CN112864290A - 发光二极管结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED结构，包括基板、键合层、第一掺杂型半导体层、多重量子阱层(MQW层)、第二掺杂型半导体层、钝化层以及电极层。键合层形成在基板上，并且第一掺杂型半导体层形成在键合层上。MQW层形成在第一掺杂型半导体层上，第二掺杂型半导体层形成在MQW层上。第二掺杂型半导体层包括通过离子注入制成的隔离材料，并且钝化层形成在第二掺杂型半导体层上。电极层形成在钝化层上，通过钝化层上的第一开口与第二掺杂型半导体层的一部分接触。

Description

发光二极管结构及其制造方法
相关申请的交叉引用
本发明要求2020年4月9日提交的，标题为“离子注入的微型LED(Ion-implantedMicro-LED)”的美国临时专利申请第63/007,831号的优先权权益，同时要求了2021年2月17日提交的，标题为“发光二极管结构及其制造方法(LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE ANDMETHOD FOR MANUFACTURING THE SAME)”的美国正式专利申请第17/177,827号的优先权权益，其公开内容在此通过引用以整体并入。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)结构和一种制造该LED结构的方法，更具体地，涉及一种具有被隔离层包围的多个LED单元的LED结构及其制造方法。
背景技术
近年来，LED已经在照明应用中变得流行。作为光源，LED具有许多优点，包括更高的光效率、更低的能耗、更长的使用寿命、更小的尺寸以及更快的开关速度。
具有微型尺寸LED的显示器被称为微型LED(micro-LEDs)。微型LED显示器具有形成单个像素元件的微型LED阵列。像素可以是显示屏上的微小照明区域，可以由许多像素构成图像。换句话说，像素可以是小的离散元素，它们一起构成显示器上的图像。像素通常以二维(2D)矩阵排列，并使用点、正方形、矩形或其他形状表示。像素可以是显示器或数字图像的基本单元，并具有几何坐标。
当制造微型LED时，经常使用诸如干法蚀刻或湿法蚀刻工艺来使各个微型LED电隔离。为了产生多个完全隔离的功能性微型LED台面，常规过程通常完全蚀刻掉连续的功能性外延层。然而，当将常规微型LED台面转移到基板上或在转移到诸如驱动电路基板等的基板之后，由于微型LED台面的粘附性弱，所以完全隔离的功能性微型LED台面可能容易从基板上剥离。当微型LED台面变得更小时，这个问题变得更加严重。此外，在用于隔离微型LED台面的常规蚀刻过程中，微型LED台面的侧壁可能被损坏并影响LED结构的光学和电学性质。
本发明的实施例通过提供一种具有被隔离层包围的多个LED单元的LED结构及其制造方法而解决了上述问题，因此可以避免使用蚀刻过程的缺点。
发明内容
本发明公开了一种LED结构和形成该LED结构的方法的实施例。
在一个实施例中，公开了一种LED结构。该LED结构包括：基板；键合层；第一掺杂型半导体层；多重量子阱(Multiple Quantum Wells，MQW)层；第二掺杂型半导体层；钝化层；以及电极层。键合层形成在基板上，并且第一掺杂型半导体层形成在键合层上。在第一掺杂型半导体层上形成MQW层，并且在MQW层上形成第二掺杂型半导体层。第二掺杂型半导体层包括通过离子注入制成的隔离材料，并且钝化层形成在第二掺杂型半导体层上。电极层形成在钝化层上，并通过钝化层上的第一开口与第二掺杂型半导体层的一部分接触。
在另一实施例中，公开了一种LED结构。该LED结构包括基板和形成在基板上的多个LED单元。每个LED单元包括：键合层，其形成在基板上；第一掺杂型半导体层，其形成在键合层上；多重量子阱层，其形成在第一掺杂型半导体层上；以及第二掺杂型半导体层，其形成在MQW层上。多个LED单元包括第一LED单元和与第一LED单元相邻的第二LED单元。第一LED单元的第二掺杂型半导体层通过离子注入材料与第二LED单元的第二掺杂型半导体层电隔离。
在进一步实施例中，公开了一种制造LED结构的方法。在第一基板上形成半导体层。半导体层包括第一掺杂型半导体层；MQW层，其在第一掺杂型半导体层上；和第二掺杂型半导体层，其在MQW层上。执行离子注入操作以在第二掺杂型半导体层中形成离子注入材料。执行第一蚀刻操作以去除至少一部分离子注入材料、一部分MQW、一部分第一掺杂型半导体层以及一部分键合层，以暴露在第一基板中形成的驱动电路的触点。在第二掺杂型半导体层上形成钝化层。在钝化层上形成第一开口，暴露第二掺杂型半导体层的一部分，在钝化层上形成第二开口，暴露第一基板上的触点。在钝化层上形成电极层，覆盖第一开口和第二开口。
附图说明
结合在本说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与说明一起进一步用于解释本发明，并使本领域技术人员能够制造和使用本发明。
图1示出了根据本发明的一些实施方式的例证性LED结构的顶视图。
图2示出了根据本发明的一些实施方式的例证性LED结构的横截面图。
图3示出了根据本发明的一些实施方式的例证性LED结构的另一横截面图。
图4示出了根据本发明的一些实施方式的例证性LED结构的另一顶视图。
图5示出了根据本发明的一些实施方式的另一例证性LED结构的顶视图。
