CN112997323A - 发光二极管、发光二极管的制造方法以及包括发光二极管的显示设备 - Google Patents

发光二极管、发光二极管的制造方法以及包括发光二极管的显示设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种LED、其制造方法以及包括LED的显示设备。具体地，本公开涉及包括电流限制结构的高效倒装芯片LED及其制造方法、以及包括这种LED的显示设备。特别地，根据本公开的倒装芯片LED包括围绕发光层并限制电流从发光层流向侧壁的电阻区域。

Description

发光二极管、发光二极管的制造方法以及包括发光二极管的 显示设备
技术领域
本公开涉及一种发光二极管(LED)、其制造方法以及包括该LED的显示设备，并且更具体地，涉及一种具有电流限制结构的倒装芯片LED及其制造方法、以及包括这种LED的显示设备。
背景技术
基于LED的相对高的发光效率和长寿命，LED被应用于各种工业领域。特别地，LED在显示器领域以及一般照明领域中正在商业化。
同时，特别地，随着显示设备的高性能和高效率的趋势，存在对提高LED的发光效率的持续需求。特别地，在诸如微型LED之类的纳米级LED的开发领域中，随着工艺效率的提高，提高二极管的发光效率正成为亟待解决的重要任务。
因此，人们一直致力于提高LED的发光效率。具体地，作为用于提高内部量子效率(IQE)的方法，已经开发了具有电流限制结构的竖直型LED。
然而，在竖直型LED中，电极布置在LED的发光面上，因此存在光提取效率(LEE)相应降低并且发光效率降低的限制问题。因此，需要开发高效率的LED，其综合考虑可以有助于提高发光效率以及形成电流限制结构的各种因素。
此外，在竖直型LED中，在电极层的形成过程的效率和形成电子连接部的转移过程的效率方面也受到限制。相反，在倒装芯片LED的情况下，倒装芯片LED具有有利于单个二极管的小型化、轻量化和高集成度的结构，并且，在制造显示设备时，可以提高发光效率、转移过程的效率等。
因此，越来越需要一种具有上述倒装芯片LED的优点并且同时具有改善了诸如电流限制结构之类的发光效率的结构的LED。
发明内容
【技术问题】
本公开提供了一种包括电流限制结构的高效倒装芯片LED及其制造方法、以及包括这种LED的显示设备。
【问题的解决方案】
根据本公开的一个方面，一种倒装芯片发光二极管(LED)可以包括：发光层；n型半导体层，设置在发光层的上表面上；p型半导体层，设置在发光层的下表面上；n电极，连接到n型半导体层；p电极，连接到p型半导体层；钝化层，设置在LED的侧壁以及LED的发光面的相反侧的表面上；反射层，设置在钝化层上，并且反射从发光层发出的光；以及电阻区域，设置在发光层的侧表面上，并且限制电流从发光层流向侧壁。
电阻区域可以设置在整个p型半导体层的侧表面、整个发光层的侧表面以及n型半导体层的一部分的侧表面上。
电阻区域可以通过离子注入设置在发光层、n型半导体层和p型半导体层上。
反射层可以是金属反射器或分布式布拉格反射器结构。
LED可以包括接触孔，接触孔穿过p型半导体层和发光层，并且将n电极连接到n型半导体层。电阻区域围绕接触孔并限制电流从发光层流向接触孔。
LED的面积可以小于或等于10,000mm2。
根据本公开的一方面，一种倒装芯片发光二极管(LED)的制造方法可以包括：在衬底上沉积n型半导体层、发光层和p型半导体层；在发光层的侧表面上形成电阻区域；蚀刻n型半导体层、发光层和p型半导体层；在LED的侧壁和LED的发光面的相反侧的表面上形成钝化层；在钝化层上形成反射层；形成连接至n型半导体层的n电极；形成连接至p型半导体层的p电极；以及去除衬底。
可以在整个p型半导体层的侧表面、整个发光层的侧表面以及n型半导体层的一部分的侧表面上形成电阻区域。
可以通过离子注入在发光层、n型半导体层和p型半导体层上形成电阻区域。
反射层可以是金属反射器或分布式布拉格反射器结构。
LED的制造方法可以包括形成穿过p型半导体层和发光层以将n电极连接到n型半导体层的接触孔。电阻区域可以形成为围绕接触孔，并限制电流从发光层流向接触孔。
LED的面积可以小于或等于10,000mm2。
根据本公开的一方面，一种显示设备可以包括显示面板，该显示面板具有多个倒装芯片发光二极管(LED)和用于驱动多个LED的多个像素驱动电路，并且该显示面板被划分为以矩阵形式排列的多个像素。
多个LED中的每个LED可以包括：发光层；n型半导体层，设置在发光层的上表面上；p型半导体层，设置在发光层的下表面上；n电极，连接到n型半导体层；p电极，连接到p型半导体层；钝化层，设置在LED的侧壁以及LED的发光面的相反侧的表面上；反射层，设置在钝化层上，并且反射从发光层发出的光；以及电阻区域，设置在发光层的侧表面上，并且限制电流从发光层流向侧壁。
