性的。例如，形成掺杂的半导体层404、412的层可包括GaN、AlGaN、InGaN。活性区域408可由各种材料形成，诸如但不限于InGaN。在此类实施方案中，合适的生长衬底401可包括但不限于硅和蓝宝石。
为了清晰起见，在与本体LED衬底400相关的以下描述中，将使用类似的参考标号参考与结合本体LED衬底100的处理所述的那些特征类似的特征，例如，参考标号400大体上对应于参考标号100。另外，应当理解，示出的本体LED衬底400被简化。例如，掺杂的半导体层404可包括多个层，诸如接触层、包覆层和/或阻挡层。类似地，掺杂的半导体层412可包括多个层，诸如阻挡层、包覆层和接触层。
现在参考图37B-37C，在形成遮罩层442并且注入离子以形成掺杂物阱458阵列后，底部导电触点480形成在掺杂的半导体层412上方。示例性离子包括Al、Mg和Si，但是其他元素可以是合适的。
在形成掺杂物阱458后，遮罩层442可以如图37D所示被去除，并且如图37E所示，台面沟槽420穿过掺杂物阱458形成，从而形成限制区域450。根据实施方案，限制区域450可用作电流孔以保持电流远离高损伤区域，该高损伤区域可在台面沟槽420的蚀刻(例如，等离子蚀刻)过程中引起。在另外的处理后，所得的LED可类似于图21A-22B所示并且结合图21A-22B所述的那些。
在实施方案中，LED结构包括LED主体，该LED主体具有掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部掺杂的半导体层404、顶部掺杂的半导体层404下方的活性区域408、掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)的底部掺杂的半导体层412以及限制区域450，该限制区域450包括横跨顶部掺杂的半导体层404、活性区域408和底部掺杂的半导体层412的侧壁的掺杂物浓度，其中掺杂物浓度从顶部掺杂的半导体层404、活性区域408和底部掺杂的半导体层412的侧壁向LED的中心竖直轴线侵蚀。在实施方案中，掺杂物浓度由掺杂物诸如Al、Mg和Si形成。在实施方案中，掺杂物浓度不延伸至顶部掺杂的半导体层404的顶表面。
在实施方案中，另外，LED包括处于顶部掺杂的半导体层404的侧壁上的p-n结。在实施方案中，顶部掺杂的半导体层404包括在彼此顶部交替的n-区域和n+区域。例如，n-区域在重叠该n-区域的掺杂物浓度的部分具有的n掺杂物浓度小于掺杂物浓度(例如，Al、Mg和Si)。在实施方案中，n+区域在重叠n+区域的掺杂物浓度的部分具有的n掺杂物浓度可大于p掺杂物浓度。
现在参考图23，提供了根据实施方案形成LED的方法的流程图，该方法包括选择性蚀刻包覆层和浅掺杂。为了清晰起见，结合在本文中描述的其他图中的附图标记对图23进行以下描述。在操作2310处，台面结构阵列130形成在本体LED衬底100的设备层117中。在操作2320处，然后选择性蚀刻包覆层104、112以减小台面结构130内包覆层104、112的相应宽度。在操作2330处，限制区域150浅掺杂分布沿台面结构130的侧壁131形成。
现在参考图24，提供了根据实施方案形成在设备层117中的台面沟槽阵列120和台面结构阵列130的示意性横截面侧视图图示。图24中示出的本体LED衬底100可大体上类似于图1A所示并且结合图1A所述的本体LED衬底。在示出的特定实施方案中，台面沟槽120停止在接触层102上或接触层102内。在另一个实施方案中，台面沟槽120可穿过接触层102形成。
现在参考图25，用于形成台面沟槽120的遮罩层138(例如，SiNx)可保留在台面结构130上，并且包覆层104、112被选择性蚀刻以减小台面结构130内包覆层104、112的相应宽度。如图所示，顶部包覆层104的横向边缘105(侧壁)、底部包覆层112的横向边缘113(侧壁)分别比顶部阻挡层106、活性层108和底部阻挡层110的横向边缘107、109、111更靠近台面结构的中心竖直轴线。