图6A至图6H示出了根据本发明的一些实施方式的处于制造过程的不同阶段的例证性LED结构的横截面图。
图7A至图7D示出了根据本发明的一些实施方式的处于制造过程的不同阶段的例证性LED结构的顶视图。
图8是根据本发明的一些实施方式的用于制造LED结构的例证性方法的流程图。
将参考附图描述本发明的实施方式。
具体实施方式
尽管讨论了具体的配置和布置，但是应理解，这样做仅出于说明的目的。因此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他配置和布置。而且，本发明也可以在多种其他应用中采用。在本发明中描述的功能和结构特征可以彼此并以附图中未具体示出的多种方式结合、调整和修改，使得这些组合、调整和修改在本发明的范围内。
通常，可以至少部分地根据上下文的用法来理解术语。例如，本文所使用的术语“一个或多个”至少部分地取决于上下文，可以用于以单数形式描述任何部件、结构或特征，或者可用于以复数形式描述部件、结构或特征的组合。类似地，诸如“一”、“一个”或“该”的术语也可以至少部分地取决于上下文理解为传达单数用法或传达复数用法。另外，术语“基于...”可以理解为不一定旨在传达一组排他的因素，而是至少部分地取决于上下文可以代替地允许存在不一定必须明确描述的附加因素。
应容易理解，本发明中的“在...上”、“在...之上”和“在...上面”的含义应该以最广义的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还意味着包括存在两者之间的中间部件或层的“在某物上”，并且“在某物之上”或“在某物上面”不仅意味着“在某物之上”或“在某物上面”的含义，而且也包括不存在两者之间的中间部件或层的“在某物之上”或“在某物上面”的含义(即，直接在某物上)。
此外，为了便于描述，本文中可能使用诸如“在...下面”、“在...之下”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或部件与附图中所示的另一元件或部件的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90°或以其他定向)，并且在本文中使用的空间相对描述语可以被同样地相应地解释。
本文中所使用的术语“层”是指包括具有一定厚度的区域的材料部分。层可以在整个下层或上层结构上延伸，或者可以具有小于下层或上层结构的范围的程度。此外，层可以是均质或不均质连续结构的区域，其厚度小于连续结构的厚度。例如，层可以位于连续结构的顶表面和底表面之间或在其之间的任何一对水平平面之间。层可以水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。基板可以是一层，可以在其中包括一个或多个层，和/或可以在其上、之上和/或之下具有一个或多个层。一层可以包括多层。例如，半导体层可以包括一个或多个掺杂或未掺杂的半导体层，并且可以具有相同或不同的材料。
本文中使用的术语“基板”是指在其上添加后续材料层的材料。基板本身可以被图案化。添加到基板顶部的材料可以被图案化或可以保持未图案化。此外，基板可以包括各种各样的半导体材料，诸如硅、碳化硅、氮化镓、锗、砷化镓、磷化铟等。可替选地，基板可以由非导电材料制成，诸如玻璃、塑料或蓝宝石晶片等。进一步可替选地，基板可以具有在其中形成的半导体装置或电路。
本文中使用的术语“微型”LED、“微型”p-n二极管或“微型”装置是指根据本发明的实施方式的某些装置或结构的描述性尺寸。本文中使用的术语“微型”装置或结构旨在表示0.1至100μm的规模。然而，应明白，本发明的实施方式不一定限于此，并且实施方式的某些方面可以适用于更大的以及可能更小的尺寸规模。
本发明的一些实施方式描述了LED结构或微型LED结构以及一种用于制造该结构的方法。为了制造微型LED显示器，将外延层键合到接收基板。接收基板例如可以是但不限于包括CMOS背板或TFT玻璃基板的显示基板。然后，外延层在接收基板上形成有微型LED阵列。当在接收基板上形成微型LED时，由于细小的功能性微型LED台面在接收基板上的粘附力较弱，并且与台面大小成正比，因此多个细小的功能性微型LED台面可能会从接收基板上剥离，从而在制造过程期间导致显示器故障(失效像素)。为了解决上述问题，本发明实施方式中引入了一种解决方案，其中功能性微型LED台面由隔离材料隔离而不在外延层上执行蚀刻过程，因此可以扩大功能性微型LED与接收基板之间的粘附面积，以避免潜在的剥离。另外，本发明实施方式中所述的制造方法可以进一步减少功能性微型LED台面的侧壁的物理损伤，减少作为LED的发光区域的量子阱结构的损伤，并改善功能台面的光学和电学性质。
图1示出了根据本发明的一些实施方式的例证性LED结构100的顶视图，图2示出了根据本发明的一些实施方式的沿线A-A’的例证性LED结构100的横截面图。为了更好地解释本发明，下面将一起描述图1中的LED结构100的顶视图和图2中的LED结构100的横截面图。LED结构100包括第一基板102和多个LED单元118(例如，如图2中所示的LED单元118-1、118-2、118-3以及118-4)。LED单元118通过键合层104键合在第一基板102上。在一些实施方式中，第一基板102可以包括半导体材料，诸如硅、碳化硅、氮化镓、锗、砷化镓、磷化铟。在一些实施方式中，第一基板102可以由非导电材料制成，诸如玻璃、塑料或蓝宝石晶片。在一些实施方式中，第一基板102可以具有在其中形成的驱动电路，并且第一基板102可以是CMOS背板或TFT玻璃基板。驱动电路将电信号提供给LED单元118以控制亮度。在一些实施方式中，驱动电路可以包括有源矩阵驱动电路，其中，每个单独的LED单元118相应于独立的驱动器。在一些实施方式中，驱动电路可以包括无源矩阵驱动电路，其中，多个LED单元118排列成阵列并且连接到由驱动电路驱动的数据线和扫描线。