多个像素中的每个像素可以包括：包括红色LED的R子像素、包括绿色LED的G子像素和包括蓝色LED的B子像素，并且多个像素驱动电路可以相对于R子像素、G子像素和B子像素中的每个而形成。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的某些实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是用于示出根据实施例的LED的构造的截面图；
图2A是用于示出根据实施例的倒装芯片LED的构造的截面图；
图2B是用于示出根据实施例的倒装芯片LED的构造的截面图；
图2C是用于示出根据实施例的倒装芯片LED的构造的截面图；
图3是用于示出根据实施例的包括接触孔的LED的构造的截面图；
图4是用于示出根据实施例的LED的制造方法的流程图；
图5A是用于示出根据实施例的LED的制造方法的每个步骤的图；
图5B是用于示出根据实施例的LED的制造方法的每个步骤的图；
图5C是用于示出根据实施例的LED的制造方法的每个步骤的图；
图5D是用于示出根据实施例的LED的制造方法的每个步骤的图；以及
图6是用于示出根据实施例的包括在显示设备中的显示面板的构造的图。
最佳实施方式
可以对本公开的实施例进行各种修改，并且可以存在各种类型的实施例。因此，将在附图中示出特定实施例，并且将在详细描述中详细描述实施例。然而，应当注意，各种实施例不将本公开的范围限制为特定的实施例，并且应当将它们解释为包括本公开的实施例的各种修改、等同形式和/或替代形式。此外，关于附图的详细描述，相似的部件可以由相似的附图标记表示。
同时，在说明本公开内容时，在确定相关的已知功能或特征的详细说明可能不必要地混淆本公开内容的主旨的情况下，可以省略该详细说明。
此外，可以以各种不同的形式修改以下实施例，并且本公开的技术思想的范围不限于以下实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加充分和完整，并将本公开的技术思想充分传达给本领域技术人员。
在本公开中使用的术语可以描述特定的实施例，并且无意于限制本公开的保护范围。同样，术语的单数表达可以包括术语的复数表达，除非上下文中另外明确指出不包括复数表达。
在本公开中，诸如“具有”、“可以具有”、“包括”、“可以包括”等表达应被解释为表示存在这样的特性(例如，诸如数值之类的元件、函数、操作和组件)，并且这些表达方式并不排除存在其他特性。
此外，在本公开中，表达“A或B”、“A和/或B中的至少一个”或“A和/或B中的一个或多个”等可以包括所列项目的所有可能的组合。例如，“A或B”、“A和B中的至少一个”或“A或B中的至少一个”是指以下所有情况：(1)包括至少一个A，(2)包括至少一个B，或(3)包括至少一个A和至少一个B。
此外，在本公开中使用的诸如“第一”、“第二”等的表达可以用于描述各种元件，而不管重要性的任何顺序和/或程度。而且，这样的表达可以用于将一个元件与另一元件区分开，并且不旨在限制这些元件。
此外，在本公开中，一个元件(例如，第一元件)与另一个元件(例如，第二元件)“(操作地或通信地)耦合”或“连接到”另一个元件(例如，第二元件)的描述可以解释为既包括一个元件直接与另一个元件耦合的情况，也包括一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)耦合至另一个元件的情况。
相反，关于一个元件(例如，第一元件)“直接耦合”或“直接连接”到另一个元件(例如，第二元件)的描述可以解释为意味着在一个元件和另一个元件之间不存在又一个元件(例如，第三元件)。
同时，为方便起见，示意性地示出了附图中的各种元件和区域。因此，本公开的技术思想不受附图中示出的相对大小或间隔的限制。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的实施例，以使本公开所属领域的普通技术人员可以执行这些实施例。
在详细说明根据本公开的LED之前，将说明影响LED的发光效率的因素。原则上，LED的发光效率根据内部量子效率(IQE)和外部量子效率(EQE)而变化。
内部量子效率是LED内部产生光子的能力的度量，也是LED质量和构造的函数。同时，外部量子效率被定义为将发射的光子数除以注入的电子数。而且，外部量子效率是LED的内部量子效率和光提取效率(LEE)的函数。而且，光提取效率由LED的光学设计确定。
根据本公开的显示器可以被安装并应用于可穿戴设备、便携式设备、手持设备以及包括显示器的电子设备，并且可以被应用于诸如个人计算机(PC)、高分辨率电视、电子牌等的监视器之类的显示设备。
在下文中，将说明设计为通过提高LED的内部量子效率和外部量子效率来提高LED的发光效率的LED的构造及其效果。
图1是用于示出根据实施例的LED的构造的截面图。
