CN114846629A - 发光二极管前体及其制备方法 - Google Patents

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S·梅佐阿里
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Abstract

提供了一种形成发光二极管(LED)前体的方法。该方法包括在衬底上形成包括多个III族氮化物层的LED堆叠，该LED堆叠包括在该LED堆叠的与衬底相反的一侧上形成的LED堆叠表面，以及掩蔽LED堆叠表面的第一部分，使LED堆叠表面的第二部分暴露。LED堆叠表面的第二部分经受中毒处理，使得在LED堆叠表面的第二部分下方的包括LED堆叠的至少一个III族氮化物层的LED堆叠的第二区域的电阻率相对更高于在LED堆叠表面的第一部分下方的LED堆叠的第一区域中的相应III族氮化物层的电阻率。

Description

发光二极管前体及其制备方法
技术领域
本公开涉及一种发光二极管(light emitting diode，LED)前体和一种发光二极管阵列前体。具体而言，本公开涉及包括III族氮化物的LED前体和LED阵列前体。
背景技术
微型LED(Micro LED)阵列通常定义为尺寸为100×100μm 2或更小的LED阵列。微型LED阵列是微型显示器/投影仪中的自发光组件，适用于各种设备，例如智能手表、头戴式显示器、平视显示器、摄录像机、取景器、多点激发源和微型投影仪。
一种类型的微型LED阵列包括由III族氮化物形成的多个LED。III族氮化物LED是无机半导体LED，包括例如GaN及其与InN和AlN的合金在有源发光区域。与传统的大面积LED(例如其中发光层是有机化合物的有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED))相比，III族氮化物LED可以在显著更高的电流密度下被驱动，并且发射更高的光功率密度。因此，更高的辉度(亮度)(定义为光源在给定方向上每单位面积发出的光量)使微型LED适用于需要或受益于高亮度的应用。例如，受益于高亮度的应用可以包括高亮度环境中的显示器或投影仪。此外，与其他传统大面积LED相比，III族氮化物微型LED阵列已知具有相对较高的发光效率，发光效率以每瓦流明(lumens per watt，lm/W)表示。与其他光源相比，III族氮化物微型LED阵列相对较高的发光效率降低了功耗，并使微型LED尤其适用于便携式设备。
用于由III族氮化物LED形成微型LED的各种方法是技术人员已知的。
例如，在US-B-7,087,932中描述了选择性区域生长(selective area growth，SAG)方法。在选择性区域生长技术中，掩模在缓冲层上形成图案。掩模中的材料使得在生长条件下，没有额外的材料直接生长在掩模上，而是仅在使下面的缓冲层表面的部分被暴露的内部孔中生长。沿[0001]方向生长的III族氮化物选择性区域生长的另一个值得注意的特征是，取决于生长参数(例如生长温度、压力和V/III比)，围绕由图案化掩模的开口区域限定的c平面半导体的生长部分的周界获得相对于(0001)平面(也称为c平面)的倾斜面。倾斜面通常沿纤锌矿晶体的
Figure BDA0003700641590000011
或
Figure BDA0003700641590000012
平面取向，并且与c平面表面(半极性表面)相比呈现减小的极化场。
在许多应用中，希望提供一种能够输出具有一定波长范围的光的微型LED阵列(即彩色显示器/投影仪)。例如，在许多彩色显示器中，希望设置在公共衬底上具有多个像素的微型LED阵列，其中每个像素可以输出例如红光、绿光和蓝光的组合。
本领域已知的一种方法是由多个子像素形成LED阵列的每个像素。每个像素可以设置有一种或多种颜色转换材料，例如磷光体或量子点。这种颜色转换材料可以将较高能量的光(泵浦光)转换为较低能量的光(转换光)，以提供子像素的所需颜色。
本发明的目的是提供一种改进的形成LED的方法，该方法解决与现有技术方法相关的至少一个问题，或者至少为其提供一种商业上有用的替代方案。
发明内容
本发明人已经意识到，希望提供一种LED，在操作期间，电流被限制为朝向LED的中心区域并且远离LED的侧壁区域。
因此，根据本公开的第一方面，提供了一种形成LED前体的方法。该方法包括：
在衬底上形成包括多个III族氮化物层的LED堆叠，所述LED堆叠包括在所述LED堆叠的与所述衬底相反的一侧上形成的LED堆叠表面；
掩蔽所述LED堆叠表面的第一部分，使所述LED堆叠表面的第二部分暴露；和
使所述LED堆叠表面的所述第二部分经受中毒处理，使得在所述LED堆叠表面的所述第二部分下方的包括所述LED堆叠的至少一个III族氮化物层的所述LED堆叠的第二区域的电阻率相对更高于在所述LED堆叠表面的所述第一部分下方的所述LED堆叠的第一区域中的相应III族氮化物层的电阻率。
本发明人已经意识到可以使用中毒处理来改变所沉积的LED堆叠的区域的电阻率。通过掩蔽LED堆叠表面的一部分，在LED堆叠表面的被掩蔽的第一部分下方的LED堆叠区域基本上不受中毒处理的影响。因此，在中毒处理之后，LED堆叠表面的第一部分下方的LED堆叠的第一区域的局部电阻率低于LED堆叠表面的第二部分下方的LED堆叠的第二区域的局部电阻率。也就是说，中毒处理改变了LED堆叠的多个层中的至少一个层的电阻率，使得至少一个层的第二区域大于所述层的第一区域。通过改变LED堆叠的第二区域的电阻率，可以在使用期间改进LED中的电流限制。
例如，在一些实施例中，电流限制可以朝着LED的中心区域增加并远离LED的侧壁区域。LED的侧壁区域可能容易出现泄漏电流。通过限制电流远离侧壁区域，可以减少或消除LED侧壁区域中的泄漏电流的影响。因此，在一些LED中，增加电流限制可以提高LED的光提取效率。
在一些LED中，还可以设置颜色转换层。通常，来自LED的光被引导到颜色转换层中。LED中的侧壁泄漏电流的存在可能导致LED输出的光的强度在LED的整个发光表面上通常不均匀。因此，LED输出的光可能提供“热点”。热点是发光表面的区域，在其中光以高强度输出(相对于LED在整个发光表面上输出的光的平均强度)。由于光的高强度，热点可能会随着时间的推移降低颜色转换材料的功能。因此，本公开的一个目的是减少由本公开的LED前体形成的LED中热点的存在。
应当理解，中毒处理通过在LED中形成更高电阻率的区域来减少侧壁泄漏电流。此外，中毒处理可用于在LED堆叠中形成一个或多个电阻率较高的区域，以改善通过LED堆叠的电流分布。这进而改善了在使用时LED的发光表面上的光通量分布，从而减少或消除了热点的形成。因此，根据本公开的LED前体可用于提高LED中的颜色转换材料的寿命。
在一些实施例中，掩蔽LED堆叠表面的第一部分包括在LED堆叠表面的第一部分上选择性地形成接触层。因此，根据所述第一方面的方法使用接触层作为中毒处理的自对准掩模。
在一些实施例中，形成LED堆叠包括：在衬底上形成包括III族氮化物的第一半导体层；在第一半导体层上形成包括III族氮化物的有源层；以及在有源层上形成包括III族氮化物的p型半导体层。在p型半导体层的与有源层相反的一侧上的p型半导体层的主表面提供了LED堆叠的LED堆叠表面。
在一些实施例中，中毒处理选择性地增加了p型半导体层的第二部分的电阻率。因此，中毒处理可以是这样的表面处理工序：其增加了形成LED堆叠表面的第二部分的p型半导体层的第二部分的电阻率。
在一些实施例中，LED堆叠的第二区域包括有源层的第二区域；并且LED堆叠的第一区域包括有源层的第一区域。例如，在一些实施例中，LED堆叠的中毒的第二区域可以从LED堆叠表面延伸穿过p型半导体层的第二区域到有源层的第二区域。因此，LED堆叠的(中毒的)第二区域可以是包括p型半导体层的第二区域和有源层的第二区域的连续区域。在中毒处理影响有源层的实施例中，可以减少进入有源层的侧壁泄漏电流，从而改善LED内的电流限制。