在实施方案中，通过湿法蚀刻操作减小包覆层104、112的宽度。例如，盐酸湿法蚀刻对镓组合物具有反向选择性，组合物中更高的镓含量对应于较慢的蚀刻速率。在实施方案中，包覆层104、112不具有镓，或具有低于周围层的镓浓度。例如，包覆层104、112可为掺杂的AlInP。
然后，具有浅掺杂分布的限制区域150可扩散到台面结构130的暴露侧壁131中并且任选地扩散到任何下面层(例如，102)中，如图26所示。在台面结构130形成在接触层102的顶部的情况下，限制区域150浅掺杂分布可部分延伸穿过或完全穿透接触层102的厚度。如图所示，限制区域150掺杂分布能够通过扩散穿过活性层108正上方和正下方的阻挡层110、106而渗透活性层108的一部分。因此，浅掺杂分布能否覆盖的体积大于仅由侧壁扩散能够实现的体积，并且具有较低的热预算或时间预算。
在形成限制区域150后，图26的图案化本体LED衬底可按照图6-11所示并且结合图6-11所述的类似方式处理，以形成准备好拾取并且转移至接收衬底的LED 195阵列。图27A-27D为根据实施方案包括选择性蚀刻的包覆层104、112和具有浅掺杂的限制区域150的LED 195的示例性横截面侧视图图示。在图27A所示的实施方案中，限制区域150掺杂物浓度可任选地延伸至LED主体132的顶表面137(例如，包覆层104的顶表面)。在此类实施方案中，顶部导电触点182可以不延伸至限制区域150掺杂物分布的正上方以便避免沿LED侧壁形成分路。在图27B所示的实施方案中，可在形成限制区域150后执行第二选择性蚀刻过程，以便从包覆层112、104的横向边缘(侧壁)113、105去除掺杂物分布。通过这种方式，去除分路。图27C-27D大体上类似于图27A-27B，其中增加了顶部接触层102。如图所示，包括顶部接触层还可放宽顶部导电触点182的对准公差。
在实施方案中，LED 195包括LED主体132，该LED主体132包括掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部包覆层104、顶部包覆层下方的顶部阻挡层106、顶部阻挡层106下方的活性层108、活性层108下方的底部阻挡层110以及底部阻挡层110下方的底部包覆层112。底部包覆层112可掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)。底部接触层114可任选地处于底部包覆层112下方，其中底部接触层114还掺杂有第二掺杂物类型(例如，p型)。在实施方案中，顶部包覆层104和底部包覆层112的横向边缘(侧壁)113、105比顶部阻挡层106、活性层108和底部阻挡层110的横向边缘(侧壁)111、109、107更靠近LED主体132的中心竖直轴线199。
在实施方案中，限制区域150包括横跨顶部n掺杂包覆层104、顶部阻挡层106、活性层108、底部阻挡层110、底部p掺杂包覆层112和底部p掺杂触点114的横向边缘(侧壁)105、107、109、111、113和115的p掺杂物(例如，Mg、Zn)浓度。在实施方案中，p掺杂物浓度占据的活性层108的体积大于占据的顶部阻挡层106的体积，并且p掺杂物浓度占据的活性层108的体积大于占据的底部阻挡层110的体积。
现在参考图28，提供了根据实施方案形成LED的方法的流程图，该方法包括选择性蚀刻包覆层和再生长。为了清晰起见，结合在本文中描述的其他图中的附图标记对图28进行以下描述。在操作2810处，台面结构阵列130形成在本体LED衬底100的设备层117中。在操作2820处，然后选择性蚀刻包覆层104、112以减小台面结构130内包覆层104、112的相应宽度。在操作2830处，再生长层175沿台面结构130的侧壁131形成。
现在参考图29，提供了根据实施方案形成在设备层117中的台面沟槽阵列120和台面结构阵列130的示意性横截面侧视图图示。图29中示出的本体LED衬底100可大体上类似于图1A所示并且结合图1A所述的本体LED衬底。在示出的该特定实施方案中，未示出(底部)阻挡层110。在其他实施方案中，(底部)阻挡层110包括在本体LED衬底中。在示出的特定实施方案中，台面沟槽120停止在接触层102上或接触层102内。在另一个实施方案中，台面沟槽120可穿过接触层102形成。
