CN114342094B - 发光二极管及制备方法和显示面板 - Google Patents

发光二极管及制备方法和显示面板 Download PDF

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Abstract

本发明公开发光二极管及制备方法和显示面板，所述发光二极管包括半导体外延叠层，包含相对的第一表面和第二表面，包含第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，以及位于所述第二半导体层和第三半导体层之间的有源层；其特征在于：所述第一半导体层包括第一子层和第二子层，其中第一子层提供第一表面，第一表面为粗化的表面，第二子层相对第一子层更靠近第二表面，所述第一子层和第二子层具有包含Al的化合物半导体材料，并且第一子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量。本发明可提升发光二极管的出光面的粗糙度，提升发光二极管的出光效率，同时可防止粗化过程中半导体外延叠层的过蚀刻现象的发生，提升发光二极管的可靠性。

Description

发光二极管及制备方法和显示面板
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及发光二极管及制备方法和显示面板。
背景技术
在LED领域中，随着显示应用领域的需求，一种将原本发光二极体晶片的尺寸减小而获得的微型LED（mLED）的新技术发展起来。微型LED（mLED）具有自发光、高效率、低功耗、高亮度、高稳定性、超高分辨率与色彩饱和度、响应速度快、寿命长等优点，已经在显示、光通信、室内定位、生物和医疗领域获得了相关的应用，并有望进一步扩展到可穿戴/可植入器件、增强显示/虚拟现实、车载显示、超大型显示以及光通信/光互联、医疗探测、智能车灯、空间成像等多个领域，具有明确可观的市场前景。进一步提高微型LED（mLED）的发光效率仍然是当前行业发展的重点。
微型LED（mLED）的发光效率主要由两个效率决定，第一个是电子空穴在有源区的辐射复合效率，即通常说的内量子效率；第二个是光的提取效率。欲提升发光效率可通过以下几个方式，其包括改善外延生长的品质，通过增加电子和空穴结合的几率，提升内部量子效率（IQE）。另一方面，发光二极管产生的光线若无法有效被取出，部分光线因全反射因素而局限在发光二极管内部来回反射或折射，最终被电极或发光层吸收，使亮度无法提升，因此使用表面粗化或者改变结构的几何形状等，提升外量子效率（EQE），从而提升发光二极管的发光亮度和发光效率。
现有的微型发光二极管通过对半导体外延叠层的表面进行粗化，可提升发光二极管的光取出效率，提升发光亮度。红光发光二极管中通过对第一半导体层的(AlXGa1-X)YIn1- YP材料进行粗化形成粗化面，提升出光效率。第一半导体层的(AlXGa1-X)YIn1-YP材料中X值一般大于0.5，常用取值范围为0.5~0.7，当(AlXGa1-X)YIn1-YP中的Al组分越高，即对应的X值越大时，第一半导体层的(AlXGa1-X)YIn1-YP材料越容易被粗化溶液粗化，其中表面粗糙度(Ra值)会比较小，从而影响发光二极管的出光效率。同时Al组份越高,粗化越快,制程的稳定性会越差，容易出现粗化过深的问题。如图1所示，微发光二极管出现粗化蚀刻过深的问题，从而影响微发光二极管的可靠性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种发光二极管及制备方法，可提升发光二极管出光面的表面粗糙度，提升发光二极管的出光效率，从而提升发光二极管的亮度，同时可提升发光二极管的芯片制程的稳定性，解决发光二极管粗化过程中的过蚀刻问题，提升发光二极管的可靠性。
本发明提出发光二极管，所述发光二极管包括半导体外延叠层，包含相对的第一表面和第二表面，包含第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，以及位于所述第二半导体层和第三半导体层之间的有源层； 其特征在于：所述第一半导体层包括第一子层和第二子层，其中第一子层提供第一表面，第一表面为粗化的表面，第二子层相对第一子层更靠近第二表面，所述第一子层和第二子层具有包含Al的化合物半导体材料，并且第一子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量。
本发明还提出一种发光二极管，包括：半导体外延叠层，包含相对的第一表面和第二表面，包含第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，以及位于所述第二半导体层和第三半导体层之间的有源层；所述第一半导体层提供第一表面，第一表面为粗化的表面；其特征在于：所述第一半导体层的Al含量为35%~45%。
本发明还提出一种发光二极管的制备方法，包括：