在一些实施例中，LED堆叠的第二区域包括第一半导体层的第二区域，并且LED堆叠的第一区域包括第一半导体层的第一区域。例如，在一些实施例中，LED堆叠的(中毒的)第二区域可以从LED堆叠表面延伸穿过p型半导体层的第二区域和有源层到第一半导体层的第二区域。因此，LED堆叠的(中毒的)第二区域可以是包括p型半导体层的第二区域、有源层的第二区域和第一半导体层的第二区域的连续区域。
应当理解，LED堆叠的第二区域在与垂直于LED堆叠/衬底表面的发光表面的方向大体地对齐的方向上延伸。因此，第二区域内的LED堆叠的层形成具有由LED堆叠表面的第二部分限定的横截面积的柱。
在一些实施例中，LED堆叠表面的第二部分环绕LED堆叠表面的第一部分。因此，LED堆叠表面的第二部分可以相对于LED堆叠表面的第一部分布置，以进一步减少来自LED堆叠侧壁区域的泄漏电流。
在一些实施例中，掩蔽LED堆叠表面的第一部分包括掩蔽多个第一部分以限定LED堆叠表面的多个第二部分，其中可选地，LED堆叠表面的多个第二部分以环形或棋盘图案布置。因此，在中毒处理之前，可以利用被配置为进一步减少在LED的发光表面上出现热点的图案来对LED堆叠表面进行图案化。
在一些实施例中，LED堆叠表面的第一部分被接触层掩蔽，并且LED堆叠表面的第三部分被掩蔽层掩蔽，使得LED堆叠表面的第一部分和第三部分被覆盖并且LED堆叠表面的第二部分被暴露。因此，在一些实施例中，接触层可以与掩蔽层结合使用，以限定LED堆叠表面的要经受中毒处理的第二部分。例如，在一些实施例中，在LED堆叠表面上形成掩蔽层和接触层，以限定具有环形或棋盘图案的LED堆叠表面的一个或多个第二部分。
在一些实施例中，中毒处理包括将LED堆叠表面的第二部分暴露于包括氢离子的等离子体。在其他实施例中，可以使用其他类型的等离子体。在另一个实施例中，可以使用离子注入处理来毒化所需区域中的LED堆叠。
在一些实施例中，LED堆叠包括在垂直于衬底表面的平面中具有规则梯形横截面的柱。通过形成具有规则梯形横截面的LED堆叠，LED堆叠可以包括相对于LED的衬底/发光表面倾斜的侧壁(倾斜侧壁)。在一些实施例中，LED堆叠的倾斜侧壁区域可以具有相对于LED堆叠的台面部分增加的电阻率。因此，通过LED堆叠的电流通常可以被限制在LED堆叠的台面部分。倾斜侧壁还可以通过朝着LED堆叠的发光表面内部地反射光来提高在LED堆叠的有源层中产生的光的光提取效率。
在一些实施例中，形成LED堆叠包括：在衬底的衬底表面上形成第一半导体层，第一半导体层在第一半导体层的与衬底相反的一侧上具有生长表面；选择性地去除第一半导体层的部分以形成台面结构，使得第一半导体层的生长表面包括台面表面和体半导体表面；在第一半导体层的生长表面上单片地形成包含III族氮化物的第二半导体层，使得第二半导体层覆盖台面表面和体半导体表面。有源层和p型半导体层形成在第二半导体层上。因此，LED堆叠可以包含台面结构，LED堆叠的其他层在该台面结构上过度生长。通过在台面结构上过度生长有源层，电荷载流子可以进一步被限制在与台面结构对齐的有源层的区域中，并且远离LED结构的侧壁区域。
在一些实施例中，第二半导体层形成在第一半导体层的生长表面上，以提供倾斜侧壁部分，倾斜侧壁部分在第一半导体层的台面表面上的第二半导体层的第一部分和第一半导体层的体半导体表面上的第二半导体层的第二部分之间延伸。在一些实施例中，第一半导体层可以是n型掺杂半导体(即n型掺杂III-族氮化物半导体)。在一些实施例中，第二半导体层可以是n型掺杂半导体(即n型掺杂III族氮化物半导体)。例如，第一半导体层和第二半导体层可以由基本上相同的III族氮化物形成。在一些实施例中，第二半导体层可以是基本上未掺杂的半导体(即不包括任何有意掺杂剂的III族氮化物半导体)。
在一些实施例中，LED堆叠的第二区域包括第二半导体层的第二区域；并且LED堆叠的第一区域包括第二半导体层的第一区域。例如，在一些实施例中，LED堆叠的(中毒的)第二区域可以从LED堆叠表面延伸穿过p型半导体层的第二区域和有源层到第二半导体层的第二区域。因此，LED堆叠的(中毒的)第二区域可以是包括p型半导体层的第二区域、有源层的第二区域和第二半导体层的第二区域的连续区域。
在一些实施例中，在衬底上形成第一半导体层包括：在衬底表面上形成包括III族氮化物的第一半导体子层；在第一半导体子层上形成介电子层，介电子层限定穿过介电子层厚度的孔；和在介电子层上形成包括III族氮化物的第二半导体子层。选择性地去除第一半导体层的一部分以形成台面结构包括：选择性地去除第二半导体子层的一部分以形成与介电子层的孔对齐的台面结构。因此，可以在LED堆叠的n型侧上包括另外的绝缘子层，该绝缘子层包括电流可以流过的孔。可以提供孔以进一步改善LED堆叠朝向台面和远离侧壁区域的电流限制。
在一些实施例中，LED堆叠的有源层包括多个量子阱层，所述量子阱层被配置为输出可见光。例如，LED堆叠的有源层可以被配置为输出具有至少420nm的峰值波长的光。LED堆叠的有源层被配置为输出具有不大于650nm的峰值波长的光。因此，LED堆叠可以被配置为输出大体地为蓝色、绿色或红色的可见光。特别地，有源层可以配置为输出波长为至少425nm且不大于490nm的可见光。
在一些实施例中，LED前体是微型LED前体，其中LED堆叠在衬底上的表面积不大于100μm×100μm，或不大于10μm×10μm。因此，可以根据第一方面的方法形成微型LED前体。应当理解，多个LED前体或微型LED前体可以形成为衬底上的阵列。这样的前体可以被进一步加工以形成包括多个LED/微型LED的显示器。
根据本公开的第二方面，提供了一种LED前体。LED前体包括LED堆叠。LED堆叠包括多个III族氮化物层。LED堆叠包括形成在LED堆叠的与LED堆叠的发光表面相反的一侧上的LED堆叠表面。LED堆叠表面的第一部分限定了在LED堆叠表面下方的具有第一电阻率的LED堆叠的多个层中的至少一个的第一区域。LED堆叠表面的第二部分限定了LED堆叠表面下方的LED堆叠的第二区域，其中LED堆叠的相应层的电阻率相对于LED堆叠的第一区域增加。
根据第二方面的LED前体可以通过根据本公开第一方面的方法形成。因此，在中毒处理之后，可以形成LED堆叠的第二区域，在中毒处理中第二区域的电阻率增加。因此，第二方面的LED前体可以结合本公开的第一方面的所有上述特征。
在一些实施例中，LED前体还包括形成在LED堆叠表面的第一部分上的接触层。因此，接触层可以充当自对准掩模，用于限定LED堆叠表面的第一部分和第二部分。在一些实施例中，接触层可以形成为覆盖LED堆叠表面的第一部分和LED堆叠表面的第二部分中的至少一些。
在一些实施例中，LED堆叠包括：第一半导体层，其包括提供LED堆叠的发光表面的III族氮化物；有源层，其包括III族氮化物并设置在第一半导体层上；和p型半导体层，其包括III族氮化物并设置在有源层上。在p型半导体层的与有源层相反的一侧上的p型半导体层的主表面提供了LED堆叠的LED堆叠表面。
在一些实施例中，LED前体是微型LED，其中LED堆叠在衬底上的表面积不大于100μm×100μm。在一些实施例中，多个LED前体或微型LED前体可以形成为衬底上的阵列。这样的前体可以被进一步加工以形成包括多个LED/微型LED的显示器。
根据本公开的第三方面，可以提供一种LED。LED包括LED层，该LED层被配置为从发光表面发射具有泵浦光波长的泵浦光。LED层包括根据本公开的第二方面的LED前体。LED还包括设置在LED层的发光表面上的容器层。容器层在容器层的与发光表面相反的一侧上具有容器表面。容器表面包括开口，该开口限定穿过容器层到达LED层的发光表面的容器容积。LED还包括设置在容器容积中的颜色转换层。颜色转换层被配置为吸收泵浦光并发射具有比泵浦光波长更长的转换光波长的转换光。LED还包括透镜，该透镜设置在开口上方的容器表面上，透镜在透镜的与颜色转换层相反的一侧上具有凸面。
相应地，提供了一种包括颜色转换层的LED，其具有由于光通量分布的改善而减少的热点。因此，本公开的第三方面的颜色转换层可以具有提高的寿命。
