光通信的发光二极管及其制备方法和发光阵列与流程

本公开涉及光电子制造，特别涉及一种光通信的发光二极管及其制备方法和发光阵列。

背景技术：

1、光模块（光收发一体模块）是光纤通信系统中的核心器件。光模块包括光发射组件和光接收组件，光发射组件和光接收组件均通过各自光接口与光纤接续。光发射组件实现电转光，光发射组件包括发光阵列及控制芯片，控制芯片产生并调制电信号以驱动发光阵列，生成光信号；光接收组件结构用于将光纤来光信号转为电信号并放大。

2、相关技术中，发光阵列通常包括多个阵列排布的微型发光二极管（micro lightemitting diode，micro led），各micro led芯粒与互补式金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor，cmos）驱动基板电连接。借助数百个并行低速光通道，发光阵列采用宽而慢的并行架构实现光互连，以极低单通道功耗换取系统级高带宽与低能耗。

3、对于倒装micro led芯粒，通过焊盘直接与驱动基板键合。当大量micro led芯粒在驱动基板上共封装时，相邻焊盘间距被压缩至微米级，容易形成寄生电容，影响单芯片带宽，进而降低传输速率。

技术实现思路

1、本公开实施例提供了一种光通信的发光二极管及其制备方法和发光阵列，能改善发光二极管封装后焊盘间易形成寄生电容的问题。所述技术方案如下：

2、本公开实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括：外延层、第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔排布在所述外延层的第一表面上，且分别与所述外延层的不同导电类型的半导体层电性连接，所述第一电极和所述第二电极分别位于所述第一表面上相距最远的两个区域内；所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述第一表面的方向上的横截面中，距所述外延层较远的截面的宽度大于距所述外延层较近的截面的宽度。

3、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述第一电极和所述第二电极均包括第一柱状段和第二柱状段，所述第一柱状段和所述第二柱状段同轴相连，所述第一柱状段的宽度小于所述第二柱状段的宽度，所述第一柱状段的远离所述第二柱状段的一端与所述外延层相连。

4、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述发光二极管还包括介质层，所述介质层位于所述外延层的第一表面所在侧，且位于所述第一电极和所述第二电极之间，所述介质层内设有多个间隔排布的空气腔。

5、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述空气腔的最大宽度为1nm至100nm。

6、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述外延层的第一表面具有第一凹槽，所述第一电极位于所述第一凹槽内，所述第二电极位于所述第一凹槽外，所述第一电极的远离所述外延层的端面与所述第二电极的远离所述外延层的端面平齐。

7、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述发光二极管还包括第一绝缘层和透明导电层；所述透明导电层位于所述第一表面且位于所述第一凹槽外，所述第一绝缘层位于所述第一表面和所述第一凹槽内，且覆盖所述透明导电层，所述第一绝缘层具有分别露出所述透明导电层和所述第一凹槽的槽底的过孔；所述第一电极和所述第二电极均位于所述第一绝缘层的远离所述外延层的表面上，所述第一电极通过过孔与所述第一凹槽露出的半导体层电性连接，所述第二电极通过过孔与所述透明导电层电性连接。

8、在本公开实施例的另一种实现方式中，所述发光二极管还包括第一绝缘层和透明导电层；所述外延层的第一表面具有间隔排布的第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的槽深与所述第二凹槽的槽深相同；所述第一绝缘层位于所述第一表面、第一凹槽和第二凹槽内，所述第一绝缘层具有分别露出所述第一表面和所述第一凹槽的槽底的过孔，所述透明导电层位于所述第一绝缘层的远离所述外延层的表面和所述第二凹槽内，所述透明导电层通过过孔与所述第一表面相连；所述第一电极位于所述第一凹槽内，且通过过孔与所述第一凹槽露出的半导体层电性连接，所述第二电极位于所述第二凹槽内，且位于所述透明导电层的远离所述外延层的表面上。

