阅读说明：本技术 微型发光二极管晶粒及微型发光二极管晶圆 (Micro light-emitting diode crystal grain and micro light-emitting diode wafer ) 是由 陈奕静 李玉柱 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种微型发光二极管晶粒及微型发光二极管晶圆。微型发光二极管晶粒,包括发光层、第一型半导体层以及第二型半导体层。发光层包括金属元素以及多个非磊晶介质。非磊晶介质彼此分离以分散金属元素。任两相邻的非磊晶介质之间的水平距离小于100纳米。第一型半导体层配置于发光层的一侧上。第二型半导体层配置于发光层的另一侧上。本发明的微型发光二极管晶粒,其可通过非磊晶介质的配置来控制金属元素的聚集程度。本发明的微型发光二极管晶圆,其同时具有不同色光的发光层,于切割后可具有较佳的产能。(The invention provides a micro light-emitting diode crystal grain and a micro light-emitting diode wafer. The micro light emitting diode grain comprises a light emitting layer, a first type semiconductor layer and a second type semiconductor layer. The light-emitting layer includes a metal element and a plurality of non-epitaxial media. The non-epitaxial media are separated from each other to disperse the metal element. The horizontal distance between any two adjacent non-epitaxial media is less than 100 nanometers. The first type semiconductor layer is disposed on one side of the light emitting layer. The second type semiconductor layer is configured on the other side of the luminous layer. The micro light-emitting diode grain can control the aggregation degree of the metal elements through the configuration of the non-epitaxial medium. The micro light-emitting diode wafer has the light-emitting layers with different colors, and has better productivity after being cut.)

微型发光二极管晶粒及微型发光二极管晶圆

技术领域

本发明涉及一种发光二极管结构，尤其涉及一种微型发光二极管晶粒及微型发光二极管晶圆。

背景技术

在现有技术中，发光层多半采用多重量子井的设计。发光层中的量子井层的材料通常为氮化铟镓(InGaN)，而发光层中的阻障层的材料通常为氮化镓(GaN)。当量子井层的铟掺杂浓度越高时，发光层所发出的光线的波长便越长。反之，当量子井层的铟掺杂浓度越低时，发光层所发出的光线的波长则越短。所以，在制作发光二极管时，可利用调控量子井层中的铟掺杂浓度，以使发光层能够发出如蓝光或绿光等光线。因此，如何调控量子井层中的铟掺杂浓度已成为目前所需研究的重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种微型发光二极管晶粒，其可通过非磊晶介质的配置来控制金属元素的聚集程度。

本发明提供一种微型发光二极管晶圆，其同时具有不同色光的发光层，于切割后可具有较佳的产能。

本发明的微型发光二极管晶粒，包括发光层、第一型半导体层以及第二型半导体层。发光层包括金属元素以及多个非磊晶介质。非磊晶介质彼此分离以分散金属元素。任两相邻的非磊晶介质之间的水平距离小于100纳米。第一型半导体层配置于发光层的一侧上。第二型半导体层配置于发光层的另一侧上。

在本发明的一实施例中，上述的非磊晶介质的材质包括二氧化硅、氮化硅或金属氧化物，且非磊晶介质为多个绝缘图案。

在本发明的一实施例中，上述以剖面观之，绝缘图案的形状包括矩形、半圆形、半椭圆形、梯形或上述形状的组合。

在本发明的一实施例中，上述的非磊晶介质为空气。

在本发明的一实施例中，上述的第一型半导体层为P型半导体层，第二型半导体层为N型半导体层。第二型半导体层具有多个凹槽，且凹槽分别对于非磊晶介质。

在本发明的一实施例中，上述的每一凹槽具有粗糙表面。

在本发明的一实施例中，上述的金属元素为铟。

在本发明的一实施例中，上述的发光层的化学式为In_xGa_1-xN，且x介于0.23至0.31之间，或者是，x介于0.38至0.44之间。

本发明的微型发光二极管晶圆，包括发光层、第一型半导体层以及第二型半导体层。发光层包括金属元素以及多个非磊晶介质。非磊晶介质彼此分离以分散金属元素。相邻的第一单位面积与第二单位面积中，于第一单位面积内的非磊晶介质呈等间距排列，且相邻两非磊晶介质于第一单位面积内具有第一间距。于第二单位面积内的非磊晶介质呈等间距排列，且相邻两非磊晶介质于第二单位面积内具有第二间距，且第二间距大于第一间距。任两相邻的非磊晶介质之间的水平距离小于100纳米。第一型半导体层配置于发光层的一侧上。第二型半导体层配置于发光层的另一侧上。

在本发明的一实施例中，上述的发光层于第一单位面积内产生蓝光，而发光层于第二单位面积内产生绿光。

在本发明的一实施例中，上述的非磊晶介质的材质包括二氧化硅、氮化硅或金属氧化物，且非磊晶介质为多个绝缘图案。

在本发明的一实施例中，上述以剖面观之，绝缘图案的形状包括矩形、半圆形、半椭圆形、梯形或上述形状的组合。

在本发明的一实施例中，上述的非磊晶介质为空气。

在本发明的一实施例中，上述的第一型半导体层为P型半导体层，第二型半导体层为N型半导体层。第二型半导体层具有多个凹槽，且凹槽分别对于非磊晶介质。

在本发明的一实施例中，上述的每一凹槽具有粗糙表面。

在本发明的一实施例中，上述的金属元素为铟。

在本发明的一实施例中，上述的发光层的化学式为In_xGa_1-xN，且x介于0.23至0.31之间以及x介于0.38至0.44之间。

基于上述，在本发明的微型发光二极管晶粒的设计中，发光层包括金属元素与非磊晶介质，其中非磊晶介质彼此分离以分散金属元素，且任两相邻的非磊晶介质之间的水平距离小于100纳米。通过非磊晶介质的设置来控制金属元素的聚集程度，藉此调变发光层所发出的色光。此外，在本发明的微型发光二极管晶圆中，非磊晶介质在不同单面积内具有不同的间距，因此可使得发光层可同时具有不同色光。故，切割微型发光二极管晶圆后，即可同时得到不同色光的微型发光二极管晶粒，可具有较佳的产能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶粒的局部俯视示意图；

图1B是图1A的微型发光二极管晶粒的剖面示意图；

图2A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图；

图2B是本发明的另一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图；

图2C是本发明的又一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图；

图3A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶圆的俯视示意图；

图3B是图3A的微型发光二极管晶圆的剖面示意图。

附图标记说明

10：晶圆

100a、100b、100c、100d、100e1、100e2：微型发光二极管晶粒

110a、110b、110c、110d、110e：发光层

111：一侧

112：量子井层

113：另一侧

114a、114b、114c、114d、114e：非磊晶介质

115a、115b、115c、115e：绝缘图案

120：第一型半导体层

130、130d：第二型半导体层

132：凹槽

133：粗糙表面

140：第一型电极

150：第二型电极

160：绝缘保护层

A1：第一单位面积

A2：第二单位面积

H：水平距离

P1：第一间距

P2：第二间距

具体实施方式

图1A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶粒的局部俯视示意图。图1B是图1A的微型发光二极管晶粒的剖面示意图。请同时参考图1A与图1B，微型发光二极管晶粒100a包括发光层110a、第一型半导体层120以及第二型半导体层130。第一型半导体层120配置于发光层110a的一侧111上，而第二型半导体层130配置于发光层110a的另一侧113上。意即，第一型半导体层120与第二型半导体层130分别配置于发光层110a的相对两侧上。此处，第一型半导体层120例如为P型半导体层，且第二型半导体层130例如为N型半导体层。

详细来说，本实施例的发光层110a包括量子井层112以及多个非磊晶介质114a，其中量子井层具有金属元素。非磊晶介质114a彼此分离以分散金属元素并控制金属元素的聚集程度。较佳地，任两相邻的非磊晶介质114a之间的水平距离H小于100纳米。此处，发光层110a的化学式为In_xGa_1-xN，其中x代表元素的摩尔分律，且x介于0.23至0.31之间，或者是，x介于0.38至0.44之间，而金属元素为铟。当x介于0.23至0.31之间时，发光层110a可发出蓝光；而当x介于0.38至0.44之间时，发光层110a可发出绿光。

特别是，本实施例的非磊晶介质114a的材质例如是二氧化硅、氮化硅或金属氧化物，且非磊晶介质114a为多个绝缘图案115a。如图1A所示，以俯视观之，绝缘图案115a呈条状且排列成格子状，但不以此为限。另一方面，如图1B所示，以剖面观之，绝缘图案115a呈等间距(即水平距离H)排列，且绝缘图案115a的形状例如是矩形。绝缘图案115a设置的目的在于分散金属元素，以控制金属元素的聚集程度，而金属元素聚集的程度会影响发光层110a所发出的光线波长。

举例来说，当任两相邻的绝缘图案115a彼此之间间距越大时，发光层110a中的金属元素聚集越多(即所占据的范围大)，而发光层110a可发出绿光。反言之，当任两相邻的绝缘图案115a彼此之间间距越小时，发光层110a中的金属元素聚集越少(即所占据的范围小)，而发光层110a可发出蓝光。也就是说，可通过绝缘图案115a设置来控制晶圆上的波长均匀度，甚至来调变发光层340中的金属元素的聚集程度，藉此磊晶出至少一种色光的微型发光二极管晶粒100a。

详细而言，在本实施例是先磊晶出第二型半导体层130后，于第二型半导体层130表现制作出绝缘图案115a。接着，再进行发光层110a、第一型半导体层120的磊晶制程，并形成相对平坦的第一型半导体层120的表面。然后，再制作绝缘保护层(passivation layer)160、电极层(electrode)(即包括第一型电极140与第二型电极150)等等后续制程。

简言之，在本实施例的微型发光二极管晶粒100a的设计中，发光层110a包括金属元素与非磊晶介质114a，其中非磊晶介质114a彼此分离以分散金属元素，且任两相邻的非磊晶介质114a之间的水平距离H小于100纳米。通过非磊晶介质114a的设置来控制金属元素的聚集程度，藉此调变发光层110a所发出的色光。

在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。

图2A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图。请同时参考图1B以及图2A，本实施例的微型发光二极管晶粒100b与图1B的微型发光二极管晶粒100a相似，两者的差异在于：本实施例的发光层110b的非磊晶介质114b包括多个绝缘图案115b，且以剖面观之，绝缘图案115b的形状具体化为正梯形。

图2B是本发明的另一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图。请同时参考图1B以及图2B，本实施例的微型发光二极管晶粒100c与图1B的微型发光二极管晶粒100a相似，两者的差异在于：本实施例的发光层110c的非磊晶介质114c包括多个绝缘图案115c，且以剖面观之，绝缘图案115c的形状具体化为半椭圆形。

值得一提的是，于其他未示出的实施例中，以剖面观之，绝缘图案的形状亦可为半圆形，或者是，矩形、半圆形、半椭圆形或梯形中任两种形状的组合，此仍属于本发明所欲保护的范围。

图2C是本发明的又一实施例的一种微型发光二极管晶粒的剖面示意图。请同时参考图1B以及图2C，本实施例的微型发光二极管晶粒100d与图1B的微型发光二极管晶粒100a相似，两者的差异在于：本实施例的发光层110d的非磊晶介质114d具体化为空气。详细来说，本实施例的第二型半导体层130d具有多个凹槽132，且凹槽132分别对于非磊晶介质114d。此处，每一凹槽132具有粗糙表面133，而凹槽132例如是通过激光烧蚀所形成，使得磊晶层表面造成晶格的破坏导致后续发光层在此处无法顺利成膜，但不以此为限。

由于本实施例的第二型导体层130d具有凹槽132的设计，因此在磊晶的过程中，发光层110d不易在凹槽132处磊晶成膜，而使得发光层110d对应凹槽处形成空气间隙(即非磊晶介质114d)。换言之，通过凹槽132的设置，亦可控制金属元素的聚集程度，藉此调变发光层110d所发出的色光。

图3A是本发明的一实施例的一种微型发光二极管晶圆的俯视示意图。图3B是图3A的微型发光二极管晶圆的剖面示意图。请同时参考图3A以及图3B，本实施例的微型发光二极管晶圆10的发光层110e的非磊晶介质114e包括多个不等间距的绝缘图案115e，且以剖面观之，绝缘图案115e的形状具体化为矩形。进一步来说，于相邻的第一单位面积A1与第二单位面积A2中，于第一单位面积A1内的非磊晶介质114e呈等间距排列，且相邻两非磊晶介质114e于第一单位面积A1内具有第一间距P1。于第二单位面积A2内的非磊晶介质114e呈等间距排列，且相邻两非磊晶介质114e于第二单位面积A2内具有第二间距P2。特别是，第二间距P2大于第一间距P1。

此处，发光层110e的化学式为In_xGa_1-xN，其中x代表元素的摩尔分律，且x介于0.23至0.31之间以及x介于0.38至0.44之间，而金属元素为铟。在第一单位面积A1内，x介于0.23至0.31之间，因此发光层110e于第一单位面积A1内可产生蓝光。在第二单位面积A2内，x介于0.38至0.44之间，因此发光层110e于第二单位面积A2内可产生绿光。当然，于其他未示出的实施例中，发光层的化学式为In_xGa_1-xN，其中x代表元素之摩尔分律，且x可介于0.23至0.31之间，或者是，x可介于0.38至0.44之间，此仍属于本发明所欲保护的范围。

在本实施例中，是先制作整层发光层110e。接着，再利用图案化定义出不同间距的量子井层112。仅接着，利用退火制程使得铟元素在第一单位面积A1与第二单位面积A2中具有不同的浓度与聚集程度，而形成不同发光波长的发光层110e。

简言之，本实例的微型发光二极管晶圆10可同时磊晶出蓝光与绿光的发光层110e，因此于后续切割程序后，可切割出蓝光发光二极管晶粒100e1与绿光发光二极管晶粒100e2，具有较佳的产能。

综上所述，在本发明的微型发光二极管晶粒的设计中，发光层包括金属元素与非磊晶介质，其中非磊晶介质彼此分离以分散金属元素，且任两相邻的非磊晶介质之间的水平距离小于100纳米。通过非磊晶介质(如二氧化硅的绝缘块或空气)的设置来控制金属元素的聚集程度，藉此调变发光层所发出的色光。此外，在本发明的微型发光二极管晶圆中，非磊晶介质在不同单面积内具有不同的间距，因此可使得发光层可同时具有不同色光。故，切割微型发光二极管晶圆后，即可同时得到不同色光的微型发光二极管晶粒，可具有较佳的产能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。