CN116417446A - 具有非对称面的发光二极管结构物 - Google Patents

具有非对称面的发光二极管结构物 Download PDF

Info

Publication number
CN116417446A
CN116417446A CN202211624056.5A CN202211624056A CN116417446A CN 116417446 A CN116417446 A CN 116417446A CN 202211624056 A CN202211624056 A CN 202211624056A CN 116417446 A CN116417446 A CN 116417446A
Authority
CN
China
Prior art keywords
emitting diode
light emitting
semiconductor layer
diode structure
conductive semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211624056.5A
Other languages
English (en)
Inventor
都永洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industry Academic Cooperation Foundation of Kookmin University
Original Assignee
Industry Academic Cooperation Foundation of Kookmin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industry Academic Cooperation Foundation of Kookmin University filed Critical Industry Academic Cooperation Foundation of Kookmin University
Publication of CN116417446A publication Critical patent/CN116417446A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0016—Processes relating to electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种发光二极管结构物，更加具体地，涉及一种具有非对称面的发光二极管结构物、利用其的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法以及由此制造的可直流驱动的发光二极管电极组件。

Description

具有非对称面的发光二极管结构物
技术领域
本发明涉及一种发光二极管结构物，更加具体地，涉及一种具有非对称面的发光二极管结构物、利用其的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法以及由此制造的可直流驱动的发光二极管电极组件。
背景技术
微型发光二极管(LED)和纳米发光二极管可以实现优异的色感和高效率，由于是环保物质，因此被用作显示器的核心材料。顺应这种市场情况，近年来正在进行用于开发一种新的纳米棒发光二极管结构或通过新的制造工序涂有外壳的纳米电缆发光二极管的研究。此外，对用于实现覆盖纳米棒外部面的保护膜的高效率、高稳定性的保护膜材料或有利于后续工序的配体材料的研发也在进行中。
并且，顺应这些材料领域的研究，由于实际上不可能通过拾取和放置(pick&place)技术将微型发光二极管及纳米发光二极管一一安装在目标电极上，因此对用于在纳米或微米单位尺寸的电极上安装独立的单个微型发光二极管及纳米发光二极管的安装技术的研究也在积极进行中。
作为这种研究的一部分，韩国授权专利公报第10-1436123号公开一种通过如下工艺制造的显示器，即，通过将混合有纳米棒状发光二极管的溶液滴到子像素后，在两个对准电极之间形成电场(electric field)来使纳米棒状发光二极管器件在电极上磁性对齐，从而形成子像素。
然而，所公开的技术存在如下技术限制，即，只能将作为棒状发光二极管器件的n型半导体侧的长轴方向的一端和作为p型半导体侧的长轴方向的另一端随机对准在同一平面上的两个不同电极上，因此只有向上述两个电极施加交流电源时才能驱动发光二极管器件。
并且，棒状发光二极管器件具有沿着长轴方向层叠两层不同的半导体层和光敏层的结构，由于具有这种结构的棒状发光二极管器件在水平隔开的水平电极上只能沿着长轴方向平躺安装而不是沿着长轴方向垂直安装于电极，因此只能制造从侧面而不是正面发出强光的显示器，从而难以实现具有足够的正面亮度的显示器。
由此，迫切需要开发一种如下发光二极管材料和发光二极管对准技术，即，通过沿着形成发光二极管器件的两个不同半导体层和光敏层层叠的方向在电极上对准发光二极管器件，实现的发光二极管电极组件的正面亮度大大提高，同时通过控制两个不同半导体层在电极上的对准方向为一个方向来对准多个发光二极管器件，从而可以实现可直流驱动的发光二极管电极组件。
另一方面,需要说明的是，本发明是在以下韩国国家研发项目的资助下进行研究的。
【资助本发明的韩国国家研发项目1】
【课题申请号】1711130702
【课题编号】2021R1A2C2009521
【部门名称】科学技术信息通信部
【课题管理(专业)机构名称】韩国研究财团
【研究项目名称】中层科研人员支持项目
【研究课题名称】Dot-LED材料及显示器源/应用技术开发
【贡献率】1/2
【课题执行机构名称】韩国国民大学产学合作团
【研究时间】2021.03.01～2022.02.28
【资助本发明的韩国国家研发项目2】
【课题申请号】1415174040
【课题编号】20016290
【部门名称】韩国产业通商资源部
【课题管理(专业)机构名称】韩国产业技术评价管理院
【研究项目名称】电子零件产业技术开发-超大微型LED模组化显示器
【研究课题名称】模组化显示器用亚微米级蓝光光源技术开发
【贡献率】1/2
【课题执行机构名称】韩国国民大学产学合作团
【研究时间】2021.04.01～2024.12.31
发明内容
技术问题
本发明鉴于如上所述的问题而提出，其目的在于，提供一种如下发光二极管结构物、包含其的印刷装置用墨水、利用其的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法以及由此制造的可直流驱动的发光二极管电极组件，即，发光面积大，最小化或防止由于表面缺陷导致的效率降低，优化电子-空穴的复合速度，适合墨水化，无需额外配置用于磁性对齐的磁性层等或改变从发光二极管晶圆蚀刻并分离发光二极管器件的传统发光二极管器件的制造方法，即可朝向形成发光二极管器件的每层的层叠方向垂直安装发光二极管器件，并且可在电极上以接触或相邻的方式安装所需的一个半导体层。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供一种具有非对称面的发光二极管结构物，其为沿第一方向层叠有包括第一导电半导体层、光敏层及第二导电半导体层的多层且包括沿第一方向相向的第一面和第二面的发光二极管结构物，上述第一面与第二面的形状同余且上述第一面和第二面的形状为无对称轴的非对称形状。
根据本发明的一实施例，上述第一导电半导体层及上述第二导电半导体层中的一个可以为n型III-氮化物半导体层，另一个可以为p型III-氮化物半导体层。
并且，上述发光二极管结构物的除第一面和第二面之外的其余面的形状可以为与上述第一面及第二面中的至少一个面的形状不同的形状。
并且，上述第一面及第二面的面积可以为0.20μm2～100μm2。
并且，上述作为第一面与第二面之间的垂直距离的厚度可以为0.3μm～3.5μm。
并且，上述第一导电半导体层可以为n型III-氮化物半导体层，还可包括位于第一导电半导体层下部的电子延迟层，使得在上述光敏层中复合的电子和空穴的数量平衡。