在一些实施例中，第三方面的LED可以被提供为LED阵列(即多个LED)。因此，可以在LED层中提供多个LED前体，并且可以提供多个容器容积。可以在多个容器容积中的另外的容器容积中提供另外的颜色转换层，该另外的颜色转换层被配置为吸收泵浦光并且发射比第一转换光波长更长的第二转换光波长的第二转换光。透镜可以被设置在另外的容器容积上。因此，可以提供具有不同颜色(例如红色、绿色、蓝色)的LED的阵列。
附图说明
现在将结合以下非限制性附图来描述本公开。当结合附图考虑时，通过参考详细描述，本公开的进一步优点是显而易见的，其中：
-图1示出了根据本公开的一个实施例的方法的中间步骤的图，其中设置了包括台面结构的第一半导体层；
-图2示出了根据本公开的一个实施例的方法的中间步骤的图，其中设置了具有过度生长的第二半导体层的第一半导体层；
-图3示出了根据本公开的一个实施例的方法的中间步骤的图，其中LED堆叠设置在衬底上；
-图4示出了根据本公开的一个实施例的经历中毒处理的LED堆叠的第一横截面A-A'的图；
-图5示出了根据本公开的一个实施例的经历中毒处理的LED堆叠的第二横截面A-A'的图；
-图6示出了LED堆叠表面的平面图；
-图7a示出了具有棋盘图案的LED堆叠表面的平面图；
-图7b示出了具有环形图案的LED堆叠表面的平面图；
-图8示出了根据本公开的一个实施例的结合到背板电子衬底的LED的图。
-图9示出了LED前体的一个实施例，其中掩蔽层已用于限定LED堆叠表面的多个第一部分；
-图10示出了具有绝缘子层的LED前体的横截面；
-图11示出了具有绝缘子层的LED前体的另一横截面；
-图12示出了根据本公开的一个实施例的包括颜色转换层的LED阵列的图。
具体实施方式
根据本公开，提供了一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)前体1，以及一种形成发光二极管前体1的方法。
根据本公开的一个实施例的LED前体1包括：衬底10、LED堆叠12和接触层14。接触层14设置在LED堆叠表面的第一部分15a上，其覆盖LED堆叠12的第一部分使得接触层14限定在接触层下方的LED堆叠12的第一区域。LED堆叠表面的第二部分15b限定在LED堆叠表面15的第二部分下方的LED堆叠12的第二区域。在LED堆叠12的第二区域中，LED堆叠的多个层中的至少一层的电阻率相对于LED堆叠的第一区域中的LED堆叠12的相应层的电阻率增加。
在一些实施例中，LED前体可以是微型LED前体，其中LED堆叠在衬底10上的表面积不大于100μm×100μm，或不大于10μm×10μm。
衬底10可以是适合于形成III族氮化物电子器件的任何衬底10。例如，衬底10可以是蓝宝石衬底或硅衬底。衬底10可以包括一个或多个缓冲层，该缓冲层被配置为提供适合于形成III族氮化物层的衬底表面。
LED堆叠12包括多个层。LED堆叠12的每一层包括III族氮化物。在一些实施例中，LED堆叠包括第一半导体层、有源层和p型半导体层。LED堆叠12被配置为提供能够产生可见光的III族氮化物半导体结。LED堆叠的III族氮化物层可以以多种布置方式提供。现在将参考图1至图4描述用于形成LED堆叠12的方法的一个可能示例。形成LED堆叠12的方法的更多细节也可以在GB1912853.7中找到。
如图1所示，可以设置用于在其上形成LED的衬底10。衬底可以是适合于形成III族氮化物光电器件的任何衬底10。
可以在衬底表面上形成第一半导体层20。第一半导体层20包含III族氮化物。在一些实施例中，第一半导体层20可以是n型掺杂的。在其他实施例中，第一半导体层20可以不被有意地掺杂。
例如，在图1的实施例中，第一半导体层20包括GaN。可以使用合适的掺杂剂，例如Si或Ge，对GaN进行n型掺杂。第一半导体层20可以使用用于制造III族氮化物薄膜的任何合适的工序来沉积，例如金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical VapourDeposition，MOCVD)或分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)。第一半导体层20具有第一表面，第一表面是在第一半导体层20的与衬底10相反的一侧上的第一半导体层20的表面。第一表面用于形成生长表面22的至少一部分，在其上沉积LED结构的层。
在一些实施例中，第一半导体层20可以形成在衬底10上，其(0001)晶面设置为平行于衬底的表面。
第一半导体层20的生长表面22可以随后使用选择性去除处理成形。这样，第一半导体层20的部分被选择性地去除以形成台面结构24，使得第一半导体层20的生长表面22包括台面表面25和体半导体层表面26。
例如，在图1中，生长表面22可以使用蚀刻处理成形。在蚀刻处理中，可以在第一半导体层20的第一表面上沉积台面限定掩蔽层(未示出)。台面限定掩蔽层被配置为掩蔽第一半导体层20的旨在用于形成生长表面的台面表面25的部分。然后通常在使用基于Cl2的气体的电感耦合等离子体系统中，可以使用干法蚀刻处理选择性地去除第一半导体层20的未掩蔽部分。蚀刻剂可以蚀刻掉第一半导体层20的一部分以暴露第一半导体层20的体半导体层表面26。也就是说，蚀刻剂可能不会完全蚀刻穿过第一半导体层20的厚度而暴露出下方的衬底10。台面限定掩蔽层可以然后从第一半导体层去除。通过遵循上述处理，第一半导体层20可以被成形以提供台面结构24，该台面结构24被单片地设置在体半导体层表面26上，例如如图1所示。
在一些实施例中，第一半导体层20的台面表面25部分可以不被选择性地去除。因此，在选择性去除步骤之后，台面表面25相对于衬底10的对准可以不改变。因此，台面表面25可以平行于衬底的表面。在一些实施例中，蚀刻第一半导体层使得体半导体表面26也基本上平行于衬底10。因此，第一半导体层20的台面表面25和体半导体表面26都可以是基本上相互平行的表面。在一些实施例中，台面表面25和体半导体表面26可以与形成第一半导体层20的III族氮化物的(0001)平面对齐。
在图1中，台面结构24包括基本上垂直于体半导体表面26和台面表面25的侧壁。在其他实施例中，台面结构24可以形成有倾斜的侧壁。例如，可以使用不同的蚀刻剂来控制在选择性去除工艺期间形成的侧壁的形状。
接着，可以在第一半导体层20的生长表面22上单片地形成LED堆叠12的附加层。LED堆叠12的附加层覆盖台面表面25和体半导体层表面26。因此，LED堆叠12包括多个层，其中每一层包括III族氮化物。在一些实施例中，III族氮化物包括AlInGaN、AlGaN、InGaN和GaN中的一种或多种。
单片地形成LED堆叠12是指将LED结构形成为单件。也就是说，LED堆叠12的附加层在第一半导体层20的生长表面上形成为单件。
在本公开的一个实施例中，如图2所示，可以在第一半导体层20上沉积第二半导体层30。第二半导体层30形成在第一半导体层20的与衬底10相反的一侧上的第一半导体层20上。因此，第二半导体层30形成单片LED结构的多个层中的第一层。作为参考，图2以虚线示意性地示出了图1的生长表面22的轮廓。
第二半导体层30可以通过任何适合生长III族氮化物的生长方法形成在生长表面22上。在图2的实施例中，第二半导体层30在生长表面22上单片地形成(即过生长方法)。第二半导体层30可以形成为基本上覆盖整个生长表面22的连续层。第二半导体层30可以使用用于制造III族氮化物薄膜的任何合适的工序来沉积，例如金属有机化学气相沉积(MetalOrganic Chemical Vapour Deposition，MOCVD)或分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)。
