一种LED发光器件

技术领域

本申请涉及发光二极管技术领域，特别是涉及一种LED发光器件。

背景技术

Micro-LED技术是将传统的LED微缩化和矩阵化的技术，先将传统的大尺寸LED芯片微缩化至微米量级的Micro-LED芯片，再将其矩阵化为高密度集成的LED阵列，使得应用了Micro-LED技术的显示屏中每个发光单元均可以被独立地定位、点亮，从而实现对每个Micro-LED芯片的精确控制，进而实现显示功能。现有技术中为了获得Micro-LED芯片，通常要采用刻蚀工艺控制芯片尺寸，刻蚀边缘处的芯片结构受到损伤，引起漏电、可靠性下降、以及良率下降等问题，对出光效率也带来不利影响。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种LED发光器件，能够提高LED发光器件的光电性能。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种LED发光器件，所述LED发光器件包括发光外延片，所述发光外延片包括：

有源层；

第一电流扩散层和第二电流扩散层，分别设置于所述有源层的相对两侧；所述第一电流扩散层包括层叠设置的第一子层和第二子层，所述第一子层相对所述第二子层更靠近所述有源层，所述第一子层保持连续设置，所述第二子层包括以蚀刻方式形成且彼此间隔的多个电流扩散单元，且所述第一子层的电阻率大于所述第二子层的电阻率；

第一电极层和第二电极层，所述第二电极层设置于所述第二电流扩散层背离所述有源层的一侧；所述第一电极层包括以阵列方式排布的多个电极单元，所述电极单元设置于对应的所述电流扩散单元背离所述第一子层的一侧。

其中，所述第一子层的厚度小于所述第二子层的厚度。

其中，所述第一子层的厚度和电阻率设置成使得：在所述LED发光器件正常工作时，Ls

其中，所述第一子层在对应于所述电流扩散单元之间的间隔区域的位置处形成有离子轰击隔离区。

其中，所述第一子层的厚度和电阻率设置成使得：在所述LED发光器件正常工作时，Ls

其中，所述第一子层的横向电流扩散长度Ls通过以下公式计算：

/>

其中，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，e为电子电量，t为所述第一子层的厚度，ρ为所述第一子层的电阻率，J

其中，所述第一子层的电阻率ρ大于或等于0.1Ω·cm。

其中，所述第一子层的厚度t小于或等于1μm。

其中，所述第一子层的电阻率ρ大于或等于0.5Ω·cm，所述第一子层的厚度t小于或等于0.5μm。

其中，所述第一子层的电阻率ρ大于或等于1Ω·cm，所述第一子层的厚度t小于或等于0.1μm。

其中，所述第一电流扩散层还包括反射层，覆盖所述电流扩散单元。

其中，在从所述第一子层至所述第二子层的方向上，所述电流扩散单元的纵剖面呈倒梯形。

其中，所述倒梯形靠近所述第一子层的内角为30～70度。

其中，所述电流扩散单元的侧壁为弧形壁。

其中，D1≤10μm，D1为相邻设置的所述电流扩散单元的边缘之间的最短间距。

其中，

其中，所述LED发光器件进一步包括驱动背板，所述驱动背板包括背板主体以及以阵列方式排布于所述背板主体上的多个开关器件，其中，每个所述电极单元电连接至对应的所述开关器件，以由所连接的所述开关器件提供驱动信号。

其中，所述驱动背板与所述发光外延片键合固定；

所述第一电极层形成于所述背板主体上，且在所述驱动背板与所述发光外延片键合固定时，所述电极单元与对应的所述电流扩散单元形成导电接触；或者，

所述第一电极层形成于所述第二子层上，所述驱动背板进一步包括以阵列方式排布于所述背板主体上的多个键合电极，每个所述键合电极电连接至对应的所述开关器件，并与对应的所述电极单元对位键合。