并且，上述电子延迟层可以包含选自由CdS、GaS、ZnS、CdSe、CaSe、ZnSe、CdTe、GaTe、SiC、ZnO、ZnMgO、SnO2、TiO2、In2O3、Ga2O3、Si、聚(对亚苯基亚乙烯基)(poly(paraphenylene vinylene))及其衍生物、聚苯胺(polyaniline)、聚(3-烷基噻吩)(poly3-alkylthiophene))及聚(对亚苯基)(poly(paraphenylene))组成的组中的一种以上。
并且，上述第一导电半导体层可以为掺杂的n型III-氮化物半导体层，上述电子延迟层可以为掺杂浓度低于上述第一导电半导体层的III-氮化物半导体。
并且，上述具有非对称面的发光二极管结构物还可包括包围面方向平行于上述第一方向的发光二极管结构物的侧面的保护膜。
并且，上述第一导电半导体层可以为n型III-氮化物半导体层，上述第二导电半导体层可以为p型III-氮化物半导体层，还可以包括空穴推动膜及电子推动膜中的至少一个功能膜，上述空穴推动膜用于通过覆盖在第二导电半导体层的暴露侧面或第二导电半导体层的暴露侧面和光敏层的至少一部分暴露侧面来使暴露侧面侧的空穴向中心侧移动，上述电子推动膜通过覆盖在上述第一导电半导体层的暴露侧面来使暴露侧面侧的电子向中心侧移动。
并且，上述发光二极管结构物还可包括设置于第一导电半导体层上的第二电极层以及设置于第二导电半导体层上的第一电极层中的一种以上。
并且，本发明提供一种印刷装置用墨水组合物，其包含多个本发明的具有非对称面的发光二极管结构物。
并且，本发明提供一种可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其包括如下步骤：(1)准备包含多个根据本发明的具有非对称面的发光二极管结构物的印刷装置用墨水组合物；(2)在至少一个下部电极上形成对准用引导件，上述对准用引导件具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔；(3)通过印刷装置在上述对准用引导件上排出上述印刷装置用墨水组合物；(4)通过将放置于上述对准用引导件上的发光二极管结构物的第二面侧一端部插入对准用引导件的孔中来对准多个发光二极管结构物；以及(5)在对准成与发光二极管结构物的第一面接触的多个发光二极管结构物上形成至少一个上部电极。
根据本发明的一实施例，在上述步骤(2)中，设置于对准用引导件的多个孔各自的面积可以比发光二极管结构物的第二面的面积大1.01倍～1.50倍。
并且，在上述步骤(2)中，在对准用引导件上还可形成包围形成有多个孔的区域或分成两个以上的区域来包围的隔板。
并且，在上述步骤(2)中，上述孔可以形成在对应于一个下部电极的主面的对准用引导件区域。
并且，在上述步骤(1)中，具有非对称面的发光二极管结构物可以为第一面及第二面的长轴和短轴的纵横比为2：1以上且沿着垂直于第一方向的第二方向延伸而成的棒状结构物，在上述步骤(2)中，下部电极可以包括沿着主面方向以规定间隔隔开形成的第一下部电极和第二下部电极，在上述步骤(2)中，设置于对准用引导件的一个孔可以贯通对准用引导件来形成，使得发光二极管结构物的前端及后端侧第二面部分配置在相邻的第一下部电极和第二下部电极的主面上，上述步骤(4)通过向第一下部电极和第二下部电极施加电源来执行。
并且，上述步骤(4)可通过一次或多次照射声波来执行。
并且，可在发光二极管结构物的第二面、孔的内侧面及孔的底面中的一个以上设置有化学键合连接体，以防止通过步骤(4)插入孔中并对准的发光二极管结构物从孔中脱离。
并且，在步骤(4)与步骤(5)之间还可包括如下步骤：进行热处理，以提高上述发光二极管结构物的第二面与下部电极之间的电接触；以及沉积绝缘体，以填充每个发光二极管结构物与插入发光二极管结构物的孔之间的隔开空间并平坦化对准的多个发光二极管结构物之间的空间。
并且，本发明提供一种可直流驱动的发光二极管电极组件，其包括：多个发光二极管结构物，沿第一方向层叠有包括第一导电半导体层、光敏层及第二导电半导体层的多层，包括在第一方向上相向的第一面和第二面，第一面的形状与第二面的形状同余且上述第一面的形状和第二面的形状为无对称轴的非对称形状；沿相互隔开的至少一个下部电极及至少一个上部电极；以及对准用引导件，配置在至少一个下部电极上，具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔，多个发光二极管结构物中的每个发光二极管结构物在下部电极上对准，使得第二面侧的一端部插入对准用引导件的孔中并使第二面与至少一个下部电极的主面接触，至少一个上部电极配置于对准的多个发光二极管结构物中的每个第一面侧的一端部上。
并且，本发明提供一种安装有本发明的非具有对称面的发光二极管结构物的光源。
以下，将定义本发明中使用的术语。
在本发明实例的描述中，当描述为形成于每层、区域、图案或基板以及每层、区域、图案的“上面(on)”、“上部”、“上”、“下面(under)”、“下部”、“下”时，“上面(on)”、“上部”、“上”、“下面(under)”、“下部”、“下”包括“直接(directly)”和“间接(indirectly)”的含义。
发明的效果
本发明的发光二极管结构物具有如下效果：可以通过控制发光二极管结构物的几何结构来将发光二极管结构物仅沿一个方向安装在电极上，而无需改变传统的通过蚀刻发光二极管晶圆来制造单个发光二极管器件的制造工序，从而可以容易制造可直流驱动的发光二极管电极组件，可以沿着形成发光二极管结构物的半导体层的层叠方向在电极上安装发光二极管结构物，从而可以容易制造具有改善的正面发光特性的发光二极管电极组件。并且，由于发光二极管结构物的结构，相对于传统的棒状发光二极管器件有利于增加发光面积，在增加发光面积的同时大大减小暴露于表面的光敏层面积，从而可以防止或最小化由于表面缺陷导致的效率降低，并且可以最小化由于电子及空穴速度的不均匀导致的电子-空穴复合效率的降低以及由此导致的发光效率的降低，从而可以呈现出更高亮度。由此，由于如上所述的优点，本发明的发光二极管结构物可广泛用作各种光源如照明、医疗设备、显示器等的材料。
附图说明
图1为本发明一实施例的具有非对称面的发光二极管结构物的立体图。
图2为图1的发光二极管结构物在第一方向的第一面A和第二面B的俯视图。
图3a至图3d为各种形状的发光二极管结构物在第一方向的第一面A和第二面B的俯视图，图3a为示出不具有对称轴的第一面A和第二面B的一示例的图，图3b至图3d为示出具有一个以上对称轴的第一面A和第二面B的示例的图。
图4为本发明一实施例的发光二极管结构物的剖视图。
图5为本发明一实施例的发光二极管结构物的剖视图。
图6及图7为说明本发明一实施例的发光二极管结构物的对准面和对准方向通过对准用引导件被控制的机制的示意图。
图8为示出对应于本发明的比较例的具有对称面的发光二极管结构物通过对准用引导件插入并对准时可能的对准形态的示意图。
图9为示出本发明一实施例的发光二极管电极组件的制造工序的工序示意图。
图10为示出在本发明一实施例的发光二极管电极组件的制造工序中作为防止发光二极管结构物脱离的一种方案的通过化学键合连接体赋予发光二极管结构物与下部电极之间键合力的工序的示意图。
图11为示出在本发明一实施例的发光二极管电极组件的制造工序中利用电场安装发光二极管结构物的工序的示意图。
图12为适用于图11所示的工序的发光二极管结构物的第一方向上的一面的俯视图。
图13及图14为本发明的各种实施例的发光二极管电极组件的剖面示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图详细描述本发明的实施例，使得本发明所属技术领域的常规技术人员能够容易地实施本发明。本发明能够以各种不同的形式来实现，并且不限于这里描述的实施例。
参照图1及图2，本发明的发光二极管结构物100为沿第一方向层叠有包括第一导电半导体层10、光敏层20及第二导电半导体层30的多层的结构物。并且，在本发明的发光二极管结构物100中，沿第一方向相向的第一面A和第二面B的形状同余且上述第一面A和第二面B的形状为无对称轴的非对称形状。
其中，第一方向是指垂直于每层的主面的方向。
并且，第一面A和第二面B的形状是指暴露于发光二极管结构物100外部的面的形状，即，当观察发光二极管结构物100时可见的对应面的形状，而不意味着对应于暴露的面(或可见面)的虚拟背面的倒置形状。因此，与第一面A或第二面B的形状相同的形状是指与从外部暴露的面的形状(或可见面的形状)相同的情况，即，若将某一形状原样折叠而没有正反面倒置，则完全重叠的情况，若只是倒置的背面的形状相同，则不属于相同的形状。