（1）提供一生长衬底，在所述生长衬底上形成半导体外延叠层，自远离衬底的方向包括第一半导体层，有源层，第二半导体层和第三半导体层；所述第一半导体层自远离衬底的方向包括第一子层和第二子层；所述第一子层和第二子层具有包含Al的化合物半导体材料，且所述第一子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量；
（2）去除所述生长衬底，露出所述的第一半导体层的第一子层，利用蚀刻方式粗化第一半导体层的第一子层，所述第一子层的第一表面形成粗化表面。
本发明还提出一种显示面板，包含前述的发光二极管。
本发明提出一种发光二极管及制备方法，具有以下有益效果：
（1）通过对第一半导体层的结构设计，可提升发光二极管出光面的粗糙度，提升发光二极管的出光效率，从而提升发光二极管的亮度；
（2）本发明的设计同时可提升发光二极管的芯片制程中的稳定性，解决发光二极管粗化过程中的过蚀刻问题，提升发光二极管的可靠性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中提及的发光二极管粗化过程中出现过蚀刻的示意图。
图2为实施例1中涉及的外延结构的示意图。
图3为实施例1中涉及的微发光二极管的示意图。
图4为实施例1中涉及的微发光元件的示意图。
图5为实施例2中涉及的微发光二极管的示意图。
图6~图13为实施例3中所涉及的微发光元件的制备过程的结构示意图。
图14为实施例4中所涉及的微发光二极管的结构示意图。
图15为实施例5中所涉及的微发光二极管的结构示意图。
图16为实施例6中所涉及的微发光二极管的结构示意图。
图17为实施例8中所涉及的显示面板的示意图。
图18为实施例3中微发光二极管的发光亮度的测试数据与传统结构的对比。
图19为本发明实施例1中第一子层的Al含量为40%时的微发光二极管的SEM图。
图20为本发明实施例1中第一子层的Al含量为60%时的微发光二极管的SEM图。
图21为本发明实施例7中所涉及的微发光二极管的结构示意图。
图22为本发明实施例7中所涉及的另一微发光二极管的结构示意图。
附图标记：生长衬底：100；缓冲层：101；蚀刻截止层：102；第一半导体层：103；第一子层：103a；第二子层：103b；第三子层：103c；第一覆盖层：104；有源层：105；第二覆盖层：106；电流扩展层：107；欧姆接触层：108；第一电极：109；第一电极的欧姆接触电极：109a；第一电极的焊盘电极：109b；第二电极：110；第二电极的欧姆接触电极：110a；第二电极的焊盘电极：110b；绝缘保护层：111；桥臂：210；牺牲层：220；键合层：230；基板：240；基架：250；S1：第一表面；S2：第二表面；A1：第一台面；A2：第二台面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、“包括"时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、元件、和/或的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管及其制造方法，可解决现有技术中第一半导体层的(AlXGa1-X)YIn1-YP材料的Al组分高，容易被粗化溶液粗化，粗化表面的粗糙度 (Ra值)较小，影响发光二极管的出光效率；同时Al组份越高，粗化越快，制程的稳定性越差，容易出现粗化过深的问题，提升发光二极管的出光面的粗糙度，从而提升发光二极管的出光效率，同时可提升发光二极管的可靠性。
图2为较佳实施例的LED外延结构的示意图，所述LED外延结构包括：生长衬底100；半导体外延叠层，包含依次层叠于所述生长衬底100之上的第一半导体层103、第二半导体层、有源层105和第三半导体层；所述第一半导体层103自远离衬底的方向依次包括第一子层103a、第二子层103b和第三子层103c，所述第一子层103a和第二子层103b具有包含Al的化合物半导体材料，且所述第一子层103a的Al组分的含量低于所述第二子层103b的Al组分的含量。所述第三子层103c和第二子层103b具有包含Al的化合物半导体材料，且所述第三子层103c的Al组分的含量低于所述第二子层103b的Al组分的含量。
具体地，参照图2，生长衬底100的材料包括但不限于GaAs，也可采用其他材料，例如GaP、InP等。在本实施例中以GaAs生长衬底100为例。可选地，在生长衬底100与第一半导体层103之间还依次设置有缓冲层101、蚀刻截止层102；其中，由于缓冲层101的晶格质量相对生长衬底100晶格质量好，因而，在成长衬底100上生长缓冲层101有利于消除生长衬底100晶格缺陷对半导体外延叠层的影响；蚀刻截止层102用于后期步骤化学蚀刻的截止层，在一些可选的实施例中，蚀刻截止层102为N型刻蚀截止层300，材料为N-GaInP；在一些可选的实施例中，蚀刻截止层102为P型蚀刻截止层，材料为P-GaInP。为了便于生长衬底100的后续移除，较佳的设置较薄的蚀刻截止层102，其厚度控制在500nm以内，更优选的为200nm以内。