其中，所述驱动背板以生长方式形成于所述发光外延片一侧；

所述第一电极层形成于所述第二子层上，以生长方式形成所述驱动背板时，所述开关器件对应于所述电极单元的位置生长形成；

所述LED发光器件进一步包括背板衬底，位于所述背板主体远离所述第一电极层一侧，且与所述背板主体键合固定。

其中，所述第一电流扩散层和第二电流扩散层中的一个为N型半导体层，另一个为P型半导体层，所述第二电极层为公共电极层。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请LED发光器件中，第一电流扩散层包括层叠设置的第一子层和第二子层，第一子层相对第二子层更靠近有源层，第一子层保持连续设置，第二子层包括以蚀刻方式形成且彼此间隔的多个电流扩散单元，且第一子层的电阻率大于第二子层的电阻率。一个电流扩散单元定义出一个发光单元，相邻发光单元的第一电流扩散层绝缘隔离可实现发光单元的隔离。本申请将第二子层以蚀刻方式形成彼此间隔的多个电流扩散单元，实现第一层隔离；同时限定第一子层的电阻率大于第二子层的电阻率，可进一步调控第一子层的电流扩散长度，使其中的工作电流不能扩散至相邻发光单元，实现第二层隔离。可见，本申请能够通过仅蚀刻部分第一电流扩散层实现发光单元的隔离，从而能够减少蚀刻边缘，减少因蚀刻边缘处的器件损伤引起的漏电、可靠性下降、以及良率下降等问题，同时也能提高出光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，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的附图。其中：

图1为本申请LED发光器件一实施方式的结构示意图；

图2为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图；

图3为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图；

图4为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图；

图5为驱动背板一实施方式的结构示意图；

图6为外延结构一实施方式的结构示意图；

图7为外延结构临时键合一实施方式的结构示意图；

图8为形成电流扩散单元一实施方式的结构示意图；

图9为外延结构与驱动背板键合一实施方式的结构示意图；

图10为外延结构另一实施方式的结构示意图；

图11为外延结构与驱动背板键合另一实施方式的结构示意图；

图12为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图；

图13为形成电流扩散单元另一实施方式的结构示意图；

图14为生长形成驱动背板一实施方式的结构示意图；

图15为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1为本申请LED发光器件一实施方式的结构示意图，该LED发光器件包括发光外延片100，发光外延片100又包括有源层11、第一电流扩散层12、第二电流扩散层13、第一电极层14和第二电极层15。

其中，第一电流扩散层12和第二电流扩散层13分别设置于有源层11的相对两侧。第一电流扩散层12包括层叠设置的第一子层121和第二子层122，第一子层121相对第二子层122更靠近有源层11，第一子层121保持连续设置，第二子层122包括以蚀刻方式形成且彼此间隔的多个电流扩散单元1221，且第一子层121的电阻率大于第二子层122的电阻率。

其中，第二电极层15设置于第二电流扩散层13背离有源层11的一侧；第一电极层14包括以阵列方式排布的多个电极单元141，电极单元141设置于对应的电流扩散单元1221背离第一子层121的一侧。第一电极层14用于与驱动背板电连接，接收来自于驱动背板的驱动信号，控制对应的有源层11发光。一个电极单元141可定义出一个发光单元。

其中，第一电流扩散层12和第二电流扩散层13中的一个为N型半导体层，另一个为P型半导体层，通过在AlN、AlGaN、GaN、InGaN、AlInGaN、GaAs、GaP、GaAsP、AlGaAs、AlGaInP等半导体材料中掺杂形成。例如第一电流扩散层12为N型半导体层，第二电流扩散层13为P型半导体层；或者，第一电流扩散层12为P型半导体层，第二电流扩散层13为N型半导体层。针对两种不同的结构，获取本申请LED发光器件的制备过程不同，具体将在下面描述，其中，有源层11、第一电流扩散层12和第二电流扩散层13均可通过外延生长工艺形成。

第二电极层15为公共电极层，例如Al、Cr、ITO等材质形成的公共电极层，优选第二电极层15为透明层，为发光外延片100的出光面。当第一电极层14和第二电极层15接入工作电压时，来自P型半导体层的空穴和来自N型半导体层的电子在有源层11复合发光，发光波长由半导体材料的能带决定。图1中各弯曲箭头表示第一电极层14和第二电极层15接入工作电压时，LED发光器件内部的电流扩散示意。