并且，其中，同余是指在将作为平面的第一面A和第二面B的尺寸相同，第一面A和第二面B中的一个面的形状原样或前后倒置来折叠时与另一个完全重叠的情况。
并且，上述第一面A和第二面B为具有非对称形状的非对称面是指不存在对称轴的面，其中，对称轴是指当以横穿对应于一面的轮廓的闭合曲线的一个轴为基准折叠时，使闭合曲线的一半与其余一半一致的轴。例如，在图2及3a所示的第一面A和第二面B的情况下，由于不以横穿作为第一面A和第二面B的轮廓的闭合曲线的任何轴为基准对称，因此，不存在对称轴。然而，在图3b所示的矩形形状的第一面A和第二面B的情况下，具有两个对称轴S1，在图3c所示的菱形形状的第一面A和第二面B的情况下，具有两个对称轴S1，在图3d所示的等腰三角形形状的第一面A和第二面B的情况下，具有一个对称轴S1，因此属于具有对称形状的对称面。
结果，由于图1所示的发光二极管结构物100的第一面A和第二面B为没有对称轴的非对称面，因此将第一面A的形状倒置的虚像形状处于与第二面B完全重叠的同余关系。然而，由于只有将第一面A的形状和第二面B的形状中的一个倒置才能使相互重叠，因此第一面A的形状和第二面B的形状可以视为互不相同。
另一方面，当发光二极管结构物100被实现为第一面A和第二面B的形状相互同余，但上述第一面A和第二面B的形状未无对称轴的非对称形状时，可以借助具有以与第一面A的形状或第二面B形状相同的形状贯通的孔的对准用引导件来控制多个发光二极管结构物的对准面和对准方向。对此将参照图6及图7说明如下：如图所示，当用多个发光二极管结构物103、104处理具有以与发光二极管结构物103、104的第一面A形状相同的形状贯通的多个孔H的对准用引导件300时，如图7的(a)部分所示，只有发光二极管结构物103、104的第二面B侧的一端部插入孔H中，如图7的(b)部分所示，发光二极管结构物103、104的第一面A侧一端部的形状与当从对准用引导件300的上部观察时的倒置形状相同，因此不插入以第一面A的形状贯通的孔H中。
结果，在通过印刷等方式将多个发光二极管结构物散布在下部电极上后进行磁性对齐时，借助如上所述的对准用引导件300，可以控制在下部电极上对准的每个发光二极管结构物的对准面成为特定面，即第一面A或第二面B，在此情况下，由于所有器件沿第一方向在下部电极上对准，因此可以增加正面发光。并且，所有发光二极管结构物的第一面A或第二面B可以对准成与下部电极接触，从而可以将发光二极管结构物的对准方向控制成第一方向中的特定的一个方向，由此，可以实现可直流驱动的发光二极管电极组件。
相反，在具有如图3(b)所示的具有对称轴的矩形形状的第一面A和第二面B的发光二极管结构物的情况下，第一面A、第二面B及及作为其余面的侧面均可以呈具有对称轴的矩形形状，由此，如图8所示，对准用引导件300的孔中可以插入发光二极管结构物，使得第一面A、第二面B及侧面中的一面成为对准面，因而即使发光二极管结构物可以安装在下部电极上，一部分发光二极管结构物的侧面也位于下部电极上并被电短路，因此不发光，在其余发光二极管结构物的情况下，可以位于下部电极上，使得第一面A及第二面B随机成为对准面，因此存在不能用直流电源驱动发光二极管电极组件的限制驱动电源选择的隐患。
并且，根据本发明的一实施例，发光二极管结构物100中的除第一面A和第二面B之外的其余面的形状与第一面A及第二面B中的至少一面的形状不同，由此，在发光二极管结构物100随机配置在下部电极上之后，在对准时，可以防止发光二极管结构物100中的除第一面A和第二面B之外的其余一面被对准成与下部电极接触。作为一例，如图7的(c)部分所示，发光二极管结构物103、104的侧面形状为矩形，这与第一面A或第二面B的形状不同，由此，无法沿发光二极管结构物103、104的侧面方向插入对准用引导件300的孔H中，因而可以防止发光二极管结构物103、104的侧面成为对准面。
另一方面，发光二极管结构物100中的除第一面A和第二面B之外的其余面的形状只要具有与第一面A及第二面B中的一面的形状不同的形状即可，因此本发明对其余面的形状没有特别限，作为一例，可以是矩形、正方形或平行四边形形状。
并且，在上述发光二极管结构物100中，第一面A和第二面B的面积可以为0.20μm2～100μm2，作为第一面A与第二面B之间的垂直距离的厚度可以为0.3μm～3.5μm，由此，可能有利于实现本发明的目的。尤其，当发光二极管结构物被制成具有3.5μm以下的薄厚度时，作为一例，可以大大减小通过与第二导电半导体层30及第一导电半导体层10对应的p型半导体层与n型半导体层的空穴及电子的移动距离，尤其，迁移率远低于电子的空穴可以移动更短的距离，因而可以最小化由于移动距离而造成的移动损失，因此可以大大提高发光效率。然而，若厚度小于0.3μm，则n型半导体层的厚度可能比p型半导体层相对薄，这可能导致空穴与电子结合的位置偏离光敏层，因此存在发光效率可能大大降低的隐患。
另一方面，即使作为第一面A与第二面B之间的垂直距离的厚度在上述优选范围内，当以薄厚度实现时，如上所述，由于电子与空穴的迁移率差异，存在电子与空穴结合的位置可能偏离光敏层的隐患。即，当通过蚀刻大面积的发光二极管晶圆来实现发光二极管结构物时，由于第一导电半导体层、光敏层、第二导电半导体层的厚度已经在发光二极管晶圆状态下确定，但只有一部分发光二极管结构物被蚀刻为与晶圆厚度不同，因此这种问题不可避免地发生的可能性非常高。这种电子与空穴之间结合位置的变化是由于在导电半导体层移动的电子与空穴的速度差异而引起，作为一例，在作为n型GaN的导电半导体层中，电子的迁移率为
Figure BDA0004003276180000111
而在作为p型GaN的导电半导体层中，空穴的迁移率仅为
Figure BDA0004003276180000112
由于这种电子-空穴速度不平衡，电子与空穴结合的位置可能会根据作为p型GaN的导电半导体层的厚度和作为n型GaN的导电半导体层的厚度而变化，电子与空穴结合的位置可以形成在偏离光敏层的地方。
为了解决这种问题，如图4所示，本发明一实施例的发光二极管结构物101中，为了通过平衡光敏层中复合的空穴和电子的数量来防止发光效率的降低，当第一导电半导体层10被称为n型半导体层时，可以实现为还包括与第一导电半导体层10的下部侧相邻的电子延迟层60，由此，即使作为n型半导体层的第一导电半导体层10的厚度变薄，也可以防止发光效率降低。并且，变薄的第一导电半导体层10的厚度降低了电子在沿第一导电半导体层10的厚度方向移动的过程中因表面缺陷而被捕获的概率，从而可以最小化发光损失，由此具有可以实现更大的发光效率的优点。
作为一例，上述电子延迟层60可以包括选自由CdS、GaS、ZnS、CdSe、CaSe、ZnSe、CdTe、GaTe、SiC、ZnO、ZnMgO、SnO2、TiO2、In2O3、Ga2O3、Si、聚(对亚苯基亚乙烯基)(poly(paraphenylene vinylene))及其衍生物、聚苯胺(polyaniline)、聚(3-烷基噻吩)(poly3-alkylthiophene))及聚(对亚苯基)(poly(paraphenylene))组成的组中的一种以上。并且，上述电子延迟层60的厚度可以为1nm～100nm，但不限于此，并且可以考虑n型导电半导体层的材料、电子延迟层的材料等而适当变更。
以下，将具体描述形成本发明一实施例的发光二极管结构物100、101的每一层。
上述发光二极管结构物100、101由包括第一导电半导体层10、光敏层20及第二导电半导体层30的多层沿第一方向层叠而成。
在此情况下，上述第一导电半导体层10及第二导电半导体层30中的一个可以为n型半导体层，另一个可以为p型半导体层，当上述n型半导体层及p型半导体层为发光二极管中采用的已知半导体层的情况下，可以无限制地使用。作为一例，上述n型半导体层和p型半导体层可以包括被称为III-氮化物材料的III-V族半导体、尤其是镓、铝、铟及氮的二元、三元及四元合金。
