用于增强电流扩散的具有带有导电层的透明基板的LED阵列的制作方法

用于增强电流扩散的具有带有导电层的透明基板的led阵列
1.背景
2.本公开涉及led组件的结构和操作，特别涉及倒装芯片(flip-chip)型led组件，以及用于制造led组件的方法。
3.显示设备通常在虚拟现实(vr)或增强现实(ar)系统中用作头戴式显示器或近眼显示器。在一些显示设备中，由led组件生成的光在显示周期内投射到图像场的位置以形成图像。倒装芯片型led组件可以包括led阵列，每个led具有相应的p型触点，但共享一个或更多个n型触点。每个像素的电阻将取决于它离n型触点有多远。这会在离n型触点近的led和离n型触点远的led之间产生大的电压差。
4.概述
5.本文描述的实施例总体上涉及具有led阵列的led组件(例如，倒装芯片型led组件)。阵列的一些led将位于靠近n型触点的地方，而一些led将位于远离n型触点的地方。这可能导致电流拥挤(current crowding)，因为电流必须从n型触点通过基板扩散到led阵列的每个led，诱发远离n型触点的led的更高电压。为了减少电流拥挤，具有导电材料(例如，导电氧化物)的电流扩散层可以形成在led组件的基板的表面上，以便更均匀地扩散通过led组件的电流，并减小距离阵列的n型触点最近和最远的led之间的电压差。根据一些实施例，电流扩散层可以是连续的层或被图案化，例如以增加从阵列的led中的光提取。
6.在一些实施例中，公开了一种led组件。该led组件包括基板、设置在基板的第一表面上的led阵列，阵列的每个led具有对应的第一触点、在基板的第一表面上形成的第二触点，每个led被配置使得当电流从第一触点流向第二触点时，led将发光。led组件还可以包括形成在基板的第二表面上的电流扩散层。在一些实施例中，基板的第二表面与基板的第一表面相对。
7.在一些实施例中，基板包括具有n型层、发光材料和p型层的外延(epitaxial)led结构。led组件包括在n型层的第一表面上或在n型层内形成的一个或更多个n型触点以及led阵列，其中led阵列的每个led对应于p型层的第一表面上的单独的p型触点，并且被配置成当电流被施加在p型触点和一个或更多个n型触点中的至少一个之间时发光。在n型层的第二表面上形成电流扩散层，其中在led组件的操作期间，电流扩散层减小led阵列的不同led之间的电压差。
8.本公开特别涉及根据所附独立权利要求的led组件和用于制造led组件的方法。有利的实施例可以包括从属权利要求的特征。
9.因此，在一些实施例中，公开了一种led组件，包括：
10.外延led结构，其包括n型层、发光材料和p型层；
11.在n型层的第一表面上或在n型层内形成的一个或更多个n型触点；
12.led阵列，其中led阵列的每个led对应于p型层的第一表面上的单独的p型触点，并且被配置成当电流被施加在p型触点和一个或更多个n型触点中的至少一个之间时发光；以及
13.在n型层的第二表面上形成的电流扩散层，其中在led组件的操作期间，电流扩散
层减小led阵列的不同led之间的电压差。
14.在一些实施例中，led阵列的led还通过蚀刻或部分蚀刻穿过p型层、发光材料并且部分穿过n型层来限定。
15.在一些实施例中，n型材料的第二表面与n型材料的第一表面相对。
16.在一些实施例中，电流扩散层是透明的或部分透明的。在一些实施例中，电流扩散层是透明或部分透明的导电氧化物。
17.在一些实施例中，电流扩散层包括导电氧化物，诸如氧化铟锡(ito)。电流扩散层可以具有0.001欧姆cm或更小的电阻率。电流扩散层可以具有50nm或更大的厚度。
18.在一些实施例中，基板是n型半导体(即n-gan、n-gaas等)，其中生长基板被移除或部分移除。
19.在一些实施例中，led组件的第一触点是n型触点，第二触点是p型触点。led阵列可以形成显示区域的像素阵列。
20.在一些实施例中，像素由p型触点定义，而在其他实施例中，像素由p型触点以及在p型层、量子阱材料和n型层上蚀刻或部分蚀刻以进一步限制电流的台面(mesa)定义。
21.在一些实施例中，电流扩散层形成有多个开口，每个开口对应于led阵列的led。在一些实施例中，光学透射材料设置在多个开口内。在一些实施例中，设置在每个开口内的光学透射材料形成微透镜。
22.在一些实施例中，led阵列形成显示区域的像素阵列。
23.在一些实施例中，电流扩散层包括沉积到在基板的第二表面上形成的一个或更多个沟槽中的导电氧化物材料。一个或更多个沟槽可以在基板的第二表面上的对应于led阵列之间的空间的位置处形成。在一些实施例中，电流扩散层在基板层和第二基板层之间形成。在一些实施例中，电流扩散层在n型层内形成。
24.在一些实施例中，n型材料具有至少1um的厚度。
25.在一些实施例中，led阵列的led的尺寸小于10um2。
26.在一些实施例中，公开了一种用于制造led组件的方法，包括：
27.形成包括基板、n型层、发光材料和p型层的外延led结构；
28.形成led阵列，其中led阵列的每个led对应于在p型层的第一表面上形成的p型触点，并且被配置成当电流被施加在p型触点和在n型层的第一表面上或在n型层内形成的至少一个n型触点之间时发光；
29.在n型层的第二表面上形成电流扩散层，其中该电流扩散层在led组件的操作期间减小led阵列的不同led之间的电压差。
30.在该方法的一些实施例中，基板被移除或部分移除。
31.在该方法的一些实施例中，还通过蚀刻或部分蚀刻穿过p型层、发光材料并且部分穿过n型层来限定led。
32.在一些实施例中，n型材料的第二表面与n型材料的第一表面相对。
33.在一些实施例中，电流扩散层是透明的或部分透明的。在一些实施例中，电流扩散层是透明或部分透明的导电氧化物。