参照图2，第一半导体层103设置于蚀刻截止层102的表面之上。所述第一半导体层103自远离衬底的方向依次包括第一子层103a，第二子层103b和第三子层103c。
可选地，所述第一半导体层103的第一子层103a由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，第二子层103b由组合式(AlX2Ga1-X2)Y2In1-Y2P的化合物半导体材料组成，其中所述0＜X1＜X2≤1。优选地，X2- X1的取值范围为 0.1~0.35。
在一些可选的实施例中，所述第一子层中X1的范围为0.35~0.45。所述第二子层中X2的范围为0.5~0.7。所述第一子层103a中的Al组分的含量设置较低，可保证后续第一子层103a的粗化蚀刻速率较慢，粗化后的表面粗糙度Ra值较大，从而提升半导体发光元件的出光效率；同时可防止第一子层103a的粗化过程中过蚀刻现象的发生，从而提升半导体发光元件的可靠性。图19为第一子层Al含量为40%时微发光二极管的粗化表面SEM图，图19中粗化表面的粗糙度约为170nm。图20为第一子层Al含量为60%时微发光二极管的粗化表面SEM图，图20中粗化表面的粗糙度为275nm。从图19和图20测试数据比对可以看出，第一子层采用较低Al的含量，可得到表面粗糙度Ra值较大的粗化表面，提升微发光二极管的出光效率，从而提升微发光二极管的发光亮度。因此，本发明实施例中第一子层的Al含量设置为0.35~0.45，以得到较大粗糙度的粗化表面，提升微发光二极管的发光效率。
在一些可选的实施例中，所述第三子层103c由组合式(AlX3Ga1-X3)Y3In1-Y3P的化合物半导体材料组成，其中所述X3的范围为0.35~0.45。
第一半导体层103由Al组分含量不同的三个子层组成，可提升电流的横向扩展，提升电流扩展的均匀性，同时第二子层的较高Al组分含量的设置可减少第一半导体层的第二子层103b的吸光效应，提升半导体发光器件的发光效率。第三子层103c采用低于第二子层103b的Al组分的含量设置，可降低半导体发光元件中的第一电极109与第三子层103c的接触电阻，提升其欧姆接触的效果，从而降低电压，提升半导体发光元件的发光效率。
在一些可选的实施例中，外延生长完所述第一子层103a的厚度为1~3μm，优选为1.5μm以上，通过蚀刻粗化后剩余的第一子层103a的厚度为0~0.5μm。所述第二子层103b的厚度为0.5~4μm，优选为0.8μm以上，2μm以下，一定厚度的第二子层可提升电流扩展的均匀性。第三子层的厚度为1~2μm。第一半导体层的厚度大小与电流的扩展能力有关，一定厚度的第一半导体层可保证电流的均匀扩展，从而提升微发光二极管的光电性能。所述第一半导体层可设置为n型或者p型，其三个子层的掺杂浓度可设置为相同或者不同，其掺杂浓度为1E18~4E18/cm3。所述第一半导体层的掺杂类型与蚀刻截止层的掺杂类型相同。
所述第二半导体层和第三半导体层分别包括为有源层105提供电子或空穴的第一覆盖层104和第二覆盖层106，如铝镓铟磷或铝铟磷或铝镓砷。更优选的，所述有源层105材料为铝镓铟磷或铝铟磷或镓铟磷的情况下，铝铟磷作为第一覆盖层104和第二覆盖层106提供空穴和电子。所述第二半导体层中的第一覆盖层104和第一半导体层103、蚀刻截止层102的掺杂类型相同，可为n型或者p型；第三半导体层中的第二覆盖层106和第一覆盖层104的掺杂类型相反。在一些可选的实施例中，所述蚀刻截止层102，第一半导体层103、第一覆盖层104为n型，第二覆盖层106的掺杂类型为p型，反之亦然。
在一些可选的实施例中，优选所述第一覆盖层104的厚度为0.2~1.2微米；更优选的是，所述第一覆盖层104的厚度为0.3~0.5μm，通过调整第一覆盖层104的厚度，可以降低材料的内阻，从而降低半导体发光元件的电压，提升半导体发光元件的亮度；第一覆盖层104的掺杂浓度为6E17~6E18/cm3。优选所述第二覆盖层106的厚度为0.2~1.2微米；更优选的是，所述第二覆盖层106的厚度为0.4~0.6μm，通过调整第二覆盖层106的厚度，可以降低材料的内阻，从而降低半导体发光元件的电压，提升半导体发光元件的亮度；第二覆盖层107的掺杂浓度为7E17~6E18/cm3。
有源层105为电子和空穴复合提供光辐射的区域，根据发光波长的不同可选择不同的材料，有源层105可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。有源层105包含阱层和垒层，其中垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整有源层105中半导体材料的组成比，以期望辐射出不同波长的光。本实施例中，优选有源层105辐射550~950nm波段的光，如红、黄、橙、红外光。有源层105为提供电致发光辐射的材料层，如铝镓铟磷或铝铟磷或铝镓砷，更优选的为铝镓铟磷，铝镓铟磷为单量子阱或者多量子阱。本实施例中，优选所述半导体外延叠层辐射红光。