9、本公开实施例提供了一种发光阵列，所述发光阵列包括基板和如前文所述发光二极管，所述发光二极管阵列排布在所述基板上。

10、本公开实施例提供了一种发光阵列，各所述发光二极管在所述基板上的正投影呈矩形，且所述第一电极和所述第二电极分别位于呈矩形的正投影的两个对角处；沿所述基板的行方向，同一行内的各所述发光二极管中，所述第一电极和所述第二电极所在的对角位置相同；相邻两行所述发光二极管中，所述第一电极和所述第二电极所在的对角位置相反，且相邻两行所述发光二极管在行方向上交错排布。

11、本公开实施例提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上形成外延层；在所述外延层的第一表面上形成间隔排布的第一电极和第二电极，且所述第一电极和所述第二电极分别与所述外延层的不同导电类型的半导体层电性连接，所述第一电极和所述第二电极分别位于所述第一表面上相距最远的两个区域内，所述第一电极和所述第二电极在垂直于所述第一表面的方向上的横截面中，距所述外延层较远的截面的宽度大于距所述外延层较近的截面的宽度。

12、本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

13、本公开实施例提供的发光二极管将第一电极和第二电极分别设置在外延层第一表面上相距最远的两个区域内，使得同一发光二极管内两金属电极之间沿第一表面的距离被最大化。在几颗至几百颗、甚至更多数量micro led芯粒共封装、相邻焊盘间距被压缩至微米级的场景下，两电极间距越大，其间的寄生电容c越小；而寄生电容的减小直接削弱了对芯粒单通道带宽的制约，从而减轻了对传输速率的折损，有助于在宽而慢的并行光互连架构下维持系统级高带宽与低能耗。

14、并且，第一电极和第二电极在垂直于第一表面的方向上呈变截面结构，即距外延层较远的截面宽度大于距外延层较近的截面宽度。在与驱动基板电连接的一侧（距外延层较远），电极截面宽度较大，电连接面积相应增大，有利于提高电极与驱动基板的键合强度和互连可靠性，降低共封装过程中的键合失效风险；在与芯粒外延层连接的一侧（距外延层较近），电极截面宽度较小，金属连接表面积收窄，使得相邻电极之间的间距可进一步压缩，从而进一步降低相邻电极间的寄生电容。因此，上述变截面电极结构在保障共封装工艺可靠性的同时优化了芯粒的高频带宽性能。

1.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括：外延层（10）、第一电极（21）和第二电极（22），所述第一电极（21）和所述第二电极（22）间隔排布在所述外延层（10）的第一表面（101）上，且分别与所述外延层（10）的不同导电类型的半导体层电性连接，所述第一电极（21）和所述第二电极（22）分别位于所述第一表面（101）上相距最远的两个区域内；

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一电极（21）和所述第二电极（22）均包括第一柱状段（201）和第二柱状段（202），所述第一柱状段（201）和所述第二柱状段（202）同轴相连，所述第一柱状段（201）的宽度小于所述第二柱状段（202）的宽度，所述第一柱状段（201）的远离所述第二柱状段（202）的一端与所述外延层（10）相连。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括介质层（30），所述介质层（30）位于所述外延层（10）的第一表面（101）所在侧，且位于所述第一电极（21）和所述第二电极（22）之间，所述介质层（30）内设有多个间隔排布的空气腔（31）。

4.根据权利要求3所述的发光二极管，其特征在于，所述空气腔（31）的最大宽度为1nm至100nm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述外延层（10）的第一表面（101）具有第一凹槽（11），所述第一电极（21）位于所述第一凹槽（11）内，所述第二电极（22）位于所述第一凹槽（11）外，所述第一电极（21）的远离所述外延层（10）的端面与所述第二电极（22）的远离所述外延层（10）的端面平齐。

6.根据权利要求5所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括第一绝缘层（41）和透明导电层（50）；

7.根据权利要求1至4任一项所述的发光二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括第一绝缘层（41）和透明导电层（50）；

8.一种发光阵列，其特征在于，所述发光阵列包括基板（70）和如权利要求1至7任一项所述发光二极管，所述发光二极管（80）阵列排布在所述基板（70）上。

9.根据权利要求8所述的发光阵列，其特征在于，各所述发光二极管在所述基板（70）上的正投影呈矩形，且所述第一电极（21）和所述第二电极（22）分别位于呈矩形的正投影的两个对角处；

10.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：