本实施方式LED发光器件中，第二子层122以蚀刻方式形成的彼此间隔的多个电流扩散单元1221实现发光单元之间的第一层隔离。同时，第一子层121的电阻率大于第二子层122的电阻率，一方面提升第二子层122与第一电极层14之间的欧姆接触性能，另一方面后续可进一步调控第一子层121的电流扩散长度，使其中的工作电流不能扩散至相邻发光单元，实现发光单元之间的第二层隔离。可见，本实施方式能够通过仅蚀刻部分第一电流扩散层12实现发光单元的隔离，从而能够减少蚀刻边缘，减少因蚀刻边缘处的器件损伤引起的漏电、可靠性下降、以及良率下降等问题，同时也能提高出光效率。

在一个实施方式中，请继续参阅图1，第一子层121的厚度和电阻率设置成使得：在LED发光器件正常工作时，Ls

在一个实施方式中，请参阅图2，图2为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图，与上述实施方式不同的是，第一子层121在对应于电流扩散单元1221之间的间隔区域的位置处形成有离子轰击隔离区S。具体可通过离子注入方式在电流扩散单元1221之间的间隔区域注入惰性气体离子，形成离子轰击隔离区S。离子轰击隔离区S使得第一子层121中的工作电流不能扩散至相邻发光单元包括的第一子层121中，实现相邻发光单元中第一子层121的自隔断，从而能够减少蚀刻边缘，提升LED发光器件的光电性能。

在一个实施方式中，请继续参阅图2，第一子层121的厚度和电阻率设置成使得：在LED发光器件正常工作时，Ls

在一个实施方式中，请继续参阅图1和图2，上述第一电流扩散层12的横向电流扩散长度Ls通过以下公式(1)计算：

其中，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温度，e为电子电量，t为第一子层121的厚度，ρ为第一子层121的电阻率，J

本实施方式通过限定第一子层121的电阻率ρ大于或等于0.1Ω·cm，并通过调节厚度t和电流密度J

在一个实施方式中，还可通过限定第一子层121的厚度t小于或等于1μm来实现Ls≤D1/2或者Ls

在一个实施方式中，还可通过同时限定第一子层121的电阻率ρ大于或等于0.5Ω·cm，以及第一子层121的厚度t小于或等于0.5μm来实现Ls≤D1/2或者Ls

在一个实施方式中，还可通过同时限定第一子层121的电阻率ρ大于或等于1Ω·cm，第一子层121的厚度t小于或等于0.1μm来实现Ls≤D1/2或者Ls

值得注意的是，半导体层的电阻率一般是通过掺杂率控制的，一般来说掺杂率越高，则电阻率越低(导电率越高)。在上述实施例中，第一子层121的电阻率远大于常规LED所使用的半导体的电阻率，即所需的掺杂率更低，不会增加LED的制造难度，反而有所减低。此外，第一子层121的厚度也远小于常规LED所使用的半导体的厚度，进而降低了材料成本。

在一个实施方式中，第一子层121的厚度小于第二子层122的厚度，且第一子层121的电阻率大于第二子层122的电阻率，由上述公式(1)可知，工作电流在第一子层121内的电流扩散长度可被调控得较小，从而不能扩散至相邻发光单元，实现发光单元之间的隔离。

在一个实施方式中，相邻设置的电流扩散单元1221的边缘之间的最短间距D1≤10μm，例如10μm、8μm、6μm、4μm、2μm、1μm等，能够在实现相邻发光单元之间隔离的基础上满发光单元的排布密度要求。

在一个实施方式中，请继续参阅图1和图2，LED发光器件还满足：

在一个实施方式中，请参阅图3，图3为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图，为清楚示意，图3中未画出驱动背板。与图1所示实施方式不同的是，本实施方式中第一电流扩散层12还包括反射层123，覆盖电流扩散单元1221。反射层123的材质可以为铝反射层、DBR反射层等。

