一种具有再生长层的微型LED面板及其制造方法与流程

本公开总体上涉及发光二极管(led)技术，并且更具体地涉及一种微型led面板以及制造该微型led结构的方法。

背景技术：

1、显示技术在当今的商用电子设备中变得越来越重要。这些显示面板广泛用于固定的大屏幕，诸如液晶电视(lcdtv)和有机发光二极管电视(oledtv)，以及便携式电子设备，诸如膝上型个人计算机、智能电话、平板电脑和可穿戴电子设备。

2、无机微型发光二极管由于其在包括自发射微型显示器、可见光通信和光遗传学的各种应用中的用途而越来越重要。由于更好的应变弛豫、改进的光提取效率和均匀的电流扩展，微型led显示出比常规led更高的输出性能。与常规led相比，微型led还表现出改善的热效应，并且以更高的电流密度、快的响应速率、更大的工作温度范围、更高的分辨率、色域、对比度以及更低的功耗运行。

3、为了获得更高的像素密度，微型led的尺寸减小到小于200nm。然而，基于微型led阵列的器件的效率和载流子寿命由于由自顶向下蚀刻引起的差的p型传导和表面复合而在很大程度上随着微型led尺寸的减小而急剧下降。微型led的性能还严重地受到量子限制的斯塔克效应、特别是由于应变引起的极化场的影响，其导致不稳定的操作和发射波长随电流增加的显著变化。另外，随着微型led直径的减小，通过电感耦合等离子体(icp)蚀刻在微型led结构的表面处形成大量表面状态和缺陷，这增加了微型led结构表面处的非辐射复合。

4、另外，常规微型led结构的发射主要分布在表现出差的定向发射并降低沿垂直方向的光强度的任何方向上。为了实现微型led结构的定向发射，在微型led结构的台面周围和台面的底部配置有附加的反射结构，以将发射光反射到相同的方向，这导致复杂的制造工艺并增加了微型led的成本。

5、此外，在基于微型led阵列的装置中，一个微型led通常用作一个像素，诸如在单片微型led阵列面板中。然而，具有较小直径的微型led结构表现出较低的外部量子效率(eqe)，这降低了每个像素的光效率。

6、上述内容仅用于帮助理解本技术的技术方案，并不构成对上述为现有技术的承认。

技术实现思路

1、需要改进并有助于解决常规显示器系统的诸如上述的那些缺点之类的缺点的改进的显示器设计。特别地，需要具有改进的效率和更好的图像的显示面板。

2、为了克服上述缺点，本发明提供了一种微型led面板，以提高发光效率、避免串扰、最小化表面载流子损耗以及优化量子阱侧壁面积。

3、为了实现上述目的，在一些示例性实施例的一个方面中，本公开提供了一种具有微型led阵列的微型led面板，包括：至少一个微型led结构，其中所述微型led结构至少包括台面结构和再生长层。该台面结构自下而上包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层。该再生长层至少生长在发光层的侧壁上。

4、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层生长在发光层的整个侧壁和第二类型外延层的一部分上。

5、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层不平行于发光层的延伸方向。

6、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层相对于发光层的延伸方向的倾斜角为30度至90度。

7、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，台面结构的直径不大于3μm。

8、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括顶表面、边缘表面和底表面；并且，再生长层仅生长在发光层的边缘表面上，而不生长在发光层的顶表面和底表面上。

9、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括多对量子阱，并且再生长层不平行于多对量子阱中的每一对的表面。

10、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层具有无任何弯曲的直线形状。

11、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，具有本征掺杂离子的再生长层的材料与第一类型外延层的材料和/或第二类型外延层的材料相同，但无故意掺杂离子。

12、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料是从由gap、alp、gaas、inp、alinp、gainp、aln、gan和inn组成的组中选择的至少一种。

13、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料是单晶，第一外延层的材料是单晶，以及第二外延层的材料是单晶。

14、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的带隙大于发光层的带隙。

15、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度小于发光层的厚度。

16、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度不大于100nm。

17、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的电阻高于发光层的电阻。

18、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层是不导电的。

19、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在相邻台面结构之间再生长层的表面上还形成有介电层。