34.在一些实施例中，电流扩散层包括导电氧化物，诸如氧化铟锡(ito)。
35.在一些实施例中，形成电流扩散层包括：
36.在n型层的第二表面上形成一个或更多个沟槽；以及
37.将导电氧化物材料沉积到一个或更多个沟槽中以形成电流扩散层。
38.应当理解，被本文描述为适于并入led组件的本公开的实施例或用于制造led组件的方法的本公开的实施例的任何特征旨在可推广到技术上适用于本公开的任何和所有方面以及本公开的实施方式。
39.附图简述
40.图1是根据实施例的近眼显示器(ned)的透视图。
41.图2是根据实施例的图1所示的ned的护眼装置(eyewear)的横截面。
42.图3是根据实施例的显示设备的透视图。
43.图4示出了根据实施例的源组件的框图。
44.图5示出了根据相同实施例的具有多个led组件和波导的显示设备。
45.图6a示出了根据一些实施例的led组件的侧视图。
46.图6b示出了根据一些实施例的另一led组件的侧视图。
47.图7示出了根据一些实施例的具有电流扩散层的led组件的一部分的侧视图。
48.图8a-图8c是示出根据一些实施例的电流扩散层的不同性质如何影响led组件中的电压差的曲线图。
49.图9a示出了根据一些实施例的具有图案化的电流扩散层的led组件的侧横截面图。
50.图9b示出了图9a中使用的图案化的电流扩散层的正面视图。
51.图10a示出了根据一些实施例的具有图案化的电流扩散层的led组件的侧横截面图，该图案化的电流扩散层具有第二填充材料。
52.图10b示出了在图10a中使用的图案化的电流扩散层的正面视图。
53.图11a示出了根据一些实施例的具有在led组件基板的非平面表面上形成的图案化的电流扩散层的led组件的侧横截面图。
54.图11b示出了在图中11a中使用的图案化的电流扩散层的正面视图。
55.图11c示出了根据一些实施例的具有在led组件基板的非平面表面上形成的图案化的电流扩散层的另一led组件的侧横截面图。
56.图12示出了显示根据一些实施例的关于不同n型基板厚度的led组件两端的电压降的曲线图。
57.图13示出了根据一些实施例的具有多层基板的led组件的侧横截面图。
58.图14是根据一些实施例的用于制造具有电流扩散层的led组件的过程的流程图。
59.附图仅为了说明的目的而描绘本公开的实施例。
60.详细描述
61.实施例涉及一种包括led阵列的led组件，每个led对应于形成在同一基板(例如，n型基板)上的相应第一触点(例如，p型触点)并共享一个或更多个第二触点(例如，n型触点)。在一些实施例中，led组件是倒装芯片型led组件，其中n型触点和p型触点都形成在同一侧。
62.led阵列的不同led到led组件的n型触点的距离将不同。例如，led组件的n型触点可以位于led阵列的周边或边缘附近，使得阵列中心附近的led到n型触点的距离将大于阵
列边缘附近的led到n型触点的距离。这可能导致电流拥挤，因为电流必须从n型触点通过基板扩散到led阵列的每个最远的led。因此，当用期望的电流量驱动时，离n型触点更远的led可能需要更高的电压。对于背板/驱动器和集成，边缘led和中心led之间的大电压差是不希望的。在一些实施例中，为了减小阵列的不同led之间的电压差，led组件包括在基板表面上具有导电材料(例如，导电氧化物)的电流扩散层，以便减小led阵列不同位置处的led之间的电压差。
63.本发明的实施例可以包括人工现实系统或者结合人工现实系统来实现。人工现实是一种在呈现给用户之前已经以某种方式进行了调整的现实形式，其可以包括例如虚拟现实(vr)、增强现实(ar)、混合现实(mixed reality，mr)、混杂现实(hybrid reality)或其某种组合和/或衍生物。人工现实内容可以包括完全生成的内容或者与所捕获的(例如，真实世界)内容组合地生成的内容。人工现实内容可以包括视频、音频、触觉反馈、或其某种组合，且其中任何一个都可以在单个通道中或在多个通道中被呈现(例如向观看者产生三维效果的立体视频)。此外，在一些实施例中，人工现实还可以与应用、产品、附件、服务或其某种组合相关联，这些应用、产品、附件、服务或其某种组合用于例如在人工现实中创建内容和/或在人工现实中以其他方式被使用(例如在人工现实中执行活动)。提供人工现实内容的人工现实系统可以在各种平台上实现，这些平台包括连接到主计算机系统的头戴式显示器(hmd)、独立的hmd、移动设备或计算系统、或者能够向一个或更多个观看者提供人工现实内容的任何其他硬件平台。
64.近眼显示器
65.图(fig.)1是根据实施例的近眼显示器(ned)100的图示。ned 100向用户呈现媒体。由ned 100呈现的媒体的示例包括一个或更多个图像、视频、音频或其某种组合。在一些实施例中，经由外部设备(例如，扬声器和/或头戴式耳机)呈现音频，该外部设备从ned 100、控制台(未示出)或两者接收音频信息并基于音频信息呈现音频数据。ned 100可以作为vr ned操作。然而，在一些实施例中，ned 100可以被修改为也作为增强现实(ar)ned、混合现实(mr)ned或其某种组合操作。例如，在一些实施例中，ned 100可以用计算机生成的元素(例如，图像、视频、声音等)增强物理、真实世界环境的视图。
66.图1中所示的ned 100包括框架105和显示器110。框架105包括一起向用户显示媒体的一个或更多个光学元件。显示器110被配置用于使用户看到由ned 100呈现的内容。如下面结合图2讨论的，显示器110至少包括源组件，以生成图像光来将媒体呈现给用户的眼睛。源组件包括例如光源、光学系统或其某种组合。
67.图1仅是vr系统的示例。然而，在替代实施例中，图1还可以被称为头戴式显示器(hmd)。