半导体外延叠层可以通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)、外延生长(Epitaxy Growth Technology)和原子束沉积 (Atomic Layer Deposition，ALD)等方式形成在生长衬底上。
为了提升第三半导体层的电流扩展性，所述第三半导体层包含电流扩展层107，优选所述电流扩展层107的材料为GaP，厚度为0.2~1.5μm。在本实施例中，优选所述电流扩展层107的厚度为0.3~1.0μm，减薄所述电流扩展层的厚度，可减少电流扩展层的吸光，从而提升半导体发光元件的亮度；优选所述电流扩展层的掺杂浓度为9E17~4 E18/cm3。
所述第三半导体层还包含欧姆接触层108，优选所述欧姆接触层108的材料为GaP，所述欧姆接触层108的厚度为0.03~0.1μm；掺杂浓度优选为7E18/cm3以上，更优选的为9E18/cm3，以实现良好的欧姆接触。
所述电流扩展层107和欧姆接触层108的掺杂类型与第二覆盖层106的掺杂类型相同。
图3显示了一种微发光二极管的示意图，所述微发光二极管采用图2所示的外延结构，所述微发光二极管指的是微米级的发光二极管，由于微发光二极管的尺寸较小，因此其制作工艺跟传统发光二极管具有很大的区别，在本发明中的微发光二极管主要指尺寸，包含长度、宽度或者高度的范围为从大于等于2μm到小于5μm，从大于等于5μm到小于10μm，从大于等于10μm到小于20μm，从大于等于20μm到小于50μm或从大于等于50μm到小于等于100μm。该微型发光二极管可以广泛运用于显示等领域。
如图3所示，所述微发光二极管包括：半导体外延叠层，具体相对的第一表面S1和第二表面S2，依次包含第一半导体层103、第二半导体层、有源层105、第三半导体层；所述第一半导体层103自第一表面S1至第二表面S2包含第一子层103a，第二子层103b和第三子层103c，所述第一子层103a提供第一表面S1，所述第一表面S1为粗化的表面，所述第二子层103b比第一子层103a更靠近第二表面S2。所述微发光二极管还包含第一台面A1，由所述半导体外延叠层凹陷露出的第一半导体层构成，第二台面A2，由所述第三半导体层构成；第一电极109，形成于第一台面A1之上，与所述第一半导体层的第三子层103c形成电连接；第二电极110，形成于第二台面A2之上，与所述第三半导体层中的欧姆接触层108形成电连接。所述第二半导体层包括第一覆盖层104；所述第三半导体层包括第二覆盖层106、电流扩展层107和欧姆接触层108。
所述第一半导体层的第一子层103a的平均Al含量低于第二子层103b的平均Al含量。
可选地，所述第一半导体层的第一子层由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)YIn1-Y2P的化合物半导体材料组成，其中所述0≤X1＜X2≤1。优选地，X2-X1的取值范围为0.1~0.35。
在一些可选的实施例中，所述第一子层中X1的范围为0.35~0.45。所述第二子层中X2的范围为0.5~0.7。所述第一子层中的Al组分的含量设置较低，可保证后续第一子层的粗化蚀刻速率较慢，粗化后的表面粗糙度Ra值较大，从而提升半导体发光器件的出光效率；同时可防止粗过第一子层过程中出现过蚀刻现象的发生，从而提升半导体发光器件的可靠性。
所述第一半导体层的第三子层103c位于第二子层103b之上，所述第三子层103c和第二子层103b具有包含Al的化合物半导体材料，且所述第三子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量。在一些可选的实施例中，所述第三子层103c由组合式(AlX3Ga1-X3)Y3In1-Y3P的化合物半导体材料组成，其中所述X3的范围为0.35~0.45。
第一半导体层由Al组分含量不同的三个子层组成，可提升电流的横向扩展，提升电流扩展的均匀性，同时第二子层的较高Al组分含量的设置可减少第一半导体层的第二子层的吸光，提升半导体发光器件的发光效率。第三子层采用低于第二子层的Al组分的含量设置，可降低半导体发光元件中的第一电极与第三子层的接触电阻，提升其欧姆接触的效果，从而降低电压，提升发光效率。
为了提升微发光二极管的发光效率，一般通过对出光面进行粗化提升其取光效率。参见图3，所述第一半导体层的第一子层103a提供第一表面S1，所述第一表面S1为粗化的表面，第一表面S1为微发光二极管的出光面。通过蚀刻工艺形成图形面或粗化面，其中图形面可以是蚀刻获得规则的图形或者不规则的图形。粗化面可具有规则的表面结构或者任意的不规则的表面微纳米结构，粗化面或图形面实质上为有源层105辐射的光能够更加容易的逃逸出去，提高出光效率。第一表面S1粗化形成的表面结构的高度差(或者高低差)低于1微米，优选地为100~300nm，即第一表面S1的粗糙度Ra值为100~300nm。更优选，所述第一表面S1的粗糙度Ra值为200~300nm。