第二半导体层30包含III族氮化物。在图2的实施例中，第二半导体层30包括GaN。第二半导体层可以是n型掺杂的。可以使用合适的掺杂剂，例如Si或Ge，对GaN进行n型掺杂。在图2的实施例中，第二半导体层30不是有意掺杂的。因此，第二半导体层30可以是(基本上)未掺杂的层。通过基本上未掺杂，可以理解III族氮化物层不包括任何显著量的掺杂剂元素，同时理解由于制造过程可能存在一些杂质。因此，基本上未掺杂的III族氮化物可能没有故意地掺杂。
通过在第一半导体层20上生长第二半导体层30，第二半导体层可以具有与第一半导体层20的晶体结构相对应的晶体结构。例如，在第一半导体层20的台面表面25与III族氮化物的(0001)平面对齐的情况下，第二半导体层30也可以以相似的晶体取向生长。
在图2的实施例中，第二半导体层30形成在生长表面22上以提供倾斜侧壁部分32，倾斜侧壁部分32延伸在第一半导体层的台面表面25上的第二半导体层的第一部分34和第一半导体层的体半导体表面26上的第二半导体层的第二部分36之间。第二半导体层的第二部分36在第一半导体层的体半导体表面26上。因此，第二半导体层30可以在第一半导体层20的台面结构24上过度生长，以提供III族氮化物半导体层，该III族氮化物半导体层包括第二半导体层台面表面35并且被倾斜的侧壁部分33围绕。如此，第二半导体层30可以形成在衬底10的衬底表面上以限定：(n型)台面表面35，其平行于衬底表面；和(n型)侧壁表面33，其围绕n型台面表面35，相对于衬底表面倾斜。
像这样，第二半导体层30可以在台面结构24上过度生长以形成垂直于衬底的具有规则梯形横截面的柱，其中第二半导体层台面表面35形成梯形横截面的基本上平坦的上表面。第二半导体层台面表面35可以与在其上形成层的衬底表面平行的平面对齐。
“规则梯形横截面”是指柱的顶部比底部窄，并且它具有基本平坦的上表面，具有倾斜的线性侧面。这可能导致截头圆锥形，或者更可能具有3边或更多边，通常为6边的截头锥体形状。“规则梯形横截面”的描述是指在台面结构24上方生长的第二半导体层的第一部分34。第二半导体层的第一部分34包括在第二半导体层的与台面结构24相反的一侧上的表面。第二半导体层表面的第一部分35通常平行于台面表面24。梯形横截面是在第二半导体层的连续平面部分上方延伸的第二半导体层的不连续部分。柱的梯形横截面的锥形边在本文中被称为侧壁部分33。
在一些实施例中，柱的侧壁部分33与平行于第一半导体层的平面具有基本一致的角度(α)。即柱的侧面与平行于第一半导体的平面之间的角度没有明显变化。例如，角度α在50°和70°之间，更优选在58°和64°之间，最优选大约62°。
因此，在一些实施例中，柱的侧壁部分33可以相对于第一半导体层20的晶体结构的(0001)平面倾斜。倾斜的侧壁通常可以沿纤锌矿晶体的
Figure BDA0003700641590000091
或
Figure BDA0003700641590000092
平面取向，并且与c平面表面(半极性表面)相比呈现减小的极化场，类似于由SAG产生的结构。
在一些实施例中，第二半导体层30中的柱是截顶六角锥体。
如图2所示，有源层40可以然后在第二半导体层30上形成。有源层40被配置为产生第一波长的光作为单片的LED结构的一部分。
在图2的实施例中，有源层40可以包括一个或多个量子阱层(未示出)。因此，有源层40可以是一个多量子阱层。多个量子阱层被配置为输出可见光。有源层40内的量子阱层可以包括III族氮化物半导体，优选地包括In的III族氮化物合金。例如，在图2的实施例中，有源层40可以包括GaN和InzGa1-zN的交替层，其中0<Z≤1。量子阱层的厚度和In含量可以被控制以控制有源层产生的光的波长。有源层40可以形成为覆盖第二半导体层30的暴露表面的大部分(例如全部)的连续层。有源层40可以使用用于制造III族氮化物薄膜的任何合适的工序来沉积，例如金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical VapourDeposition，MOCVD)或分子束外延(Molecular Beam Epitaxy，MBE)。
有源层40在第二半导体层30上的沉积可以在台面表面25上提供的第二半导体层表面的第一部分35上以相对高的沉积速率发生，并且在倾斜侧壁33上以显著较低的沉积速率发生。这种效果是由各个表面的不同晶面排列引起的，导致台面表面25、35上方的有源层40比倾斜侧壁33上的有源层40更厚。这种效果在GB1811109.6中有更详细的描述。
然后可以在有源层40的与第二半导体层30相反的一侧上的有源层40上沉积LED堆叠12的其他层。图3示出了形成LED堆叠12的多个层的示例。LED堆叠12的多个层可以各自形成为连续层。
在图3的实施例中，包括未掺杂GaN的第二半导体层30形成在第一半导体层20上。图3中的第一半导体层包括n型掺杂GaN。如上所述，在第二半导体层30上设置有源层40。
在图3的实施例中，电子阻挡层50设置在有源层40上。电子阻挡层50设置在有源层40的这样的一侧上：该侧与有源层的设置有第二半导体层30的一侧相反。电子阻挡层50包括III族氮化物。电子阻挡层50可以形成为覆盖有源层40的暴露表面的大部分(例如全部)的连续层。电子阻挡层50被配置为减少电子从有源层30流入单片LED结构的p型半导体层60。例如，在图3的实施例中，电子阻挡层50可以包括AlxGa1-xN。合适的电子阻挡层50的更多细节至少可以在Schubert,E.(2006).Light-Emitting Diodes.Cambridge:CambridgeUniversity Press中找到。
如图3所示，p型半导体层60设置在有源层40之上。p型半导体层60设置在电子阻挡层50的这样的一侧上：该侧与电子阻挡层50的设置有有源层40的一侧相反。p型半导体层60包含III族氮化物。p型半导体层掺杂有合适的电子受体，例如Mg。p型半导体层60可以形成为连续层，其覆盖有源层40(或电子阻挡层50，如果存在)的暴露表面的大部分(例如全部)。
因此，p型半导体层60可以设置有与台面结构24基本对齐的第一部分64。也就是说，设置p型半导体层的第一部分表面65对齐在台面表面25上方(即各个表面的中心对齐)。p型半导体层60还包括第二部分66，其覆盖体半导体表面26的远离台面表面24的至少一部分。p型半导体层的第二部分66包括表面67，其在p型半导体层60的与体半导体表面26相反的一侧上与体半导体表面对齐。p型半导体层的倾斜侧壁部分62在p型半导体层的第一部分64和p型半导体层的第二部分66之间延伸。
因此，可以在衬底10上制造包括多个III族氮化物层的LED堆叠12。当然，应当理解，上述方法只是根据本公开形成LED堆叠12的方法的一个示例。在GB1811109.6中描述了用于形成LED堆叠12的合适方法的另一个示例。如从以上描述中将理解的，LED堆叠12可以形成为具有大致上柱的形状。也就是说，柱从衬底10沿大致垂直于衬底的方向延伸。该柱在垂直于衬底表面的平面中可以具有大致为梯形的横截面(例如规则的梯形横截面)。例如，根据图1至图3的方法形成的LED堆叠12包括规则梯形横截面。
在形成LED堆叠12之后，在LED堆叠12上形成接触层14。例如，如图4所示，可以在如图3所示实施例的LED堆叠表面15的第一部分上形成接触层14。更具体地，接触层14可以形成在p型半导体层的第一部分的表面的第一子部分65a(即仅部分覆盖p型半导体层的台面表面65)上。接触层14不覆盖LED堆叠表面的第二部分15b。因此，LED堆叠表面的第二部分15b可以暴露在外。在图4中，未被接触层14覆盖的p型半导体层的第一部分的表面的第二子部分65b被暴露。
接触层14被配置为与LED堆叠12形成电接触。例如，在图4的实施例中，接触层14被配置为与p型半导体层60形成欧姆接触。接触层14可以包括适合于与LED堆叠14形成欧姆接触的材料。例如，在图4的实施例中，接触层可以包括诸如Ti、Al、Ni、Pd、ITO等的金属。
在形成接触层之后，LED堆叠表面的暴露的第二部分15b可以经受中毒处理。中毒处理被配置为选择性地增加在LED堆叠表面的暴露的第二部分15b下方的区域中的LED堆叠12的至少一层的电阻率。