68.图2是根据实施例的图1所示的ned 100的横截面200。横截面200示出了至少一个波导组件210。出射光瞳(exit pupil)是当用户佩戴ned 100时眼睛220在视窗区域230中所处的位置。在一些实施例中，框架105可以表示一副眼镜的框架。出于说明的目的，图2示出了与单只眼睛220和单个波导组件210相关联的横截面200，但是在未示出的替代实施例中，与图2中所示的波导组件210分离的另一个波导组件向用户的另一只眼睛220提供图像光。
69.如下面在图2中所示，波导组件210通过出射光瞳将图像光引导到眼睛220。波导组件210可以由具有一个或更多个折射率的一种或更多种材料(例如，塑料、玻璃等)组成，该
一个或更多个折射率有效地最小化ned100的重量并加宽其视场(以下简称为
‘
fov’)。在替代配置中，ned 100包括在波导组件210和眼睛220之间的一个或更多个光学元件。光学元件可以起作用(例如，校正从波导组件210发射的图像光中的像差)，以放大从波导组件210发射的图像光、从波导组件210发射的图像光的某种其他光学调整或其某种组合。光学元件的示例可以包括光圈、菲涅耳透镜、凸透镜、凹透镜、滤光片或影响图像光的任何其他合适光学元件。
70.图3示出了根据实施例的显示设备300的透视图。在一些实施例中，显示设备300是ned 100的部件(例如，波导组件210或波导组件210的一部分)。在替代实施例中，显示设备300是一些其他ned的一部分或将显示图像光引导到特定位置的另一系统。根据实施例和实施方式，显示设备300还可以被称为波导显示器和/或扫描显示器。然而，在其他实施例中，显示设备300不包括波导或扫描镜。例如，显示设备300可以包括光发射器的二维矩阵，该二维矩阵将投射光引导到图像场，诸如无扫描镜的屏幕上。在另一个实施例中，由光发射器的二维矩阵发射的图像可以在光到达波导或屏幕之前由光学组件(例如，透镜)放大。
71.对于使用波导和光学系统的特定实施例，显示设备300可以包括源组件310、输出波导320和控制器330。显示设备300可以为双眼或单眼提供图像。出于说明的目的，图3示出了与单眼220相关联的显示设备300。与显示设备300分离(或部分分离)的另一个显示设备(未示出)向用户的另一只眼睛提供图像光。在部分分离的系统中，可以在用于每只眼睛的显示设备之间共享一个或更多个部件。
72.源组件310生成图像光355。源组件310包括光源340和光学系统345。光源340是使用以矩阵排列的多个光发射器生成图像光的光学部件。光源340生成图像光，该图像光包括但不限于红色图像光、蓝色图像光、绿色图像光、红外图像光等。
73.光学系统345执行一组光学过程，包括但不限于对由光源340生成的图像光的聚焦、组合、调节和/或扫描过程。在一些实施例中，光学系统345包括组合组件、光调节组件、波导组件和/或扫描镜组件，如下面结合图4详细描述的。源组件310生成图像光355并将图像光355输出到输出波导320的耦合元件350。
74.输出波导320是将图像光输出到用户的眼睛220的光波导。输出波导320在一个或更多个耦合元件350处接收图像光355，并将接收到的输入图像光引导到一个或更多个去耦元件360。耦合元件350可以是例如衍射光栅、全息光栅、将图像光355耦合到输出波导320中的某个其他元件或其某种组合。例如，在其中耦合元件350是衍射光栅的实施例中，选择衍射光栅的节距(pitch)，使得全内反射发生，并且图像光355内部地朝向去耦元件360传播。衍射光栅的节距可以是在300nm至600nm的范围内。
75.去耦元件360将全内反射的图像光从输出波导320去耦。去耦元件360可以是例如衍射光栅、全息光栅、将图像光从输出波导320去耦出去的某种其他元件或其某种组合。例如，在去耦元件360是衍射光栅的实施例中，选择衍射光栅的节距，以使入射图像光离开输出波导320。通过改变进入耦合元件350的图像光355的取向和位置，控制从输出波导320离开的图像光的取向和位置。衍射光栅的节距可以是在300nm至600nm的范围内。
76.输出波导320可以由促进图像光355的全内反射的一种或更多种材料组成。输出波导320可以由例如硅、塑料、玻璃或聚合物或其某种组合组成。输出波导320具有相对小的形状因数。例如，输出波导320可以沿x维度大约50mm宽、沿y维度大约30mm长和沿z维度大约
0.5-1mm厚。
77.控制器330控制源组件310的成像操作。控制器330至少基于一个或更多个显示指令确定用于源组件310的成像指令。显示指令是渲染一个或更多个图像的指令。在一些实施例中，显示指令可以简单地是图像文件(例如，位图)。显示指令可以从例如vr系统的控制台(此处未示出)接收。成像指令是由源组件310使用来生成图像光355的指令。成像指令可以包括例如图像光源的类型(例如，单色、多色)、一个或更多个照明参数、一个或更多个扫描参数(例如，扫描速率、扫描设备的取向等)或其某种组合。控制器330包括为了不模糊本公开的其他方面在此处未示出的硬件、软件和/或固件的组合。
78.图4示出了根据实施例的源组件310的横截面400。控制器330向驱动电路410提供可以包括时钟信号和像素数据的成像指令。驱动电路410根据来自控制器330的成像指令调制像素数据并生成驱动信号，以驱动光源340生成光。
79.光源340可以生成空间相干或部分空间相干的图像光。光源340可以包括多个光发射器。光发射器可以是微型led(μled)、垂直腔表面发射激光器(vcsel)器件、发光二极管(led)、可调激光器和/或一些其他发光器件。在一个实施例中，光源340包括微型led的矩阵。光源340以可见波段(例如，从大约390nm至700nm)发射光。光源340根据由控制器330设置或从控制器330接收的一个或更多个照明参数发射光。照明参数是由光源340使用以生成光的指令。照明参数可以包括例如源波长、脉冲速率、脉冲幅度、光束类型(连续的或脉冲的)或影响发射的光的其他参数或其某种组合。光源340发射源光420。在一些实施例中，源光420包括多束红光、绿光和蓝光或其某种组合。