作为一例，第一导电半导体层10可以为n型半导体层，在此情况下，n型半导体层可以选自成分式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体材料，例如InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN等中的一种以上，并且可以掺杂有第一导电掺杂剂(例：Si、Ge、Sn等)。根据本发明的优选一实例，上述第一导电半导体层10的厚度可以为100nm～3000nm，但不限于此。
并且，第二导电半导体层30可以为p型半导体层，在此情况下，上述p型半导体层可以选自成分式为InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的半导体物质，例如，InAlGaN、GaN、AlGaN、InGaN、AlN、InN等中的一种以上，可以掺杂有第二导电掺杂剂(例：Mg)。根据本发明的优选一实例，上述第二导电半导体层30的厚度可以为50nm～150nm，但不限于此。
并且，位于上述第一导电半导体层10与第二导电半导体层30之间的光敏层20可以形成为单量子或多量子阱结构。当上述光敏层20为包括在用于照明、显示器等的常规发光二极管器件的光敏层时，可以无限制地使用。在上述光敏层20的上部和/或下部也可以形成掺杂有导电掺杂剂的包覆层(未示出)，作为一例，掺杂有导电掺杂剂的上述包覆层可以实现为AlGaN层或InAlGaN层。另外，也可以利用AlGaN、AlInGaN等物质作为光敏层20。在这种光敏层20中，当向器件施加电场时，从分别位于光敏层的上方和下方的导电半导体层向光敏层移动的电子和空穴在光敏层产生电子-空穴对的结合，由此发光。根据本发明的优选一实施例，上述光敏层20的厚度可以为50nm～200nm，但不限于此。
另一方面，在上述第一导电半导体层10的下部可以设置有第二电极层50，和/或在第二导电半导体层30的上部还可以设置有第一电极层40。
当上述第一电极层40及上述第二电极层50为设置于照明、显示器等中使用的常规发光二极管器件时，可以无限制地使用。上述第一电极层40及上述第二电极层50可以各自独立地为由Cr、Ti、Al、Au、Ni、ITO及它们的氧化物或合金中的一种形成的单层或两种以上的混合物形成的单层或两种以上材料分层的复合层。作为一例，发光二极管结构物可以具有在第二导电半导体层30上层叠有ITO层及Ti/Au复合层的第一电极层。并且，上述第一电极层40及上述第二电极层50可以各自独立地具有10nm～500nm的厚度，但不限于此。
并且，发光二极管结构物101还可以包括包围除第一面A和第二面B之外的其余面的保护膜70。上述保护膜70起到保护第一导电半导体层10、光敏层20及第二导电半导体层30的表面的作用。并且，在沿厚度方向蚀刻发光二极管晶圆后分离多个发光二极管柱的工序中，可以起到保护第一导电半导体层10在内的半导体层和光敏层的作用。作为一例，上述保护膜70可以包含氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、二氧化钛(TiO2)、氮化铝(AlN)及氮化镓(GaN)中的一种以上。并且，上述保护膜70的厚度可以为5nm～100nm，更优选为30nm～100nm，由此，在将蚀刻发光二极管晶圆后形成的发光二极管柱从晶圆本体分离的工序中，可以有利于保护对应于n型半导体层的第一导电半导体层10。
另一方面，如图5所示，除了作为保护膜的保护功能之外，还改善发光效率，本发明一实施例的发光二极管结构物102还可以具有功能膜80，上述功能膜80由空穴推动膜81和电子推动膜82构成，上述空穴推动膜81用于通过包围第二导电半导体层30的暴露侧面或第二导电半导体层30的暴露侧面和光敏层20的暴露侧面的至少一部分来将暴露侧表面侧空穴移动到中心侧，上述电子推动膜82用于通过包围第一导电半导体层10的暴露侧面来将暴露侧表面侧电子移动到中心侧。
具体地，当n型半导体层被称为第一导电半导体层10时，从第一导电半导体层10移动到光敏层20的电荷的一部分和从作为p型半导体层的第二导电半导体层30移动到光敏层20的空穴的一部分可以沿着发光二极管结构物的侧表面移动，在此情况下，由于表面的缺陷，电子或空穴发生淬火，由此存在发光效率降低的隐患。在此情况下，即使设置包围发光二极管结构物侧面的保护膜，在形成保护膜之前，由于在发光二极管结构物侧表面产生的缺陷，也存在无法避免淬火的问题。然而，当功能膜80由空穴推动膜81和电子推动膜82构成时，由于通过将电子和空穴向器件中心侧集中并诱导它们向光敏层20方向移动，因此即使在形成功能膜80之前在发光二极管结构物侧面发生表面缺陷，也具有可以防止由于表面缺陷导致的发光效率损失的优点。
作为一例，上述空穴推动膜81可以包含选自由AlNX、ZrO2、MoO、Sc2O3、La2O3、MgO、Y2O3、Al2O3、Ga2O3、TiO2、ZnS、Ta2O5及n-MoS2组成的组中的一种以上，上述电子推动膜82可以包含选自由Al2O3、HfO2、SiNx、SiO2、ZrO2、Sc2O3、AlNx及Ga2O3组成的组中的一种以上。
并且，如图5所示，当发光二极管结构物102同时包括空穴推动膜81和电子推动膜82时，电子推动膜82可以设置为包围第一导电半导体层10、光敏层20及第二导电半导体层30的侧面的最外层膜。
并且，上述空穴推动膜81和电子推动膜82可以各自独立地具有1nm～50nm的厚度。
另一方面，可以包括上述第一导电半导体层10、光敏层20、第二导电半导体层30作为发光二极管结构物的最小结构要素，需要说明的是，在每层的上方/下方还可以包括其他荧光体层、量子点层、有源层、半导体层、空穴阻挡层和/或电极层。
由于上述本发明一实施例的发光二极管结构物100、101可以通过适当地采用通过发光二极管晶圆制造分离的单个发光二极管器件的已知方法来制造，因此本发明对发光二极管结构物100、101的制造方法没有特别限制。然而，当考虑到发光二极管结构物100、101的第一面A的面积时，若发光二极管结构物100、101被制造成具有薄厚度，则可能不容易从发光二极管晶圆单个分离蚀刻的发光二极管结构物。
因此，本发明一实施例提供的发光二极管结构物100、101可包括如下步骤来制备：步骤(A)，将至少包括对应于第一导电半导体层的n型半导体层、光敏层及对应于第二导电半导体层的p型半导体层来层叠而成的发光二极管晶圆的上部图案化以呈所需的第一面A的形状之后，沿着垂直方向蚀刻第一导电半导体层10至至少一部分厚度，从而形成底面未从发光二极管晶圆本体分离的多个发光二极管结构物；步骤(B)，包围多个发光二极管结构物的每个暴露面，并且形成保护膜，使得位于相邻的发光二极管结构物之间的第一导电半导体层的上部面暴露于外部；步骤(C)，将发光二极管晶圆浸入电解液中后，将电源的一个端子和电源的其余端子电连接到浸入电解液中的电极及将发光二极管晶圆，然后通过施加电源来在位于未从发光二极管晶圆本体分离的多个发光二极管结构物下部的第一导电半导体层部分形成多个气孔；以及步骤(D)，通过向发光二极管晶圆施加超声波来从形成有多个气孔的第一导电半导体层部分分离多个发光二极管结构物。
在此情况下，包括步骤(A)至(D)的发光二极管结构物100、101的制造方法为由本发明的发明人申请的专利文献，韩国专利申请号第10-2020-0189204号、10-2020-0189203号作为一个整体插入到本发明中，因此本发明将省略对包括上述步骤(A)至(D)的发光二极管结构物100、101的具体描述。在根据由上述本发明人申请的专利文献制造发光二极管结构物的情况下，增加第一面A的面积，并且即使通过蚀刻使得厚度相对薄来制造发光二极管结构物或将第一面A的形状制造成不规则形状，也可以容易地将待分离的发光二极管结构物的下表面顺利从发光二极管晶圆本体分离，由此最小化分离的发光二极管结构物的物理/化学损伤，具有获得发光效率的降低最小化的发光二极管结构物的优点。
并且，如图5所示，具有功能膜80的发光二极管结构物的制造方法也可以基于作为参考插入到本发明的由上述本发明人申请的专利文献所公开的制造方法，本发明将省略对此的具体描述。
通过上述方法获得的发光二极管结构物100、101、102可以实现为印刷装置用墨水组合物。上述墨水组合物还可以包含适用于印刷装置的已知墨水组合物中设置的分散介质、其他添加剂等，本发明对此没有特别限制。并且，上述印刷装置可以是喷墨印刷机、3D打印机、分配器等已知的印刷装置，本发明对此没有特别限制。