在一些实施例中，中毒处理包括对LED堆叠表面的暴露的第二部分15b进行表面处理。表面处理工序可以通过补偿p型半导体层60中的空穴来选择性地增加p型半导体层60的电阻率。例如，LED堆叠的暴露的第二部分15b(即p型半导体层的暴露的部分65b)的暴露到等离子体处理工序可以补偿p型半导体层60内的空穴。p型半导体层60中的空穴的补偿增加了补偿区域中的p型半导体层的局部电阻率，同时保持未暴露区域(即LED堆叠表面的第一部分15a下方的p型半导体层的区域)的电阻率基本不变。合适的等离子体处理工序包括暴露于氢等离子体(即包括氢离子的等离子体)、CF4等离子体或CHF4等离子体。其他等离子体处理也可能适用于补偿III族氮化物中的空穴。
中毒处理不限于仅增加p型半导体层的电阻率，还增加LED堆叠的其他层的电阻率。例如，在一些实施例中，LED堆叠的中毒可以穿透LED堆叠12的层。因此，在一些实施例中，LED堆叠的第二区域可以包括以下第二区域：电子阻挡层50、有源层40、第二半导体层30和第一半导体层20。取决于中毒处理的条件(例如持续时间)，可以控制中毒处理穿透LED堆叠12的深度。因此，虽然在一些实施例中，只有p型半导体层60被毒化，但在其他实施例中，中毒处理可以限定LED堆叠的第二区域，其包括例如电子阻挡层50的第二区域、有源层40的第二区域和第二半导体层30的第二区域。特别地，一些LED堆叠在侧壁区域和有源层40之间易于产生相对高的泄漏电流。因此，通过毒化有源层40的第二区域，由有源层引起的侧壁漏电流可以减少，从而改善LED中的电流限制。
在一些实施例中，中毒处理可以包括使LED堆叠表面的暴露的第二部分15b经受离子注入处理。接触层14用作LED堆叠表面的第一部分15a下方的LED堆叠12的区域的掩模。因此，离子注入处理可能基本上仅影响LED堆叠表面的暴露的第二部分15b下方的LED堆叠12的区域。离子注入处理可能不会影响LED堆叠表面的第一部分15a下方被接触层14覆盖的LED堆叠12的区域。离子注入处理可以注入离子，该离子增加了在其中注入离子的LED堆叠12的层的电阻率。应当理解，取决于离子注入处理的能量，离子可以被注入p型半导体层60下方的LED堆叠12的层中。因此，可以通过中毒处理来增加以下区域中的至少一个的区域的电阻率：第一半导体层20、第二半导体层30、有源层40或电子阻挡层50。
可以在LED堆叠12中注入各种离子以增加LED堆叠的区域的电阻率。例如，形成相对高电阻率区域的合适离子包括H、N、He、Zn或C。当然，本公开不限于上述示例，可以使用其他原子或分子。
作为中毒处理的结果，可以增加LED堆叠12的区域的电阻率。例如，在图4的实施例中，p型半导体层60暴露于氢等离子体。所沉积的p型半导体层60包括p型掺杂GaN。所沉积的p型半导体层60可以具有约0.5Ωcm的电阻率。在中毒处理之后，在LED堆叠表面的暴露的第二部分15b下方的p型半导体层60的区域可以具有电阻率增加至少10倍于沉积时的电阻率值的电阻率。例如，对于具有大约0.5Ωcm的电阻率的沉积时的p型半导体层，中毒处理可以将电阻率增加到至少5Ωcm。在一些实施例中，中毒处理可以将电阻率增加到不大于沉积时电阻率值的电阻率的10,000倍。p型半导体层的未暴露区域，例如接触层14下方的p型半导体层区域，可以具有基本与沉积时的值相比没有变化的电阻率。
通过使LED堆叠表面的暴露区域15b经受中毒处理，LED堆叠12的第二区域相对于LED堆叠的第一区域可以具有增加的局部电阻率。因此，LED堆叠12朝向倾斜侧壁的局部电阻率增加。因此，随着从LED堆叠的中央台面部分流向侧壁区域的电流减少，可以减少通过侧壁区域的泄漏电流。
此外，在图4的实施例中，p型半导体层的倾斜侧壁部分62的表面65c也暴露于中毒处理。因此，LED堆叠的倾斜侧壁部分62(其典型地具有高于LED堆叠12的台面部分的沉积电阻率)也被进一步毒化。因此，通过将p型半导体层的倾斜侧壁部分65c也暴露于中毒处理，可以进一步降低侧壁泄漏电流。
在图4的实施例中，只有被接触层14覆盖的LED堆叠表面的第一部分15a没有暴露于中毒处理。如此，暴露于中毒处理的LED堆叠表面的第二部分15b包括p型半导体层的第一部分的表面的第二子部分65b，p型半导体层的倾斜侧壁部分的表面65c和p型半导体层的第二部分66的表面67。
在中毒处理之后，钝化层70可以沉积在LED堆叠12的侧壁部分上以钝化LED堆叠表面15c的表面状态。例如，在图5的实施例中，钝化层70沉积在LED堆叠的侧壁和体半导体区域上以钝化LED堆叠12。钝化层通常是介电层，例如SiN或SiO2层。
虽然图5的实施例仅显示了覆盖LED堆叠12的侧壁部分的钝化层70，但是应当理解，可以设置钝化层70以钝化LED堆叠12的其他表面。在一些实施例中，可以在中毒处理之后提供钝化层70以覆盖LED堆叠表面的第二部分15b或接触层14中的至少一些。例如，在中毒处理之后，钝化层70可以形成在图4的实施例的整个LED堆叠表面15和接触层14之上。然后可以选择性地去除钝化层70的部分以提供进入接触层14的通路以形成电接触。
图6示出了从LED前体上方的LED堆叠表面15的平面图。图6示出了LED堆叠表面15，其包括接触层14和LED堆叠表面的暴露的第二部分15b。LED堆叠的倾斜侧壁15c也围绕LED堆叠表面示出。图4中所示的LED堆叠12的横截面代表图6的LED堆叠12沿线A-A'的横截面。图5中LED堆叠的横截面代表图6中LED堆叠12沿线B-B'的横截面。
在图4的实施例中，接触层14用于有效地图案化LED堆叠表面15以用于中毒处理。在其他实施例中，可以沉积掩蔽层(未示出)代替接触层。可以以与接触层14类似的方式使用掩蔽层来限定用于中毒处理的LED堆叠表面的第一部分15a和第二部分15b。在中毒处理之后，可以去除掩蔽层并且可以沉积接触层14。通过使用掩蔽层来限定LED堆叠表面的第一部分15a和第二部分15b，可以随后以不同的形状(图案)将接触层沉积到LED堆叠表面的第一部分15a。
可以设置掩蔽层以限定LED堆叠12的多个不经受中毒处理的区域。掩蔽层可以使用任何合适的技术形成，例如光刻，用于限定图案化的掩蔽层。掩蔽层可以包括任何合适的掩蔽材料。例如，在一些实施例中，掩蔽层可以包括SiO2。
图7a示出了根据本公开的实施例的LED堆叠表面15的LED前体的另一平面图，该LED堆叠表面15已经被掩蔽层图案化以限定多个第一区域15a和第二区域15b。图7a示出了在形成接触层14之前从LED堆叠表面15上方观察的LED前体的p型半导体层的第一部分65的平面图。在图7a的实施例中，LED堆叠表面15被图案化以限定LED堆叠表面的多个第二部分15b和LED堆叠表面的多个第一部分15a。
图7a的LED堆叠表面15被图案化以包括在LED堆叠表面的图案化区域15d中的棋盘图案。图案化区域15d包括LED堆叠表面的多个第一部分15a和第二部分15b。图案化区域被配置为限定第二LED堆叠部分的图案，用于分配电流以减少热点。在图7a的实施例中，接触层14将形成在图案化区域15d上方(在图7a中以虚线示出)。图案化区域15d被电流泄漏周边区域15e包围。电流泄漏周边区域是未被掩蔽的环形区域(即LED堆叠表面的第二部分15b)。电流泄漏周边区域15b被布置为减少来自LED堆叠的侧壁区域的泄漏电流。
虽然在图7a的实施例中，掩蔽层(未示出)用于形成图案，但在其他实施例中，接触层12可用于形成图案。在其他实施例中，接触层12和掩蔽层的组合可用于限定LED堆叠表面15上的图案以用于中毒处理。
应当理解，图7a的LED堆叠表面15被图案化以限定LED堆叠表面的一个或多个暴露的第二部分15b。在图7a的实施例中，LED堆叠表面的第一部分15a和第二部分15b被布置成为LED堆叠表面的暴露的第二部分15b限定棋盘图案。因此，在中毒处理之后具有增加的电阻率的LED堆叠12的区域可以分布在LED堆叠12的表面区域上。因此，在使用期间由LED产生的光的光通量密度可以更均匀地分布在LED的表面区域上，其导致热点减少。