所述第一半导体层第一子层103a的厚度为0~0.5μm，所述第二子层103b的厚度为0.5~4μm，优选的为0.8μm以上，2μm以下。所述第三子层103c的厚度为1~2μm。通过设置一定厚度的第一半导体层103可保证电流的均匀扩展，提升微发光二极管的出光效率。
所述微发光二极管还包含第一电极109和第二电极110。所述第一电极109与第一半导体层的第三子层103c形成欧姆接触，所述第一电极109为导电型金属，可以选择自金、铂或银等，或者为透明导电氧化物，具体的可以为ITO，ZnO等；更优选的，第一电极109可为多层材料，如至少包括金锗镍、金铍、金锗、金锌等至少之一的合金材料，更优选的，第一电极109还可以包括一反射性金属将有源层辐射的光反射回半导体外延叠层，并从出光侧出光。
所述第二电极110为了与第三半导体层中的欧姆接触层108形成良好的欧姆接触，优选所述第二电极110与欧姆接触层108的材料可以为导电型金属如金、铂或银等；更优选的，第二电极110可以包括多层材料，其中至少包括金锗镍、金铍、金锗、金锌等至少之一的合金材料。更优选的，为了改善第二电极110与欧姆接触层108一侧的欧姆接触效果，可以至少包括一能够扩散至欧姆接触层108一侧的金属以改善欧姆接触电阻，为了促进扩散可以选择至少300℃以上的熔合。该扩散金属为可以直接接触欧姆接触层108一侧的金属，如金，铂或银等。
为了提高微发光二极管的可靠性，在所述微发光二极管的第一台面、第二台面和侧壁上具有绝缘保护层111，所述绝缘保护层111为单层或者多层结构，由SiO2，SiNx，Al2O3，Ti3O5的至少一种材料形成。在一些可选的实施例中，所述绝缘保护层111为布拉格反射层结构，例如绝缘保护层111由Ti3O5和SiO2两种材料交替堆叠形成。在本实施例中，所述绝缘保护层111的材料可以采用SiNx或者SiO2，厚度为0.5μm以上。
本实施例中，所述第一电极109和第二电极110位于出光侧的相反侧，第一电极109和第二电极110可以通过出光侧的相反侧与外部电连接件进行接触，形成倒装的结构。因此所述的第一电极109和第二电极110还包括顶部的焊盘金属，焊盘金属可以是如金、铝或银等至少一层，以实现第一电极109和第二电极110的固晶。第一电极109和第二电极110可以等高或不等高，在厚度方向上第一电极和第二电极的焊盘金属层不重叠。
图4为使用本实施例的微发光二极管形成的微发光元件的示意图，所述微发光元件还包含支撑微发光二极管的基架250，所述基架250位于微发光二极管的下侧，用于连接微发光二极管和基架250的桥臂210；所述基架250包含基板240和键合层230，所述键合层230的材料为BCB胶、硅胶、UV紫外胶或者树脂，桥臂210的材料包含介电质、金属或者半导体料，在一些实施例中，绝缘保护层111的水平部分111-1可作为桥臂210，跨接在键合层230上，连接微发光二极管和基架250。
微发光二极管通过印刷印模转印与基架250分离，印刷印模材料为PDMS、硅胶、热解胶或UV紫外胶。在一些情况下，微发光二极管与基架之间具有牺牲220，至少在特定情况下牺牲层220的移除效率高于微发光二极管，特定情况包括化学分解或物理分解，例如紫外光分解、蚀刻移除或者冲击移除等。
实施例2
与实施例1中图4所述的微发光元件相比，如图5所示，所述微发光二极管通过键合层230键合在基板上240上，键合层可为BCB胶或者PI，基板240可为蓝宝石衬底。本实施例中的微发光元件可通过激光剥离等方式转移到封装基板上（图中未示出）。
实施例3
图6~图13显示了根据本实施例1中的微发光元件的制造过程示意图，下面结合示意图对本实施例的微发光二极管的制造方法进行详细的描述。
首先，参见图2，提供一个外延结构，其具体包括以下步骤：提供生长衬底100，通过磊晶工艺如MOCVD外延生长半导体外延叠层，半导体外延叠层包括依次层叠在生长衬底100表面的缓冲层101以及蚀刻截止层102，用于移除外延生长衬底100，然后生长第一半导体层103，第一覆盖层104，有源层105，第二覆盖层106，电流扩展层107和欧姆接触层108。第一半导体层包括远离生长衬底100方向的第一子层103a，第二子层103b和第三子层103c。
本实施例生长衬底100采用常用的GaAs衬底，并根据生长衬底100设置缓冲层101的材料，应当注意的是，生长衬底100并不局限于GaAS，也可采用其他材料，例如GaP、InP等，对应的其上的缓冲层101的设置及材料可根据具体的生长衬底100进行选取。在缓冲层101上设置蚀刻截止层102，例如GaInP，为了便于后续生长衬底100的后续移除，较佳的设置较薄的蚀刻截止层102，其厚度控制在500nm以内，更优选的为200nm以内。
在本实施例中，所述第一半导体层的第一子层由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，优选X1的范围为0.35~0.45；所述第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)Y2In1-Y2P的化合物半导体材料组成，优选X2的范围为0.5~0.7；所述第三子层103c由组合式(AlX3Ga1-X3)Y3In1-Y3P的化合物半导体材料组成，其中所述X3的范围为0.35~0.45。