如图1所示，根据实施例的LED 111包括发光层(例如，有源层)10、n型半导体层21、p型半导体层22、n电极51、p电极52、钝化层30、反射层40和电阻区域60。
发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22可以包括具有与频谱中的特定区域相对应的带隙的各种半导体。例如，具有600-750nm光波长的红色LED 111可以包括基于AlInGaP基半导体的一层或多层。而且，分别具有450-490nm光波长和500-570nm光波长的蓝色和绿色LED111可以包括基于AlInGaN基半导体的一层或多层。
n型半导体层21和p型半导体层22可以被实现为诸如III-V族、II-VI族等的化合物的半导体。特别地，n型半导体层21和p型半导体层22可以实现为氮化物半导体层，特别是GaN半导体层。然而，根据本公开的n型半导体层21和p型半导体层22不限于此，并且它们可以根据LED111的各种特性而包括各种材料。
n型半导体是将自由电子用作传输电荷的载流子的半导体，并且可以通过掺杂诸如Si、Ge、Sn、Te等n型掺杂剂来制造。p型半导体是将空穴用作传输电荷的载流子的半导体，并且可以通过掺杂Mg、Zn、Ca、Ba等p型掺杂剂来制造。
发光层10位于n型半导体层21和p型半导体层22之间，并且是其中作为n型半导体层21的载流子的电子和作为p型半导体层22的载流子的空穴相遇的层。当电子和空穴在发光层10上相遇时，随着电子和空穴的复合而形成势垒。然后，当电子和空穴根据所施加的电压越过势垒并移动到低能级时，发射与其对应的波长的光。
这里，发光层10可以具有多量子阱(MQW)结构，但是本公开不限于此，并且发光层10可以具有诸如单量子阱(SQW)结构或量子点(QD)结构等的各种结构。
在发光层10以多量子阱结构形成的情况下，发光层10的阱层/势垒层可以以诸如InGaN/GaN、InGaN/InGaN和GaA(InGaGs)/AlGaAs的结构形成，但是本公开不限于前述结构。而且，发光层10中包括的量子阱的数量不限于特定数量。到目前为止，仅关于发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22进行了说明，但是根据本公开的LED 111可以包括除前述层以外的各种半导体层。例如，根据本公开的LED 111还可以包括通过过量掺杂掺杂剂而制造的p+型半导体层或n+型半导体层，使得改善电流分布并且能够在整个芯片中均匀发光。
n电极51电连接至n型半导体层21，并且p电极52电连接至p型半导体层22。具体地，n电极51和p电极52与n型半导体层21和p型半导体层22形成欧姆接触，从而电连接到n型半导体层21和p型半导体层22。此外，n电极51和p电极52可以包括Al、Ti、Ni、Pd、Ag、Au和Au-Ge、以及诸如氧化铟锡(ITO)和ZnO的氧化物。
当通过n电极51和p电极52施加电压时，n型半导体内部的电子向(+)端子移动，p型半导体内部的空穴向(-)端子移动，并且电流通过相应形成的少数载流子而流动。
尽管在图1中未示出，但是在穿过发光层10、n型半导体层21或p型半导体层22中的至少一个的区域中，可以形成接触孔70。而且，n电极51和p电极52之间的至少一个电极可以经由接触孔70电连接到n型半导体层21或p型半导体层22。在关于图3的说明中，将详细描述根据本公开的LED 111包括用于在电极和半导体层之间进行连接的接触孔70的实施例。
n电极51和p电极52可以形成在LED 111的发光面(光从该发光面发射)的相反侧的表面上。也就是说，如图1所示，根据本公开的LED 111具有倒装芯片结构，其中n电极51和p电极52均形成在发光面的相反侧的表面上。在关于图2A至图2C的说明中将详细描述倒装芯片型LED 111。
钝化层30形成在LED 111的侧壁和LED 111的发光面的相反侧的表面上。钝化层可以包括绝缘材料，例如Al2O3、SiN、SiO2等。而且，钝化层30起到使发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22与反射层40电子区分的作用。
如图1所示，钝化层30具有允许p电极52和n电极51电连接到p型半导体层22和n型半导体层21的开口区域。
如上所述，反射层40形成在钝化层30上。也就是说，类似于钝化层30，反射层40也形成在LED 111的侧壁和LED 111的发光面的相反侧的表面上。对于反射层40，可以使用具有高反射率的各种金属材料(诸如铝(Al))，但是根据本公开的反射层40不限于特定的材料。
反射层40可以以金属反射器或分布式布拉格反射器(DBR)结构形成。
具体地，可以将分布式布拉格反射器结构实现为具有不同折射率的两层交替层叠的多层结构。而且，据此，由于两个不同层之间的折射率的差异，在每一层的界面上产生菲涅耳反射，并且根据多层结构中包括的材料及其厚度，所有反射波均产生相长干涉。因此，以分布布拉格反射器结构形成的反射层40具有高反射率。
