[发明专利]具有高密度纹理的发光二极管器件

说明书

发光二极管（LED）器件包括：图案化衬底，包括衬底主体、从衬底主体突出的多个整体特征、以及由多个整体特征之间的空间限定的基底表面；选择性层，包括位于整体特征的表面上的介电材料，其中在基底表面上不存在选择性层；以及III族氮化物层，包括在选择性层和基底表面上的III族氮化物材料。

技术领域

本公开的实施例一般涉及发光二极管（LED）器件及其制造方法。更特别地，本公开的实施例涉及具有高密度纹理的LED器件和用于选择性地将介电材料沉积到图案化衬底上并在其中外延生长III族氮化物层的方法。

背景技术

发光二极管（LED）是一种半导体光源，当电流流过它时，其发射可见光。发光二极管组合了P型半导体和N型半导体。LED通常使用III族化合物半导体。III族化合物半导体在比使用其他半导体的器件更高的温度下提供稳定的操作。III族化合物通常形成在由蓝宝石或碳化硅（SiC）形成的衬底上。

基于图案化蓝宝石衬底（PSS）LED的直射光发射器因其固有的几何特征而具有低亮度水平和宽角度发射图案（光从芯片的5个侧面发射，包括四个侧表面）。这些限制可以通过使用侧面涂层材料来减轻，以防止光从芯片侧面逸出，并强制光仅从顶部衬底表面发射。然而，侧涂层材料显著降低了光提取效率（ExE），尤其是在无穹顶发射器中，因为侧涂层增加了管芯中的光捕获，并且其本身不是100%反射的。

当在发光二极管（LED）器件的衬底（例如蓝宝石衬底（PSS））上外延生长III族氮化物材料（诸如GaN）时，由于相对小的临界角（约45度），大多数发射的光子被捕获在器件内部，用于GaN/蓝宝石界面处的全内反射。在生长外延之前，将3D特征的图案蚀刻到蓝宝石衬底中，与未图案化的界面相比，通过允许具有更宽入射角范围的光子穿过图案化的GaN/蓝宝石界面，可以提高LED效率。这种图案化的蓝宝石衬底（PSS）广泛用于工业中，但是现有技术基于PSS的LED的最大效率仍然受到图案几何形状优化中固有的折衷的限制。一方面，3D特征应该尽可能紧密地封装在一起，以最大化从GaN到蓝宝石中的光外耦合，而另一方面，如果3D特征封装得太紧密，则在PSS上生长具有光滑表面的连续GaN层变得困难。此外，图案特征之间相对大的距离会限制衍射，并因此限制光的外耦合效率。PSS的其他限制包括从蓝宝石侧看的广角的发射和有限的反射。例如，3D特征产生侧面发射，这限制了结合LED作为其光源的光学系统的亮度和效率；并且来自涂覆到蓝宝石上的磷光体层的背反射光将被透射到GaN epi反射镜和背反射镜中，并因此被部分吸收。

与特征尺寸为100微米和更大的LED相比，随着LED的特征尺寸减小至100微米以下以形成微型LED（uLED），与光提取效率相关联的挑战变得更加突出。

需要具有高密度纹理的发光二极管（LED）器件（尤其是uLED）及其制造方法。

发明内容

本文中的器件为具有高密度纹理的发光二极管（LED）器件，尤其是uLED。

本公开的一个或多个方面针对发光二极管（LED）器件。在一实施例中，一种发光二极管（LED）器件包括：图案化衬底，该图案化衬底包括衬底主体、从衬底主体突出的多个整体特征、以及由多个整体特征之间的空间限定的基底表面；选择性层，包括位于整体特征的表面上的介电材料，其中在基底表面上不存在选择性层；以及III族氮化物层，包括在选择性层和基底表面上的III族氮化物材料。在一个或多个实施例中，图案化衬底的阵列间距大于或等于50 nm至小于或等于3.5微米。在一个或多个实施例中，LED是具有小于100微米的一个或多个特征尺寸（例如，高度、宽度、深度、厚度等尺寸）的uLED。

选择性层可以位于整体特征的表面的所有部分上。在一个或多个实施例中，选择性层位于整体特征的表面的所有部分上。

选择性层的不存在可以针对基底表面的所有部分。在一个或多个实施例中，选择性层是针对基底表面的所有部分。