微发光二极管、微发光元件及显示器

技术领域

本申请涉及半导体相关技术领域，尤其涉及一种微发光二极管、微发光元件及显示器。

背景技术

微发光二极管具有低功耗、高度亮、超高分辨率与色彩饱和度、响应速度快、寿命长等优点，是目前热门研究的下一代显示器光源。为了提高微发光二极管的出光效率，一般在微发光二极管的侧壁镀有绝缘层，且同时需对微发光二极管的出光面进行粗化，在对出光面粗化过程中，侧壁处的绝缘层因暴露在蚀刻流体下而受到损伤，导致绝缘层失效，并影响微发光二极管的出光效率。

发明内容

本申请的目的是提供一种微发光二极管，其利用半导体堆叠层来保护侧壁处的绝缘层，避免侧壁处的绝缘层因暴露在蚀刻流体下受到损伤而导致绝缘层失效，以提高微发光二极管的出光效率。

另一目的还在于提供一种微发光元件，以及一种显示器。

第一方面，本申请实施例提供一种微发光二极管，其包括：

半导体堆叠层，具有相对设置的第一表面和第二表面；第一表面的全部区域或者部分区域为粗糙部；

绝缘层，至少覆盖半导体堆叠层的部分第二表面以及部分侧壁；位于半导体堆叠层侧壁的绝缘层包括侧部和水平部，侧部与水平部的交点落在半导体堆叠层的内部。

在一种可能的实施方案中，侧部与水平部的交点位于半导体堆叠层远离粗糙部的一侧。

在一种可能的实施方案中，在半导体堆叠层的内部，交点与半导体堆叠层最外侧之间的距离D

在一种可能的实施方案中，绝缘层由氧化钛制备而成；或者，绝缘层的材料之一为氧化钛。

在一种可能的实施方案中，半导体堆叠层包括相连的第一部和第二部，第一部位于半导体堆叠层靠近第一表面的一侧，第二部位于半导体堆叠层远离第一表面的一侧；第一部的宽度大于第二部的宽度。

在一种可能的实施方案中，第一部的厚度等于或大于0.5μm。

在一种可能的实施方案中，绝缘层覆盖半导体堆叠层的第二表面、以及第二部的侧壁。

在一种可能的实施方案中，第一部的侧壁覆盖有保护层。

在一种可能的实施方案中，第一表面除粗糙部之外的区域覆盖有保护层；保护层所覆盖第一表面的区域的宽度D

在一种可能的实施方案中，保护层的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝的一种或多种。

在一种可能的实施方案中，保护层的厚度为100～20000埃。

在一种可能的实施方案中，微发光二极管的宽度为2～5μm、5～10μm、10～20μm、20～50μm或50～100μm；

微发光二极管的长度为2～5μm、5～10μm、10～20μm、20～50μm或50～100μm。

第二方面，本申请实施例提供一种微发光元件，其包括：

基板；

至少一个微发光二极管，每个微发光二极管包括：

半导体堆叠层，具有相对设置的第一表面和第二表面；第一表面的全部区域或者部分区域为粗糙部；

绝缘层，至少覆盖半导体堆叠层的部分第二表面以及部分侧壁；位于半导体堆叠层侧壁的绝缘层包括侧部和水平部，侧部与水平部的交点落在半导体堆叠层的内部。

在一种可能的实施方案中，基板包括金属基板、蓝宝石衬底、玻璃、硅衬底、碳化硅衬底或者支撑膜。

在一种可能的实施方案中，侧部与水平部的交点位于半导体堆叠层远离粗糙部的一侧。

在一种可能的实施方案中，在半导体堆叠层的内部，交点与半导体堆叠层最外侧之间的距离D

在一种可能的实施方案中，绝缘层由氧化钛制备而成；或者，绝缘层的材料之一为氧化钛。

在一种可能的实施方案中，半导体堆叠层包括相连的第一部和第二部，第一部位于半导体堆叠层靠近第一表面的一侧，第二部位于半导体堆叠层远离第一表面的一侧；第一部的宽度大于第二部的宽度。

