一种应力调节微米LED

技术领域

本发明涉及一种LED结构，尤其涉及一种应力调节微米LED，属于微米LED技术领域。

背景技术

LED芯片的衬底和PN结材料的晶格失配，且普通尺寸的LED芯片面积较大，所以LED芯片的衬底和PN结材料产生很大的应力，此应力会在LED芯片有源区产生很大的极化效应，导致LED芯片电流分布不均匀，而这些都有助于提高LED芯片的出光效率，现有的微米LED技术不够成熟，由于微米LED的尺寸较小，使得微米LED的应力释放明显，微米LED芯片的衬底和PN结材料产生的应力相比较普通LED芯片的应力很小，所以微米LED芯片有源区的极化效应不明显，这使得微米LED芯片的电流非常均匀，而这些都大大降低了微米LED的出光效率。此外微米LED芯片的表面积体积比相比较普通微米LED芯片要大的多，现有的微米LED经过侧壁刻蚀后带来的损伤比较严重，此损失会因为微米LED芯片的表面积体积比更大而更大，因为表面效应占比会更大，会导致现有微米LED载流子在侧表面带来严重的非辐射复合，严重降低了现有微米LED的出光效率，现有的方法可以通过后期处理来改善，改善效果有限且不能彻底解决这个问题，现有的微米LED芯片缺乏一种根本上解决侧表面损伤带来的低出光效率的方法。

针对现有技术的不足，本领域的技术人员发明一种应力调节微米LED，来解决微米LED的应力分布和侧壁损伤带来的非辐射复合效应问题，提高微米LED的发光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以提高出光效率的应力调节微米LED。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的：一种应力调节微米LED，其特征在于：所述LED包括：

衬底；

正电极结构部件；

应力调节部件:应力调节部件为环状中孔部件或侧面带有缺口的环状中孔部件，应力调节部件位于衬底的上端，应力调节部件环绕正电极结构部件，应力调节部件的热膨胀系数与正电极结构部件中的半导体材料（P型半导体材料，有源区，N型半导体材料，缓冲层）平均热膨胀系数不同，负电极结构部件和正电极结构部件与两者连接通道中的半导体材料（P型半导体材料，有源区，N型半导体材料，缓冲层）不能沉积在应力调节部件的顶端，应力调节部件对有源区发出的光为透明的，应力调节部件为绝缘材料；

负电极结构部件；

负电极结构部件与正电极结构部件连接通道。

进一步的，正电极结构部件面积小于等于10000µm

更进一步的，LED衬底为导电衬底或不导电衬底，导电衬底为硅衬底或碳化硅衬底，不导电衬底为蓝宝石衬底或氧化镓衬底。

更进一步的，正电极结构部件至少包括P型金属电极，P型半导体材料，有源区，N型半导体材料，缓冲层。

更进一步的，当在100℃至1500℃范围内的温度时，应力调节部件的热膨胀系数与正电极结构部件中的半导体材料（P型半导体材料，有源区，N型半导体材料，缓冲层）平均热膨胀系数不同，应力调节部件对有源区发出的光为透明，光透过率大于等于70%。

更进一步的，当衬底为导电衬底时，负电极结构部件、应力调节部件、正电极结构部件三者位于衬底的同一侧，或，负电极结构部件位于衬底的一侧、应力调节部件和正电极结构部件两者位于衬底的另一侧；当衬底为不导电衬底时，负电极结构部件、应力调节部件、正电极结构部件三者位于衬底的同一侧；当负电极结构部件、应力调节部件、正电极结构部件三者位于衬底的同一侧时，负电极结构部件位于应力调节部件和正电极结构部件以外的区域。

更进一步的，当负电极结构部件、应力调节部件、正电极结构部件三者位于衬底的同一侧时，为传统结构应力调节微米LED芯片，负电极结构部件包括N型金属电极，N型半导体，缓冲层，此时应力调节部件为侧面带有缺口的环状中孔部件，负电极结构部件与正电极结构部件连接通道为侧面缺口中的N型半导体材料和缓冲层；当负电极结构部件位于衬底的一侧、应力调节部件和正电极结构部件两者位于衬底的另一侧时，此时应力调节部件为环状中孔部件，为垂直结构应力调节微米LED芯片，负电极结构部件为N型金属电极，负电极结构部件与正电极结构部件连接通道为导电衬底。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：使其通过应力调节部件对PN结区域产生应力，产生极化，产生电流的不均匀分布，避免普通微米LED电流均匀化严重和极化效果不明显，提高微米LED的发光效率，同时通过增加绝缘应力调节部件刻蚀区代替微米LED芯片的半导体材料刻蚀区，避免了侧壁损伤带来的表面非辐射复合效应，提高微米LED芯片的出光效率，，具有节能环保，结构简单等特点，具有极大的应用市场。