键合层104是形成在第一基板102上以键合第一基板102和LED单元118的粘合材料层。在一些实施方式中，键合层104可以包括导电材料，诸如金属或金属合金。在一些实施方式中，键合层104可以包括Au、Sn、In、Cu或Ti等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以包括非导电材料，诸如聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以包括光刻胶，诸如SU-8光刻胶等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以是氢倍半硅氧烷(HSQ)或二乙烯基硅氧烷-双-苯并环丁烯(DVS-BCB)等，且不限于此。应理解，对键合层104的材料的描述仅是示例性的，而不是限制性的，本领域技术人员可以根据要求进行改变，所有这些改变在本发明的范围内。
参考图2，每个LED单元118包括其部分的键合层104、第一掺杂型半导体层106、第二掺杂型半导体层108，以及在第一掺杂型半导体层106和第二掺杂型半导体层108之间形成的多重量子阱层110。第一掺杂型半导体层106形成在键合层104上。在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106和第二掺杂型半导体层108可以包括由II-VI材料(诸如ZnSe或ZnO)或III-V氮化物材料(诸如GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs及其合金等)形成的一个或多个层。
在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106可以是跨多个LED单元118(例如，如图2中所示的四个LED单元118)延伸并形成这些LED单元118的公共阳极的p型半导体层。例如，LED单元118-2的第一掺杂型半导体层106延伸到其相邻的LED单元118-1和118-3，类似地，LED单元118-3的第一掺杂型半导体层106延伸到其相邻的LED单元118-2和118-4。在一些实施方式中，跨LED单元延伸的第一掺杂型半导体层106可以相对的薄。通过在各个LED单元上具有连续的第一掺杂型半导体的薄层，基板102与多个LED单元118之间的键合区域不仅限于第二掺杂型半导体层108下方的区域，还延伸至各个LED单元之间的区域。换句话说，通过具有连续的第一掺杂型半导体106的薄层，键合层104的面积增大。因此，增强了基板102与多个LED单元118之间的键合强度，并且可以降低LED结构100剥离的风险。
在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106可以是p型GaN。在一些实施方式中，可以通过在GaN中掺杂镁(Mg)来形成第一掺杂型半导体层106。在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106可以是p型InGaN。在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106可以是p型AlInGaP。每个LED单元118具有连接到驱动电路的阳极和阴极，例如，驱动电路形成在基板102中(未明确示出驱动电路)。例如，每个LED单元118具有连接到恒压源的阳极并且具有连接到驱动电路的源极/漏极的阴极。换句话说，通过跨各个LED单元118形成连续的第一掺杂型半导体106，多个LED单元118具有由连续的第一掺杂型半导体层106和连续的键合层104形成的公共阳极。
在一些实施方式中，第二掺杂型半导体层108可以是n型半导体层并且形成每个LED单元118的阴极。在一些实施方式中，第二掺杂型半导体层108可以是n型GaN。在一些实施方式中，第二掺杂型半导体层108可以是n型InGaN。在一些实施方式中，第二掺杂型半导体层108可以是n型AlInGaP。不同LED单元118的第二掺杂型半导体层108被电隔离，因而每个LED单元118可以具有与其他单元不同的电压电平的阴极。作为所公开的实施方式的结果，形成多个可单独工作的LED单元118，其第一掺杂型半导体层106跨相邻的LED单元水平地延伸，并且其第二掺杂型半导体层108在相邻的LED单元之间电隔离。每个LED单元118进一步包括在第一掺杂型半导体层106和第二掺杂型半导体层108之间形成的多重量子阱层110。MQW层110是LED单元118的有源区。
在一些实施方式中，第二掺杂型半导体层108被隔离材料116划分。例如，如图2中所示，第二掺杂型半导体层108被隔离材料116划分为多个LED台面108-1、108-2、108-3以及108-4。换句话说，LED台面108-1、108-2，108-3以及108-4通过在其间形成的隔离材料116电隔离。例如，LED单元118-2的LED台面108-2与LED单元118-1的LED台面108-1和LED单元118-3的LED台面108-3通过隔离材料116电隔离。