根据本公开的实施例，形成在LED 111的侧壁上的反射层40可以基于发光面的相反侧的表面以1度至85度的角度形成。
如上所述的反射层40起到将从发光层10发射的光向发光面方向反射的作用。具体地，在从发光层10发射的光朝向LED 111的侧壁和在LED 111的发光面的相反侧的表面的情况下，反射层40可以在发光面的方向上反射光，其结果是，可以提高LED 111的光提取效率。
电阻区域60形成在围绕发光层10的区域中。电阻区域60可以形成在围绕发光层10的区域中，并且也可以形成在围绕p型半导体层22和n型半导体层21的侧表面的区域中。具体地，可以以包括整个p型半导体层22、整个发光层10以及n型半导体层21的一部分在内的深度形成电阻区域60。这是因为，在通过离子注入过程(下文描述)形成电阻区域60的情况下，离子注入的执行开始于p型半导体层22的上部并且到n型半导体层21的上部。
可以将电阻区域60的总宽度形成为对应于LED 111的整个宽度的30％。然而，这仅是示例，可以同时考虑与根据发光层10的宽度减小的效果以及根据电阻区域60形成的效果来确定电阻区域60的宽度。
电阻区域60具有比流过发光层10的电流路径更高的电阻率。具体地，电阻区域60可以包括具有比包括在发光层10中的材料电阻率更高的材料。此外，电阻区域60可以包括具有比n型半导体层21和p型半导体层22中包括的材料电阻率更高的材料。
如上所述的电阻区域60的材料特性可以通过离子注入来实现。具体地，可以通过对发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22进行离子注入来形成电阻区域60。
离子注入过程是对带电离子施加电场，并通过使离子加速而将离子注入到目标物体中的过程，并且该离子注入过程用于将精确量的杂质掺杂到所需位置。具体地，离子注入过程通过以下过程来执行：离子化离子源，提取期望的离子，然后将电场施加于所选离子从而加速离子并使它们与半导体碰撞，并且将离子注入到半导体中。
可以通过调整加速能量来控制根据离子注入过程的离子注入的深度，并且可以通过在注入离子时调整离子电流来控制杂质的量。
同时，根据本公开的实施例，如果LED 111是红色LED 111，则可以通过注入H、Al和O作为离子源来形成电阻区域60。如果LED 111是绿色LED 111，则可以通过注入N作为离子源来形成电阻区域60。如果LED 111是蓝色LED 111，则可以通过注入A1、Fe和C作为离子源来形成电阻区域60。然而，这些仅是示例，并且不限制注入到电阻区域60中的离子源的类型。
根据本公开的电阻区域60的形成可以通过离子注入来执行，并且电阻区域60可以通过各种其他方法实现为包括具有比发光层10更高的电阻率的材料。
如上所述的电阻区域60起到限制流经发光层10的电流流向侧壁的作用。在下文中，将详细描述根据电阻区域60的形成的效果。
在LED的一般制造过程中，通过干蚀刻技术蚀刻发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22，在这种情况下可能会导致蚀刻侧壁区域的高密度的缺陷。
在存在此类缺陷的侧壁区域周围，发生注入载流子的非辐射复合。非辐射复合是指空穴和电子在半导体中复合时不带辐射，并且电子所具有的能量以热的形式散发的现象。换句话说，当发生非辐射复合时，不会通过空穴和电子的复合而发出光子形式的能量，而是发出声子形式的能量。
因此，当发生额外的非辐射复合时，内部量子效率进一步降低。特别地，非辐射复合对LED 111的发光效率产生显著影响，因此是在提高LED 111的发光效率中要解决的问题。
如上所述，根据本公开的LED 111在围绕发光层10的区域中包括电阻区域60，因此，限制了电流通过发光层10流向具有缺陷的侧壁。而且，通过形成电阻区域60，根据本公开的LED 111可以包括电流限制结构。
也就是说，根据本公开的电阻区域60提供了一种结构，其中有缺陷的侧壁与电流的路径间隔开，从而抑制了侧壁上的非辐射复合。因此，提高了LED 111内部的内部量子效率，从而提高了LED 111的发光效率和光输出的稳定性。
如图1所示，根据本公开的LED 111可以不包括衬底80。也就是说，根据本公开，可以去除用作用于外延生长发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22的衬底80的晶片。将在关于图4和图5A至图5D的说明中详细描述根据本公开的衬底80的去除以及由此产生的效果。
同时，对根据本公开的LED 111的尺寸没有特别限制，但是根据本公开的实施例，LED 111可以是微型LED 111。微型LED 111可以指面积小于或等于10,000mm2的LED 111。更具体地说，可以以水平和竖直长度都大于或等于1mm和小于或等于100mm的形式来实现微型LED 111。