20、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，底部连接结构形成在台面结构的底部并电连接到第一类型外延层；顶部导电层形成在第二类型外延层上并与第二类型外延层电连接。

21、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层的材料是sio2、sinx、al2o3、aln、hfo2、tio2和/或zro2中的一种或多种。

22、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一类型外延层的材料是p型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种，并且第二类型外延层的材料是n型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种。

23、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种制造该微型led面板的方法，该方法包括：

24、步骤1，提供具有外延结构的半导体基板，其中外延结构自上而下包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层；

25、步骤2，通过图案化外延结构形成台面结构；

26、步骤3，在半导体基板上形成掩模图案以露出发光层的侧壁；

27、步骤4，通过外延材料再生长工艺在发光层的侧壁上形成再生长层；

28、步骤5，去除掩膜图案；

29、步骤6，在再生长层上沉积介电层，在第一类型外延层的表面上的介电层中形成开口；然后，在开口中形成底部触点；

30、步骤7，在开口中形成底部连接结构；

31、步骤8，通过将半导体基板倒置而将底部连接结构与ic背板键合；接着，去除半导体基板；以及

32、步骤9，在第二类型外延层上形成顶部触点和顶部导电层。

33、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤3中，掩模图案包括覆盖第一类型外延层的第一掩模图案和覆盖半导体基板和第二外延层的侧壁的第二掩模图案。

34、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤4中，外延材料再生长工艺包括：再生长层生长在发光层的侧壁上，外延材料沉积在第一掩模图案和第二掩模图案的表面上。

35、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，步骤8进一步包括通过蚀刻外延材料来去除第二掩模图案上的外延材料。

36、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤4中，再生长工艺中的温度为400℃至1000℃，并且再生长时间为5秒至1000秒。

37、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，顶部导电层连续地形成在微型led面板的整个区域上。

38、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种微型led面板，该微型led面板包括：包括至少两个微型led结构的微型led结构阵列，其中每个微型led结构包括：台面结构、第二类型外延层和再生长层。台面结构自下而上包括：第一类型外延层和发光层。第二类型外延层连续形成在发光层的顶部和再生长层的顶部；并且连续形成在微型led面板的整个区域上。再生长层生长在发光层的整个侧壁上并且完全填充在相邻微型led结构的相邻发光层之间。

39、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的底部宽度与相邻发光层之间的间隔宽度相同。

40、在一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，微型led面板还包括在相邻微型led结构的相邻台面结构之间的再生长层的底部处形成的介电层。

41、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层的材料是sio2、sinx、al2o3、aln、hfo2、tio2和/或zro2中的一种或多种。

42、在一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，微型led面板还包括底部连接结构，底部连接结构形成在介电层中，在所述第一类型外延层下方并电连接到第一类型外延层。

43、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，台面结构的直径不大于3μm。

44、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括顶表面、边缘表面和底表面；并且，再生长层生长在发光层的边缘表面上，而不生长在发光层的顶表面和底表面上。

45、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括多对量子阱。

46、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层具有无任何弯曲的直线形状。

47、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，具有本征掺杂离子的再生长层的材料与第一类型外延层的材料和/或第二类型外延层的材料相同，但无故意掺杂离子。

48、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料选自gap、alp、gaas、inp、alinp、gainp、aln、gan和/或inn中的至少一种。

49、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料是单晶，第一外延层的材料是单晶，以及第二外延层的材料是单晶。

50、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的带隙大于发光层的带隙。

51、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度小于发光层的厚度。

52、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度不大于100nm。

53、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的电阻高于发光层的电阻。

54、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层是不导电的。

55、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一类型外延层的材料是p型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种，并且第二类型外延层的材料是n型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种。

56、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种制造该微型led面板的方法，该方法包括：

57、步骤1，提供具有外延结构的半导体基板，其中外延结构自上而下包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层；