在一些实施方式中，隔离材料116可以是离子注入材料。在一些实施方式中，可以通过在第二掺杂类型半导体层108中注入离子来形成隔离材料116。在一些实施方式中，可以通过在第二掺杂类型半导体层108中注入H+、He+、N+、O+、F+、Mg+、Si+或Ar+离子等来形成隔离材料116。在一些实施方式中，第二掺杂类型半导体层108可以被注入一种或多种离子以形成隔离材料116。隔离材料116具有电绝缘的物理特性。通过在第二掺杂型半导体层108的限定区域中注入离子，可以将在限定区域中的第二掺杂型半导体层108转变为隔离材料116，隔离材料116将LED台面108-1、108-2、108-3和108-4彼此电隔离。
在一些实施方式中，如图2中所示，隔离材料116可以形成在第二掺杂型半导体层108中，其深度不足以穿透MQW层110。每个LED台面下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106和键合层104可以水平延伸到相邻LED台面下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106以及键合层104。例如，LED台面108-2下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106以及键合层104可以水平延伸至LED台面108-1和108-3下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106和键合层104。
在一些实施方式中，如图2中所示，可以在MQW层110上方控制隔离材料116的离子注入深度。在一些实施方式中，可以控制隔离材料116的离子注入深度从而不穿透MQW层110，并且隔离材料116停止接触第一掺杂型半导体层106。应理解，图2中所示的隔离材料116的位置、形状和深度仅是说明性的而不是限制性的，并且本领域技术人员可以根据要求进行改变，所有这些在本发明的范围内。
如图2中所示，在第二掺杂型半导体层108(包括LED台面108-1、108-2、108-3和108-4以及隔离材料116)上形成钝化层112。钝化层112可以用于保护和隔离LED单元118。在一些实施方式中，钝化层112可以包括SiO2、Al2O3、SiN或其他合适的材料，且不限于此。在一些实施方式中，钝化层112可包含聚酰亚胺、SU-8光刻胶或其他可光刻图案化的聚合物，且不限于此。电极层114形成在钝化层112的一部分上，并且电极层114通过钝化层112上的开口124电连接第二掺杂型半导体层108。在一些实施方式中，电极层114可以是导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge或Ni等，且不限于此。
图3示出了根据本发明的一些实施方式的沿线B-B’的例证性LED结构100的另一横截面图。第一基板102具有形成在其中的用于驱动LED单元118的驱动电路。驱动电路的触点120暴露在两个LED单元118之间，并且触点120通过电极层114与第二掺杂型半导体层108电连接。换句话说，第二掺杂型半导体层108和驱动电路的触点120的电连接由电极层114完成。如上所述，第二掺杂型半导体层108形成每个LED单元118的阴极，因此触点120通过电极层114从驱动电路向第二掺杂型半导体层108提供对应每个LED单元118的驱动电压。
图4示出了根据本发明的一些实施方式的LED结构100的另一顶视图。在图4中，出于解释的目的，用虚线示出了电极层114和钝化层112下方的层。在图4中，LED结构100包括16个LED单元118。每个LED单元118包括由第一掺杂型半导体层106和第二掺杂型半导体层108以及多重量子阱110形成的p-n二极管层。钝化层112形成在p-n二极管上，并且电极层114形成在钝化层112上。
在暴露第二掺杂型半导体层108的钝化层112上形成开口124，并且在暴露触点120的钝化层112上形成开口122。在钝化层112的一部分上形成电极层114，覆盖开口124和开口122，因此，电极层114与第二掺杂型半导体层108和触点120电连接。在图4中的示例中，开口124位于每个LED单元118的中心处，并且开口122位于相邻LED单元118的间隙处。应理解，开口124、开口122和电极层114的位置和设计(诸如形状和尺寸)可以基于具体实施方式偏离图4中所示的示例，并且不限于此。
在图4中，LED结构100包括16个LED单元118，并且每个LED单元118可独立地工作。每个LED单元118的第二掺杂型半导体层108被隔离材料116电隔离。第一掺杂型半导体层106位于第二掺杂型半导体层108和钝化层112之下，并且第一掺杂型半导体层106是这16个LED单元116的公共阳极。根据本发明，当这些LED单元(例如，16个LED单元118)的第一掺杂型半导体层106不仅在形成LED结构100的制造过程期间而且在制造过程之后电连接，并且每个LED单元118可以被不同的驱动电路独立驱动时，多个LED单元被称为“可独立的工作”。