在一种可能的实施方案中，第一部的厚度等于或大于0.5μm。

在一种可能的实施方案中，绝缘层覆盖半导体堆叠层的第二表面、以及第二部的侧壁。

在一种可能的实施方案中，第一部的侧壁覆盖有保护层。

在一种可能的实施方案中，第一表面除粗糙部之外的区域覆盖有保护层；保护层所覆盖第一表面的区域的宽度D

第三方面，本申请实施例提供一种显示器，其包括：

基板；

至少一个微发光二极管，每个微发光二极管包括：

半导体堆叠层，具有相对设置的第一表面和第二表面；第一表面的全部区域或者部分区域为粗糙部；

绝缘层，至少覆盖半导体堆叠层的部分第二表面以及部分侧壁；位于半导体堆叠层侧壁的绝缘层包括侧部和水平部，侧部与水平部的交点落在半导体堆叠层的内部。

与现有技术相比，本申请的有益效果至少如下：

1)本申请中位于半导体堆叠层侧壁的绝缘层包括侧部和水平部，且侧部与水平部的交点落在半导体堆叠层的内部，即利用半导体堆叠层来保护半导体堆叠层侧壁处的绝缘层，避免侧部与水平部的交点在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免位于半导体堆叠层侧壁处的绝缘层受到损伤而导致绝缘层失效，提高微发光二极管的可靠性以及出光效率。

2)本申请中保护层覆盖部分第一表面以及半导体堆叠层侧壁除绝缘层之外的区域，即利用保护层来进一步保护半导体堆叠层侧壁处的绝缘层，避免绝缘层在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层受到损伤而导致绝缘层失效，提高微发光二极管的出光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的结构示意图；

图3为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的结构示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的结构示意图；

图5为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管的结构示意图；

图6为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的结构示意图；

图7为根据本申请实施例示出的一种微发光元件的结构示意图；

图8～图14为根据本申请实施例示出的一种微发光二极管处于不同制备阶段的结构示意图。

图示说明：

10半导体堆叠层；11粗糙部；12平台部；13第一部；14第二部；20绝缘层；30第一电极；31第二电极；40保护层；50基板；60生长衬底；70牺牲层；80转移基板。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

根据本申请的一个方面，提供了一种微发光二极管。微发光二极管主要指的是微米级的发光二极管，其宽度和长度的范围为2～5μm、5～10μm、10～20μm、20～50μm或50～100μm。

参见图1，该微发光二极管包括半导体堆叠层10和绝缘层20。半导体堆叠层10具有相对设置的第一表面和第二表面，第一表面的全部区域或者部分区域为粗糙部11，该粗糙部11为规则或不规则图形。绝缘层20至少覆盖半导体堆叠层10的部分第二表面以及部分侧壁，位于半导体堆叠层10侧壁的绝缘层20包括侧部和水平部，侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10的内部，也可以描述为侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10在水平面投影区域的内部。绝缘层20由氧化钛制备而成；或者，绝缘层20的制备材料之一为氧化钛。绝缘层20优选为由氧化硅和氧化钛组成的分布式布拉格反射镜。

由于绝缘层20的制备材料包括有氧化钛，则利用蚀刻流体对第一表面粗化形成粗糙部时，若绝缘层20暴露在蚀刻流体下，蚀刻流体会蚀刻绝缘层20中的氧化钛，导致绝缘层20失效，影响微发光二极管的出光效率。使交点a落在半导体堆叠层10在水平面投影区域的内部，则半导体堆叠层10超出交点a的部分可用来保护半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20，避免位于半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光二极管的可靠性以及出光效率。上述的蚀刻流体可为蚀刻液或蚀刻气体，本实施例中蚀刻流体优选为蚀刻液，蚀刻液具体为氢氧化钾溶液。

半导体堆叠层10至少包括顺序排列的第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，第一类型半导体层位于靠近第一表面的一侧，第二类型半导体层位于远离第一表面的一侧。第一类型半导体层电性连接有第一电极30，第二类型半导体层电性连接有第二电极31。

在一种实施方式中，侧部与水平部的交点a位于半导体堆叠层10远离粗糙部11的一侧。在半导体堆叠层10的内部，交点a与半导体堆叠层10最外侧之间的距离D

在一种实施方式中，参见图1，第一表面的全部区域均为粗糙部11。半导体堆叠层10包括相连的第一部13和第二部14，第一部13位于半导体堆叠层10靠近第一表面的一侧，第二部14位于半导体堆叠层10远离第一表面的一侧。第一部13的宽度大于第二部14的宽度，此处宽度所在的方向是第一部13或第二部14与第一表面平行的方向。绝缘层20覆盖半导体堆叠层10的第二表面、以及第二部14的侧壁。上述绝缘层20的侧部指的是覆盖第二部14侧壁的部分，上述绝缘层20的水平部指的是自第二部14侧壁向外延伸的部分。