作为在显示设备中形成单独像素元件的光源，微型LED引起了广泛的关注，并且为了实现这种应用，可能需要微型LED 111的高发光效率。
但是，由于与器件的尺寸相比，微型LED的侧壁的面积比宽，所以如上所述，由于非辐射复合而导致的内部量子效率的降低可能会增加。
因此，尤其是在微型LED 111的情况下，可以更明显地表现出根据本公开的LED111的发光效率的改善效果。然而，对根据本公开的LED 111的尺寸没有特别限制，并且尺寸可以被实现为各种尺寸。
如上所述，根据本公开的实施例的LED 111具有倒装芯片结构。在下面关于图2A至图2C的说明中，将详细描述根据本公开的倒装芯片LED 111的构造以及由此产生的提高光提取效率的效果。
图2A至图2C是示出与不同类型的LED相比根据本公开的实施例的倒装芯片LED的构造的截面图。
也就是说，与一般横向型和一般竖直型的LED相比，图2A至图2C可以详细说明根据本公开采用的倒装芯片型的一般构造和优点。此外，在图2A至图2C中，与本公开相关的附图中相同附图标记用于与根据本公开的LED的组件相对应的组件，但这仅是为了便于说明。
通常，基于电极的布置形式，LED的构造可大致分为横向型和竖直型。而且，基于发光面，横向型可以细分为上部发光型和下部发光型。这里，下部可以指LED的衬底所处的一侧，而上部可以指衬底的相反侧。如稍后将描述的，在根据本公开的LED的情况下，在其制造过程中去除用于生长半导体层的衬底，因此，在这种情况下的下部可以解释为衬底在被去除之前所处的一侧。
在横向型LED中的上部发光型LED的情况下，在与发光面相同的表面上形成电极。在横向型LED中的下部发光型LED的情况下，在发光面的相反侧形成电极。
横向型LED中的下部发光型LED通常被称为倒装芯片LED。因此，在下文中，横向型LED之中的上部发光型LED将被简称为横向型LED，而横向型LED之中的下部发光型LED将被称为倒装芯片LED。
图2A是示出一般横向型LED的截面图，图2B是示出一般竖直型LED的截面图，图3B是示出倒装芯片LED的总体构造的截面图，其是根据本公开的LED采用的构造。
如图2A所示，横向型LED包括在衬底80上的发光层10、n型半导体层21、p型半导体层22、n电极51和p电极5。这里，n电极51和p电极52相互平行地布置，光向LED的上部发射。
如上所述，在横向型LED的情况下，在发光面上形成电极。因此，存在由于电极的遮蔽效应而导致光提取效率降低的问题。此外，由于电极位于LED的上部中，因此可能使用导线将在下部方向上布置的底板与LED互连，从而增加了制造成本。
如图2B所示，竖直型LED也包括发光层10、n型半导体层21、p型半导体层22、n电极51和p电极52。这里，衬底80是导电性衬底，并起到p电极52的作用。在竖直型LED的情况下，在发光面上也形成有电极。因此，存在由于电极的遮蔽效应而导致光提取效率降低的问题。此外，如同横向型LED的情况一样，增加了用于互连位于LED上部中的电极和底板的制造成本。
具体地，在竖直型LED的情况下，n电极51和p电极52位于二极管的不同表面上，因此应当在LED的两个侧表面上均形成布线。特别地，为了使上部中的电极互连，可能需要其他过程，例如形成通孔、掩膜、形成层间绝缘层和电镀。
如图2C所示，在倒装芯片LED的情况下，电连接至n型半导体层21的n电极51和电连接至p型半导体层22的p电极52被布置在同一表面上，并且光朝着作为LED的衬底80所位于的一侧的下部发射。
这里，在同一表面上的布置可以指n电极51和p电极52均形成在LED的发光面的相反侧的表面上，而不是指n电极51的一个表面和p电极52的一个表面形成在同一层上。
如上所述，在倒装芯片LED的情况下，在发光面上未形成电极。因此，与横向型LED或竖直型LED的情况不同，不会发生由于遮蔽效应引起的光提取效率的降低。
此外，在倒装芯片LED的情况下，在与底板耦合时，通过使用电极图案直接焊接电极，而无需使用诸如电线的附加连接结构或诸如球网格阵列(BGA)的中间介质。因此，在倒装芯片LED的情况下，转移过程的效率高，并且由于不需要用于布线的单独空间，所以这种LED有利于单个二极管的小型化、轻量化和高集成度。
图3是用于示出根据本公开实施例的包括接触孔的LED的构造的截面图。
到目前为止，基于图1所示的构造的假设作为根据本公开的LED111的示例进行了说明。然而，可以以各种方式改变根据本公开的LED111的构造。
参考图3，LED 111包括发光层10、n型半导体层21、p型半导体层22、钝化层30、反射层40、n电极51、p电极52和电阻区域60。如上关于图1进行的说明，可以省略重复的说明。然而，在如图3所示的LED 111的情况下，与如图1所示的LED 111的情况不同，LED 111还包括接触孔70。