图5示出了根据本发明的一些实施方式的另一LED结构500的顶视图。在图5中的顶视图中，LED台面108-1的形状为圆形的，这与图4中所示的LED结构100的顶视图中的LED台面108-1的形状不同。通过在第二掺杂型半导体层108的不同限定区域中注入离子，LED台面108-1的形状可以不同的形成。应理解，在一些实施方式中，顶视图中的LED台面的位置和形状可以根据各种设计或应用而改变，并且顶视图中的LED台面或LED单元118的形状并不限于此。在一些实施方式中，顶视图中的开口124、开口122、电极层114或触点118的位置和形状也可以根据各种设计和应用而改变，并且不限于此。
图6A至图6H示出了根据本发明的一些实施方式的在制造过程期间的例证性LED结构100的横截面图，图7A至图7D示出了根据本发明的一些实施方式的在制造过程的不同阶段的LED结构100的顶视图，图8是根据本发明的一些实施方式的用于制造LED结构100的例证性方法800的流程图。为了更好的解释本发明，将一起描述图6A至图6I、图7A至图7D以及图8。
在图6A中，在第一基板102中形成驱动电路，并且该驱动电路包括触点120。例如，该驱动电路可以包括在硅晶片上制造的CMOS器件，并且一些晶片级封装层或扇出结构堆叠在CMOS装置上以形成触点120。对于另一示例，驱动电路可以包括在玻璃基板上制造的TFT，并且一些晶片级封装层或扇出结构堆叠在TFT上以形成触点120。半导体层在第二基板124上形成，并且该半导体层包括第一掺杂型半导体层106、第二掺杂型半导体层108和MQW层110。
在一些实施方式中，第一基板102或第二基板126可以包括半导体材料，诸如硅、碳化硅、氮化镓、锗、砷化镓、磷化铟等，且不限于此。在一些实施方式中，第一基板102或第二基板126可以由非导电材料制成，诸如玻璃、塑料或蓝宝石晶片等，且不限于此。在一些实施方式中，第一基板102可以具有在其中形成的驱动电路，并且第一基板102可以包括CMOS背板或TFT玻璃基板。在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106和第二掺杂型半导体层108可以包括基于II-VI材料(诸如ZnSe或ZnO等)或III-V氮化物材料(诸如GaN、AlN、InN、InGaN、GaP、AlInGaP、AlGaAs及其合金等)的一个或多个层。在一些实施方式中，第一掺杂型半导体层106可以包括p型半导体层，并且第二掺杂型半导体层108可以包括n型半导体层。
在图6B中，键合层104在第一基板102上形成。在一些实施方式中，键合层104可以包括导电材料，诸如金属或金属合金。在一些实施方式中，键合层104可以包括Au、Sn、In、Cu或Ti等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以包括非导电材料，诸如聚酰亚胺(PI)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以包括光刻胶，诸如SU-8光刻胶等，且不限于此。在一些实施方式中，键合层104可以是氢倍半硅氧烷(HSQ)或二乙烯基硅氧烷-双-苯并环丁烯(DVS-BCB)等，且不限于此。在一些实施方式中，导电层128可以形成在第一掺杂型半导体层106之上。在一些实施方式中，导电层128可以是公共电极并覆盖整个第一掺杂型半导体层106。在一些实施方式中，导电层128可以在第一掺杂型半导体层106上形成欧姆接触。在一些实施方式中，在之后的操作中，导电层128和键合层104可以被统称为一层。
参考图6C以及图8的操作802，将第二基板126以及包括第一掺杂型半导体层106、第二掺杂型半导体层108和MQW层110的半导体层翻转并通过键合层104和导电层128键合至第一基板102。然后，可以从半导体层移除第二基板126。图6C示出了在第一基板102和第一掺杂型半导体层106之间的键合层104。然而，在一些实施方式中，键合层104可以包括一个或多个层以键合第一基板102和第一掺杂型半导体层106。例如，键合层104可以包括单个导电或非导电层。对于另一示例，键合层104可以包括粘合层以及导电或非导电层。在一些实施方式中，在操作802之后，键合层104和导电层128可以被统称为一层。应理解，对键合层104的材料的描述仅是说明性的而不是限制性的，并且本领域技术人员可以根据要求改变，所有这些改变在本发明的范围之内。
在图6D中，可以在第二掺杂型半导体层108上执行减薄操作以去除第二掺杂型半导体层108的一部分。图7A示出了在减薄操作之后的第二掺杂型半导体层108的顶视图。在一些实施方式中，减薄操作可以包括干法蚀刻或湿法蚀刻操作。在一些实施方式中，减薄操作可以包括化学机械抛光(CMP)操作。在一些实施方式中，包括第一掺杂型半导体层106、MQW层110和第二掺杂型半导体层108的厚度可以在大约0.3μm至大约5um之间。在一些其他实施方式中，包括第一掺杂型半导体层106、MQW层110和第二掺杂型半导体层108的厚度可以在大约0.4μm至大约4um之间。在一些替选实施方式中，包括第一掺杂型半导体层106、MQW层110和第二掺杂型半导体层108的厚度可以在大约0.5μm至大约3μm之间。
参考图6E以及图8的操作804，执行离子注入操作以在第二掺杂型半导体层108中形成隔离材料116，并且作为离子注入的结果，第二掺杂型半导体层108被绝缘材料116划分为多个LED台面108-1、108-6、108-11和108-16。多个LED台面108-1、108-6、108-11和108-16通过隔离材料116彼此电隔离。图7B示出了在离子注入操作之后的LED结构100的顶视图，而图6E示出了沿图7B中的线B-B’的横截面图。在图7B中，第二掺杂型半导体层108被隔离材料116划分为多个LED台面108-1、108-6、108-11和108-16。