第一部13的厚度等于或大于0.5μm。若第一部13的厚度小于0.5μm，则在对第一表面粗化过程中，蚀刻流体会自半导体堆叠层10超出交点a的部分渗透至绝缘层20，使得半导体堆叠层10超出交点a的部分不会对绝缘层20起到保护作用。

作为可替换的实施方式，参见图2，第一部13的侧壁覆盖有保护层40。

在一种实施方式中，参见图3～图5，第一表面还包括平台部12。该平台部12环绕于粗糙部11的外围，且粗糙部11相对于平台部12向第二表面方向凹陷。该平台部12主要是利用保护层预先覆盖第一表面的部分区域并在对第一表面粗化过程中避免保护层所覆盖的区域被移除或减薄而成。在形成平台部12时，进一步避免绝缘层20暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光二极管的可靠性及出光效率。

在一种实施方式中，粗糙部11与第一表面边缘的距离等于或大于0.5μm，且小于或等于1μm。将粗糙部11与第一表面边缘的距离配置为上述范围能够保证对半导体堆叠层10的第一表面粗化处理时，第一表面具有较大的出光面积，且蚀刻流体不会对绝缘层20造成损伤。较佳地，粗糙部11与第一表面边缘的距离可选为0.5μm、0.8μm或者1μm。

平台部12与粗糙部11的连接壁为垂直面或倾斜面，也可以描述为平台部12靠近粗糙部11的端部与粗糙部11的水平端点之间的距离D

在一种实施方式中，该微发光二极管还包括保护层40，保护层40覆盖部分第一表面、以及半导体堆叠层10侧壁除绝缘层20之外的区域。保护层40所覆盖第一表面的区域的宽度D

参见图4，保护层40覆盖平台部12、以及第一部13的侧壁，保护层40靠近粗糙部11的端部与平台部12靠近粗糙部11的端部对齐，保护层40远离粗糙部11的端部与绝缘层20对齐，或者保护层40远离粗糙部11的端部超出绝缘层20。

作为可替换的实施方式，参见图5，保护层40覆盖半导体堆叠层10侧壁除绝缘层20之外的区域。

根据本申请的一个方面，提供了一种微发光二极管的制备方法。以上述实施例中图3所示的微发光二极管的制备方法来示例说明。该制备方法包括以下步骤：

参见图8，提供一生长衬底60，生长衬底60包括蓝宝石平底衬底或蓝宝石图形化衬底；采用化学气相沉积的方法在生长衬底60上形成半导体堆叠层10；半导体堆叠层10至少包括顺序排列的第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，第一类型半导体层位于靠近生长衬底60的一侧。

参见图9，蚀刻半导体堆叠层10，并形成台面结构和环绕在台面结构外围的切割区，切割区处保留有部分半导体材料。台面结构暴露出部分第一类型半导体层。

参见图10，在台面结构和切割区覆盖绝缘层20；并在台面结构制作与第一类型半导体层电性连接的第一电极30，及与第二类型半导体层电性连接的第二电极31。本实施例中的绝缘层20包括第一开口和第二开口，第一电极30通过第一开口与第一类型半导体层电性连接；第二电极31通过第二开口与第二类型半导体层电性连接。

参见图11，在绝缘层20上覆盖牺牲层70，并将半导体堆叠层10通过牺牲层70固定在转移基板80上。

参见图12，移除生长衬底60，并移除切割区处所保留的部分半导体材料，通过控制半导体材料的移除比例，使绝缘层20中侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10的内部。完成上述操作后的台面结构包括相对设置的第一表面和第二表面，第二表面位于靠近转移基板80的一侧。

参见图13，在切割区处的绝缘层20以及部分第一表面上形成保护层40，并采用湿法蚀刻法或干法蚀刻法对第一表面进行粗化处理。本实施例中第一表面的粗化处理过程优选为湿法蚀刻法。保护层40的制备材料为氧化硅、氮化硅、氧化铝的一种或多种，并采用等离子体化学气相沉积法或者原子层沉积法制成。保护层40的厚度为100～20000埃。