80.光学系统345包括调节来自光源340的光的一个或更多个光学部件。调节来自光源340的光可以包括例如根据来自控制器330的指令的扩展、准直、调整取向、光的一些其他调整或其某种组合。一个或更多个光学部件可以包括例如透镜、反射镜、光圈、光栅或其某种组合。从光学系统345发射的光被称为图像光355。光学系统345(根据成像指令)以特定取向朝向(图3中所示)输出波导320输出图像光355。
81.光学系统345可以包括光调节组件430和光学组件450。光调节组件430调节源光420，并将调节的光440发射到光学组件450。调节的光440是被调节用于入射到光学组件450上的光。光调节组件430包括调节来自光源340的光的一个或更多个光学部件。调节来自光源340的光可以包括例如扩展、准直、校正一个或更多个光学误差(例如，场曲、色差等)、光的一些其他调整或其某种组合。光调节组件430调节源光420，并将调节的光440发射到光学组件450。
82.光学组件450经由其一个或更多个反射和/或折射部分重定向图像光。其中图像光被重定向的方向是基于该一个或更多个反射和/或折射部分的特定取向。在一些实施例中，光学组件450包括波导，波导将调节的光440引导至由用户观看的显示区域，或者引导至另一波导(如图3中所示的输出波导320)。在一些实施例中，光学组件450包括能够执行光栅扫描(水平地或垂直地)、双共振扫描或其某种组合的一个或更多个扫描镜。在一些实施例中，光学组件450可以用特定的振荡频率沿水平和/或垂直方向执行受控振动，以沿2个维度扫描，并生成呈现给用户眼睛的媒体的二维投射线图像。在其他实施例中，光学组件450还可以包括与一个或更多个扫描镜功能相似或相同的透镜。在一些实施例中，光学组件450包括检流计反射镜。例如，检流计反射镜可以表示任何机电仪器，其通过用一个或更多个反射镜
使图像光束偏转来指示它已经感测到电流。检流计反射镜可以在至少一个正交维度中扫描，以生成图像光355。来自检流计反射镜的图像光355表示呈现给用户眼睛的媒体的二维线图像。
83.控制器330控制光源340和光学组件450的操作。由控制器330执行的操作包括获取用于显示的内容，以及将内容分成离散的部分。控制器330指示光源340使用与最终显示给用户的图像中的相应行对应的单独源元件来顺序地呈现离散部分。在其中光学组件450包括扫描镜的实施例中，控制器330指示光学组件450将呈现的离散部分扫描到输出波导320(图3中所示)的耦合元件的不同区域。因此，在输出波导320的出射光瞳处，每个离散部分在不同位置中呈现。虽然每个离散部分在不同时间呈现，但是离散部分的呈现和扫描发生得足够快，使得用户的眼睛将不同的部分整合成单个图像或一系列图像。控制器330还可以向光源340提供成像指令，该成像指令包括与光源340的单独源元件对应的地址和/或施加到单独源元件的电偏压。
84.如上面参考图3所述，图像光355耦合到输出波导320。
85.波导和观看平面
86.图5示出了根据相同实施例的具有多个led组件和波导的显示设备500。显示设备500可以对应于近眼显示器100或另一个扫描型显示设备。显示设备的光源可以包括多个led组件515、520和525。每个led组件包括相应颜色通道的led阵列。例如，led组件515、520和525可以分别对应于红色led阵列、绿色led阵列和蓝色led阵列。led组件可以共同地对应于图4中所示的光源340，或者可以在其他显示设备中使用。
87.led组件515、520和525中的每一个包括被配置为发射一组准直光束的二维阵列的led 530。在一些实施例中，每个led 530可以对应于显示器的像素或子像素。在到达波导510之前，光可以由不同的光学器件，如调节组件430(图4中示出，但图5中未示出)进行调节。波导510将来自led组件的光引导并投射到观看平面505。在一些实施例中，波导510对准和/或组合从led组件515、520和525中的每一个发射的光，以便组合从每个led组件的对应led 530发射的光以形成显示器的像素。波导510还可以放大发射的光，以便使来自led组件的光适合观看平面505。
88.观看平面505是接收从led组件发射的光的区域。例如，观看平面505可以对应于图3中的耦合元件350的一部分或去耦元件360的一部分。在一些情况下，观看平面不是实际的物理结构，而是图像光被投射到并且图像被形成的区域。观看平面505可以由像素位置509的矩阵按行和列在空间上限定。这里的像素位置509是指单个像素。观看平面505中的像素位置509(或简称为像素)有时实际上可能不是附加的物理结构。相反，像素位置509可以是划分观看平面505的空间区域。另外，像素位置的尺寸和位置可以取决于来自led组件的光的投射。在一些情况下，像素位置509可以在空间上细分为子像素(未示出)。例如，像素位置可以包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。红色子像素对应于一个或更多个红色光束投射的位置等。当存在子像素时，像素的颜色基于子像素的时间和/或空间的平均。在一些实施例中，每个led组件的led阵列的行数和列数可以或者与观看平面505中像素位置509的行数和列数相同。
89.术语行和列可以描述元素的两个相对空间关系。虽然为了简单起见，本文描述的列通常与元素的垂直线相关联，但是应该理解，列不必垂直地(或纵向地)排列。同样，行不
必水平地(或横向地)排列。行和列有时也可以描述非线性的排列。行和列也不一定意味着任何平行或垂直排列。有时一行或一列可以被称为排(line)。