其中，在从第一子层121至第二子层122的方向上，电流扩散单元1221的纵剖面呈倒梯形。优选地，该倒梯形靠近第一子层121的内角α为30～70度，例如30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度等。

在其他实施方式中，电流扩散单元1221的侧壁还可以为弧形壁，如图4所示，图3为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图。

本实施方式能够通过仅蚀刻部分第一电流扩散层12实现发光单元的隔离，从而能够减少蚀刻边缘，减少因蚀刻边缘处的器件损伤引起的漏电、可靠性下降、以及良率下降等问题。同时也能够通过对于电流扩散单元1221的形状优化及反射层123的设置，来获得更优的出光光效和光型。

当然，也可在图2所示实施方式上进一步优化第一电流扩散层12的形状，此处不再一一作图示意。

在一个实施方式中，请继续参阅图1和图2，本申请LED发光器件进一步包括驱动背板200，驱动背板200包括背板主体21以及以阵列方式排布于背板主体21上的多个开关器件(图未示)，其中驱动背板200与发光外延片100键合固定，且每个电极单元141电连接至对应的开关器件，以由所连接的开关器件提供驱动信号。即开关器件与电极单元141一一对应。

其中，在制备LED发光器件的过程中，由多个电极单元141组成的第一电极层14可先对应开关器件形成于背板主体21上，并在驱动背板200与发光外延片100键合固定时，使电极单元141与对应的电流扩散单元1221形成导电接触，即将电极单元141与电流扩散单元1221进行键合固定。驱动信号由开关器件直接传递至对应的电极单元141，从而控制电极单元141所覆盖的有源层11发光，在满足Ls≤D1/2或者Ls

在其他实施方式中，电极单元141也可以直接形成于第二子层122中对应的电流扩散单元1221上，则驱动背板200进一步包括以阵列方式排布于背板主体21上的多个键合电极(图未示)，每个键合电极电连接至对应的开关器件，并与对应的电极单元141对位键合，驱动信号由开关器件经过键合电极传递至对应的电极单元141，从而控制电极单元141所覆盖的有源层11发光，在满足Ls≤D1/2或者Ls

下面分别说明第一电流扩散层12为N型半导体层和P型半导体层两种情况下，本申请LED发光器件的制备过程，两种情况下均为电极单元141对应开关器件形成于背板主体21上，且驱动背板200与发光外延片100通过键合方式固定。

首先均需要提供驱动背板，请参阅图5，图5为驱动背板一实施方式的结构示意图，驱动背板200包括背板主体21以及以阵列方式排布于背板主体21上的多个开关器件(图未示)，其中，上述第一电极层14包括的以阵列方式排布的多个电极单元141也预先与对应的开关器件形成导电连接。其中，背板主体21上朝向上述发光外延片100一侧表面的背板接触金属优选使用AlGe、Cr、Ti、Pt、Ni、Au、Sn等材料或合金，最优为反射率高的AlGe材料，用于将发光外延片100朝向背板主体21的光反射至出光面。

同时，还需要提供外延结构，请结合图5参阅图6，图6为外延结构一实施方式的结构示意图，外延结构300包括衬底31、缓冲层32和上述第一电流扩散层12、有源层11、以及第二电流扩散层13，其中，第一电流扩散层12为N型半导体层、第二电流扩散层13为P型半导体层，且第一电流扩散层12包括层叠设置的第一子层121和第二子层122，第一子层121相对第二子层122更靠近有源层11。具体是利用外延工艺在衬底31上依次形成缓冲层32、第二子层122、第一子层121、有源层11、以及第二电流扩散层13，其中缓冲层32是为了降低衬底31与N型半导体层之间因晶格失配而产生的不利影响。在形成第一子层121时就需要依据驱动背板200的尺寸信息设计其厚度t和电阻率ρ，使得第一子层121的横向电流扩散长度满足上述实施方式中所述的Ls≤D1/2或者Ls