58、步骤2，通过图案化第一类型外延层和发光层形成台面结构；

59、步骤3，通过外延材料再生长工艺在发光层的整个侧壁上形成再生长层；

60、步骤4，在再生长层上形成介电层，在第一类型外延层上的介电层中形成开口，以及在第一类型外延层的表面上的开口中形成底部触点；

61、步骤5，在开口中形成底部连接结构；

62、步骤6，通过将半导体基板倒置而将底部连接结构与ic背板键合；接着，去除半导体基板；以及

63、步骤7，在第二类型外延层上形成顶部触点和顶部导电层。

64、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤3中，再生长工艺中的温度为400℃至1000℃，并且再生长时间为5秒至1000秒。

65、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种微型led面板，该微型led面板包括：包括至少一个微型led结构的微型led结构阵列，其中微型led结构包括：台面结构、再生长层以及介电层。台面结构自下而上包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层。再生长层至少生长在发光层的侧壁上。介电层形成在相邻微型led结构的相邻台面结构之间，其中再生长层的顶端被进一步突出到介电层中。

66、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层生长在发光层的侧壁和第二类型外延层的一部分上。

67、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层的侧壁上的再生长层不平行于发光层的延伸方向。

68、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层的侧壁上的再生长层的倾斜角相对于发光层的延伸方向为30度至90度；并且突出到介电层中的再生长层平行于第二类型外延层的底表面。

69、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，突出到介电层中的再生长层连接到相邻微型led结构的相邻发光层和相邻第二类型外延层。

70、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，台面结构的直径不大于3μm。

71、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括顶表面、边缘表面和底表面；并且，再生长层生长在发光层的边缘表面上，而不生长在发光层的顶表面和底表面上。

72、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括多对量子阱；并且发光层的侧壁上的再生长层不平行于多对量子阱中的每一对量子阱的表面。

73、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层具有无任何弯曲的直线形状。

74、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，具有本征掺杂离子的再生长层的材料与第一类型外延层的材料和/或第二类型外延层的材料相同，但无故意掺杂离子。

75、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料选自gap、alp、gaas、inp、alinp、gainp、aln、gan和/或inn中的至少一种。

76、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料是单晶，第一外延层的材料是单晶，以及第二外延层的材料是单晶。

77、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的带隙大于发光层的带隙。

78、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度小于发光层的厚度。

79、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度不大于100nm。

80、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的电阻高于发光层的电阻。

81、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层是不导电的。

82、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层还形成在相邻台面结构之间的再生长层的表面上。

83、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层的材料是sio2、sinx、al2o3、aln、hfo2、tio2和/或zro2中的一种或多种。

84、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一类型外延层的材料是p型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp等中的一种或多种，并且第二类型外延层的材料是n型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp等中的一种或多种。

85、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种制造该微型led面板的方法，该方法包括：

86、步骤1，提供具有外延结构的半导体基板，其中外延结构自上而下包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层；

87、步骤2，通过图案化外延结构形成台面结构；

88、步骤3，在半导体基板上形成第一掩模图案以覆盖第一类型外延层的侧壁和发光层的侧壁；

89、步骤4，在基板上相邻台面结构之间沉积第一介电层，第一介电层的顶部不高于发光层的底部；以及然后去除第一掩模图案；

90、步骤5，在半导体基板上形成第二掩模图案以覆盖第一类型外延层的侧壁和顶部的至少一部分，通过外延材料再生长工艺在发光层的侧壁和第一介电层的顶部形成再生长层；

91、步骤6，去除第二掩膜图案；

92、步骤7，在再生长层上以及在第一类型外延层的顶部和侧壁上形成第二介电层，且在第一类型外延层的表面上的第二介电层中形成开口；然后，在开口中形成底部触点；

93、步骤8，在开口中形成底部连接结构；

94、步骤9，通过将半导体基板倒置而将第一类型外延层和底部连接结构与ic背板键合；接着，去除半导体基板；以及

95、步骤10，在第二类型外延层上形成顶部触点和顶部导电层。

96、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤5中，外延材料再生长工艺包括：外延层生长在发光层的侧壁上，并且外延材料沉积在掩模图案的表面上。

97、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤5中，再生长工艺中的温度为400℃至1000℃，并且再生长时间为5秒至1000秒。