附图说明

本发明有如下4幅附图：

图1为本发明实施例传统结构应力调节微米LED芯片沿缺口处的剖面示意图，

图2为本发明实施例传统结构应力调节微米LED芯片的俯视示意图，

图3为本发明实施例垂直结构应力调节微米LED芯片的剖面示意图，

图4为本发明实施例垂直结构应力调节微米LED芯片的俯视示意图。

附图中所标各数字分别表示如下：

1.LED衬底，11.不导电衬底，12.导电衬底，2.正电极结构部件，21.P型金属电极，22.P型半导体材料，23.有源区，24.N型半导体材料，25.缓冲层，3.应力调节部件，4.负电极结构部件，41.N型金属电极，42.N型半导体，43.缓冲层，5.负电极结构部件与正电极结构部件连接通道。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的和功能，下面结合附图，对本发明的一种应力调节微米LED做进一步详细的描述。

图1示出了根据本发明实施例的一种应力调节微米LED包括：

LED衬底1；

正电极结构部件2；

应力调节部件3，应力调节部件3环绕正电极结构部件2，应力调节部件3位于衬底1的上端，应力调节部件3为环状中孔部件或侧面带有缺口的环状中孔部件，负电极结构部件4和正电极结构部件2与两者连接通道5中的半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25）不能沉积在应力调节部件3的顶端，当在100℃至1500℃范围内的温度时，应力调节部件3的的热膨胀系数与半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25）的平均热膨胀系数不同，应力调节部件3对有源区23发出的光为透明的，应力调节部件3为绝缘材料；

负电极结构部件4；

负电极结构部件与正电极结构部件连接通道5。

通过应力调节部件3对LED中的N型半导体材料24、P型半导体材料22和有源区23均产生应力，从而对有源区23产生极化，进而会使得有源区23的电流不均匀分布，模拟普通LED的极化效果，即可增加微米LED的发光效率。

进一步的，正电极结构部件2面积小于等于10000µm

更进一步的，LED衬底1为导电衬底12或不导电衬底11；导电衬底12为硅衬底或碳化硅衬底，不导电衬底11为蓝宝石衬底或氧化镓衬底。

更进一步的，正电极结构部件2至少包括P型金属电极21，P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25。

应力调节部件3环绕正电极结构部件2，跟正电极结构部件2相接触，正电极结构部件2包括P型金属电极21，P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25，所以应力调节部件3跟P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25都接触，为了避免P型半导体材料22和N型半导体材料24绕过有源区23通过应力调节部件3短路，所以应力调节部件3为绝缘材料。同时为了让有源区23发出来的光能出射到外面，所以要求应力调节部件3对有源区23发出的光为透明的。为了能在生长的过程中避免负电极结构部件4和正电极结构部件2中的半导体材料（包括P型半导体材料22，有源区23，N型半导体42（24），缓冲层43（25））沉积在应力调节部件3的顶端，造成沉积在应力调节部件3顶端的半导体材料不能受到应力调节部件3的应力作用，且为了避免后期这些半导体材料在衬底1和应力调节部件3顶端同时生长造成最后不能实现最终结构的平整化，所以要求负电极结构部件4和正电极结构部件2与两者连接通道5中的半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25）不能沉积在应力调节部件3的顶端。为了能在降温的过程，通过应力调节部件3的热膨胀系数与正电极结构部件2中的半导体材料的热膨胀系数的差异性在降温过程中产生应力，要求应力调节部件3的热膨胀系数与半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体42（24），缓冲层43（25）的平均热膨胀系数）的平均热膨胀系数不同，且应力调节部件3环绕正电极结构部件2。