也就是说，根据本公开的LED 111还包括接触孔70，接触孔70形成为穿过p型半导体层22和发光层10，并且将n电极51电连接至n型半导体层。
接触孔70可以通过干蚀刻形成，因此，与LED 111的侧壁的区域相同，在蚀刻的接触孔70的区域中可能发生高密度的缺陷。
而且，在存在缺陷的接触孔70的周围，如在LED 111的侧壁的区域中，可能发生注入的载流子的非辐射复合。因此，还可能在接触孔70周围引起根据非辐射复合导致的内部量子效率的降低。因此，在如图3所示形成有接触孔70的LED 111的情况下，可能需要限制流经发光层10的电流流向存在缺陷的接触孔70。
因此，根据如图3所示的本公开的实施例，在围绕接触孔70的区域中另外形成电阻区域60。而且，据此限制了流经发光层10至接触孔70的电流，并且因此可以减少由于在接触孔70的区域中发生非辐射复合而导致的内部量子效率的降低。
图4是用于说明根据本公开的实施例的LED的制造方法的流程图，而图5A至图5D是用于详细说明根据本公开的实施例的LED的制造方法的每个步骤的图。
在下文中，将参考图4和图5A至图5D进行说明。由于在以上关于图1至图3的说明中描述了根据本公开实施例的LED 111的构造以及LED 111中包括的每个层的特性等，因此可以省略重复说明。
在根据本公开的实施例的LED 111的制造方法中使用的衬底80可以是适合于生长半导体材料或载体晶片等的材料。具体地，衬底80可以包括例如以下材料：蓝宝石，Al2SO4，SiC，GaN，GaAs，ZnO等，但是在本公开中使用的衬底80不限于特定材料。
当设置衬底80时，在操作S410中，如图5A所示，在衬底80上依次沉积n型半导体层21、发光层10和p型半导体层22。具体地，在衬底80上沉积n型半导体层21，在所沉积的n型半导体层21的上部中沉积发光层10，并且在所沉积的发光层10的上部沉积p型半导体层22。
而且，可以在n型半导体层21和p型半导体层22的上部或下部中另外层叠具有各种特性的半导体层。
如上所述的沉积可以通过利用诸如金属有机气相外延(MOVPE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)之类的工艺技术来执行。
当沉积n型半导体层21、发光层10和p型半导体层22时，在操作S420中，在围绕发光层10的区域中形成电阻区域60。可以以包括整个p型半导体层22、整个发光层10以及n型半导体层21的一部分在内的深度形成电阻区域60。这是因为电阻区域60是通过后文描述的离子注入过程形成的。
如图5B所示，基于通过掩模90掩盖的p型半导体层22的表面来确定电阻区域60的宽度。然后，当通过离子注入过程将离子注入到p型半导体层22的表面内部时，形成电阻区域60。
可以通过在离子注入过程中控制加速电压或离子性标准的其他变量来确定离子注入的深度。如图5B所示，可以以包括整个p型半导体层22、整个发光层10以及n型半导体层21的一部分在内的深度形成电阻区域60。
离子注入过程是对带电离子施加电场，并通过使离子加速而将离子注入到目标物体中的过程，并且该离子注入过程用于将精确量的杂质掺杂到所需位置。具体地，离子注入过程通过以下过程来执行：离子化离子源，提取期望的离子，然后将电场施加于所选离子从而加速离子并使它们与半导体碰撞，并且将离子注入到半导体中。
可以通过调整加速能量来控制根据离子注入过程的离子注入的深度，并且可以通过在注入离子时调整离子电流来控制杂质的量。
根据本公开的实施例，如果LED 111是红色LED 111，则可以通过注入H、Al和O作为离子源来形成电阻区域60。如果LED 111是绿色LED 111，则可以通过注入N作为离子源来形成电阻区域60。如果LED 111是蓝色LED111，则可以通过注入Al、Fe和C作为离子源来形成电阻区域60。然而，这些仅是示例，并且不限制注入到电阻区域60中的离子源的类型。
根据本公开的电阻区域60的形成可以通过离子注入来执行，并且电阻区域60可以通过各种其他方法实现为包括具有比发光层10更高的电阻率的材料。
如上所述的电阻区域60起到限制流经发光层10的电流流到侧壁的作用。也就是说，根据本公开的电阻区域60将有缺陷的侧壁和电流路径彼此间隔开，从而抑制了侧壁上的非辐射复合。因此，提高了LED111内部的内部量子效率，从而提高了LED 111的发光效率。
在下文中，将参考图5C来说明随后的过程，图5C示意性地示出了形成电阻区域60之后的过程。也就是说，在图5C中，在一幅图中示出了多个过程，并且这是用于示意性地示出通过工艺技术执行的过程。
当形成电阻区域60时，在操作S430中，蚀刻n型半导体层21、发光层10和p型半导体层22。具体地，可以通过使用湿蚀刻或干蚀刻技术来执行蚀刻。例如，可以通过使用诸如反应离子蚀刻(RIE)、电回旋共振(ECR)、电感耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)、化学辅助离子束蚀刻(CAIBE)等的干蚀刻技术来执行蚀刻。