98、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种微型led面板，该微型led面板包括：包括至少一个微型led结构的微型led结构阵列，其中微型led结构包括：台面结构以及再生长层。台面结构自下而上包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层。再生长层生长在第二类型外延层的整个侧壁和发光层的整个侧壁上。

99、在一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，微型led面板还包括形成在相邻微型led结构之间的介电层；并且再生长层的顶端进一步沿着介电层的顶表面突出。

100、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层的侧壁上的再生长层不平行于发光层的延伸方向。

101、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层的侧壁上的再生长层的倾斜角相对于发光层的延伸方向为30度至90度；并且沿着介电层突出的再生长层平行于介电层的顶表面。

102、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，沿着介电层的顶部突出的再生长层连接到相邻的发光层和相邻的第二类型外延层。

103、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，台面结构的直径不大于3μm。

104、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括顶表面、边缘表面和底表面；并且，再生长层生长在发光层的边缘表面上，而不生长在发光层的顶表面和底表面上。

105、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层包括多对量子阱；并且发光层的侧壁上的再生长层不平行于多对量子阱中的每一对量子阱的表面。

106、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，发光层具有无任何弯曲的直线形状。

107、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，具有本征掺杂离子的再生长层的材料与第一类型外延层的材料和/或第二类型外延层的材料相同，但无故意掺杂离子。

108、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料选自gap、alp、gaas、inp、alinp、gainp、aln、gan和/或inn中的至少一种。

109、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的材料是单晶，第一外延层的材料是单晶，以及第二外延层的材料是单晶。

110、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的带隙大于发光层的带隙。

111、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度小于发光层的厚度。

112、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的厚度不大于10nm。

113、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层的电阻高于发光层的电阻。

114、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，再生长层是不导电的。

115、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层形成在相邻的微型led结构之间并且还形成在再生长层的表面上。

116、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，介电层的材料是sio2、sinx、al2o3、aln、hfo2、tio2和/或zro2中的一种或多种。

117、在微型led面板的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，第一类型外延层的材料是p型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种，并且第二类型外延层的材料是n型gaas、ingaas、gap、gan、ingan、algan、alinp、gainp和/或algainp中的一种或多种。

118、在一些示例性实施例的另一方面中，本公开提供了一种制造该微型led面板的方法，该方法包括：

119、步骤1，提供具有外延结构的半导体基板，其中外延结构自上而下包括第一类型外延层、发光层和第二类型外延层；

120、步骤2，通过图案化外延结构形成台面结构；

121、步骤3，在半导体基板上形成掩模图案以覆盖第一类型外延层；

122、步骤4，通过外延材料再生长工艺在发光层的侧壁和第二类型外延层的侧壁上形成再生长层；

123、步骤5，去除掩膜图案；

124、步骤6，在第一类型外延层的表面上形成底部触点，在再生长层上以及在相邻台面结构之间的第一类型外延层的顶部和侧壁上形成介电层，其中，介电层具有露出底部触点顶部的开口；

125、步骤7，在开口中形成底部连接结构；

126、步骤8，通过将半导体基板倒置而将第一类型外延层、底部连接结构与ic背板键合；接着，去除半导体基板；以及

127、步骤9，在第二类型外延层上形成顶部触点和顶部导电层。

128、在制造微型led面板的方法的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任意组合中，在步骤4中，再生长层进一步形成在相邻台面结构之间的半导体基板上；以及再生长工艺中的温度为400℃至1000℃，并且再生长时间为5秒至1000秒。

129、本公开提供的微型led面板可以避免微型led结构的侧壁处的非辐射复合。此外，与常规微型led相比，本公开的微型led结构具有高定向发射，而没有其他反射结构，从而简化了微型led结构并降低了成本。此外，本公开还可以抑制微型led结构表面处的非辐射复合，从而改善图像质量并增加像素的eqe。

130、注意，上述各种实施例可以与本文中描述的任何其它实施例组合。在说明书中描述的特征和优点不是全部包含性的，并且特别地，鉴于附图、说明书和权利要求书，许多另外的特征和优点对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，应当注意，说明书中使用的语言主要是出于可读性和指导性的目的而选择的，并且不会被选择来划定或限制本发明的主题。