上述发光二极管结构物100、101、102可以通过后述的方法控制对准面及对准方向来安装在电极上，这将通过制造具有发光二极管结构物的电极组件的方法一起描述。
本发明一实施例的发光二极管电极组件可通过包括如下步骤的方法制造：(1)准备包含多个本发明的具有非对称面的发光二极管结构物的印刷装置用墨水组合物；(2)在至少一个下部电极上形成对准用引导件，上述对准用引导件具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔；(3)通过印刷装置在上述对准用引导件上排出上述印刷装置用墨水组合物；(4)通过将放置于上述对准用引导件上的发光二极管结构物的第二面侧一端部插入对准用引导件的孔中来对准多个发光二极管结构物；以及(5)在对准成与发光二极管结构物的第一面接触的多个发光二极管结构物上形成至少一个上部电极，制造的发光二极管电极组件可以串联驱动，因为可以将多个发光二极管结构物沿特定的一个方向对准，使得发光二极管结构物的特定导电半导体层侧的一面位于下部电极上。
首先，步骤(1)和步骤(2)为可以不受顺序限制地进行的步骤，在步骤(1)中，可以如上所述准备适合于待使用的印刷装置的具体类型的墨水组合物，除了发光二极管结构物之外，还可以包含其他添加剂，例如分散并导出发光二极管结构物后可以帮助发光二极管结构物移动和对准的分散介质、可以提高分散性的分散剂等，本发明对此没有特别限制。
并且，步骤(2)为准备待印刷发光二极管结构物的区域的步骤，至少一个下部电极上形成对准用引导件，上述对准用引导件具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔。对此将参照图9说明如下：如图9的(a)部分所示，可以在至少一个下部电极200上以规定厚度形成对准用引导件的本体300’之后(图9的(b)部分)，形成以与发光二极管结构物100的第一面A的形状相同的形状贯通的多个孔H来形成对准用引导件300(图9的(c)部分)。上述对准用引导件300的材料可以用绝缘材料实现，以免影响安装的发光二极管结构物的驱动，作为一例，可以包括氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇(Y2O3)、二氧化钛(TiO2)、氮化铝(AlN)及氮化镓(GaN)中的一种以上。并且，作为对准用引导件300的来源的对准用引导件的本体300’可以考虑其材料而通过常规沉积方法形成。在此情况下，沉积的对准用引导件的本体300’厚度例如可以为0.1μm～5.0μm，但不限于此，可以考虑准备的发光二极管结构物的厚度而适当地变更。
并且，通过在对准用引导件的本体300’的上部面形成多个图案层以具有与发光二极管结构物的第一面A的形状相同的形状之后，以与对准用引导件的本体300’的厚度相同的厚度蚀刻来形成孔H。在此情况下，上述图案层可以通过利用感光物质的光刻法形成或通过已知的纳米压印工艺、激光干涉光刻法、电子束光刻法等形成。并且，上述蚀刻可以根据对准用引导件的本体300’的材料采用已知适当的蚀刻方法，作为一例，可以通过利用反应离子蚀刻(RIE，reactive ion etching)的干式蚀刻法执行。
并且，上述孔H可以形成在对应于下部电极200的主面的区域上，使得下部电极200的主面的至少一部分为位于孔H的内部。即，可以考虑发光二极管结构物的形状、尺寸及下部电极的宽度以及发光二极管结构物的一面接触的下部电极的数量来变更。作为一例，在图11所示的发光二极管结构物106可以安装成其一面与两个第一下部电极201和第二下部电极202主面均接触，在此情况下，对准用引导件301的孔H可以形成为使得第一下部电极201和对应于相邻第一电极02主面的一部分位于孔H的内部。
另一方面，上述孔H的形状为与发光二极管结构物的第一面A的形状相同的形状，尺寸可以形成为比发光二极管结构物的第一面A的面积大1.01倍～1.50倍，使得发光二极管结构物的第一方向的一端容易地插入。若形成为尺寸小于第一面A的面积的1.01倍，则发光二极管结构物的一端可能难以插入孔H中，导致可能会延长对准发光二极管结构物的步骤(4)的执行时间，或者尽管延长了对准工序，发光二极管结构物也可能不会设置于对准用引导件300中的一部分孔H中。并且，若孔H的尺寸超过第一面A的面积的1.50倍，则即使在发光二极管结构物的一端通过步骤(4)插入孔H中并对准的情况下，也存在容易脱离的隐患。
并且，孔H的深度可以优选地形成为发光二极管结构物的厚度的0.5倍～1.5倍，以防止插入孔H中的发光二极管结构物从孔H中出来并脱离，由此，可以不妨碍发光二极管结构物一端的插入并对准，并且有利于防止插入并对准的发光二极管结构物的脱离。
另一方面，根据本发明的一实施例，步骤(2)还可以包括在对准用引导件300上形成包围形成有多个孔H的区域的隔板350的工序。上述隔板350可以形成一个以包围形成在对准用引导件300上的所有孔H(图9的(d)部分)，或者能够以将形成有多个孔H的区域分成两个以上的区域来包围的方式形成。上述隔板通过防止液态墨水组合物印刷在对准用引导件300上后流到其他部分而非所需区域，从而可使发光二极管结构物集中位于多个孔H的周围，由此可以增加发光二极管结构物插入并配置于所有孔H的概率。上述隔板350可以由绝缘物质形成，以在通过安装发光二极管结构物来实现的最终发光二极管电极组件驱动发光二极管结构物时不产生电效应。优选地，作为上述绝缘物质，可以使用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化钇(Y2O3)及二氧化钛(TiO2)等无机绝缘物以及各种透明高分子绝缘物中的一种以上。并且，上述隔板350形成在对准用引导件300上，使得绝缘物质具有隔板350的厚度，然后可以通过图案化及蚀刻工序制造成隔板350，以具有包围对准用引导件300的多个孔H的侧壁形状。
在此情况下，当隔板350的材料为无机绝缘物时，上述隔板350可以通过化学气相沉积法、原子层沉积法、真空(vacuum)沉积法、电子束沉积法及旋涂法中的一种方法形成在对准用引导件300上。并且，当材料为高分子绝缘物时，可以利用旋涂、喷涂及丝网印刷等涂布方法形成在对准用引导件300上。并且，上述图案化可以通过利用感光物质的光刻法形成或通过已知的纳米压印工艺、激光干涉光刻法、电子束光刻法等形成。在此情况下，待形成隔板350的绝缘物的厚度为发光二极管结构物厚度的1/2以上，通常为不影响后续工序的厚度，优选地，可以为0.1μm～100μm，更优选地，可以为0.3μm～10μm。若不满足上述范围，则可能会影响后续工序，导致发光二极管电极组件的制造困难，尤其，若绝缘物的厚度相对于发光二极管结构物的厚度太薄，则通过隔板防止发光二极管结构物扩散的效果可能甚微，存在包含发光二极管结构物的墨水组合物可能从隔板溢出的隐患。
并且，上述蚀刻可以考虑绝缘物的材料而采用适当的蚀刻方法，作为一例，可以通过湿式蚀刻法或干式蚀刻法执行，优选地，可以通过等离子蚀刻、溅射蚀刻、反应离子蚀刻及反应离子束蚀刻中的一种以上干式蚀刻方法执行。
然后，作为本发明的步骤(3)，执行如下步骤：通过印刷装置在上述对准用引导件300上排出包含多个发光二极管结构物100、100’的上述印刷装置用墨水组合物800(图9的(e)、(f)部分)。在此情况下，优选地，上述墨水组合物800可以排出到上述隔板350的内部。
然后，作为本发明的步骤(4)，执行如下步骤：通过将随机放置于对准用引导件300上的多个发光二极管结构物100、100’的第一面A侧一端部插入对准用引导件300的孔H中来对准多个发光二极管结构物100(图9的(g)部分)。
上述步骤(4)中，发光二极管结构物100、100’的对准可以无限制地使用可以移动发光二极管结构物100、100’，并且可以容易地变更、调节发光二极管结构物100、100’的位置和方向使得发光二极管结构物100、100’的第二面B侧一端部插入形成在对准用引导件300的孔H中的方法。作为一例，步骤(4)可以通过一次或多次照射声波来执行，具体地，考虑到形成在对准用引导件300的孔H的间隔或发光二极管结构物的移动距离等来适当地调整声波的振动频率、波形、振幅，或者能够通过将振动频率、波形、振幅中的至少一种不同的两种以上的声波一同或依次照射的方式使发光二极管结构物移动并在插入孔H中对准。可以通过常规声波发生器照射上述声波，本发明对此没有特别限制。
