一种发光二极管的外延片及制备方法与流程

本发明涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及制备方法。

背景技术：

led(lightemittingdiode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。

现有的led主要包括衬底和依次层叠在衬底上的n型层、发光层和p型层。

对于不同发光颜色的led，发光层的制作材料也不相同，例如红黄光led的发光层通常由algainp材料制成，蓝绿光led的发光层则通常由ingan材料制成，且具体的制作工艺也存在一定的差异，由于制作不同发光颜色的led要采用不同的材料和不同的工艺技术，在需要制作多种不同发光颜色的led时，会增加制作的成本，且通常通过气相沉积的方法制作发光层，效率较低，会导致外延片的制作效率降低。

技术实现要素：

为了解决现有外延片制作成本高，效率低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片及制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的u-gan层、n型层、量子点层和nio空穴传输层，所述量子点层包括多个cdse量子点颗粒。

优选地，所述cdse量子点颗粒的半径为1.35nm～2.40nm。

优选地，所述量子点层的厚度为10nm～300nm。

可选地，所述nio空穴传输层的厚度为10nm～100nm。

优选地，所述外延片还包括gan缓冲层，所述gan缓冲层设置在所述衬底和所述u-gan层之间。

另一方面，本发明实施例还提供了一种外延片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次外延生长u-gan层和n型层；

在所述n型层上形成量子点层，所述量子点层包括多个cdse量子点颗粒；

在所述量子点层上形成nio空穴传输层。

可选地，所述在所述n型层上形成量子点层包括：

采用旋涂法在所述n型层上形成所述量子点层。

可选地，用于进行旋涂的量子点溶液的浓度为25mg/ml。

可选地，所述量子点溶液的溶剂为甲苯。

实现时，所述在所述量子点层上形成nio空穴传输层包括：

采用磁控溅射法在所述量子点层上形成所述nio空穴传输层。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在外延片的n型层上依次层叠设置量子点层和nio空穴传输层，电子和空穴在量子点层中复合发光，由于不同直径的量子点颗粒在电流作用下发出的光的波长也不同，因此可以通过改变量子点层中的cdse量子点颗粒的直径，制得不同发光波长的led的外延片，从而可以制得不同颜色的led，由于仅需要改变量子点颗粒的直径，无需改变制作除量子点层之外的其他层的工艺过程，因此可以降低制作成本，同时量子点层的制作效率比现有的发光层的制作效率高，从而可以提高外延片的制备效率，此外，采用量子点层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构图；

图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图；

图5～9是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构图。如图1所示，该外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的u-gan层20、n型层30、量子点层40和nio(一氧化镍)空穴传输层50，量子点层40包括多个cdse(硒化镉)量子点颗粒40a。

本发明实施例通过在外延片的n型层上依次层叠设置量子点层和nio空穴传输层，电子和空穴在量子点层中复合发光，由于不同直径的量子点颗粒在电流作用下发出的光的波长也不同，因此可以通过改变量子点层中的cdse量子点颗粒的直径，制得不同发光波长的led的外延片，从而可以制得不同颜色的led，由于仅需要改变量子点颗粒的直径，无需改变制作除量子点层之外的其他层的工艺过程，因此可以降低制作成本，同时量子点层的制作效率比现有的发光层的制作效率高，从而可以提高外延片的制备效率，此外，采用量子点层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。

可选地，cdse量子点颗粒40a的半径可以为1.35nm～2.40nm。将cdse量子点颗粒40a的半径设置在1.35nm～2.40nm，则制作成的led的发光波长在510nm～610nm之间，光的颜色为黄绿光，从而可以制得黄绿光led，在其他实施例中也可以将cdse量子点颗粒40a的半径设置为其他数值，以制得可以发出其他颜色的光的led。

优选地，量子点层40的厚度可以为10nm～300nm，若量子点层40太薄，则发出的光过于微弱，若量子点层40太厚，则会增加成本，造成材料的浪费。

优选地，nio空穴传输层50的厚度为10nm～100nm，若nio空穴传输层50太薄，则会使得空穴浓度太低，导致发光效率降低，若nio空穴传输层50太厚，则会增加成本，同时增加对光线的吸收，降低亮度。

图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图。如图2所示，外延片还可以包括gan缓冲层60，gan缓冲层60设置在衬底10和u-gan层20之间。通过设置缓冲层60可以为外延片的后续生长提供模版，从而减少外延片中的晶格缺陷，提高晶体质量。

可选地，缓冲层60可以为gan缓冲层，缓冲层60还可以掺杂，掺杂浓度可以为6e17cm^-3～2e18cm^-3，掺杂杂质可以为si，以降低缓冲层60的电阻，从而有利于降低led的正向电压，提高抗静电性。

gan缓冲层的厚度可以为20nm～40nm，生长的gan缓冲层的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同，若gan缓冲层的厚度过薄，则会导致gan缓冲层的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着gan缓冲层厚度的增加，gan缓冲层的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若gan缓冲层的厚度过厚，则会导致gan缓冲层的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。

实现时，n型层30可以为n型gan层，厚度可以为1～5μm，n型gan层的掺杂元素为si，掺杂浓度可以为1e18cm^-3～1e19cm^-3。

可选地，u-gan层20的厚度可以为1μm～5μm，若u-gan层20的厚度过薄，会增加后续生长的结构中的位错密度，若u-gan层20的厚度过厚，会增大外延片的正向电阻。

