[发明专利]用于自对准光刻胶图案化的像素化发光二极管

说明书

一种光源包括光发射器阵列，其中至少一些光发射器具有中心图案化表面和未图案化边界；位于光发射器阵列中的每一个之间的阻光金属层；以及位于光发射器阵列中的每一个上的下转换器材料。

技术领域

本公开总体上涉及微型发光二极管（LED）照明系统。在某些实施例中，自对准光刻胶图案化用于创建减少LED像素之间的光学串扰的特征。

背景技术

发光二极管（LED）已广泛用于车辆头灯，道路照明，灯具，以及各种需要高发光功效、长寿命、和光方向和强度的良好可控性的应用。在一些应用中，通过提供包括多个像素的LED光源，可以改善照明或者实现新的照明应用，所述多个像素可以被自适应地编程以发射限定强度的光。这种LED像素阵列通常可以受益于较小的像素大小、较大的像素数量、和较大的像素密度。

能够在可见光谱范围内工作的高强度/亮度发光器件包括III-V族半导体——尤其是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金——也称为III族-氮化物材料。通常，III族-氮化物发光器件是通过金属-有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在生长衬底（诸如蓝宝石、碳化硅、III族-氮化物、或其他合适的衬底）上外延生长不同组分和掺杂浓度的半导体层的叠层来制备的。蓝宝石由于其广泛的商业可用性和相对容易的使用，经常被用作生长衬底。生长在生长衬底上的叠层通常包括形成在衬底之上的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在一个或多个n型层之上的发光或有源区、以及形成在有源区之上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。

不幸的是，简单地减小像素大小和增加像素密度可以导致问题。由于来自LED和相关联磷光体的光在所有方向上发射，因此可能难以防止一个LED像素的光发射与像素阵列的另一LED像素的光发射重叠，从而降低LED像素阵列的有效分辨率或造成被照射区域的不希望的像素照明重叠。这对于在像素阵列中具有分隔的LED光发射器但仍然使用单个磷光体层的设计来说尤其如此。

最小化像素阵列中LED像素之间的光学串扰的一种解决方案是具有多个分隔的磷光体，每个磷光体通过使用常规光刻胶图案化和磷光体沉积与离散像素相关联。不幸的是，当考虑LED像素阵列的晶片级加工和管芯到晶片附接的精度限制时，每个LED管芯在晶片上将具有稍微不同的取向。对于小且高密度的微型LED阵列，这种管芯到管芯的变化可以与光刻胶图案的临界尺寸相比较。将掩模与每个管芯精确对准是耗时的，增加了成本，并且减小了并行晶片级加工的优势。

发明内容

本文提供了光源以及制造光源的方法。光发射器（例如像素）包括中心图案化表面和未图案化边界，以便于制造光源的自对准无掩模方法。

在第一方面中，一种光源，包括阵列，该阵列包括：多个光发射器。每个光发射器包括具有第一和第二表面的半导体层。半导体层可以包括III族-氮化物材料。在一个或多个实施例中，半导体层包括GaN。在一个或多个实施例中，半导体层包括包含n型层、发光区和p型层的叠层。至少一部分光发射器的第一表面包括：中心图案化表面和未图案化边界。在一个或多个实施例中，未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。每个光发射器还包括在半导体层上的下转换器材料，例如磷光体材料。该阵列还包括位于每个光发射器之间的阻光金属和位于光发射器阵列中的每一个上的下转换器材料。下转换器材料（例如磷光体层）可以位于自对准腔内，该自对准腔部分地通过将光从光发射器阵列中的至少一些发射到正性光刻胶中并去除暴露的光刻胶来限定。在实施例中，在中心图案化表面上存在下转换器材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在下转换器材料。

在一个实施例中，每个光发射器包括在5微米和500微米的范围内的最小宽度。光发射器可以由至少部分粗糙化或图案化的GaN形成，该GaN通过在先前图案化和去除的蓝宝石或其他衬底上直接蚀刻或生长而形成。在一个或多个实施例中，发光材料包括GaN。

在一个实施例中，每个光发射器可以支撑高度小于5微米的阻光金属层。在一些实施例中，阻光层可以是电镀铝或其他反射金属。金属沉积可以在光发射器阵列的离散像素上的下转换器材料（例如磷光体材料）的沉积之前或之后发生。