现在参考图25，用于形成台面沟槽120的遮罩层138(例如，SiNx)可保留在台面结构130上，并且包覆层104、112被选择性蚀刻以减小台面结构130内包覆层104、112的相应宽度。如图所示，顶部包覆层104的横向边缘105(侧壁)、底部包覆层112的横向边缘113(侧壁)分别比顶部阻挡层106、活性层108和底部阻挡层110的横向边缘107、109、111更靠近台面结构的中心竖直轴线。
在实施方案中，通过湿法蚀刻操作减小包覆层104、112的宽度。例如，盐酸湿法蚀刻对镓组合物具有反向选择性，组合物中更高的镓含量对应于较慢的蚀刻速率。在实施方案中，包覆层104、112不具有镓，或具有低于周围层的镓浓度。例如，包覆层104、112可为掺杂的AlInP。
然后，再生长层175在台面结构130下面层(例如，102)的暴露侧壁131上形成，如图31所示。如图所示，再生长层175至少部分地填充并且可完全填充由于选择性蚀刻操作而形成的直接介于接触层114和活性层108之间的空隙。在实施方案中，再生长层175为半绝缘层、n型层或无意掺杂的层。例如，再生长层175可为具有Te或Fe掺杂物的AlIP。
在形成再生长层175后，图31的图案化本体LED衬底可按照图6-11所示并且结合图6-11所述的类似方式处理，以形成准备好拾取并且转移至接收衬底的LED 195阵列。图32A-32B为根据实施方案包括选择性蚀刻的包覆层104、112和再生长层175的LED 195的示例性横截面侧视图图示。在图32A所示的实施方案中，再生长层175可暴露在LED主体132的顶表面137(例如，包覆层104的顶表面)处。在此类实施方案中，顶部导电触点182可以不直接接触再生长层175以便避免沿LED侧壁形成分路。在图32B所示的实施方案中，包括顶接触层102。例如，顶接触层102可按照结合图10所述的方式进行图案化。通过这种方式，从LED主体132的顶表面137上去除分路。如图所示，包括顶接触层102还可放宽顶部导电触点182的对准公差。
在实施方案中，LED 195包括LED主体132，该LED主体132包括掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部包覆层104、顶部包覆层104下方的顶部阻挡层106、顶部阻挡层106下方的活性层108以及活性层108下方的底部包覆层112。底部包覆层112可掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)。底部接触层114可处于底部包覆层112下方。底部接触层114也可掺杂有第二掺杂物类型(例如，p型)。在实施方案中，顶部包覆层104和底部包覆层112的横向边缘(侧壁)105、113比顶部阻挡层106和活性层108的横向边缘107、109更靠近LED主体132的中心竖直轴线199。
在实施方案中，再生长层175直接形成在顶部包覆层104、顶部阻挡层106、活性层108、底部包覆层112和底部接触层114横向边缘(侧壁)105、107、109、113、115。在实施方案中，再生长层175掺杂有选自由Te和Fe构成的组的掺杂物。在实施方案中，再生长层175直接填充底部接触层114和活性层108之间的体积，并且横向靠近底部包覆层112。
现在参考图34A-36C，其中示出形成具有选择性蚀刻层的LED的方法的各种流程图。图34A-36C所示的特定实施方案可配合类似于结合图37A所述的那些本体LED衬底400利用。另外，图34A-36C所示的实施方案可利用光电化学(PEC)蚀刻技术来执行，其中本体LED衬底400浸没在蚀刻溶液(诸如KOH、HCl)中并且光线照射或施加偏压以启动蚀刻，该蚀刻可具有带隙、掺杂物、取向和材料选择性(等等)。在实施方案中，本体LED衬底400上的光线照射针对的特定层的带隙，用于相对于结构中的其他层进行选择性蚀刻。在实施方案中，选择最小带隙材料进行蚀刻。在实施方案中，选择最小带隙材料(除活性区域例如量子阱中的其他材料)进行蚀刻。