根据如上所述的蚀刻过程，形成根据本公开的LED 111的侧壁，并且确定LED 111的尺寸和整体形状。
当执行蚀刻时，在操作S440中，在LED 111的侧壁和LED 111的发光面的相反侧的表面上形成钝化层30。
当形成钝化层30时，在操作S450中，在钝化层30上形成反射层40。钝化层30可以通过诸如原子层沉积(ALD)、电子束蒸发、溅射和旋涂之类的技术形成。
而且，在如上所述的钝化层30和反射层40上，可以形成开口区域。具体地，开口区域起到使n电极51和p电极52电连接到n型半导体层21和p型半导体层22的作用。此外，可以通过使用光刻和蚀刻等来执行形成开口区域。
在操作S460中执行形成分别电连接到n型半导体层21和p型半导体层22的n电极51和p电极52的过程。具体地，n电极51和p电极52与n型半导体层21和p型半导体层22的欧姆接触可以通过诸如溅射、蒸发和旋涂之类的各种技术来执行。
在执行如上所述的制造过程之后，在操作S470中，去除用于生长半导体层的衬底80。也就是说，根据本公开，去除了用作用于外延生长发光层10、n型半导体层21和p型半导体层22的衬底80的晶片。可以通过诸如激光剥离和湿蚀刻之类的技术来执行衬底80的去除。
当去除存在于根据本公开的发光面上的衬底80时，可以提高光提取效率，并且还可以提高将制造的LED 111转移到底板的过程的效率，即可以改善转移过程。具体地，如果随着去除衬底80而使LED 111的厚度变薄，则可以提高诸如通过使用圆柱形辊来拾取LED111并将LED 111转移到底板的辊对辊方法的转移过程的效率。
根据如上所述的制造方法，可以制造如图5D所示的LED 111。LED 111具有与如图1所示的LED 111相同的构造。
同时，到目前为止，顺序地示出了根据本公开的实施例的LED 111的制造方法，但是本公开不必限于上述顺序。因此，可以改变上述制造方法的每个步骤之间的时间顺序。
而且，在沉积或形成多个组件的步骤的情况下，例如形成n电极51和p电极52的步骤，在每个步骤之间可以不存在时间序列元素。
图6是用于示出根据本公开的实施例的包括在显示设备中的显示面板的构造的图。
根据本公开的显示设备包括如图6所示的显示面板110。而且，显示面板110包括多个LED 111和用于驱动多个LED 111的像素驱动电路113。具体地，多个LED 111连接到包括在底板112中的像素驱动电路113。此外，像素驱动电路113可以包括诸如薄膜晶体管的开关元件。
同时，多个LED 111包括倒装芯片LED 111，倒装芯片LED 111包括如以上关于图1至图5的说明中所述的电流限制结构。
具体地，包括在根据本公开的显示设备中的LED 111包括发光层10、分别层叠在发光层的上部和下部中的n型半导体层21和p型半导体层22、分别电连接到n型半导体层21和p型半导体层22的n电极51和p电极52、形成在LED 111的侧壁和LED 111的发光面的相反侧的表面上的钝化层30、形成在钝化层30上以将从发光层10发射的光沿发光面的方向反射的反射层40、以及形成在围绕发光层10的区域中以限制流经发光层10的电流流向侧壁的电阻区域60。
同时，根据本公开的显示面板110被划分为以矩阵形式布置的多个像素。多个像素中的每个包括：包括红色LED 111-1的R子像素、包括绿色LED 111-2的G子像素和包括蓝色LED 111-3的B子像素。而且，相对于R子像素、G子像素和B子像素中的每个形成多个像素驱动电路113。
也就是说，根据本公开的显示设备使用LED 111作为自照射型像素的光源。此外，尽管未在图6中示出，但是根据本公开的显示设备的显示面板110还可以包括面板驱动器(未示出)和时序控制器(未示出)。
时序控制器通过将图像数据信号或控制信号发送到面板驱动器来控制面板驱动器。而且，包括多个驱动器集成电路(DIC)的面板驱动器控制显示面板110的驱动。具体地，面板驱动器中包括的多个驱动器IC可以控制多个像素驱动电路113，从而可以控制连接到多个像素驱动电路113中的每个的多个LED 111的发光。
在显示设备中包括如上所述具有高发光效率的LED 111的情况下，显示设备可以输出高分辨率和高对比度的图像，并且显示设备的功耗可以也减少。
根据如上所述的本公开的各种实施例，可以提高LED 111的发光效率。此外，在制造显示设备时，可以提高LED 111的利用率和制造过程中的效率。
首先，根据本公开的电阻区域60，有缺陷的侧壁和电流路径彼此间隔开，因此抑制了侧壁上的非辐射复合。因此，提高了LED 111内部的内部量子效率，从而提高了LED 111的发光效率和光输出的稳定性。