其中：N型半导体材料24和缓冲层25与N型半导体材料42和缓冲层43同时生长在衬底之上，只不过位于不同的区域，叫不同的名字，相同名字的层是相互连接的，位于正电极结构部件4的叫N型半导体材料24和缓冲层25，位于负电极结构部件2的叫N型半导体材料42和缓冲层43，位于连接通道区域的叫负电极结构部件与正电极结构部件连接通道5。

更进一步的，当在100℃至1500℃范围内的温度时，应力调节部件3的平均热膨胀系数与半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25的平均热膨胀系数）的平均热膨胀系数应当不同；应力调节部件3对有源区23发出的光透过率大于等于70%。

更进一步的，应力调节部件3围绕正电极结构部件2的四周。

更进一步的，当衬底为导电衬底12时，负电极结构部件4、应力调节部件3、正电极结构部件2三者位于衬底的同一侧，或，负电极结构部件4位于衬底1的一侧、应力调节部件3和正电极结构部件2两者位于衬底1的另一侧；当衬底1为不导电衬底11时，负电极结构部件4、应力调节部件3、正电极结构部件2三者位于衬底1的同一侧；当负电极结构部件4、应力调节部件3、正电极结构部件2三者位于衬底1的同一侧时，负电极结构部件4位于应力调节部件3和正电极结构部件2以外的区域。

更进一步的，当负电极结构部件4、应力调节部件3、正电极结构部件2三者位于衬底1的同一侧时，为传统结构应力调节微米LED芯片，此时应力调节部件3为侧面带有缺口的环状中孔部件，负电极结构部件4包括N型金属电极41，N型半导体材料42，缓冲层43，其中N型半导体材料24，缓冲层25和N型半导体材料42，缓冲层43是同时生长在衬底1之上的，只不过位于不同电极区域分别起了不同名字，此时，负电极结构部件与正电极结构部件连接通道5为N型半导体材料42（24）和缓冲层43（25）；当负电极结构部件4位于衬底1的一侧、应力调节部件3和正电极结构部件2两者位于衬底1的另一侧时，此时应力调节部件3为环状中孔部件，为垂直结构应力调节微米LED芯片，负电极结构部件4为N型金属电极41，负电极结构部件与正电极结构部件连接通道5为导电衬底12。

由于LED生长是在高温下进行，高温生长完成后，应力调节部件3和在内部生长的半导体材料（P型半导体材料22，有源区23，N型半导体材料24，缓冲层25）层紧密结合在一起；在生长结束之后，从高温到低温的降温过程中，由于应力调节部件3和应力调节部件3内部的半导体材料的热膨胀系数不同，就会造成的两者的伸缩率不同，由于半导体材料在内部且跟应力调节部件3紧密结合，此种降温导致的伸缩率的差异会导致应力调节部件3对半导体材料产生应力，包括对半导体材料的N型半导体材料24，P型半导体材料22和有源区23产生应力作用，从而影响有源区的电流分布和发光效率；此应力调节部件3跟目前流行的PSS(图形化)衬底有本质区别，PSS(图形化)衬底的深度一般在2微米左右，此结构不会环绕半导体材料的N型半导体材料24，P型半导体材料22和有源区23，只会对LED晶圆的缓冲层的一部分产生作用，PSS(图形化)衬底不会对半导体材料的N型半导体材料24、P型半导体材料22和有源区23产生应力作用。

由于采用了应力调节部件3的保护，这样芯片制作的时候，刻蚀的是应力调节部件3的材料，而不是芯片本身的半导体材料，这样导电部分的半导体材料就避免了二次刻蚀带来的表面损伤而引起的表面载流子非辐射复合问题，而应力调节部件3虽然被刻蚀了，但是由于本身绝缘的，不会导电，就不会有载流子在损伤的表面复合，就避免了侧面损伤带来的非辐射复合的问题，避免了出光效率的降低问题，这样就从根本上解决了侧壁刻蚀带来的损伤问题。

应力调节部件3的材料可以采用氮化硅等材料，氮化硅是绝缘的，透光的，热膨胀系数跟氮化镓的热膨胀系数不同，并且MOCVD生长的GaN材料在有衬底的情况下不会生长在氮化硅的顶端，可以满足应力调节部件3的要求。

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，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。