图33A-33D为根据实施方案形成具有选择性蚀刻的活性区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。图33A所示的本体LED衬底400可大体上类似于图37A中所示的那些。在如图33B所示选择性蚀刻活性区域408以导致活性区域408的横向边缘(侧壁)409的减小后，可形成台面沟槽420，如图33B所示。在实施方案中，通过PEC蚀刻执行活性区域408的选择性蚀刻。在实施方案中，活性区域408包括结构中的最小带隙，并且在活性区域上方和结构中的其他层下方具有波长的激光，导致活性区域408在蚀刻溶液中得到选择性蚀刻。根据实施方案，PEC蚀刻还去除了在台面沟槽420蚀刻过程中(例如，在等离子蚀刻过程中)损坏的活性区域408的材料，这可以提高器件性能。在实施方案中，然后在掺杂的半导体层412上方形成底部接触层480(其可以类似于底部接触层180)，如图33D所示。然后可执行另外的处理以完成LED器件的制造，如前文所述。
在实施方案中，LED结构包括LED主体，该LED主体具有掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部掺杂的半导体层404、顶部掺杂的半导体层404下方的活性区域408以及掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)的底部掺杂的半导体层412，其中活性区域408的横向边缘409分别比顶部掺杂的半导体层404和底部掺杂的半导体层412的横向边缘405、413更靠近LED主体的中心竖直轴线。在实施方案中，顶部和底部掺杂的半导体层包括一个或多个层，诸如包覆层和阻挡层。
图34A-34C为根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。图34A所示的本体LED衬底400类似于图33A所示的那些，其中在掺杂的半导体层412内增加了牺牲层486。根据实施方案，牺牲层486可为薄的本体层(例如，5nm-50nm厚)或超晶格类型结构。在实施方案中，牺牲层486包括InGaN。在其中掺杂的半导体层412为p掺杂的实施方案中，牺牲层486可类似地为p掺杂的。
现在参考图34B，底部接触层480形成在掺杂的半导体层412上方，并且形成台面沟槽420。底部接触层480可在台面沟槽420之前或之后形成。参考图34C，通过例如PEC蚀刻对牺牲层486进行选择性蚀刻，导致牺牲层486的横向边缘(侧壁)487的宽度减小。然后可执行另外的处理以完成LED器件的制造，如前文所述。在所得的LED器件结构中，牺牲层486可用于将电流限制在LED器件内，并且防止载流子沿损伤的侧壁材料泄漏到侧壁并且遵循分路。根据实施方案，在原理上，牺牲层可以被置于活性区域408的上方或下方或两者。在实施方案中，p-GaN可具有高于n-GaN的电阻，并且p掺杂的半导体层412内牺牲层486的位置能够导致更出色的电流限制。但是，实施方案不受此限制。
在实施方案中，LED结构包括LED主体，该LED主体具有掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部掺杂的半导体层404、顶部掺杂的半导体层404下方的活性区域408、掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)的底部掺杂的半导体层412以及处于底部掺杂的半导体层412内的牺牲层486。牺牲层486的横向边缘487可以比LED主体中的一个或多个层的横向边缘诸如底部掺杂的半导体层412的横向边缘413、活性区域108的横向边缘409和顶部掺杂的半导体层404的横向边缘413更靠近中心竖直轴线。在实施方案中，牺牲层186具有的带隙小于形成底部掺杂的半导体层412和顶部掺杂的半导体层404的材料的带隙。
