倒装芯片微发光二极管的制作方法

本公开的实施例一般涉及微发光二极管(微led或uled或μled)器件及其制造方法。更特别地，实施例涉及具有薄膜倒装芯片(tffc)设计的各个微发光二极管器件，其包括接触n型层的第一侧壁的阴极和接触p型接触层的顶表面的阳极，n型层的第一侧壁和p型接触层的顶表面处于两个不同的平面取向上。

背景技术：

1、发光二极管(led)是一种半导体光源，当电流流过它时，其发射可见光。led组合了p型半导体与n型半导体。led通常使用iii-v族化合物半导体。iii-v族化合物半导体在比使用其他半导体的器件更高的温度下提供稳定的操作。iii-v族化合物通常形成在由蓝宝石氧化铝(al2o3)或碳化硅(sic)形成的衬底上。

2、各种新兴的显示器应用(其包括可穿戴设备、头戴式显示器和大面积显示器)需要由高密度微led(μled或uled)阵列组成的小型化芯片，其横向尺寸低至小于100μm×100μm。微led的直径或宽度通常具有约50μm或更小的尺寸，其用于通过紧密排列包含红色、蓝色和绿色波长的uled来制造彩色显示器。一种组装由各个管芯构成的显示器的方法被称为各个led的“拾取-和-放置”。拾取-和-放置(或拾取和放置)方法包括：拾取每个单独的蓝色、绿色和红色波长微led，将所述每个单独的蓝色、绿色和红色波长微led对准，并且然后将所述每个单独的蓝色、绿色和红色波长微led附接到背板上，接着将背板电连接到驱动器集成电路。由于每个微led的小尺寸，这种组装顺序可以是慢的，并且容易产生制造误差。此外，随着管芯尺寸的减小以满足显示器不断增加的分辨率要求，越来越多数量的管芯必须在每次拾取和放置操作被转移以填充(populate)所需尺寸的显示器。

3、用于拾取-和-放置组装的独立uled像素或器件大致分为两类：薄膜倒装芯片(tffc)或垂直薄膜(vtf)，每类有其特定优势和应用，以及与其典型设计相关联的限制。虽然tffc设计通常提供更低的正向电压、更高的电流驱动能力、以及因此更高的亮度和效率性能，但是vtf设计为更小和更高密度的微led设计提供了更容易的尺寸缩小(dimensionaldown-scaling)。

4、由于独立微led器件的数量众多，目标是使它们可靠且有效率，并且微led器件本身是高效的。高效地制造独立的微led像素有助于有效地利用其微米大小的间距来传输光。还存在最大化发光面积的持续需要，同时改善独立微led的处理和加工。

技术实现思路

1、本文提供了光源和制造它们的方法。具有薄膜倒装芯片(tffc)设计的uled的优点在于，通过尺寸上可缩小(dimensionally down-scalable)的设计同时最大化外延的发光面积(lea)，提供了薄膜倒装芯片(tffc)架构和垂直薄膜(vtf)架构两者的益处。该设计还使光输出提取最大化。

2、在一方面中，一种微发光二极管(uled)器件包括：台面，包括：包括n型层、有源层和p型层的多个半导体层，接触p型层的p型接触层，该台面包括从p型接触层的顶表面跨越到n型层的底表面的高度和从n型层的第一侧壁跨越到n型层的第二侧壁的宽度，与n型层的第一侧壁和第二侧壁相比，p型接触层的顶表面具有不同的平面取向；接触n型层的第一侧壁的阴极；第一电介质材料区域，其将p型接触层、有源层、和p型层的第一侧壁与阴极绝缘；接触p型接触层的顶表面的阳极；以及第二电介质材料区域，其将有源层、p型层的第二侧壁、和n型层的第二侧壁与阳极绝缘。

3、在另一方面中，一种显示设备包括：背板；附接到背板的多个单独放置的uled器件，每个uled器件包括根据本文的任何实施例的uled；和外壳，该外壳包括封装多个单独放置的uled器件的显示面。