接着在外延结构300的第二电流扩散层13一侧表面形成第二电极层15，例如透明电极ITO，请参阅图7，图7为外延结构临时键合一实施方式的结构示意图，再从第二电极层15一侧将外延结构300通过临时键合层41转移到临时衬底42上，临时键合层41可由热塑性材料形成，后续可通过高温热解的方式移除。接着通过研磨、化学腐蚀、激光剥离等方式移除衬底31，并通过干法或湿法刻蚀方式移除缓冲层32。

进一步地，请结合图1-图4、图7参阅图8，图8为形成电流扩散单元一实施方式的结构示意图，将移除了衬底31和缓冲层32的外延结构300从第二子层122一侧进行蚀刻，形成多个间隔的电流扩散单元1221。在一些应用场景中还可以进一步通过离子注入方式在电流扩散单元1221之间的间隔区域注入惰性气体离子，形成上述离子轰击隔离区S，此处不再另外作图示意。

进一步地，请结合图1-图4、图8参阅图9，图9为外延结构与驱动背板键合一实施方式的结构示意图，将移除了衬底31和缓冲层32的外延结构300从第二子层122一侧与驱动背板200键合，具体为电流扩散单元1221与形成于开关器件上的电极单元141键合，并采用高温退火的方式形成欧姆接触。然后通过高温热解的方式移除临时衬底42和临时键合层41，得到图1或者图2所示本申请LED发光器件。或者在形成电流扩散单元1221时优化其形状并形成反射层123，最终得到图3或图4所示本申请LED发光器件。

在另一种情况下，请参阅图10，图10为外延结构另一实施方式的结构示意图，外延结构300包括衬底31、缓冲层32和上述第二电流扩散层13、有源层11、以及第一电流扩散层12，其中，第二电流扩散层13为N型半导体层、第一电流扩散层12为P型半导体层，且第一电流扩散层12包括层叠设置的第一子层121和第二子层122，第一子层121相对第二子层122更靠近有源层11。

然后在P型半导体层(即第二子层122)一侧进行蚀刻，形成多个间隔的电流扩散单元1221。在一些应用场景中还可以进一步在电流扩散单元1221之间的间隔区域形成上述离子轰击隔离区S，此处不再另外作图示意。再将外延结构300从第二子层122一侧与驱动背板200键合，具体为电流扩散单元1221与形成于开关器件上的电极单元141键合，并采用高温退火的方式形成欧姆接触。具体可参阅图11，图11为外延结构与驱动背板键合另一实施方式的结构示意图。

接着依次移除衬底31和缓冲层32，并在第二电流扩散层13一侧表面形成第二电极层15，例如透明电极ITO，为形成欧姆接触，可在ITO与N型半导体层(即第二电流扩散层13)之间形成厚度小于5nm的Al、Cr导电层，从而得到本申请LED发光器件，具体可结合参阅图1、图2和图11。或者在形成电流扩散单元1221时优化其形状并形成反射层123，最终得到图3或图4所示本申请LED发光器件。

在一个实施方式中，请参阅图12，图12为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图，与图1-图4所示LED发光器件相同，本实施方式中，第一子层121的横向电流扩散长度满足上述实施方式中所述的Ls≤D1/2或者Ls

本实施方式LED发光器件进一步包括驱动背板200，驱动背板200包括背板主体21以及以阵列方式排布于背板主体21上的多个开关器件22，其中驱动背板200以生长方式形成于发光外延片100一侧，且每个电极单元141电连接至对应的开关器件22，以由所连接的开关器件22提供驱动信号。即开关器件22与电极单元141一一对应。

第一电极层14形成于第二子层122上，具体为电极单元141对应形成于电流扩散单元1221上，以生长方式形成驱动背板200时，开关器件22对应于电极单元141的位置生长形成。

LED发光器件进一步包括背板衬底201和键合材料层202，背板衬底201位于背板主体21远离电极单元141一侧，且与背板主体21键合固定，即通过键合材料层202设置于背板主体21远离电极单元141一侧。