利用保护层40对其覆盖的绝缘层20以及部分第一表面进行保护，保证在第一表面进行粗化处理的过程中，绝缘层20未暴露在蚀刻流体下，进而保证蚀刻流体不会对绝缘层20造成损伤而导致绝缘层20失效。第一表面经粗化处理的区域为粗糙部11，粗糙部11外围环绕有平台部12。

参见图14，完全移除保护层40。将牺牲层70以及转移基板80移除、切割切割区即可得到图3中的微发光二极管。

作为可替换的实施方式，在完全移除保护层40之后，还可将台面结构的第一表面继续转移至下一转移基板80上，并将第二表面侧的转移基板80和牺牲层70移除。最后将第二表面侧的转移基板80移除即可得到图3中的微发光二极管。

需要说明的是，若制备图1所示的微发光二极管，无需在切割区处的绝缘层20以及部分第一表面上形成保护层40，直接对第一表面进行粗化处理即可。

需要说明的是，若制备图2所示的微发光二极管，只需在切割区处的绝缘层和半导体堆叠层10侧壁上形成保护层40，再对第一表面进行粗化处理即可。

需要说明的是，若制备图4和图5所示的微发光二极管，只需在移除保护层40的步骤中不移除保护层40或部分移除保护层40即可。

根据本申请的一个方面，提供一种微发光元件。该微发光元件包括基板50以及至少一个上述实施例中的微发光二极管，微发光二极管中半导体堆叠层10的第一表面朝向基板50；或者，微发光二极管中半导体堆叠层10的第一表面背向基板50。图6和图7仅对图3所示的微发光二极管所组成的微发光元件进行示例说明，图1、图2、图4和图5所示的微发光二极管所组成的微发光元件也在本申请所保护的范围之内。

每个微发光二极管包括半导体堆叠层10和绝缘层20。半导体堆叠层10具有相对设置的第一表面和第二表面，第一表面的全部区域或者部分区域为粗糙部11，该粗糙部11为规则或不规则图形。绝缘层20至少覆盖半导体堆叠层10的部分第二表面以及部分侧壁，位于半导体堆叠层10侧壁的绝缘层20包括侧部和水平部，侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10的内部，也可以描述为侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10在水平面投影区域的内部。绝缘层20由氧化钛制备而成；或者，绝缘层20的制备材料之一为氧化钛。绝缘层20优选为由氧化硅和氧化钛组成的分布式布拉格反射镜。

由于绝缘层20的制备材料包括有氧化钛，则利用蚀刻流体对第一表面粗化形成粗糙部时，若绝缘层20暴露在蚀刻流体下，蚀刻流体会蚀刻绝缘层20中的氧化钛，导致绝缘层20失效，影响微发光二极管的出光效率。使交点a落在半导体堆叠层10在水平面投影区域的内部，则半导体堆叠层10超出交点a的部分可用来保护半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20，避免位于半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光元件的可靠性以及出光效率。上述的蚀刻流体可为蚀刻液或蚀刻气体，本实施例中蚀刻流体优选为蚀刻液，蚀刻液具体为氢氧化钾溶液。

半导体堆叠层10至少包括顺序排列的第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层，第一类型半导体层位于靠近第一表面的一侧，第二类型半导体层位于远离第一表面的一侧。第一类型半导体层电性连接有第一电极30，第二类型半导体层电性连接有第二电极31。

在一种实施方式中，基板50包括金属基板、蓝宝石衬底、玻璃、硅衬底、碳化硅衬底或者支撑膜。在基板50为金属基板、蓝宝石衬底、玻璃、硅衬底或者碳化硅衬底时，基板50用于承载微发光二极管的表面设有胶膜51，该胶膜51便于将微发光二极管转移至基板50上。胶膜51的制备材料包括聚酰亚胺或者亚克力胶，聚酰亚胺或者亚克力胶能够透过紫外波段的激光，且在紫外波段即可被激光充分分解，保证微发光二极管不受激光损伤。较佳地，聚酰亚胺或者亚克力胶至少部分吸收波长为360nm以下的激光，且对波长为360nm以下的激光的透过率不小于90％。

胶膜51的宽度等于或大于半导体堆叠层10的宽度，此处宽度所在的方向是胶膜51或半导体堆叠层10与第一表面平行的方向。胶膜51的厚度等于或大于0.1μm，且小于或等于2μm。在本实施例中，胶膜51的厚度优选为等于或小于0.5μm。胶膜51的厚度也可小于0.1μm，其能够尽可能降低胶膜51的吸光问题。