在一些实施方式中，可以通过将离子注入第二掺杂型半导体层108中的限定区域来形成隔离材料116。在一些实施方式中，可以通过在第二掺杂类型半导体层108中注入H+、He+、N+、O+、F+、Mg+、Si+或Ar+离子来形成隔离材料116。在一些实施方式中，第二掺杂类型半导体层108可以被注入一种或多种离子以形成隔离材料116。隔离材料116具有电绝缘的物理特性。通过在第二掺杂型半导体层108的限定区域中注入离子，可以将限定区域中的第二掺杂型半导体层108的材料转变为隔离材料116，并电隔离LED台面108-1、108-6、108-11以及108-16。在一些实施方式中，可以以大约10keV至大约300keV之间的离子注入功率来执行注入操作。在一些实施方式中，可以以大约15keV至大约250keV之间的离子注入功率来执行注入操作。在一些实施方式中，可以以大约20keV至大约200keV之间的离子注入功率来执行注入操作。
在一些实施方式中，隔离材料116可以形成在第二掺杂型半导体层108中，其深度不足以穿透MQW层110。每个LED台面下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106和键合层104可以水平地延伸到相邻的LED台面下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106和键合层104。例如，LED台面108-6下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106和键合层104可以水平延伸至LED台面108-1和108-11下方的MQW层110、第一掺杂型半导体层106以及键合层104。
在一些实施方式中，可以控制隔离材料116的离子注入深度，使得隔离材料116停止接触MQW层110，如图6E中所示。在一些实施方式中，可以控制隔离材料116的离子注入深度从而不穿透MQW层110且隔离材料停止接触第一掺杂型半导体层106。应理解，图6E中所示的隔离材料116的位置、形状及深度仅是说明性的而不是限制性的，并且本领域技术人员可以根据具体实施方式进行改变，所有这些均在本发明的范围内。
参考图6F和图8的操作806，执行第一蚀刻操作以去除隔离材料116的一部分、MQW层110的一部分以及第一掺杂型半导体层106的一部分，以暴露形成在第一基板102中的驱动电路的触点120。图7C示出了第一蚀刻操作之后的LED结构100的顶视图。第一蚀刻操作可以是干法蚀刻或湿法蚀刻操作。在干法蚀刻操作或湿法蚀刻操作中，可以通过光刻过程在第二掺杂型半导体层108上形成硬掩模(例如，光刻胶)。然后，通过干法蚀刻等离子体或湿法蚀刻溶液去除第二掺杂型半导体层108的未被覆盖部分，以暴露触点120。在第一蚀刻操作期间，LED台面被绝缘材料116保护，因此可以防止LED台面侧壁的物理损伤。
参考图6G和图8的操作808和810，钝化层112形成在第二掺杂型半导体层108上，第一开口124形成在钝化层112上，暴露第二掺杂型半导体层108的一部分，第二开口122形成在钝化层112上，暴露触点120。图7D示出了在形成开口122和124之后的LED结构100的顶视图。LED结构100被钝化层112覆盖，并且开口122和124暴露第二掺杂型半导体层108和触点120。
在一些实施方式中，钝化层112可以包括SiO2、Al2O3、SiN或其他合适的材料以进行隔离和保护。在一些实施方式中，钝化层112可包含聚酰亚胺、SU-8光刻胶或其他可光刻图案化的聚合物。在图8的操作810中，形成开口124和开口122，以暴露第二掺杂型半导体层108的一部分，并且暴露触点120。在一些实施方式中，操作810可以通过第二蚀刻操作执行，以去除钝化层112的一部分并形成开口124和开口122。在一些进一步的实施方式中，通过光敏材料(例如，聚酰亚胺、SU-8光刻胶或其他可光刻图案化的聚合物等)形成所提供的钝化层112，操作810可以通过光刻操作执行，以图案化钝化层112并暴露开口124和开口122。
参考图6H以及图8的操作812，电极层114形成在钝化层112上，覆盖开口124和开口122。在图1中示出了操作812之后的LED结构100的顶视图。电极层114将第二掺杂型半导体层108和触点120电连接，并形成电路径以将LED单元与基板102中的驱动电路连接。驱动电路可以通过触点120和电极层114来控制第二掺杂型半导体层108的电压和电流电平。在一些实施方式中，电极层114可以包括导电材料，诸如铟锡氧化物(ITO)、Cr、Ti、Pt、Au、Al、Cu、Ge或Ni。
本发明提供了一种LED结构和一种用于制造该LED结构的方法，其中，第二掺杂型半导体层108被隔离材料116分开。功能性LED台面被隔离材料116分开，而无需在外延层上执行蚀刻过程，因此，可以扩大功能性LED和接收基板之间的粘合面积，以避免潜在的剥离。因为离子注入的半导体材料可以具有高电阻的物理特性，所以LED单元的电流可以被限制在限定发光面积的特定半导体层内。通过使用离子注入在半导体功能外延层中形成隔离材料以形成高电阻区域，本发明可以消除在形成LED台面时使用湿法蚀刻或干法蚀刻，避免了LED台面侧壁的物理损伤，并改善了LED单元的光电性能。此外，在台面之间不使用常规隔离沟槽的情况下，由物理沟槽限制的微型LED阵列的空间和密度可以大大提高。