需要说明的是，图1和图2所示的外延片的结构仅为示意，图中所示的各结构的尺寸及比例关系并不用以限制本发明。

图3是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图。如图3所示，该制备方法包括：

s11：提供一衬底。

在本实施例中，衬底可以选用蓝宝石衬底。

s12：在衬底上依次外延生长u-gan层和n型层。

s13：在n型层上形成量子点层。

s14：在量子点层上形成nio空穴传输层。

其中，量子点层包括多个cdse量子点颗粒。

本发明实施例通过在外延片的n型层上依次层叠设置量子点层和nio空穴传输层，电子和空穴在量子点层中复合发光，通过改变量子点层中的cdse量子点颗粒的直径，可以改变发出的光的波长，从而可以制得不同颜色的led，由于仅需要改变量子点颗粒的直径，无需改变其他的工艺过程，因此可以降低制作成本，同时量子点层的制作效率比现有的发光层的制作效率高，从而可以提高外延片的制备效率，此外，采用量子点层发光，相比现有的发光层还具有色域广、色纯度高、功耗低、成本低和易于加工等特点。

图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图，下面结合附图5～9对图4提供的制备方法进行详细说明：

s21：提供一衬底。

实现时，该衬底可以是蓝宝石衬底，蓝宝石衬底是一种常见的衬底，制备工艺较为成熟。

在步骤s21中，可以对蓝宝石衬底进行预处理，将蓝宝石衬底置于反应腔中，在氢气气氛中对蓝宝石衬底进行高温热处理10～15分钟。

具体地，高温热处理的温度可以为1000～1200℃。

s22：在衬底上外延生长缓冲层。

如图5所示，在衬底10上生长有gan缓冲层60。

优选地，gan缓冲层60的生长温度可以为400～600℃，gan缓冲层60的生长温度过高或过低都会影响gan缓冲层60的质量，从而导致最终的外延片晶体质量差。

可选地，gan缓冲层60的生长压力可以为400～600torr。

实现时，可以将反应腔的温度下降至400～600℃，压力调节为400～600torr，进行gan缓冲层60的生长。

进一步地，生长完gan缓冲层60后，进行原位退火处理，退火温度可以为1000～1200℃，退火时间可以为5～10分钟。

可选地，gan缓冲层60的厚度为15～35nm。

s23：在缓冲层上生长u-gan层。

如图6所示，在gan缓冲层60上生长有u-gan层20。

可选地，u-gan层20的生长温度可以为1000～1100℃。

实现时，可以将反应腔的温度调节至1000～1100℃，压力调节至100～500torr，进行u-gan层20的生长。

可选地，u-gan层20的厚度为1～5μm。若u-gan层20的厚度过薄，会增加后续生长的结构中的位错密度，若u-gan层20的厚度过厚，会增大外延片的正向电阻。

s24：在u-gan层上生长n型层。

如图7所示，在u-gan层20上生长有n型gan层30。

实现时，可以将反应腔的温度调节至1000～1200℃，压力调节至100～500torr，进行n型gan层30的生长。

具体地，n型gan层30的厚度可以为1～5μm。

优选地，n型gan层30的掺杂元素可以是si，掺杂浓度可以为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3，掺杂浓度过低会使得载流子浓度过小，掺杂浓度过高会降低晶格质量。

s25：在n型层上形成量子点层。

如图8所示，在n型gan层30上形成有量子点层40。

实现时，可以采用旋涂法在n型层30上形成量子点层40，量子点层40包括多个cdse量子点颗粒40a。

具体地，可以将制作中的外延片放置在旋涂机中，通过旋涂机的真空吸附系统将制作中的外延片吸附在转盘上，控制转盘转动，采用量子点溶液在n型层上形成量子点层。

在制作过程中，可以控制旋涂机的转盘的转速为4000～6000转/分钟，旋涂时间可以为20～60秒。

优选地，旋涂机的转盘的转速为5000转/分钟，若旋涂机的转速过慢，会导致量子点层40厚度过厚，若转速过快，则会导致量子点层40厚度过薄。

优选地，旋涂时间可以为40秒，若旋涂的时间过短，可能会出现量子点层厚度不均匀，n型层30上的部分区域没有覆盖上量子点层的情况，若旋涂的时间过长会造成量子点溶液的浪费。

可选地，用于进行旋涂的量子点溶液的浓度可以为25mg/ml。cdse量子点颗粒40a的半径可以根据cdse量子点颗粒40a的制备过程中，所使用的试剂的量(例如十八胺)进行控制。

可选地，量子点溶液的溶剂可以为甲苯。

优选地，量子点层的厚度可以为10nm～300nm。

s26：在量子点层上形成nio空穴传输层。

如图9所示，在量子点层40上形成有nio空穴传输层50。

具体地，nio空穴传输层50的厚度可以为10nm～100nm。

实现时，可以采用磁控溅射法在量子点层40上形成nio空穴传输层50。

在进行nio空穴传输层50的制作时，可以控制反应腔内的气压为1pa～10pa，氩气的流量可以为10～50sccm，氧气的流量可以为1～10sccm，温度可以为室温，即制作外延片时的场所的室内环境温度。

可选地，可以控制溅射的功率为100～200w，时间为0.5～2小时，以在量子点层40上形成10nm～100nm的nio空穴传输层50。形成的nio空穴传输层50的厚度与溅射的功率和时间有关，在功率相同的情况下，时间越长，则形成的nio空穴传输层50的厚度越厚，在时间相同的情况下，功率越大，则形成的nio空穴传输层50的厚度越厚。

在完成步骤s26后还可以对外延片进行后续加工，以完成led芯片的制作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。