作为可替换的实施方式，胶膜51的宽度小于半导体堆叠层10的宽度。在本实施例中，胶膜51的面积为半导体堆叠层10面积的80％～90％，也可以描述为胶膜51在水平面上的投影面积为半导体堆叠层10在水平面上的投影面积的80％～90％。

在一种实施方式中，参见图6和图7，侧部与水平部的交点a位于半导体堆叠层10远离粗糙部11的一侧。在半导体堆叠层10的内部，交点a与半导体堆叠层10最外侧之间的距离D

在一种实施方式中，第一表面的全部区域均为粗糙部11。半导体堆叠层10包括相连的第一部13和第二部14，第一部13位于半导体堆叠层10靠近第一表面的一侧，第二部14位于半导体堆叠层10远离第一表面的一侧。第一部13的宽度大于第二部14的宽度，此处宽度所在的方向是第一部13或第二部14与第一表面平行的方向。绝缘层20覆盖半导体堆叠层10的第二表面、以及第二部14的侧壁。上述绝缘层20的侧部指的是覆盖第二部14侧壁的部分，上述绝缘层20的水平部指的是自第二部14侧壁向外延伸的部分。

第一部13的厚度等于或大于0.5μm。若第一部13的厚度小于0.5μm，则在对第一表面粗化过程中，蚀刻流体会自半导体堆叠层10超出交点a的部分渗透至绝缘层20，使得半导体堆叠层10超出交点a的部分不会对绝缘层20起到保护作用。

作为可替换的实施方式，第一部13的侧壁覆盖有保护层40。

在一种实施方式中，参见图6和图7，第一表面还包括平台部12。该平台部12环绕于粗糙部11的外围，且粗糙部11相对于平台部12向第二表面方向凹陷。该平台部12主要是利用保护层预先覆盖第一表面的部分区域并在对第一表面粗化过程中避免保护层所覆盖的区域被移除或减薄而成。在形成平台部12时，进一步避免绝缘层20暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光元件的可靠性及出光效率。

在一种实施方式中，粗糙部11与第一表面边缘的距离等于或大于0.5μm，且小于或等于1μm。将粗糙部11与第一表面边缘的距离配置为上述范围能够保证对半导体堆叠层10的第一表面粗化处理时，第一表面具有较大的出光面积，且蚀刻流体不会对绝缘层20造成损伤。较佳地，粗糙部11与第一表面边缘的距离可选为0.5μm、0.8μm或者1μm。

平台部12与粗糙部11的连接壁为垂直面或倾斜面，也可以描述为平台部12靠近粗糙部11的端部与粗糙部11的水平端点之间的距离D

在一种实施方式中，该微发光二极管还包括保护层40，保护层40覆盖部分第一表面、以及半导体堆叠层10侧壁除绝缘层20之外的区域。保护层40所覆盖第一表面的区域的宽度D

保护层40覆盖平台部12、以及第一部13的侧壁，保护层40靠近粗糙部11的端部与平台部12靠近粗糙部11的端部对齐，保护层40远离粗糙部11的端部与绝缘层20对齐，或者保护层40远离粗糙部11的端部超出绝缘层20。

作为可替换的实施方式，保护层40覆盖半导体堆叠层10侧壁除绝缘层20之外的区域。

根据本申请的一个方面，提供一种显示器。该显示器的结构与上述实施例中的微发光元件的结构相同，在这里就不再一一赘述。

由以上的技术方案可知，本申请中位于半导体堆叠层10侧壁的绝缘层20包括侧部和水平部，且侧部与水平部的交点a落在半导体堆叠层10的内部，即利用半导体堆叠层10来保护半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20，避免侧部与水平部的交点a在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免位于半导体堆叠层侧壁处的绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光二极管的可靠性以及出光效率。

进一步地，保护层40覆盖部分第一表面以及半导体堆叠层10侧壁除绝缘层20之外的区域，即利用保护层40来进一步保护半导体堆叠层10侧壁处的绝缘层20，避免绝缘层20在对第一表面粗化过程中暴露在蚀刻流体下，从而避免绝缘层20受到损伤而导致绝缘层20失效，提高微发光二极管的出光效率。保护层40可去除或保留。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。