根据本发明的一个方面，公开了一种LED结构。该LED结构包括基板、键合层、第一掺杂型半导体层、多重量子阱层、第二掺杂型半导体层、钝化层以及电极层。键合层形成在基板上，第一掺杂型半导体层形成在键合层上。在第一掺杂型半导体层上形成MQW层，在MQW层上形成第二掺杂型半导体层。第二掺杂型半导体层包括通过离子注入制成的隔离材料，钝化层形成在第二掺杂型半导体层上。电极层形成在钝化层上，并通过钝化层上的第一开口与第二掺杂型半导体层的一部分接触。
在一些实施方式中，隔离材料将第二掺杂型半导体层划分为多个LED台面。在一些实施方式中，LED结构进一步包括形成在基板中的驱动电路的多个触点，并且每个触点位于相邻LED台面的间隙处。在一些实施方式中，电极层通过每个触点上的第一开口和第二开口将第二掺杂型半导体层和触点电连接。
在一些实施方式中，多个LED台面包括第一LED台面和与第一LED台面相邻的第二LED台面，并且第一LED台面下方的MQW层、第一掺杂型半导体层和键合层水平的延伸至第二LED台面下方的MQW层、第一掺杂型半导体层和键合层。在一些实施方式中，隔离材料包括离子注入材料。
根据本发明的另一方面，公开了一种LED结构。该LED结构包括基板和形成在基板上的多个LED单元。每个LED单元包括：键合层，其形成在基板上；第一掺杂型半导体层，其形成在键合层上；多重量子阱层，其形成在第一掺杂型半导体层上；以及第二掺杂型半导体层，其形成在MQW层上。多个LED单元包括第一LED单元和与第一LED单元相邻的第二LED单元。第一LED单元的第二掺杂型半导体层通过离子注入与第二LED单元的第二掺杂型半导体层电隔离。
在一些实施方式中，第一LED单元的MQW层、第一掺杂型半导体层和键合层水平延伸至第二LED单元的MQW层、第一掺杂型半导体层和键合层。在一些实施方式中，在第二掺杂型半导体层中和MQW层上形成离子注入材料。
在一些实施方式中，该LED结构进一步包括：钝化层，其形成在由离子注入材料隔离的多个LED单元的第二掺杂型半导体层上；以及电极层，其形成在钝化层上，通过每个LED单元的钝化层上的第一开口与每个LED的第二掺杂型半导体层的一部分接触。
在一些实施方式中，LED结构进一步包括形成在基板中的驱动电路的多个触点，并且每个触点位于相邻LED单元的间隙处。在一些实施方式中，电极层通过每个LED单元的第一开口和每个触点上的第二开口将每个LED单元的第二掺杂类型半导体层与每个触点电连接。在一些实施方式中，离子注入材料包括氢、氦、氮、氧、氟、镁、硅或氩离子注入材料等，且不限于此。
根据本发明的又一方面，公开了一种用于制造LED结构的方法。在第一基板上形成半导体层。半导体层包括：第一掺杂型半导体层；MQW层，其在第一掺杂型半导体层上；以及第二掺杂型半导体层，其在MQW层上。执行离子注入操作以在第二掺杂型半导体层中形成离子注入材料。执行第一蚀刻操作以去除至少一部分离子注入材料、一部分MQW、一部分第一掺杂型半导体层和一部分键合层，以暴露形成在第一基板中的驱动电路的触点。在第二掺杂型半导体层上形成钝化层。在钝化层上形成第一开口，暴露第二掺杂型半导体层的一部分，在钝化层上形成第二开口，暴露第一基板上的触点。在钝化层上形成电极层，覆盖第一开口和第二开口。
在一些实施方式中，通过离子注入在第二掺杂型半导体层中形成离子注入材料，以将第二掺杂型半导体层划分为多个LED台面，每个LED台面被离子注入材料电隔离。在一些实施方式中，以注入深度将离子注入到半导体层的限定区域中，使得离子注入的材料不接触第一掺杂型半导体层。在一些实施方式中，将离子材料以注入深度注入到半导体层的限定区域中，使得离子注入的材料不接触第一掺杂型半导体层和MQW层。
在一些实施方式中，用大约10keV至大约300keV之间的离子注入功率执行注入操作。在一些实施方式中，离子包括氢、氦、氮、氧、氟、镁、硅或氩离子。
在一些实施方式中，在第一基板中形成驱动电路，在第二基板上形成半导体层，通过键合层将半导体层键合到第一基板上，并且去除第二基板。
具体实施方式的前述说明可以容易的修改和/或适用于各种应用。因此，基于本文提出的教导和指导，这样的改编和修改有意在所公开的实施方式的等效形式的含义和范围内。
本发明的广度和范围不应受到任何上述例证性实施方式的限制，而是应仅根据所附权利要求及其等效物来限定。

Claims (20)

1.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
基板；
键合层，所述键合层在所述基板上形成；
第一掺杂型半导体层，所述第一掺杂型半导体层在所述键合层上形成；
多重量子阱层，所述多重量子阱层在所述第一掺杂型半导体层上形成；
第二掺杂型半导体层，所述第二掺杂型半导体层在所述多重量子阱层上形成，其中，所述第二掺杂型半导体层包括通过离子注入制成的隔离材料；
钝化层，所述钝化层形成在所述第二掺杂型半导体层上；以及
电极层，所述电极层形成在所述钝化层上，通过所述钝化层上的第一开口与所述第二掺杂型半导体层的一部分接触。
2.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述隔离材料将所述第二掺杂型半导体层划分为多个LED台面。
3.根据权利要求2所述的LED结构，其特征在于，所述LED结构进一步包括：