并且，在步骤(4)中，可以通过与上述声波一同或在没有声波的情况下独立地施加振动来使发光二极管结构物100、100’移动以及插入孔H中并对准，可以考虑到形成在对准用引导件300的孔H的间隔或发光二极管结构物100、100’的移动距离等来适当地调整所施加的振动的强度或周期，因而本发明对此没有特别限制。
或者步骤(4)也可以通过利用传统电场的电场感应方式执行。即，当发光二极管结构物的形状呈沿着垂直于第一方向的一个方向延伸的形状时，通过施加电场的电场感应方式可能更适合。对此将参照图11及图12说明如下：当具有非对称面的发光二极管结构物106为在第一面A及第二面B沿着以2:1以上的长轴a与短轴b的纵横比垂直于第一方向的第二方向延伸而成的棒状结构物时，在施加电场时，发光二极管结构物106的两端被极化以在第二方向上具有不同的电荷，由此，在施加不同电源的第一下部电极201和第二下部电极202上能够以跨越的方式安装发光二极管结构物。在此情况下，如图11的(b)部分所示，发光二极管结构物106的第一面A、第二面B及侧面可以沿第二方向在第一下部电极201和第二下部电极202上对准，当与对准用引导件301的孔H的形状匹配的第二面B侧发光二极管结构物的一端以跨越的方式位于第二方向时，发光二极管结构物可以安装成插入孔H的内部。相反，在其余两种情况下，即，当第一面A及侧面与第一下部电极201和第二下部电极202相邻配置时，由于无法安装成插入孔H中，因而可以控制发光二极管结构物106的对准面和对准方向。在此情况下，另一方面，在未能插入和安装在发光二极管结构物的情况下，可通过变更所施加的电场的强度等，或者除电场之外施加振动或声波等来诱导发光二极管结构物的额外方向转换，最终可将发光二极管结构物106的第二面插入并对准以成为对准面。在此情况下，为了形成电场而施加的电源的强度可在利用电场的磁性对齐工序中使用的已知电压范围内，可以考虑到发光二极管结构物的纵横比或尺寸等而适当地变更，因而本发明对此没有特别限制。
另一方面，在执行步骤(4)的过程中，一端比其他发光二极管结构物先插入对准用引导件300、301的孔H中并对准的发光二极管结构物或通过步骤(4)插入并对准的发光二极管结构物在未对准的其他发光二极管结构物的对准过程或对准后执行后续工序的过程中存在从孔H中脱离的隐患。根据本发明的一实施例，为了防止插入并对准的发光二极管结构物脱离，在步骤(3)之前，如图10所示，可以进一步执行在形成在基板700上的下部电极200上形成化学键合连接体900的步骤(图10的(a)、(b)部分)。上述化学键合连接体900用于通过诱导化学键合来赋予发光二极管结构物105的第一电极层40与下部电极200之间的键合力，作为一例，可以形成为使得硫醇基、胺基、羧基、DNA单链(Single strand)等暴露于外部，具体地，可以由氨基乙硫醇(aminoethanethiol)、1，2-乙二硫醇(1，2-ethanedithiol)、1，4-丁二硫醇(1，4-butanedithiol)、3-巯基丙酸(3-mercaptopropionic acid)、NH2封端的DNA单链等化合物形成。并且，上述化学键合可以是共价键合或非共价键合，作为一例，当使用硫醇基作为化学键合连接体时，可以通过在作为金属的下部电极200和/或第一电极层40之间诱导非共价键合来赋予键合力(图10的(c)、(d)部分)。
另一方面，在一些情况下，不同于图10所示，化学键合连接体也可以形成在发光二极管结构物的第二面B，形成在下部电极200上的第一化学键合连接体与形成在发光二极管结构物的第二面B上的第二化学键合连接体之间的互补键合向发光二极管结构物105与下部电极200之间赋予键合力。作为一例，上述第一化学键合连接体和第二化学键合连接体可以分别是胺基和羧基，它们可以彼此键合而形成酰胺(amide)键。然而，由于这两个官能团之间的键合反应的反应速度非常慢，因此可通过加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(1-Ethyl-3-3-Dimethylaminopropyl)Carbodiimide，EDC)将羧基形成为活性酯中间体之后，加入作为强亲核体的伯胺来快速形成酰胺键。并且，为了利用EDC稳定酯中间体，可以使用磺基N-羟基琥珀酰亚胺(Sulfo N-Hydroxysuccinimide，NHS)来稳定地进行酰胺键合。
并且，在执行步骤(4)之后且后述的步骤(5)之前，可以执行清洗未插入并对准的发光二极管结构物101’的步骤(图9的(g)部分)，由此，可以实现发光二极管结构物100插入在对准用引导件300形成的孔H中并对准的中间结构体(图9的(H)部分)。
然后，在后述的步骤(5)之前，可以进一步执行如下步骤：对上述中间结构体进行热处理以提高发光二极管结构物100的第二面B与下部电极200之间的电接触；以及沉积绝缘层400以填充每个发光二极管结构物100与插入发光二极管结构物100的孔H之间的隔开空间，并平坦化对准的多个发光二极管结构物100之间的空间(图9的(l)、(m)部分)。
首先，为了提高发光二极管结构物100的第二面B与下部电极200之间的电接触而进行热处理的步骤为实现欧姆接触的步骤，作为一例，可通过对下部电极200与发光二极管结构物的第二面B之间的界面进行快速热退火(RTA，Rapid Thermal Annealing)的工序执行。上述快速热退火可在为实现欧姆接触而执行的已知快速热退火条件下执行，本发明对此没有特别限制。
并且，为了填充每个发光二极管结构物100与插入发光二极管结构物100的孔H之间的隔开空间并平坦化对准的多个发光二极管结构物100之间的空间而进行的沉积绝缘体的步骤(图9的(l)、(m)部分)是为了与后述的步骤(5)中形成的上部电极500与电绝缘而将在对准用引导件300上以规定厚度形成绝缘层400的步骤。上述绝缘层400可以通过沉积已知绝缘材料来形成，作为一例，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积SiO2、SiNx等绝缘材料，或者通过金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)工艺沉积AlN、GaN等绝缘材料，或者通过原子层沉积(ALD)工艺沉积Al2O、HfO2、ZrO2等绝缘材料。另一方面，上述绝缘层400优选形成为具有不覆盖插入并对准的发光二极管结构物100的第一面A的表面厚度，为此，通过沉积形成至不覆盖发光二极管结构物100的第一面A的表面的厚度来形成绝缘层400，或者在沉积绝缘层400’至覆盖发光二极管结构物100的第一面A的表面的厚度之后(图9的(l)部分)，也可以通过执行干式蚀刻直到发光二极管结构物100的第一面A的表面暴露来实现(图9的(m)部分)。
然后，作为本发明的步骤(5)，执行如下步骤：在对准成与发光二极管结构物100的第一面A接触的多个发光二极管结构物100上形成至少一个上部电极500来实现发光二极管电极组件1000。上述上部电极500可以通过利用已知光刻法图案化电极线之后，沉积电极物质或电极物质，然后执行干式和/或湿式蚀刻来实现。在此情况下，电极物质可以是用作电气和电子材料的电极的常规电极物质，本发明对此没有特别限制。
参照图13及图14，通过上述本发明一实施例制造的发光二极管电极组件1000、1001包括：多个发光二极管结构物105、106，具有本发明一实施例的非对称形状；沿第一方向相互隔开的至少一个下部电极200、201、202及至少一个上部电极500；以及对准用引导件300、301，配置在至少一个下部电极200、201、202上，具有多个以与发光二极管结构物105、106的第一面A的形状相同的形状贯通的孔H，多个发光二极管结构物105、106分别在下部电极200、201、202上对准，使得第二面B侧的一端部插入对准用引导件300、301的孔H中并使第二面B与至少一个下部电极200、201、202的主面接触，至少一个上部电极500实现为配置于对准的多个发光二极管结构物105、106中的每个第一面A侧的一端部上。这种本发明的发光二极管电极组件1000，1001由于对准成使得安装的多个发光二极管结构物105、106中的特定的一面，例如第二面B与下部电极200、201、202接触，因此可以通过施加直流电源来驱动，由于发光二极管结构物105、106的第一方向对应于正面，因此具有可以大大增加正面亮度的优点。