虽然图7a中所示的实施例包括棋盘图案，但是应当理解，在其他实施例中，LED堆叠表面15可以被图案化为具有各种不同的图案。例如，在图7b中，LED堆叠表面15被图案化为具有图案化区域15d和电流泄漏周边区域15e。在图7b的实施例中，图案化区域15d限定了包括围绕中心部分的多个环形部分的图案。这样，LED堆叠表面的第一部分15a和第二部分15b可以布置成限定LED堆叠表面的多个环形第二部分15b。在图7b的实施例中，LED堆叠表面12的环形第二部分围绕LED堆叠表面的第一部分的中心子部分15a同心地布置。环形第二部分15b以大约相等的间距彼此隔开(即由LED堆叠表面的第一部分的环形子部分15a隔开)。
类似于图7a的实施例，接触层14(由虚线示出)可以在中毒处理之后形成在图7b的实施例的图案化区域15d上。
应当理解，图7b的实施例是LED堆叠表面的环形第二部分15b的一个可能示例。虽然图7b的实施例包括矩形的环形部分，但在其它实施例中，环形部分通常可以是椭圆形、三角形、五边形、六边形或任何其它形式的多边形。也就是说，LED堆叠的环形第二部分15b可以具有任何合适的形状。
因此，上述方法可以提供发光二极管(light emitting diode，LED)前体。通过上述方法形成的LED前体包括LED堆叠12。在一些实施例中，LED前体可以设置在衬底10上(即在衬底10的衬底表面上)。在其他实施例中，可以去除衬底10。在这样的实施例中，LED堆叠12可以被布置成从LED的与LED堆叠表面15相反的一侧上的发光表面21发射光。
在一些实施例中，LED堆叠12包括设置在衬底表面上的多个层。LED堆叠包括设置在衬底表面上的包括III族氮化物的第一半导体层20、设置在第一半导体层20上的包括III族氮化物的有源层40，和设置在有源层40上的包括第III族氮化物的p型半导体层60，以及接触层14。在p型半导体层60的与有源层相反的一侧上的p型半导体层60的主表面65提供了LED堆叠12的LED堆叠表面15。
接触层14设置在LED堆叠表面的第一部分15a上，其覆盖p型半导体层的第一部分65，接触层限定了接触层14下方的LED堆叠的第一区域。暴露的LED堆叠表面的第二部分15b限定了在LED堆叠表面的暴露的第二部分15b下方的LED堆叠14的第二区域，其中LED堆叠12的多个层中的至少一层的电阻率相对于LED堆叠12的第一区域中LED堆叠的相应层的电阻率增加。
例如，在图6的实施例中(参考图4和5的截面)，提供了LED前体。LED前体包括衬底10、LED堆叠12和接触层14。
图6的LED堆叠12包括第一半导体层20、第二半导体层30、有源层40、电子阻挡层50和p型半导体层60。在上面更详细地描述了LED堆叠12的III族氮化物层的布置。当然，在其他实施例中，可以使用III族氮化物层的其他组合来形成LED堆叠12。
如图4所示，LED堆叠12包括在垂直于衬底表面10的平面中具有规则梯形横截面的柱。
接触层14设置在LED堆叠表面的第一部分15a上，其覆盖p型半导体层的第一部分65a。接触层限定了接触层14下方的LED堆叠12的第一区域。
LED堆叠表面的第二部分15b在LED堆叠表面的第二部分15b下方限定LED堆叠12的第二区域，其中LED堆叠12的多个层中的至少一层的电阻率相对于LED堆叠12的第一区域中LED堆叠的相应层的电阻率增加。在一些实施例中，例如在图6中，LED堆叠表面的第二部分15b可以被暴露。当然，在其他实施例中，LED堆叠表面的第二部分15b可以被LED前体的其他材料覆盖，例如间隙填充绝缘体。
在一些实施例中，例如诸如图6(以及图7a和7b)的布置，LED堆叠表面的第二部分15b可以环绕LED堆叠表面的第一部分15a。
在一些实施例中，钝化层70也可以沉积在LED堆叠14的侧壁部分上。因此，LED前体的侧壁部分可以类似于上面图7的实施例。上面更详细地讨论了钝化层70。钝化层还可以在随后的后中毒处理步骤期间覆盖LED堆叠表面15b的一些部分或全部，如上文所解释的。
因此，可以提供在使用时具有改善的通量分布的LED前体1。这种LED前体可以产生在LED的发光表面上更均匀地分布的光。这继而可以减少或消除发光表面21上热点的存在。
图4的LED前体可以经受进一步的处理步骤以形成LED。
例如，在一些实施例中，衬底10可以从LED前体上移除。根据本公开的实施例的LED的示例在图8中示出。在图8的实施例中，图4的LED前体已被进一步处理以去除衬底10，并将LED前体结合到背板电子衬底100。在移除衬底10之后，透明导电氧化物120已经沉积在第一半导体层20的发光表面21上。
在将背板电子衬底接合到LED前体之前，LED堆叠表面可以用间隙填充绝缘体80和第一可接合介电层84进行平坦化。间隙填充绝缘体80可以用作钝化层以钝化LED堆叠12的表面状态(类似于图5的实施例中的钝化层70)。第一可接合介电层84提供与接触层14对齐的平面接合表面86。可接合介电层84和间隙填充绝缘体80可以包括SiO2或SiNx或任何其他合适的电介质。
背板电子衬底100可以包括接触表面和控制电子设备，其被配置为向LED提供功率。背板电子衬底100的接合表面可以包括第二可接合介电层104和背板接触层102。可以使用本领域技术人员已知的用于制备用于接合的衬底的多种方法来提供这样的背板电子衬底100以用于接合。在图8的实施例中，背板接触层102可以与接触层14对齐。然后可以使背板电子衬底的接合表面和LED前体的接合表面86接触。然后温度和/或压力的施加可以促进两个可接合介电层84、104和接触层14、102之间的接合的形成。适用于将背板电子衬底100接合到III族氮化物LED的方法的进一步细节在GB1917182.6中有描述。
接下来，将描述LED堆叠12和中毒处理的一些替代布置。
在上述实施例中，接触层14可用于形成用于对LED堆叠表面15进行图案化以用于中毒处理的层的部分。在一些实施例中，在形成接触层14之前，可以使用掩蔽层以对LED堆叠表面15进行图案化。
例如，图9示出了LED前体的实施例，其中掩蔽层(未示出)已用于限定LED堆叠表面的多个第一部分15a。LED堆叠表面的暴露的第二部分15b随后经受中毒处理，以增加p型半导体层60的对应于LED堆叠表面的第二部分15b的区域中的p型半导体层60的电阻率。与LED堆叠表面的第一部分对应的p型半导体层60的区域可以具有与所沉积的p型半导体层60基本相同的电阻率。
在中毒处理之后，在图9的实施例中，掩蔽层被去除并且接触层14被沉积在LED堆叠表面15上。因此，接触层14覆盖LED堆叠表面的第一部分15a和第二部分15b。
用于限定LED堆叠表面15上的第一部分和第二部分的掩蔽层(未示出)可以具有任何合适的图案。例如，可以以如图7a所示的棋盘图案或如图7b所示的环形图案来布置掩蔽层。因此，掩蔽层可用于定义LED堆叠表面15的图案，其目的在于减少在使用LED时在有源层40中热点的形成。
在本公开的另一实施例中，可通过在LED堆叠12的n型侧上在LED堆叠12中包括绝缘子层，来进一步减少围绕LED堆叠12的外围的泄漏电流。绝缘子层28被形成为第一半导体层20的一部分。绝缘子层28包括穿过绝缘子层28的孔。该孔与LED堆叠12对齐，以将电荷载流子引向LED堆叠12的中心部分并减少围绕LED堆叠12的外围的泄漏电流。
例如，在图10的实施例中，第一半导体层20包括第一半导体子层27、绝缘子层28和第二半导体子层29。
第一半导体子层27包括III族氮化物。第一半导体子层27形成在衬底表面上。第一半导体子层27可以以与上述第一半导体层20基本相同的方式形成。
绝缘子层28形成在第一半导体子层27上。绝缘子层形成为横跨第一半导体子层27的基本上连续的层。随后穿过绝缘子层的厚度形成孔，使得第一半导体子层27是暴露的。绝缘子层28的平面中的孔表面积不大于LED堆叠表面12的表面积。在一些实施例中，孔的表面积不大于LED堆叠12的表面积的50％。孔通常可以在LED表面12的平面中围绕LED前体的中心居中。