90.显示设备可以在预定义的显示周期内操作。显示周期可以对应于形成图像的持续时间。例如，显示周期可以与帧速率相关联(例如，帧速率的倒数)。
91.虽然图3至图5中的显示设备的实施例被示出包括波导和光学组件，但是显示设备的其他实施例可以省略波导和/或光学组件。例如，在一些实施例中，光发射器可以以二维矩阵排列，其将光直接投射到图像场上而不通过光学组件。在那些实施例之一中，光发射器可以在不扫描的情况下同时投射到整个图像场上。可以使用或不使用放大图像维度的光学组件，这取决于实施方式。同样，在一个实施例中，可以使用屏幕来代替波导。在实施例中，显示周期可以被称为帧。显示周期的变化速率可以称为帧速率。
92.led组件
93.如上所述，在一些实施例中，用于显示器的光源(例如，用于ned 100的光源340)可以包括一个或更多个led。在一些实施例中，一个或更多个led被布置成led组件或阵列。例如，光源可以包括以线性布置、二维矩阵布置和/或类似方式布置的多个led。在一些实施例中，光源可以包括多个led组件，每个led组件对应于不同的颜色通道(例如，第一led组件对应于红色通道、第二led组件对应于绿色通道以及第三led组件对应于蓝色通道)。
94.图6a示出了根据一些实施例的led组件的侧视图。led组件600可以对应于图5中所示的led组件515、520和525中的任何一个。led组件600包括具有在其上形成的多个触点的基板结构。基板结构(以下也称为外延结构)可以包括半导体结构，该半导体结构包括n型层605(例如，n型基板)、p型层610(例如，p型基板)和有源区，该有源区包括在n型层605和p型层610之间的一个或更多个量子阱(qw)615。在一些实施例中，n型层和p型层可以分别包括n型氮化镓(ngan)和p型gan(pgan)，虽然应该理解在其他实施例中可以使用其他类型的材料。根据一些实施例，量子阱材料可以包括氮化铟镓(ingan)。在一些实施例中，包括n型层605、量子阱材料615和p型层610的led组件600的半导体结构是生长在生长基板例如蓝宝石、sic、块体gan等上的外延结构。虽然图6a将led组件600示出为特定形状(例如，矩形)，应该理解，在一些实施例中，led组件600可形成为不同形状(例如，形成为一个或更多个台面或其他结构)。组件600未示出原始基板(蓝宝石、sic、块体gan等)，因为假定原始基板被移除或部分移除以暴露导电n型层或无意掺杂(uid)层，例如n型gan。
95.led组件600还包括p型层610上的多个p型触点620、以及n型层605上的一个或更多个n型触点625。在一些实施例中，led组件600是倒装芯片型led组件，其中led的触点位于基板的同一侧。如图6a所示，led组件600的p型触点620可设置在公共p型层610和量子阱材料615上。在一些实施例中，像素由p型触点定义，在其他实施例中，像素由p型触点以及蚀刻的或部分蚀刻的p型层、量子阱材料和n型层定义。例如，图6b示出了根据一些实施例的另一led组件的侧视图。图6b的led组件的侧视图与图6a的侧视图相似，但其中led被蚀刻或部分蚀刻成台面。如图6b所示，每个led(对应于p型触点620)在包括p型材料610(例如，pgan)和量子阱材料615的台面上形成，而不是如图6a中所示的在单个p型层和量子阱层上形成。为了方便起见，虽然下面的图可以示出led组件，其中p型触点位于图6a中所示的公共p型层和量子阱层上，但应该理解讨论的结构和概念也可以应用于图6b中所示的其中p型触点位于台面上的架构。还应理解，在一些其他实施例中，可在单个台面上形成多个led，而不是在单
独的台面上形成每个p型触点。
96.因为led组件600中的p型触点620的数量可以超过n型触点625的数量，所以多个p型触点620可以通过p型触点620和特定n型触点625之间的电流来操作。在一些情况下，这样的布置可用于节省led组件600上的空间和/或产生更紧凑的led布置，因为组件600的大量led将共享相同的n型触点625，而不需要针对每个led的单独的n型触点。虽然图6a和图6b示出了以线性布置方式布置的p型触点620，但p型触点620可以以二维矩阵或一些其他布置方式布置。在一些实施例中，led组件的每个led(对应于相应的p型触点)具有10um2或更小的表面积。
97.在led组件600的操作期间，每个led接收设定量的电流，该电流加起来达到在p型触点620和n型触点625之间流动的总电流630，导致p型触点620中的每一个与n型触点之间的电压差。量子阱材料615限定led组件600的有源发光区域。例如，与每个p型触点620相关联一部分的量子阱材料615可以基于流过相应p型触点620的电流的量发光。在远离p型触点620的方向上发射的光(例如，穿过n型层605的光)可以形成led组件600的光发射(例如，图4的源光420)。因为由led发射的光穿过n型层605，所以n型层605被形成为光学透明或部分透明。在一些实施例中，反射材料(未示出)可以设置在led组件600的具有p型触点620的一侧，以便朝向n型层605反射额外的光，使光定向并增加由led组件600输出的光的亮度水平。p型触点620是可单独寻址的，允许根据接收的成像信号与led组件一起操作单独的led。
98.在一些实施例中，led组件是微led组件，其中每个p型触点620对应于一个μled。每个μled的特征尺寸(例如直径)的范围可以从亚微米到几十微米(例如，从0.1μm到10μm)。led组件600的节距(例如，μled之间的间距)可以在从亚微米到几十微米的范围内。每个μled可以对应于显示器的像素或子像素。