在本实施例中，所述第一子层的103a的厚度为1~3μm；优选为1.5μm以上，第一子层的厚度为保证后续粗化过程的进行，以得到较大粗糙度的粗化表面。第二子层103b的厚度为0.8~4μm；第三子层103c的厚度为1~2μm。第一半导体层的总厚度与电流的扩展能力有关，生长一定厚度的第一半导体层，可提升电流的均匀扩展，从而提升微发光二极管的光电性能。
在本实施例中，第一覆盖层104的作用为MQW提供空穴，优选材料为AlInP，厚度为0.2~1.2μm；P型掺杂常见的是Mg掺杂，也不排除其他的元素等效替代的掺杂。有源层105为多量子阱，材料为Aln1Ga1-n1InP/Aln2Ga1-n2InP(0≤n1≤n2≤1)的重复堆叠的阱和垒的结构。
第二覆盖层106优选材料为AlInP，厚度为0.2~1.2μm；电流扩展层107的扩展能力与厚度有关，优选厚度在0.3μm以上，0.6μm以下。本实施例中优选所述电流扩展层107的厚度范围为0.2~1.5μm。本实施例中优选电流扩展层107材料为GaP，n型掺杂浓度为9E17~4E18/cm3；欧姆接触层108优选材料为 GaP，厚度为 0.03~0.1μm；n型掺杂浓度为5E18~5E19/cm3，更优选的为9 E18/cm3以上。
然后，参见图6，通过干法蚀刻方式移除部分的半导体外延叠层形成第一台面A1和第二台面A2，第一台面A1，由半导体外延叠层凹陷露出的第一半导体层构成，第二台面A2，由第三半导体层构成；形成侧壁，位于半导体外延叠层外边缘，位于第一台面A1和第二台面A2之间。
接着，参见图7，分别在第一台面和第二台面上分别制作第一电极109和第二电极110；其中第一电极109和第二电极110包括欧姆接触电极109a和110a，在欧姆接触部分上覆盖绝缘保护层111，并在绝缘保护层111上方开口形成焊盘电极109b和110b分别与欧姆接触部分109a和110a接触。所述欧姆接触部分109a和110a的材料可以例如Au/AuZn/Au，在本步骤中可对欧姆接触部分109a和110a进行熔合，使其与半导体外延叠层构形成良好的欧姆接触。所述绝缘保护层111优选采用SiNx或者SiO2，厚度为0.5μm以上。在其它可选的实施例中，所述绝缘保护层 111可采用布拉格反射层结构，由两种不同折射率的材料交替堆叠形成。
接着，参见图8，在所述微发光二极管的表面上覆盖牺牲层220；较佳地，覆盖在侧壁上的牺牲层220的厚度为1μm以上，牺牲层220的材料可为氧化物、氮化物或者可选择性地相对于其他层被移除的材料。
接着，参见图9，在所述微发光二极管的牺牲层220上键合胶，如BCB胶，形成键合层230；
接着，参见图10，将分布微发光二极管的晶圆键合到基板240上。
接着，参见图11，剥离生长衬底100，移除缓冲层101和蚀刻截止层102。
接着，参见图12，通过掩膜和蚀刻，移除微发光二极管边缘的第一类型半导体层，蚀刻停在绝缘保护层111上，形成独立芯粒，便于后续芯粒的分离。
接着，为了提升微发光二极管的出光效率，对第一半导体层第一子层103a进行粗化处理，得到具有粗化表面的微发光二极管，如图13所示。
最后，所述形成的微发光二极管利用转印压印从基板240分离并转印至封装基板上（图中未示出）。
利用本实施例中制造方法制造微发光二极管芯片，芯片水平尺寸为15*25μm，单颗芯片封装之后，进行发光亮度随电流变化测试，如图19所示，在1uA低电流条件下，发光亮度提升23%。
实施例4
与实施例1中图3所示的微发光二极管相比，如图14所示，所述第一电极109和第二电极110不同侧，本实施例中所述微发光二极管为垂直结构。所述第一半导体层103远离有源层106的一侧为出光面，所述欧姆接触层108和第二电极110之间可覆盖反射性金属或反射性绝缘介质层（图中未示出），对自有源层106辐射并穿透第三半导体层的部分光线反射回半导体外延叠层，并从出光侧出光。
实施例5
与实施例1中图3所示的微发光二极管相比，如图15所示，所述第一半导体层103由第一子层103a和第二子层103b组成，所述第一子层103a提供第一表面S1，所述第一表面S1为粗化面，所述有源层106辐射的光线从第一表面S1射出。所述第一电极109与第二子层103b接触。在可选的实施例中，所述第一子层103a由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，优选X1的范围为0.35~0.45；所述第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)Y2In1-Y2P的化合物半导体材料组成，优选X2的范围为0.5~0.7。所述第一子层103a的厚度为0~0.5μm，第二子层103b的厚度为0.8~4μm，优选为1.5μm以上，更优选的为2μm以上，以保证电流的均匀扩展性。本实施例中所述第一子层中的Al组分的含量设置较低，可保证后续第一子层的粗化蚀刻速率较慢，粗化后的表面粗糙度Ra值较大，从而提升半导体发光器件的出光效率；同时可防止粗过第一子层过程中出现过蚀刻现象的发生，从而提升半导体发光器件的可靠性。