下面以第一电流扩散层12为P型半导体层为例，说明图12所示LED发光器件的制备过程。

首先提供如图10所示的外延结构300，外延结构300包括衬底31、缓冲层32和上述第二电流扩散层13、有源层11、以及第一电流扩散层12，其中，第二电流扩散层13为N型半导体层、第一电流扩散层12为P型半导体层，且第一电流扩散层12包括层叠设置的第一子层121和第二子层122，第一子层121相对第二子层122更靠近有源层11。然后在P型半导体层(即第二子层122)一侧进行蚀刻，形成多个间隔的电流扩散单元1221。在一些应用场景中还可以进一步在电流扩散单元1221之间的间隔区域形成上述离子轰击隔离区S，此处不再另外作图示意。

再在电流扩散单元1221上形成阵列排布的电极单元141，以定义出多个发光单元。电极单元141与电流扩散单元1221形成欧姆接触，同时包括高反射性表面，以将有源层11射向电极单元141的光向出光方向反射。其中，可借助下绝缘层211a将电极单元141设计成两层叠加的结构，以增加电极单元141空间距离重新分布的灵活性，具体可参阅图13，图13为形成电流扩散单元另一实施方式的结构示意图。需要说明的是，图12中电极单元141与开关器件22接触的一侧为金属反射镜，面积较大。

然后，请结合图13参阅图14，图14为生长形成驱动背板一实施方式的结构示意图，在电极单元141一侧生长形成驱动背板200的背板主体21和开关器件22，其中，开关器件22对应于电极单元141的位置。背板主体21包括绝缘层211和多晶硅层212。其中，绝缘层211包括填充进电流扩散单元1221之间的蚀刻区域的下绝缘层211a(即图13中已经形成的下绝缘层211a)和位于下绝缘层211a上表面的上绝缘层211b，用于隔离多个电极单元141、以及隔离第二子层122与多晶硅层212。其中，多晶硅层212又包括形成TFT的各功能层，与现有技术中相同，此处不再赘述。并在驱动背板200一侧利用键合材料层202将驱动背板200与背板衬底201键合固定，以对其他各层结构起到支撑作用，提高LED发光器件的强度和使用寿命。

然后，请结合图14继续参阅图12，将图14所示结构翻转，并通过研磨、化学腐蚀、激光剥离等方式移除衬底31，并通过干法或湿法刻蚀方式移除缓冲层32。接着在第二电流扩散层13表面形成第二电极层15，例如透明电极ITO，得到图12所示的LED发光器件。

当然，第一电流扩散层12也可以为N型半导体层，制备过程可参阅上述实施方式，此处不再一一作图详细说明过程。

在一个实施方式中，请参阅图15，图15为本申请LED发光器件另一实施方式的结构示意图，在图1所示结构的基础上，本实施方式中LED发光器件还包括挡光件500，位于相邻电极单元141之间的位置。如前所述，每个电极单元141对应的发光单元的发光均可独立控制，但是相邻发光单元之间可能出现光串扰现象，影响显示效果。挡光件500具有高反射性表面，可将要射入相邻发光单元区域的光线反射回当前发光单元区域内，从而改善光串扰现象，提高显示效果。

其中，挡光件500的材质可以直接由高反射性金属形成，也可以先形成绝缘透明介质层，再镀高反射性金属覆盖介质层的表面。挡光件500的形状可以为矩形、梯形、三角形等，改善光串扰的同时还可以调节出光角度。图15示意性画出其中一种情况。

进一步地，请继续参阅图15，本申请LED发光器件还包括调节件600，位于相邻挡光件500之间的位置，即对应每个发光单元设置，具体可采用SU8材料(一种负性环氧光刻胶)形成透镜，能够改善每个像素的出光角度，增加出光效率。

当然，上述挡光件500和调节件600也可设置于图2、图3、图4和图12所示LED发光器件上，实现改善光串扰现象，提高显示效果，改善出光角度，增加出光效率等目的，此处不再作图说明。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。