而且，根据本公开的倒装芯片结构，在发光面上不形成电极。因此，与横向型或竖直型LED的情况不同，不会发生由于遮蔽效应引起的光提取效率的降低。此外，在倒装芯片LED 111的情况下，其在转移过程中具有高效率，并且还有利于单个二极管的小型化、轻量化和高集成度。因此，LED可以尤其广泛地用于最近引起关注的微型LED领域等。
而且，根据本公开的反射层40可以在发光面的方向上将光朝着LED 111的侧壁和在LED 111的发光面的相反侧的表面反射，因此，可以提高LED 111的光提取效率。
此外，根据本公开，去除了存在于发光面上的衬底80，因此，可以提高光提取效率，并且还可以提高转移过程的效率。
同时，在如上所述的具有高发光效率的LED 111被包括在显示设备中的情况下，显示设备可以输出高分辨率和高对比度的图像，并且还可以减少显示设备的功耗。
到目前为止，已经示出和描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于前述的特定实施例，并且清楚的是，本领域普通技术人员可以在不脱离由所附权利要求所要求保护的本公开的范围的情况下对本公开进行各种修改，并且这样的修改不应独立于本公开的技术思想或前景来解释。

Claims (14)

1.一种倒装芯片发光二极管LED，包括：
发光层；
n型半导体层，设置在所述发光层的上表面上；
p型半导体层，设置在所述发光层的下表面上；
n电极，连接到所述n型半导体层；
p电极，连接到所述p型半导体层；
钝化层，设置在所述LED的侧壁以及所述LED的发光面的相反侧的表面上；
反射层，设置在所述钝化层上，并且反射从所述发光层发出的光；以及
电阻区域，设置在所述发光层的侧表面上，并且限制电流从所述发光层流向所述侧壁。
2.根据权利要求1所述的LED，其中，所述电阻区域设置在整个所述p型半导体层的侧表面、整个所述发光层的侧表面以及所述n型半导体层的一部分的侧表面上。
3.根据权利要求1所述的LED，其中，所述电阻区域通过离子注入设置在所述发光层、所述n型半导体层和所述p型半导体层上。
4.根据权利要求1所述的LED，其中，所述反射层是金属反射器或分布式布拉格反射器结构。
5.根据权利要求1所述的LED，还包括：
接触孔，穿过所述p型半导体层和所述发光层，并且将所述n电极连接到所述n型半导体层，
其中，所述电阻区域围绕所述接触孔并限制电流从所述发光层流向所述接触孔。
6.根据权利要求1所述的LED，其中，所述LED的面积小于或等于10,000mm2。
7.一种倒装芯片发光二极管LED的制造方法，包括：
在衬底上沉积n型半导体层、发光层和p型半导体层；
在所述发光层的侧表面上形成电阻区域；
蚀刻所述n型半导体层、所述发光层和所述p型半导体层；
在所述LED的侧壁和所述LED的发光面的相反侧的表面上形成钝化层；
在所述钝化层上形成反射层；
形成连接至所述n型半导体层的n电极；
形成连接至所述p型半导体层的p电极；以及
去除所述衬底。
8.根据权利要求7所述的LED的制造方法，其中，所述电阻区域形成在整个所述p型半导体层的侧表面、整个所述发光层的侧表面以及所述n型半导体层的一部分的侧表面上。
9.根据权利要求7所述的LED的制造方法，其中，通过离子注入在所述发光层、所述n型半导体层和所述p型半导体层上形成所述电阻区域。
10.根据权利要求7所述的LED的制造方法，其中，所述反射层是金属反射器或分布式布拉格反射器结构。
11.根据权利要求7所述的LED的制造方法，还包括：
形成穿过所述p型半导体层和所述发光层的接触孔，以将所述n电极连接到所述n型半导体层，
其中，所述电阻区域形成为围绕所述接触孔，并限制电流从所述发光层流向所述接触孔。
12.根据权利要求7所述的LED的制造方法，其中，所述LED的面积小于或等于10,000mm2。
13.一种显示设备，包括：
显示面板，具有多个倒装芯片发光二极管LED和用于驱动所述多个LED的多个像素驱动电路，并且所述显示面板被划分成以矩阵形式布置的多个像素，
其中，所述多个LED中的每个LED分别包括：
发光层；
n型半导体层，设置在所述发光层的上表面上；
p型半导体层，设置在所述发光层的下表面上；
n电极，连接到所述n型半导体层；
p电极，连接到所述p型半导体层；
钝化层，设置在所述LED的侧壁以及所述LED的发光面的相反侧的表面上；
反射层，设置在所述钝化层上，并且反射从所述发光层发出的光；以及
电阻区域，设置在所述发光层的侧表面上，并且限制电流从所述发光层流向所述侧壁。
14.根据权利要求13所述的显示设备，其中：
所述多个像素中的每个像素包括：包括红色LED的R子像素、包括绿色LED的G子像素和包括蓝色LED的B子像素，以及
所述多个像素驱动电路是针对所述R子像素、所述G子像素和所述B子像素中的每个而形成的。
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