并且，本发明包括具有上述发光二极管结构物101、102、103、104、105、106的光源。作为一例，上述光源可以是用于家庭/车辆等的各种发光二极管照明、各种显示器的发光源，例如LCD中采用的背光单元或有源显示器的发光源等、医疗设备、美容设备、各种光学设备或构成这些的一个部件。
将通过以下实施例更详细地描述本发明，但以下实施例不旨在限制本发明的范围，其应解释为有助于理解本发明。
实施例1
准备了在基板上依次层叠有未掺杂的n型III-氮化物半导体层、掺杂Si的n型III-氮化物半导体层(厚度：4μm)、光敏层(厚度：0.45μm)及p型III-氮化物半导体层(厚度：0.05μm)的常规发光二极管晶圆(Epistar)。在准备的发光二极管晶圆上依次沉积ITO(厚度：0.15μm)作为第一电极层、SiO2(厚度：1.2μm)作为第一掩模层、Al(厚度：0.2μm)作为第二掩模层之后，使用纳米压印设备将图案以图2所示的第一面A形状转印的SOG树脂层转印到第二掩模层上，以成为非对称面。然后，使用RIE(反应离子蚀刻)固化SOG(硅-玻璃键合结构)树脂层，并通过RIE蚀刻树脂层的残留树脂部分来形成树脂图案层。然后，利用ICP(电感耦合等离子体)沿图案蚀刻第二掩模层，并利用RIE蚀刻第一掩模层。然后，利用ICP蚀刻第一电极层、p型III-氮化物半导体层、光敏层后，接着将掺杂的n型III-氮化物半导体层蚀刻至0.78μm的厚度，然后为了实现蚀刻且掺杂的n型III-氮化物半导体层的侧面垂直于层面，通过KOH(氢氧化钾)湿式蚀刻制造形成有多个发光二极管结构物(第一面A的面积S：1.77μm2，蚀刻深度：500nm)的发光二极管晶圆。然后，在形成有多个发光二极管结构物的发光二极管晶圆上沉积SiNx保护膜材料(以发光二极管结构物的侧面为基准，沉积厚度：52.5nm、72.5nm)，然后，通过反应离子刻蚀机(Reative ion etcher)去除形成在多个发光二极管结构物之间的保护膜材料，从而暴露出对应于发光二极管结构物之间部分的掺杂的n型III-氮化物半导体层的上部面。
然后，将形成有临时保护膜的发光二极管晶圆浸入作为草酸水溶液的0.3M电解液中，然后连接电源的正极端子，并将负极端子连接到浸入电解液中的铂电极后，施加10V的电压5分钟，从而在从掺杂的n型III-氮化物半导体层的第一部分a的表面至600nm深度的位置形成了多个气孔。然后，通过RIE去除临时保护膜后，以发光二极管结构物的侧面为基准，以50nm的厚度在发光二极管晶圆再沉积Al2O3表面保护膜，通过ICP去除形成在多个发光二极管结构物上部的表面保护膜和形成在对应于发光二极管结构物之间部分的掺杂的n型III-氮化物半导体层表面上的保护膜，从而暴露出对应于发光二极管结构物之间部分的掺杂的n型III-氮化物半导体层的上部面S1和发光二极管结构物的上部面。然后，将发光二极管晶圆浸入γ-丁基内酯的气泡形成溶液中后，以40kHz的频率照射超声波10分钟，利用产生的气泡使形成在掺杂的n型III-氮化物半导体层的气孔坍塌，从而制造包括从分离的多个发光二极管结构物的发光二极管结构物集合体。另一方面，通过SEM(扫描电子显微镜)成像确认，分离工序后残留的晶圆上没有未分离的发光二极管结构物。
尽管以上描述了本发明的一个实施例，但是本发明的思想不限于本说明书中提出的实施例，并且理解本发明思想的的本领域技术人员可以在相同思想的范围内通过附加、改变、删除、增加等方式容易地提出其他实施例，但是这些也落入本发明的思想范围内。

Claims (20)

1.一种具有非对称面的发光二极管结构物，其为沿第一方向层叠有包括第一导电半导体层、光敏层及第二导电半导体层的多层且包括沿第一方向相向的第一面和第二面的发光二极管结构物，其特征在于，上述第一面与第二面的形状同余且上述第一面和第二面的形状为无对称轴的非对称形状。
2.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述发光二极管结构物的除第一面和第二面之外的其余面的形状为与上述第一面及第二面中的至少一个面的形状不同的形状。
3.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述第一面及第二面的面积为0.20μm2～100μm2。
4.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，作为上述第一面与第二面之间的垂直距离的厚度为0.3μm～3.5μm。
5.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述第一导电半导体层为n型III-氮化物半导体层，上述具有非对称面的发光二极管结构物还包括位于第一导电半导体层下部的电子延迟层，使得在上述光敏层中复合的电子和空穴的数量平衡。
6.根据权利要求5所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述电子延迟层包含选自由CdS、GaS、ZnS、CdSe、CaSe、ZnSe、CdTe、GaTe、SiC、ZnO、ZnMgO、SnO2、TiO2、In2O3、Ga2O3、Si、聚(对亚苯基亚乙烯基)及其衍生物、聚苯胺、聚(3-烷基噻吩)及聚(对亚苯基)组成的组中的一种以上。
7.根据权利要求5所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述第一导电半导体层为掺杂的n型III-氮化物半导体层，上述电子延迟层为掺杂浓度低于上述第一导电半导体层的III-氮化物半导体。
8.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，还包括包围面方向平行于上述第一方向的发光二极管结构物的侧面的保护膜。
9.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，
上述第一导电半导体层为n型III-氮化物半导体层，上述第二导电半导体层为p型III-氮化物半导体层，
上述具有非对称面的发光二极管结构物还包括空穴推动膜及电子推动膜中的至少一个功能膜，
上述空穴推动膜用于通过覆盖在第二导电半导体层的暴露侧面或第二导电半导体层的暴露侧面和光敏层的至少一部分暴露侧面来使暴露侧面的表面侧的空穴向中心侧移动，
上述电子推动膜用于通过包围上述第一导电半导体层的暴露侧面来使暴露侧面的表面侧的电子向中心侧移动。
10.根据权利要求1所述的具有非对称面的发光二极管结构物，其特征在于，上述发光二极管结构物还包括设置于第一导电半导体层上的第二电极层以及设置于第二导电半导体层上的第一电极层中的一种以上。
11.一种印刷装置用墨水组合物，其特征在于，包含多个根据权利要求1至10中任一项所述的具有非对称面的发光二极管结构物。
12.一种可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)准备包含多个根据权利要求1至10中任一项所述的具有非对称面的发光二极管结构物的印刷装置用墨水组合物；
(2)在至少一个下部电极上形成对准用引导件，上述对准用引导件具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔；
(3)通过印刷装置在上述对准用引导件上排出上述印刷装置用墨水组合物；
(4)通过将放置于上述对准用引导件上的发光二极管结构物的第二面侧一端部插入对准用引导件的孔中来对准多个发光二极管结构物；以及
(5)在对准成与发光二极管结构物的第一面接触的多个发光二极管结构物上形成至少一个上部电极。
13.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，设置于对准用引导件的多个孔各自的面积比发光二极管结构物的第二面的面积大1.01倍～1.50倍。
14.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，在对准用引导件上还形成包围形成有多个孔的区域或分成两个以上的区域来包围的隔板。