99.在一些实施例中，蚀刻或部分蚀刻p型gan、量子阱材料和n型gan以进一步限制led电流(例如，如图6b所示)。虽然随后的图可以示出如图6a所示的在公共p型层上限定led组件的像素的p型触点，但应该理解，讨论的结构和概念也可以应用在其中p型层、量子阱材料和n型层被蚀刻或部分蚀刻(例如，如图6b所示，形成台面)的led组件上。
100.如图6a和图6b所示，当led组件600包含共享较少数量的n型触点的led阵列时，对于阵列的不同led，p型触点和n型触点之间的距离可以不同。例如，图6a和图6b示出了靠近n型触点625的与led阵列边缘附近的led相对应的边缘led 635、以及与led阵列中心附近的led相对应的中心led 640，该中心led与led组件的最近n型触点625具有更远的距离。
101.led组件600的led的n型触点和p型触点之间的这些不同距离可能产生电流拥挤问题。例如，为了接通led组件的led，电流630必须从n型触点625通过n型层605扩散到led组件的最远的led。当大多数led接通时，大电流流经n型侧，在中心led的情况下，电流必须经过比边缘led更长的距离才能到达中心led。由于ngan层具有有限的电阻，且电压随距离而变化，因此中心led的电压将高于边缘led的电压。这种增加的电压电平对于led组件的背板电子处理可能是不可接受的，并且还可能导致功耗增加。对于其中led组件的n型触点625到最远led(例如，中心led 640)之间的距离可以是许多毫米的显示器，该问题可能是显著的。
102.具有导电层的led组件
103.图7示出了根据一些实施例的具有电流扩散层的led组件的一部分的侧视图。尽管如图7所示的led组件700仅示出了p型触点720阵列(布置在公共p型层710和量子阱材料层
715上，类似于图6a中所示)的一侧上的单个n型触点725，但在一些实施例中，led组件700可包括多个n型触点，该多个n型触点可布置在p型触点阵列的任何一侧(例如，类似于图6a和图6b中所示的led组件600)。
104.led组件700包括设置在led组件700的半导体结构表面上的电流扩散层(例如，包括导电氧化物材料)。例如，电流扩散层750可以设置在n型层705的与led组件700的n型触点725和p型触点720相对的表面上。在一些实施例中，led组件700最初在诸如蓝宝石基板的生长基板上形成，并且在从蓝宝石基板移除led组件700之后，电流扩散层750被设置在n型层705上。在一些实施例中，电流扩散层750使用导电氧化物材料形成，因此也可称为“导电氧化物层”。例如，电流扩散层可以包括氧化铟锡(ito)。在其它实施例中，电流扩散层可以包括硅、铝、锗、铟和/或合金。
105.电流扩散层750在led组件700的n型触点和p型触点之间形成导电路径，减小了电流在led组件700的n型触点和最远led的p型触点之间流动所需的电压差。
106.图8a-图8c是示出根据一些实施例的电流扩散层的不同性质如何影响led组件中的电压差的曲线图。图8a-图8c中示出的结果是通过模拟得到的，并且应该示出定性的趋势。图8a-图8c中示出的每一张曲线图具有与沿着led组件长度的x坐标相对应的x轴(如由图7的led组件700的x轴755所示的)，该坐标从距led组件的n型触点的最远led位置到n型触点位置。每个曲线图的y轴指示当对沿x轴的特定位置处的每个led施加10a/cm2的电流密度时，在led组件的每个led处感应的电压。用于产生图8a-图8c的曲线图所示的模拟结果的led组件具有3μm厚的n型ngan基板层，并具有电流扩散层(例如导电氧化物层，诸如ito)。
107.图8a是示出针对led阵列的不同位置处的led，电流扩散层的电阻率如何影响实现10a/cm2电流密度所需的电压的曲线图。曲线图800包含第一曲线、第二曲线和第三曲线，第一曲线示出当led组件没有ito层时沿x轴的各个位置处的led的电压降，第二曲线示出当led组件具有电阻率为0.001欧姆cm的100nm厚的ito层时的电压降，并且第三曲线示出针对具有电阻率为0.0001欧姆cm的100nm厚的ito层的led组件的电压降。如在曲线图805中观察到的，电流扩散层的电阻率越低，led组件的不同led的电压差越低。在一些实施例中，可以基于用于形成电流扩散层的导电氧化物的生长条件来调节或优化电流扩散层的电阻率。例如，电流扩散层的导电性可与导电氧化物材料(例如，ito)内的氧空位(oxygen vacancies)有关。然而，在一些实施例中，可以在可实现的电流扩散层的导电性和透明度之间进行权衡，因为更具导电性的ito膜往往具有更低的透明度。
108.图8b是示出电流扩散层的厚度如何影响led组件不同位置处的led的电压电平的曲线图。曲线图810包含对应于具有0.0007欧姆cm的电阻率的ito层的不同厚度(50nm、100nm、150nm、200nm和500nm)的曲线。如在曲线图810中观察到的，较厚的ito层对应于led组件的led之间的较低电压差。在一些实施例中，对于给定的电阻率，在离n型触点最远和最近的led(例如，中间led和边缘led)之间实现最大电压差所需的厚度。例如，在一些实施例中，对于特定电阻率，可以确定实现中间led和边缘led之间的0.5v或更小的最大电压差的必要厚度。
109.图8c是示出电流扩散层的接触电阻如何影响led组件的不同位置处的led的电压电平的曲线图。曲线图820基于具有100nm厚的电流扩散层的led组件，该电流扩散层的电阻率为0.001欧姆cm，并且该曲线图820包含对应于不同接触电阻水平的曲线：1e-2欧姆cm2、
1e-3欧姆cm2和1e-4欧姆cm2。在一些实施例中，接触电阻率由电流扩散层(例如，ito)和n型层(例如，ngan)之间的界面控制。例如，杂质和/或缺陷可以增加或减少接触电阻。然而，在一些实施例中，由于电流扩散层和n型层之间的接触面积大，接触电阻对电压电平的影响不强。
110.因此，如图8a、图8b和图8c所示，可通过配置电流扩散层的参数(例如，厚度、电阻率和/或接触电阻率)来调整led阵列中不同位置处的led的电压电平。在一些实施例中，电流扩散层的厚度、电阻率和接触电阻率被优化，使得电压惩罚(penalty)(指示led阵列的中心led和边缘led之间的电压电平差)小于预定值(例如0.5v)。
111.在一些实施例(诸如在图7中示出的实施例)中，电流扩散层形成在led组件基板(例如，n型基板)的与形成触点的表面相对的表面(以下称为背面)上，作为厚度基本均匀的层。在一些实施例中，电流扩散层覆盖led阵列的整个背面，或者覆盖包含led组件的p型触点和n型触点的背面部分的全部。在这样的实施例中，因为由led组件的led发射的光是通过led组件的背面发射的，所以电流扩散层将需要是透光的或部分透光的(例如，对于特定波长范围内的光，高于阈值透明度水平)，以便允许来自led的光(例如，源自量子阱材料)从led组件发射。在一些实施例中，电流扩散层被配置成具有0.001欧姆cm或更低的电阻率、至少50nm的厚度、0.01欧姆cm2或更低的接触电阻和在400nm-700nm的波长范围内至少80％的透明度。
112.在一些实施例中，电流扩散层可以形成为具有不同的结构。例如，在一些实施例中，led组件的电流扩散层被成形以改善光提取。图9a示出了根据一些实施例的具有图案化电流扩散层的led组件的侧横截面图。图9b示出了图9a中使用的图案化电流扩散层的正面视图。led组件900类似于图7的led组件700。然而，在n型层705的背面上形成的电流扩散层950包括多个开口955(例如，面向led)。开口955被配置成对应于led组件900的led的位置(例如，对应于p型触点720的位置)。这允许从每个led发射的光离开led组件而不需要穿过电流扩散层的材料，潜在地改善光提取。图9b所示的电流扩散层950示出了对应于led阵列的两行led的开口955。然而，在其他实施例中，电流扩散层950可以包括一行开口955，或者对应于led的附加行的附加行的开口955。
113.在一些实施例中，电流扩散层可以被形成为包括两种或更多种不同材料。图10a示出了根据一些实施例的具有图案化电流扩散层的led组件的侧横截面图，该图案化电流扩散层具有第二填充材料。图10b示出了在图10a中使用的图案化电流扩散层的正面视图。led组件1000的电流扩散层1050类似于图9所示的电流扩散层950，包含多个开口1055。填充材料1060可以设置到在图案化电流扩散层1050中形成的开口1055内，该开口1055对应于led组件的p型触点。因此，从led发射的光可以穿过填充材料1060，而不是电流扩散以离开led组件。在一些实施例中，与电流扩散层的电流扩散材料(例如，导电氧化物)相比，填充材料1060可以具有不同的厚度。在其他实施例中，填充材料1060被形成为具有与电流扩散材料相同的厚度。此外，在一些实施例中，电流扩散层内的开口1055的尺寸可以与led阵列的led不同(例如，更大或更小)，或者相对于led不同地对齐。例如，在一些实施例中，由于由开口1055和/或填充材料1060限定的图案内的光散射，可以增强led组件的光提取。此外，虽然图10示出了每个开口1055对应于led阵列的一个led，但应该理解，在一些实施例中，一个led可以对应于多个开口，或者单个开口可以对应于多个led。
114.在一些实施例中，与电流扩散层的光学和/或电性质相比，填充材料1060可以具有不同的光学和/或电性质。例如，与电流扩散材料(例如，导电氧化物)相比，填充材料1060可以被选择为具有更大的光学透明度，但可能具有更高的电阻率。在一些实施例中，填充材料1060可以是非导电材料。
115.此外，虽然图10a和图10b示出了具有特定形状的填充材料1060，但在一些实施例中，填充材料可以被成形以增强光提取和准直。例如，填充材料1060可以被成形以形成微透镜、纳米结构或其他类型的光学结构。
116.虽然图9a-图9b和图10a-图10b示出了具有特定图案(例如，对应于led组件的led的位置的圆形开口)的电流扩散层，但应该理解，在其他实施例中，电流扩散层可以呈现其他类型的图案，诸如不同的开口尺寸和/或形状、不同的图案位置、代替开口或作为开口的附加的不同层厚度的区域等。
117.虽然上面的图示出了在led组件基板(例如，ngan基板)的平坦表面上形成的电流扩散层，但在一些实施例中，电流扩散层可以在基板的非平坦或图案化的表面上形成。图11a示出了根据一些实施例的具有在led组件基板的非平面表面上形成的图案化电流扩散层的led组件的侧横截面图。图11b示出了在图中11a中使用的图案化电流扩散层的正面视图。如图11a所示，led组件1100的n型层705被蚀刻以形成一个或更多个沟槽1165，由此通过将导电氧化物材料沉积到一个或更多个沟槽1165中来形成电流扩散层1150。在一些实施例中，一个或更多个沟槽1165可以形成在led组件1100的led之间，以便最小化相邻像素之间的串扰效应并最大化光提取1150。通过在蚀刻到led组件1100的基板中的沟槽1165内形成电流扩散层1150，可以增加电流扩散层的厚度(同时减小或消除led组件作为整体的厚度增加)，同时由于电流扩散材料与n型层705之间的表面接触面积更大，还减小了电流扩散层的材料(例如，导电氧化物)与n型层(例如，ngan)之间的接触电阻。这可以减小led组件的距n型触点最远的led和距n型触点最近的led之间的电压降。
118.图11c示出了根据一些实施例的具有在led组件基板的非平面表面上形成的图案化电流扩散层的另一led组件的侧横截面图。图11c的电流扩散层1150类似于图11a的电流扩散层，但还包括在基板的背面上形成并覆盖在基板中形成的沟槽的电流扩散材料(例如，导电氧化物)的附加层。
119.在一些实施例中，led组件的n型基板层(例如，ngan)外延地形成在生长基板(例如，诸如蓝宝石基板的晶体基板)上。在从生长基板移除之后，通过外延和研磨n型基板来控制n型基板的厚度。在一些实施例中，可以选择n型基板的厚度以实现led组件的最远led和最近led之间的期望电压降。图12示出了根据一些实施例的针对不同n型基板厚度的led组件两端的电压降的曲线图。曲线图1200的数据假设led组件具有ngan基板和电流扩散层，该电流扩散层具有0.0007欧姆cm的电阻率和200nm的均匀厚度，并且示出了对应于1um、2um、3um、4um和5um的ngan厚度的曲线。如图12所示，较厚的ngan导致较低的电压差。因此，n型基板和电流扩散层的厚度可以被平衡，以便在led组件中部附近的led和边缘上的led之间实现期望的电压差。
120.在一些实施例中，在led组件的n型基板的形成期间，电流扩散层可被形成为多层外延堆叠的一部分。图13示出了根据一些实施例的具有多层基板的led组件的侧横截面图。如图13所示，led组件1300的导电层1350在第一ngan层1305a和第二ngan层1305b之间形成。
在一些实施例中，在包括ngan层1305a和1305b的ngan层的形成期间，电流扩散层1350被形成为外延堆叠的一部分。在一些实施例中，电流扩散层1350可以包括导电氧化物材料。在一些实施例中，电流扩散层1350包括提供增加的横向导电性的高掺杂gan层或gan超晶格(例如，ingan、algan)。与周围的ngan层1305a和1305b相比，电流扩散层1350具有较低的电阻率，有助于在led组件的操作期间扩散电流并减小阵列中间的led与边缘附近的led之间的电压差。在一些实施例中，在ngan层(例如，ngan层1305和1310)形成之后使用离子注入形成电流扩散层1350。例如，可以在ngan层内的指定深度处注入离子以形成电流扩散层1350。
121.在一些实施例中，led组件的基板可以包括附加层。例如，在一些实施例中，可以在外延沉积期间将二维电子气(2deg)引入到层堆叠。在一些实施例中，2deg可以出现在导带穿过费米能级(fermi level)的区域中，并且可以在algan/gan或ingan/algan界面或其他类似界面处被诱导。在一些实施例中，较低电阻率的电流扩散层1350还可以用作蚀刻停止件(stop)以能够控制ngan层的厚度。例如，为了光提取或其他目的，可以蚀刻led组件的ngan基板，其中导电层用作限制蚀刻深度的停止件。
122.通过使用电流扩散层在led组件的基板上扩散电流，led组件可以具有在更大区域上扩散的大的led阵列，同时保持驱动led所需的电压降处于期望电平或低于期望电平。这可以允许制造更高分辨率的led阵列。
123.工艺流程
124.图14是根据一些实施例的用于制造具有电流扩散层的led组件的过程的流程图。图14的过程可以由制造系统执行。
125.系统1405形成外延led结构(例如，基板组件)。在一些实施例中，通过在基础基板(base substrate)(例如，蓝宝石)上沉积多个外延层(例如，包括n型层、量子阱层和p型层)来形成外延结构。
126.系统在外延结构的p型层的第一表面上形成1410led阵列，每个led对应于在p型层的第一表面上形成的相应触点(例如，p型触点)。led可以在p型层上形成，量子阱在n型层的第一表面上形成。第一表面可以对应于外延层的与基础基板相对的表面。
127.系统在外延结构的n型层的第一表面上形成1415一个或更多个触点(例如，n型触点)。在一些实施例中，制造对外延结构的n型层的入口(例如，通过移除p型层和/或量子阱层的部分)以暴露n型层的一部分，由此在n型层的暴露表面部分上形成一个或更多个触点。
128.因此，led阵列的每个led可以通过p型层的第一表面上的单独的电触点(例如，p型触点)寻址，并且当电流被施加在p型触点和在n型层上形成的n型触点中的一个或更多个之间时可以发光。
129.系统在基板的第二表面上形成1420电流扩散层(例如，导电氧化物层)。在一些实施例中，基板的第二表面在基板从基础基板移除之后暴露，其中基板在基础基板上形成。在其他实施例中，电流扩散层在基板的形成期间被形成为多层堆叠的一层，并且可以位于基板和第二基板层之间。在一些实施例中，电流扩散层具有基本均匀的厚度。在其他实施例中，电流扩散层被图案化和/或包括一个或更多个开口。在电流扩散层具有一个或更多个开口的实施例中，电流扩散层可以包括在该一个或更多个开口内的第二材料(例如，填充材料)。在一些实施例中，电流扩散层可以形成在一个或更多个沟槽或凹陷内，该一个或更多个沟槽或凹陷形成在基板的表面上。具有电流扩散层的led组件可附接到背板。电流扩散层
提高了第一触点(例如，n型触点)与对应于led的多个第二触点(例如，p型触点)之间的电流扩散水平，从而在led组件的操作期间减小了led阵列的不同led之间的电压差。
130.在led组件的操作期间，基于要显示的图像数据将电流信号提供给led组件(例如，由控制器提供)。电流通过led组件的基板和在基板表面上形成的电流扩散层而在第一触点和第二触点之间流动，该电流使led组件的led根据所提供的电流发光。电流扩散层用于更有效地将电流从led组件的n型触点扩散到距n型触点不同距离处的p型触点，减小更远离n型触点的p型触点与更接近n型触点的p型触点之间的电压差。
131.在说明书中使用的语言主要出于可读性和指导性的目的而被选择，并且它可以不被选择来描绘或限制发明的主题。因此，意图是本公开的范围不由该详细描述限制，而是由在基于其的申请上发布的任何权利要求限制。因此，实施例的公开意图对本公开的范围是说明性的，而不是限制性的，在所附权利要求中阐述了本公开的范围。