实施例6
与实施例4中图14所示的微发光二极管相比，如图16所示，所述第一半导体层103由第一子层103a和第二子层103b组成，所述第一子层103a提供第一表面S1，所述第一表面S1为粗化面，所述有源层106辐射的光线从第一表面S1射出。所述第一电极109与第一子层103a接触。在可选的实施例中，所述第一子层103a由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，优选X1的范围为0.35~0.45；所述第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)Y2In1-Y2P的化合物半导体材料组成，优选X2的范围为0.5~0.7。所述第一子层103a的厚度为0~0.5μm，第二子层103b的厚度为0.8~4μm，优选为1.5μm以上，更优选的为2μm以上，以保证电流的均匀扩展性。本实施例中所述第一子层中的Al组分的含量设置较低，可保证后续第一子层的粗化蚀刻速率较慢，粗化后的表面粗糙度Ra值较大，从而提升半导体发光器件的出光效率；同时可防止粗过第一子层过程中出现过蚀刻现象的发生，从而提升半导体发光器件的可靠性。
实施例7
与实施例1中图3所示的微发光二极管相比，如图21所示，所述第一半导体层提供第一表面，第一表面为粗化表面，所述第一半导体层的Al含量为35%~45%，第一半导体层的厚度为2.5~6μm，优选为2.8~4.5μm，一定厚度的第一半导体层的厚度以保证电流的均匀扩展，提升微发光二极管的光电性能。本实施例中第一半导体层的Al含量设置为35%~45%，如前所述，可得到较大粗糙度的粗化表面，提升微发光二极管的出光效率，同时可解决现有技术中过蚀刻造成的粗化过深的问题，提升微发光二极管的可靠性。图21中所示微发光二极管为倒装型发光管。本实施例的第一半导体层的结构设计同样适用于垂直型发光二极管中，如图22所示，同样可解决现有技术中的问题，得到高发光效率和可靠性的微发光二极管。
实施例8
本实施例提供一种显示面板300，请参考图17，显示面板300包述括如前述任意实施例的多个阵列排布的微型发光二极管，在图17中用放大显示的示意方式显示了一部分微型发光二极管1。
本实施例中，显示面板300为智能手机的显示屏对应的显示面板。其它实施例中，显示面板也可以是其它各类电子产品的显示面板，如电脑显示屏的显示面板，或者智能穿戴电子产品显示屏的显示面板等。
由于具有前述各实施例的微型发光二极管（微型发光二极管1），显示面板300具有前述各实施例微型发光二极管带来的优点。
本发明提供一种发光二极管及其制造方法，可解决现有技术中第一半导体层的(AlXGa1-X)YIn1-YP材料的Al组分高，容易被粗化溶液粗化，其中表面粗糙度(Ra值)会比较小，从而影响发光二极管的出光效率；同时Al组份越高,粗化越快,制程的稳定性会越差，容易出现粗化过深的问题，提升发光二极管的出光面的粗糙度，提升发光二极管的出光效率，从而提升发光二极管的亮度，同时可提升发光二极管的可靠性。第一半导体层由不同Al含量的子层组成，可提升电流扩展的均匀性，提升半导体发光元件的发光效率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (22)

1.发光二极管，包括：
半导体外延叠层，包含相对的第一表面和第二表面，包含第一半导体层、第二半导体层和第三半导体层，以及位于所述第二半导体层和第三半导体层之间的有源层；
其特征在于：所述第一半导体层包括第一子层、第二子层和第三子层，其中第一子层提供第一表面，第一表面为粗化的表面，第二子层相对第一子层更靠近第二表面，第三子层相对第二子层更靠近第二表面，
所述第一子层、第二子层和第三子层具有包含Al的化合物半导体材料，并且第一子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量，第三子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量；所述第一子层由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，所述第一子层中X1的范围为0.35～0.45。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)YIn1-Y2P的化合物半导体材料组成，其中0＜X1＜X2≤1，且所述X1和X2的差异介于0.1和0.35之间。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其特征在于：所述第二子层的X2的范围为0.5～0.7。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一子层的厚度范围为0～0.5um。