15.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，在上述步骤(2)中，上述孔形成在对应于一个下部电极的主面的对准用引导件区域。
16.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，
在上述步骤(1)中，具有非对称面的发光二极管结构物为第一面及第二面的长轴和短轴的纵横比为2：1以上且沿着垂直于第一方向的第二方向延伸而成的棒状结构物，
在上述步骤(2)中，下部电极包括沿着主面方向以规定间隔隔开形成的第一下部电极和第二下部电极，
在上述步骤(2)中，设置于对准用引导件的一个孔贯通对准用引导件来形成，使得发光二极管结构物的前端及后端侧第二面部分配置在相邻的第一下部电极和第二下部电极的主面上，
上述步骤(4)通过向第一下部电极和第二下部电极施加电源来执行。
17.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，步骤(4)通过一次或多次照射声波来执行。
18.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，在发光二极管结构物的第二面、孔的内侧面及孔的底面中的一个以上设置有化学键合连接体，以防止插入孔中并对准的发光二极管结构物从孔中脱离。
19.根据权利要求12所述的可直流驱动的发光二极管电极组件的制造方法，其特征在于，在步骤(4)与步骤(5)之间还包括如下步骤：
进行热处理，以提高上述发光二极管结构物的第二面与下部电极之间的电接触；以及
沉积绝缘体，以填充每个发光二极管结构物与插入发光二极管结构物的孔之间的隔开空间并平坦化对准的多个发光二极管结构物之间的空间。
20.一种可直流驱动的发光二极管电极组件，其特征在于，包括：
多个发光二极管结构物，沿第一方向层叠有包括第一导电半导体层、光敏层及第二导电半导体层的多层，包括在第一方向上相向的第一面和第二面，第一面的形状与第二面的形状同余且上述第一面的形状和第二面的形状为无对称轴的非对称形状；
沿相互隔开的至少一个下部电极及至少一个上部电极；以及
对准用引导件，配置在至少一个下部电极上，具有多个以与上述发光二极管结构物的第一面的形状相同的形状贯通的孔，
多个发光二极管结构物中的每个发光二极管结构物在下部电极上对准，使得第二面侧的一端部插入对准用引导件的孔中并使第二面与至少一个下部电极的主面接触，
至少一个上部电极配置于对准的多个发光二极管结构物中的每个第一面侧的一端部上。
CN202211624056.5A 2021-12-17 2022-12-16 具有非对称面的发光二极管结构物 Pending CN116417446A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210181879A KR20230092468A (ko) 2021-12-17 2021-12-17 비대칭면을 갖는 led 구조물, 이를 이용한 직류구동 가능한 led 전극어셈블리 제조방법 및 이를 통해 제조된 직류구동 가능한 led 전극어셈블리
KR10-2021-0181879 2021-12-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116417446A true CN116417446A (zh) 2023-07-11

Family

ID=86769001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211624056.5A Pending CN116417446A (zh) 2021-12-17 2022-12-16 具有非对称面的发光二极管结构物

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230197694A1 (zh)
KR (1) KR20230092468A (zh)
CN (1) CN116417446A (zh)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101436123B1 (ko) 2013-07-09 2014-11-03 피에스아이 주식회사 초소형 led를 포함하는 디스플레이 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230092468A (ko) 2023-06-26
US20230197694A1 (en) 2023-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102414266B1 (ko) 마이크로-나노핀 led 소자를 이용한 풀-컬러 led 디스플레이 및 이의 제조방법
US20240021769A1 (en) Full-color led display and manufacturing method thereof
KR102629568B1 (ko) 초박형 led 소자, 이를 포함하는 잉크젯용 잉크 및 광원
US20230130620A1 (en) High-resolution ultra-thin led display for ar and vr devices and manufacturing method thereof
US20230114186A1 (en) Flexible ultra-thin led skin patch and manufacturing method thereof
CN116417446A (zh) 具有非对称面的发光二极管结构物
US20240021768A1 (en) Micro-nano pin led electrode assembly, manufacturing method therefor, and light source including same
US20230197703A1 (en) Direct-current-drivable full-color light-emitting diode display and method of manufacturing the same
US20240021588A1 (en) Ultra-thin fin led electrode assembly, manufacturing method thereof and light source comprising the same
US20220310878A1 (en) Ultra-thin led electrode assembly and method for manufacturing thereof
KR102378757B1 (ko) 마이크로-나노핀 led 소자를 포함하는 광원 및 이를 포함하는 기기
KR102551869B1 (ko) 로드형 led 소자 수직배치형 전극 어셈블리, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 광원
US20230411563A1 (en) Ultra-Thin Fin LED Device And Ink Composition Comprising The Same
KR102537613B1 (ko) 초박형 led 소자를 이용한 풀-컬러 led 디스플레이 및 이의 제조방법
US20240222555A1 (en) Ultra-thin fin light-emitting diode electrode assembly, method of manufacturing the same, and light source including the same
KR102359042B1 (ko) 마이크로-나노핀 led 전극어셈블리 및 이의 제조방법
KR20230059314A (ko) Led 구조물, 이를 포함하는 잉크젯용 잉크 및 광원
TW202427785A (zh) 超薄型鰭式led電極組件及其製造方法、包括其的光源

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination