[发明专利]发光二极管阵列

说明书

一种制造发光二极管(LED)阵列的方法，包括：形成三族氮化物材料的半导体层(100)；在半导体层上形成介电掩模层(104)，该介电掩模层具有穿过其的孔(106)的阵列，每个孔使半导体层的一区域暴露；以及在每个孔中生长LED结构(108)。孔的阵列包括均具有第一截面面积的第一组孔(106a)和均具有不同于第一截面面积的第二截面面积的第二组孔(106b)。

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)阵列以及制造LED阵列的方法。具体地，其涉及微米尺度的LED阵列。

背景技术

对智能手表、智能电话、电视和AR/VR装置的更明亮、增强的分辨率和功率更高效的显示面板的需求日益增长，该日益增长的需求驱动微型显示技术的发展，其中直径在＜100μm尺度上的微型LED(μLED)是关键部件。与有机发光二极管(OLED)和液晶显示器(LCD)相比，三族氮化物(Group III-nitride)μLED展示出用于显示器应用的许多独特特征，例如在以下内容中描述的：Z.Y.Fan、J.Y.Lin和H.X.Jiang，J.Phys.D：应用物理快报(Appl.Phys.)41，094001(2008)；H.X.Jiang和J.Y.Lin，光学快报(Optical Express)21，A476(2013)；以及J.Day、J.Li、D.Y.C.Lie、C.Bradford、J.Y.Lin和H.X.Jiang，应用物理快报(Appl.Phys.Lett)99，031116(2011)。与LCD不同，其中μLED是主要部件的基于三族氮化物的微型显示器是自发光的。使用μLED的显示器展示出高分辨率、高效率和高对比度。OLED通常在比半导体LED低几个数量级的电流密度下操作以保持合理的寿命。因此，OLED的亮度相当低，对于全色显示器通常为3000cd/m²，而三族氮化物μLED展示出高于10⁵cd/m²的高亮度。当然，与OLED相比，基于三族氮化物的μLED本质地展示出长的操作寿命和化学稳健性。因此，期望的是，在不久的将来，在宽范围的应用中，三族氮化物μLED可以潜在地代替LCD和OLED用于高分辨率和高亮度显示。

两种主要的方法主导微型显示器的制造。已经提出了所谓的拾取和放置技术来制造微型显示器(Vincent W.Lee、Nancy Twu和Ioannis Kymissis，信息显示(InformationDisplay)6/16(2016))。拾取和放置技术的主要挑战是由于像素(即，来自不同晶片的红色、蓝色、绿色微型LED)转移产率(transfer yield)。还显著增加构建微型显示器的基础材料成本或制造时间，因此在再现性和可扩展性方面提出了巨大的挑战。对于智能手表、智能电话、电视和AR/VR装置特别重要的高分辨率微型显示器需要具有较小直径和较小节距(如＜10μm)的μLED，这对拾取和放置技术来说是困难的。在这种情况下，已经采用了微型LED阵列与提供激活矩阵切换的晶体管阵列的直接集成(H.X.Zhang、D.Massoubre、J.McKendry、Z.Gong、B.Guilhabert、C.Griffin、E.Gu、P.E.Jessop、J.M.Girkin和M.D.Dawson，光学快报(Optics Express)16，9918–9926(2008)；Z.J.Liu、W.C.Chong、K.M.Wong和K.M.Lau，J.显示技术(J.Display Tech)9，678–682(2013)；以及C.W.Sun、C.H.Chao、H.Y.Chen、Y.H.Chiu、W.Y.Yeh、M.H.Wu、H.H.Yen和C.C.Liang，技术论文的SID文摘(SID Digest of TechnicalPapers)，1042–1045(2011))。然而，这种方法具有如GB1816455.8中所描述的多个主要缺点。此外，由于在生产单个多色晶片上的基本挑战，这种基于微型LED的显示器基于单一颜色或下转换材料的使用。利用后者，可以实现多色发射，但是其由于下转换过程而遭受能量损失、额外成本、以及在精确定位直径必须小于微型LED的下转换材料上的挑战和下转换材料的可靠性问题。因此，图像质量和光学效率都不是令人满意的，这对于实际应用而言将是非常困难的。