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二子层的厚度范围为0.8～4um。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第一子层的粗化的第一表面的粗糙度Ra值为100～300nm。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，其特征在于：所述第一子层的粗化的第一表面的粗糙度Ra值为200～300nm。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第三子层由组合式(AlX3Ga1-X3)Y3In1-Y3P的化合物半导体材料组成，其中所述X3的范围为0.35～0.45。
9.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第三子层的厚度为1～2μm。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述第二子层的厚度为0.8～2μm。
11.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：还包含绝缘保护层，形成于所述半导体外延叠层的表面和侧壁。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管具有从2μm到5μm、5μm到10μm、10μm到20μm、20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度或长度或高度。
13.发光二极管的制备方法，包括：
(1)提供一生长衬底，在所述生长衬底上形成半导体外延叠层，自远离衬底的方向包括第一半导体层，有源层，第二半导体层和第三半导体层；所述第一半导体层自远离衬底的方向包括第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层、第二子层和第三子层具有包含Al的化合物半导体材料，且所述第一子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量，所述第三子层的Al组分的含量低于所述第二子层的Al组分的含量；所述第一子层由组合式(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1P的化合物半导体材料组成，所述第一子层中X1的范围为0.35～0.45；
(2)去除所述生长衬底，露出所述的第一半导体层的第一子层，利用蚀刻方式粗化第一半导体层的第一子层，所述第一子层的第一表面形成粗化表面。
14.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述粗化的第一子层的表面的粗糙度Ra值为100～300nm。
15.根据权利要求14所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述粗化的第一子层的表面的粗糙度Ra值为200～300nm。
16.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述第二子层由组合式(AlX2Ga1-X2)YIn1-Y2P的化合物半导体材料组成，其中0＜X1＜X2≤1，且所述X1和X2的差异介于0.1和0.35之间。
17.根据权利要求16所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述第二子层的X2组分的含量范围为0.5～0.7。
18.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述第三子层由组合式(AlX3Ga1-X3)Y3In1-Y3P的化合物半导体材料组成，其中所述X3的范围为0.35～0.45。
19.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：还包括形成第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别与所述第一半导体层和第三半导体层形成电性连接。
20.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：还包括在所述半导体外延叠层的表面和侧壁形成绝缘保护层。
21.根据权利要求13所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：所述发光二极管具有从2μm到5μm、5μm到10μm、10μm到20μm、20μm到50μm或从50μm到100μm的宽度或长度或高度。
22.一种显示面板，特征在于：包含权利要求1～12所包含的发光二极管。
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