图35A-35C为根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲区域的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。图35A-35C大体上类似于图34A-34C，不同之处在牺牲层488形成在掺杂的半导体层404内。根据实施方案，牺牲层488可为薄的本体层(例如，5nm-50nm厚)或超晶格类型结构。在实施方案中，牺牲层488包括InGaN。在其中掺杂的半导体层404为n掺杂的实施方案中，牺牲层488可类似地为n掺杂的。如图35C所示，通过例如PEC蚀刻执行的牺牲层488的选择性蚀刻可导致牺牲层488的横向边缘(侧壁)489的宽度减小。然后可执行另外的处理以完成LED器件的制造，如前文所述。
在实施方案中，LED结构包括LED主体，该LED主体具有掺杂有第一掺杂物类型(例如，n型)的顶部掺杂的半导体层404、顶部掺杂的半导体层404下方的活性区域408、掺杂有与第一掺杂物类型相反的第二掺杂物类型(例如，p型)的底部掺杂的半导体层412以及处于顶部掺杂的半导体层404内的牺牲层488。牺牲层488的横向边缘489可以比LED主体中的一个或多个层诸如底部掺杂的半导体层412的横向边缘413、活性区域108的横向边缘409和顶部掺杂的半导体层404的横向边缘405更靠近中心竖直轴线。在实施方案中，牺牲层488具有的带隙小于形成底部掺杂的半导体层412和顶部掺杂的半导体层404的材料的带隙。
现在参考图36A-36C，提供了根据实施方案形成具有选择性蚀刻牺牲层486、488的LED的方法的示例性横截面侧视图图示。因此，牺牲层486、488可位于活性区域408的两侧。然后可执行另外的处理以完成LED器件的制造，如前文所述。
在实施方案中，LED结构包括处于底部掺杂的半导体层412内的牺牲层486和处于顶部掺杂的半导体层404内的牺牲层488。牺牲层486的横向边缘487、牺牲层488的横向边缘489可比LED主体中的一个或多个层诸如底部掺杂的半导体层412、活性区域108和顶部掺杂的半导体层404更靠近中心竖直轴线。
图38为根据实施方案粘结到接收衬底300的LED 195的示意性横截面侧视图图示。LED 195可为本文所述的LED中的任一个。接收衬底300可为显示底板。如图所示，LED 195为竖直LED，其中底部导电触点180通过粘结材料312诸如焊接材料粘结到电极(例如，阳极)310。LED 195的侧壁可被绝缘材料330围绕。绝缘材料可具有若干功能，诸如将LED 195固定到接收衬底300，为顶部导电层340诸如导电氧化物或导电聚合物提供台阶覆盖，用于将顶部导电触点182电连接至电极(例如，阴极)320。例如，绝缘材料330可为氧化物或聚合物材料。绝缘材料330和任选的侧壁钝化层170单独或组合还可防止顶部导电层340和LED的侧壁之间发生电短路。
图39示出根据实施方案的显示系统3900。显示系统容纳处理器3910、数据接收器3920和一个或多个显示面板3930，所述一个或多个显示面板3930可包括粘结到底板(例如，300)的LED 195阵列。另外，显示面板3930可包括一个或多个显示驱动器IC诸如扫描驱动器IC和数据驱动器IC。数据接收器3920可被配置为无线或有线接收数据。无线可通过用许多无线标准或协议中的任一种实现。
根据其应用，显示系统3900可包括其他部件。这些其他部件包括但不限于存储器、触摸屏控制器和电池。在各种具体实施中，显示系统3900可以是可穿戴设备(例如，手表)、电视机、平板电脑、电话、膝上型电脑、计算机监视器、信息亭、数码相机、手持式游戏机、媒体显示器、电子书显示器或大面积标牌显示器。
在利用实施方案的各个方面，对本领域技术人员显而易见的是，对于包括一个或多个限制结构的LED的制造而言，以上实施方案的组合或变型是可能的。尽管以特定于结构特征和/或方法行为的语言对实施方案进行了描述，但应当理解，所附权利要求并不一定限于所描述的特定特征或行为。所公开的特定特征和行为相反应当被理解为用于进行例示的权利要求的实施方案。