在所述基板中形成的驱动电路的多个触点，其中，每个触点位于相邻的LED台面的间隙处。
4.根据权利要求3所述的LED结构，其特征在于，所述电极层通过每个第二掺杂型半导体层上的第一开口和每个触点上的第二开口将所述第二掺杂型半导体层和所述触点电连接。
5.根据权利要求2所述的LED结构，其特征在于，所述多个LED台面包括第一LED台面和与所述第一LED台面相邻的第二LED台面，其中，所述第一LED台面下方的所述多重量子阱层、所述第一掺杂型半导体层和所述键合层水平延伸至所述第二LED台面下方的所述多重量子阱层、所述第一掺杂型半导体层和所述键合层。
6.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于，所述隔离材料包括离子注入材料。
7.一种发光二极管结构，其特征在于，包括：
基板；和
多个LED单元，所述多个LED单元在所述基板上形成，每个LED单元包括：
键合层，所述键合层在所述基板上形成；
第一掺杂型半导体层，所述第一掺杂型半导体层在所述键合层上形成；
多重量子阱层，所述多重量子阱层在所述第一掺杂型半导体层上形成；
第二掺杂型半导体层，所述第二掺杂型半导体层在所述多重量子阱层上形成，
其中，所述多个LED单元包括第一LED单元和与所述第一LED单元相邻的第二LED单元，其中，所述第一LED单元的所述第二掺杂型半导体层通过离子注入材料与所述第二LED单元的所述第二掺杂型半导体层电隔离。
8.根据权利要求7所述的LED结构，其特征在于，所述第一LED单元下方的所述多重量子阱层、所述第一掺杂型半导体层和所述键合层水平延伸至所述第二LED单元下方的所述多重量子阱层、所述第一掺杂型半导体层和所述键合层。
9.根据权利要求8所述的LED结构，其特征在于，在所述第二掺杂型半导体层中和所述多重量子阱层上形成所述离子注入材料。
10.根据权利要求7所述的LED结构，其特征在于，所述LED结构进一步包括：
钝化层，所述钝化层形成在由所述离子注入材料隔离的所述多个LED单元的所述第二掺杂型半导体层上；和
电极层，所述电极层形成在所述钝化层上，通过每个LED单元的所述钝化层上的第一开口与每个LED单元的所述第二掺杂型半导体层的一部分接触。
11.根据权利要求7所述的LED结构，其特征在于，所述LED结构进一步包括：
在所述基板中形成的驱动电路的多个触点，其中，每个触点位于相邻LED单元的间隙处。
12.根据权利要求11所述的LED结构，其特征在于，所述电极层通过每个LED单元的所述第一开口和每个触点上的第二开口将每个LED单元的所述第二掺杂型半导体层与每个触点电连接。
13.根据权利要求7所述的LED结构，其特征在于，所述离子注入材料包括氢、氦、氮、氧、氟、镁、硅或氩离子注入材料。
14.一种用于制造发光二极管结构的方法，其特征在于，包括：
在第一基板上形成半导体层，所述半导体层包括第一掺杂型半导体层、在所述第一掺杂型半导体层上的多重量子阱层，以及在所述多重量子阱层上的第二掺杂型半导体层；
执行离子注入操作以在所述第二掺杂型半导体层中形成离子注入材料；
执行第一蚀刻操作以去除至少一部分所述离子注入材料、一部分所述多重量子阱层、一部分所述第一掺杂型半导体层和一部分键合层，以暴露形成在所述第一基板中的驱动电路的触点；
在所述第二掺杂型半导体层上形成钝化层；
在所述钝化层上形成第一开口，以暴露所述第二掺杂型半导体层的一部分，并在所述钝化层上形成第二开口，以暴露所述触点；以及
在所述钝化层上形成电极层，覆盖所述第一开口和所述第二开口。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述第二掺杂型半导体层中形成所述离子注入材料进一步包括：
通过离子注入在所述第二掺杂型半导体层中形成所述离子注入材料，以将所述第二掺杂型半导体层划分为多个LED台面，其中，每个LED台面通过所述离子注入材料电隔离。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，执行所述离子注入操作以在所述第二掺杂型半导体层中形成所述离子注入材料进一步包括：
以控制注入深度将离子注入到所述半导体层的限定区域中，使得所述离子注入材料不接触所述第一掺杂型半导体层。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，执行所述离子注入操作以在所述第二掺杂型半导体层中形成所述离子注入材料包括：
以控制注入深度将离子注入到所述半导体层的限定区域，使得所述离子注入材料不接触所述第一掺杂型半导体层和所述多重量子阱层。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，以大约10keV至大约300keV之间的离子注入功率执行所述注入操作。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述离子包括氢、氦、氮、氧、氟、镁、硅或氩离子。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述第一基板上形成所述半导体层包括：
在所述第一基板中形成驱动电路；
在第二基板上形成所述半导体层；
通过键合层将所述半导体层键合到所述第一基板上；以及
去除所述第二基板。
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