第二半导体子层29形成在绝缘子层28上，并且也在绝缘子层28的孔内。第二半导体子层29在绝缘子层上包括III族氮化物。第二半导体子层29可以包括与第一半导体层27相同的III族氮化物。第二半导体层29可以跨绝缘子层28形成为基本上连续的层，以便如上所述提供第一半导体层20的生长表面22。因此，当形成根据图10和图11的实施例的LED前体时，选择性地去除第一半导体层20的一部分以形成台面结构24包括选择性地去除第二半导体子层29的一部分以形成与绝缘子层28的孔对齐的台面结构24。
在形成台面结构24之后，LED堆叠12的其他层可以以类似于以上针对图1至图6的实施例所讨论的方法的方式形成。
根据本公开的实施例，LED前体可以形成为包括颜色转换材料的LED。例如，图12示出了根据本公开实施例的由多个LED前体形成的LED阵列200的示意图。图12中所示的LED阵列包括绿色LED202、红色LED204和蓝色LED206。
LED阵列200包括光产生层220。光产生层220包括阵列LED，其中配置为输出泵浦光的每个半导体结由根据本公开的LED前体形成。
如图12所示，LED阵列200包括容器层230。容器层230设置在光产生层220的发光表面上。容器层230包括多个内侧壁234，其限定了光产生层220的发光表面224上的多个容器容积231、232、233。每个容器容积通过容器层(即，通过容器层230的厚度)提供。因此，每个容器容积231、232、233从容器层的容器表面235中的开口延伸穿过发光表面224。
如图2所示，容器容积231、232中的至少一个可以选择性地包括颜色转换层241。在图12的实施例中，第一(绿色)容器容积231包括第一(绿色)颜色转换层。第二(红色)容器容积232包括第二(红色)颜色转换层242。每个颜色转换层被配置为将泵浦光转换成不同波长的转换光。例如，第一颜色转换层241可以被配置为将泵浦光转换为绿色可见光，而第二颜色转换层242可以被配置为将泵浦光转换为红色可见光。因此，颜色转换层可以被配置为转换具有至少440nm和/或不大于480nm波长的泵浦光。第一颜色转换层241可以将泵浦光转换为具有至少500nm和/或不大于560nm波长的转换光。第二颜色转换层242可以将泵浦光转换为具有至少590nm和/或不大于650nm波长的转换光。
在一些实施例中，颜色转换层241、242可以包括量子点。在一些实施例中，颜色转换层241、242可以包括磷光体。在一些实施例中，颜色转换层241、242可以包括磷光体和量子点的组合。对于具有表面积超过1mm2的容器容积的LED和LED阵列，较大粒径的磷光体可能是有利的。对于具有表面积小于1mm2的容器容积的LED和LED阵列，例如微型LED，由于较小的颗粒尺寸，使用包括量子点的颜色转换层可能是有利的。包括量子点的颜色转换材料是技术人员已知的。至少在Guan-Syun Chen等，“Monolithic Red/Green/Blue Micro-LEDswith HBR and DBR structures”中可以找到用作颜色转换层的合适量子点的更多细节
如图12所示，颜色转换层241、242可以跨容器容积231、232延伸。容器容积231、232至少部分地被颜色转换层填充。
如图12所示，LED阵列200的容器容积中的至少一个容器容积233可以不包括任何颜色转换层。因此，LED阵列200中的一些LED可以通过未填充的容器容积输出泵浦光。例如，在泵浦光是蓝色可见光的情况下，容器容积可以不包括颜色转换层以提供蓝色LED300。
如图12所示，透镜251也可以设置在覆盖第一颜色转换层241的开口上方的容器表面235上。透镜251在透镜的与第一颜色转换层241相反的一侧具有凸面。可以设置透镜以减少在LED和外部环境之间的界面处全内反射的转换光的量。
关于设置包括颜色转换层的LED的更多细节可以在GB1911008.9中找到。
因此，可以根据上述实施例提供LED前体和形成LED前体的方法。应当理解，本公开不限于上述实施例，并且根据所附权利要求，各种修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (36)

1.一种形成发光二极管(LED)前体的方法，包括：
在衬底上形成包括多个III族氮化物层的LED堆叠，所述LED堆叠包括在所述LED堆叠的与所述衬底相反的一侧上形成的LED堆叠表面；
掩蔽所述LED堆叠表面的第一部分，使所述LED堆叠表面的第二部分暴露，
使所述LED堆叠表面的所述第二部分经受中毒处理，使得在所述LED堆叠表面的所述第二部分下方的包括所述LED堆叠的至少一个III族氮化物层的所述LED堆叠的第二区域的电阻率相对更高于在所述LED堆叠表面的所述第一部分下方的所述LED堆叠的第一区域中的相应III族氮化物层的电阻率。
2.根据权利要求1所述的形成发光二极管(LED)前体的方法，其中
掩蔽所述LED堆叠表面的所述第一部分包括在所述LED堆叠表面的所述第一部分上选择性地形成接触层。
3.根据权利要求1或2所述的形成LED前体的方法，其中
形成所述LED堆叠包括：
在所述衬底上形成包括III族氮化物的第一半导体层；
在所述第一半导体层上形成包括III族氮化物的有源层；和
在所述有源层上形成包括III族氮化物的p型半导体层，其中在所述p型半导体层的与所述有源层相反的一侧上的所述p型半导体层的主表面提供了所述LED堆叠的LED堆叠表面。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述p型半导体层的第二区域，并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述p型半导体层的第一区域。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述有源层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述有源层的第一区域。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述第一半导体层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述第一半导体层的第一区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述LED堆叠表面的所述第二部分环绕所述LED堆叠表面的所述第一部分。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中掩蔽所述LED堆叠表面的所述第一部分包括掩蔽多个第一部分以限定所述LED堆叠表面的多个第二部分，其中可选地，所述LED堆叠表面的所述多个第二部分以环形或棋盘图案布置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述LED堆叠表面的第一部分被接触层掩蔽，并且所述LED堆叠表面的第三部分被掩蔽层掩蔽，使得所述LED堆叠表面的所述第一部分和所述第三部分被覆盖并且所述LED堆叠表面的所述第二部分被暴露。
10.根据权利要求9所述的方法，其中
在所述LED堆叠表面上形成所述掩蔽层和所述接触层，以限定具有环形或棋盘图案的所述LED堆叠表面的一个或多个第二部分。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
所述中毒处理包括将所述LED堆叠表面的所述第二部分暴露于包括氢离子的等离子体。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
形成的所述LED堆叠包括在垂直于所述衬底表面的平面中具有规则梯形横截面的柱。
13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述LED堆叠包括：