4、另外的方面包括一种制造微发光二极管(uled)器件的方法，包括：在衬底上沉积包括n型层、有源层和p型层的多个半导体层；在多个半导体层上沉积p型接触层；在p型接触层上沉积硬掩模层；蚀刻半导体层、p型接触层和硬掩模层的一部分以形成沟槽和多个台面，每个台面具有从p型接触层的顶表面跨越到n型层的底表面的高度和从n型层的第一侧壁跨越到n型层的第二侧壁的宽度；在衬底之上将电介质金属沉积到沟槽中和衬底的最上表面上；第一蚀刻以暴露p型接触层和衬底表面的第一部分；第二蚀刻以暴露n型层和衬底表面的第二部分；将第一金属沉积到通过第一蚀刻和第二蚀刻暴露的区域上；以及刻蚀以形成彼此隔离的阴极和阳极；前述步骤形成经加工的结构。

5、另一方面是一种制造显示设备的方法，包括：通过拾取-和-放置方法将多个微发光二极管(uled)附接到背板；以及将多个led封装在具有显示面的外壳中；每个uled包括根据本文的实施例的uled。

技术特征：

1.一种微发光二极管(uled)器件，包括：

2.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述台面的宽度小于100微米。

3.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述台面的高度小于或等于所述台面的宽度。

4.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阴极和所述阳极都纵向跨越所述uled器件。

5.根据权利要求1所述的uled器件，其中接触所述p型层的所述p型接触层基本上跨越所述p型层的宽度。

6.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阴极包绕所述n型层的一部分和所述第一电介质材料区域的第一部分。

7.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阳极包绕所述p型接触层和所述第二电介质材料区域的各部分。

8.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阴极的第一纵向表面限定了所述uled的第一接合表面，并且所述阳极的第一纵向表面限定了所述uled的第二接合表面，所述阴极的第一纵向表面和所述阳极的第一纵向表面位于所述p型接触层的同一侧上。

9.根据权利要求8所述的uled器件，其中所述阴极的第一纵向表面和所述阳极的第一纵向表面是平面的。

10.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阴极的第二纵向表面限定了所述uled的第一剥离边缘，并且所述阳极的第二纵向表面限定了所述uled的第二剥离边缘，所述阴极的第二纵向表面和所述阳极的第二纵向表面位于所述n型层的相反侧上。

11.根据权利要求1所述的uled器件，包括位于所述阴极、所述阳极、和所述第一电介质材料区域的第二部分上的钝化层。

12.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阴极接触所述n型层的两个平面取向。

13.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述阳极接触所述p型接触层的两个平面取向。

14.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述半导体层的总厚度在从2μm至10μm的范围内。

15.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述n型层包括n-gan，并且所述p型层包括p-gan。

16.根据权利要求1所述的uled器件，其中所述第一区域和所述第二区域的电介质材料各自独立地包括从由sio2、alox和sin组成的组中选择的材料，各自独立地具有在从200nm到1μm范围内的厚度。

17.一种显示设备，包括：

18.根据权利要求17所述的显示设备，其中每个uled根据权利要求1-16中的任一项。

19.一种显示系统，包括根据权利要求17所述的显示设备以及与多个uled器件通信的一个或多个控制器。

20.根据权利要求18所述的显示系统，其中所述多个uled器件是独立可控的。

技术总结
一种微发光二极管(uLED)器件，包括：台面，包括：包括n型层、有源层和p型层的多个半导体层，接触p型层的p型接触层；接触n型层的第一侧壁的阴极；第一电介质材料区域，其将p型接触层、有源层、和p型层的第一侧壁与阴极绝缘；接触p型接触层的顶表面的阳极；以及第二电介质材料区域，其将有源层、p型层的第二侧壁、和n型层的第二侧壁与阳极绝缘。与n型层的第一侧壁和第二侧壁相比，p型接触层的顶表面具有不同的平面取向。还提供了制造和使用uLED器件的方法。

技术研发人员：张耀明,吴伟锋,马佩芝,C·C·J·黄,苏玉茹
受保护的技术使用者：亮锐有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15