在所述衬底的衬底表面上形成所述第一半导体层，所述第一半导体层在所述第一半导体层的与所述衬底相反的一侧上具有生长表面；
选择性地去除所述第一半导体层的一部分以形成台面结构，使得所述第一半导体层的所述生长表面包括台面表面和体半导体表面，
在所述第一半导体层的所述生长表面上单片地形成包含III族氮化物的第二半导体层，使得所述第二半导体层覆盖所述台面表面和所述体半导体表面，
其中在所述第二半导体层上形成所述有源层和所述p型半导体层。
14.据权利要求13所述的方法，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述第二半导体层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述第二半导体层的第一区域。
15.根据权利要求14所述的方法，其中
所述第二半导体层形成在所述第一半导体层的所述生长表面上，以提供倾斜侧壁部分，所述倾斜侧壁部分在所述第一半导体层的所述台面表面上的所述第二半导体层的第一部分和所述第一半导体层的所述体半导体表面上的所述第二半导体层的第二部分之间延伸。
16.根据权利要求14或15中任一项所述的方法，其中
在所述衬底上形成所述第一半导体层包括：
在所述衬底表面上形成包括III族氮化物的第一半导体子层；
在所述第一半导体子层上形成介电子层，所述介电子层限定穿过所述介电子层的厚度的孔；和
在所述介电子层上形成包括III族氮化物的第二半导体子层，以及
其中选择性地去除所述第一半导体层的一部分以形成台面结构包括：选择性地去除所述第二半导体子层的一部分，以形成与所述介电子层的所述孔对齐的台面结构。
17.根据权利要求3至16中任一项所述的方法，其中
所述LED堆叠的所述有源层包括被配置为输出可见光的多个量子阱层。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中
所述LED前体是微型LED前体，其中所述LED堆叠在所述衬底上的表面积不大于100μm×100μm，或不大于10μm×10μm。
19.一种发光二极管(LED)前体，包括：
LED堆叠，包括多个III族氮化物层，所述LED堆叠包括形成在所述LED堆叠的与所述LED堆叠的发光表面相反的一侧上的LED堆叠表面；
其中，所述LED堆叠表面的第一部分限定在所述LED堆叠表面的下方的具有第一电阻率的所述LED堆叠的所述多个层中的至少一者的第一区域；和
所述LED堆叠表面的第二部分限定在所述LED堆叠表面的下方的所述LED堆叠的第二区域，在所述第二区域中所述LED堆叠的相应所述层的电阻率相对于所述LED堆叠的所述第一区域增加。
20.根据权利要求19所述的LED前体，还包括形成在所述LED堆叠表面的所述第一部分上的接触层。
21.根据权利要求19或20所述的LED前体，其中
所述LED堆叠包括：
第一半导体层，包括提供所述LED堆叠的发光表面的III族氮化物；
有源层，包括III族氮化物并设置在所述第一半导体层上；和
p型半导体层，包括III族氮化物并设置在所述有源层上，其中在所述p型半导体层的与所述有源层相反的一侧上的所述p型半导体层的主表面提供了所述LED堆叠的LED堆叠表面。
22.根据权利要求21所述的LED前体，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述p型半导体层的第二区域，并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述p型半导体层的第一区域。
23.根据权利要求21或22所述的LED前体，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述有源层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述有源层的第一区域。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的LED前体，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述第一半导体层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述第一半导体层的第一区域。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的LED前体，其中，所述LED堆叠表面的所述第二部分环绕所述LED堆叠表面的所述第一部分。
26.根据权利要求19至25中任一项所述的LED前体，其中，所述LED堆叠表面包括所述LED堆叠表面的多个第一部分和多个第二部分，其中可选地，所述LED堆叠表面的所述多个第一部分和所述多个第二部分以环形或棋盘图案布置。
27.根据权利要求19至26中任一项所述的LED前体，其中，在所述LED堆叠表面的所述第一部分上设置接触层，并且在所述LED堆叠表面的第三部分上设置掩蔽层。
28.根据权利要求27所述的LED前体，其中
在所述LED堆叠表面上设置所述掩蔽层和所述接触层，以限定具有环形或棋盘图案的所述LED堆叠表面的一个或多个第二部分。
29.根据权利要求19至28中任一项所述的LED前体，其中
所述LED堆叠包括在垂直于所述衬底表面的平面中的具有规则梯形横截面的柱。
30.根据权利要求19至29中任一项所述的LED前体，其中：
所述第一半导体层在所述第一半导体层的相对两侧上具有所述LED堆叠的生长表面和所述发光表面；
所述第一半导体层包括台面结构，使得所述第一半导体层的所述生长表面包括台面表面和体半导体表面，
在所述第一半导体层的所述生长表面上设置第二半导体层，使得所述第二半导体层覆盖所述台面表面和所述体半导体表面，
其中在所述第二半导体层上形成所述有源层和所述p型半导体层。
31.根据权利要求30所述的LED前体，其中
所述LED堆叠的所述第二区域包括所述第二半导体层的第二区域；并且
所述LED堆叠的所述第一区域包括所述第二半导体层的第一区域。
32.根据权利要求30或31所述的LED前体，其中
所述第二半导体层形成在所述第一半导体层的所述生长表面上，以提供倾斜侧壁部分，所述倾斜侧壁部分在所述第一半导体层的所述台面表面上的所述第二半导体层的第一部分和所述第一半导体层的所述体半导体表面上的所述第二半导体层的第二部分之间延伸。
33.根据权利要求29至32中任一项所述的LED前体，其中
所述第一半导体层包括：
第一半导体子层，包括设置在所述衬底表面上的III族氮化物；
绝缘子层，设置在所述第一半导体子层上，所述绝缘层限定穿过所述绝缘子层的厚度的孔；和
第二半导体子层，包括设置在所述绝缘层上的和所述绝缘子层的所述孔内的III族氮化物，
其中所述台面结构由所述第二半导体子层的一部分和与所述绝缘层的所述孔对齐的所述台面结构提供。
34.根据权利要求19至33中任一项所述的LED前体，其中
所述LED堆叠的所述有源层包括被配置为输出可见光的多个量子阱层。
35.根据权利要求19至34中任一项所述的LED前体，其中
所述LED前体是微型LED，其中所述LED堆叠在所述衬底上具有不大于100μm×100μm的表面积。
36.一种LED，包括：
LED层，配置为从发光表面发射具有泵浦光波长的泵浦光，所述LED层包括根据权利要求19至35中任一项所述的LED前体；
容器层，设置在所述LED层的发光表面上，所述容器层在所述容器层的与所述发光表面相反的一侧上具有容器表面，所述容器表面包括开口，所述开口限定了穿过所述容器层至所述LED层的所述发光表面的容器容积；
颜色转换层，设置在所述容器容积中，所述颜色转换层被配置为吸收泵浦光并发射转换光，所述转换光具有比泵浦光波长更长的转换光波长；和
透镜，设置在所述开口上方的所述容器表面上，所述透镜在所述透镜的与所述颜色转换层相反的一侧上具有凸面。
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