一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用与流程

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用。

背景技术：

随着发光二极管技术的快速发展，发光二极管在各个领域中的应用越来越广泛，目前，发光二极管尚存在发光效率较低，难以满足市场对发光二极管的发光效率越来越高要求的问题。

微型发光二极管被誉为是下一世代最重要的显示技术之一，由于微型发光二极管的性能优良，可应用在穿戴式的手表、手机、车用显示器、扩增实境/虚拟实境、显示屏及电视等领域。微型发光二极管技术，即发光二极管微缩化和矩阵化技术，简单来说，就是将发光二极管背光源进行薄膜化、微小化、阵列化，可以让微型发光二极管的单元小于50微米，与有机发光二极管一样能够实现每个像素单独定址，单独驱动发光(自发光)。

目前微型发光二极管面临设备、材料、面板与品牌厂商的技术瓶颈，特别在上游发光二极管外延生长过程中，如何生长具有低缺陷密度外延结构是微型发光二极管急需解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极体外延结构的制造方法，通过该方法可以生长出具有低缺陷密度外延结构，有效改善发光二极体器件的性能。

为实现上述目的，本发明提出如下方案：一种发光二极体外延结构的制造方法，所述外延结构的制造方法包括以下内容：

提供衬底；

在所述衬底上生长n型半导体层；

在所述n型半导体层上生长多量子阱发光层；

在所述多量子阱发光层上生长p型半导体层；

所述多量子阱发光层包括多量子阱发光层的缓冲层，多量子阱发光层的阱层，多量子阱发光层的垒层，所述多量子阱发光层的阱层生长在所述多量子阱发光层的缓冲层上，所述多量子阱发光层的垒层生长在所述所述多量子阱发光层的阱层上。

所述衬底包括氮化铝衬底，硅衬底或碳化硅衬底；

所述衬底和所述n型半导体层之间还生长3d岛状层和2d二维层，所述3d岛状层生长在所述衬底上，所述2d二维层生长在所述3d岛状层上，所述n型半导体层生长在所述2d二维层上；

其中：当生长所述3d岛状层时，通入三乙基镓后，需要将生长温度调整在950-1200℃之间，生长压力调整在100-500torr之间，所述3d岛状层生长结束后，将生长温度调整至950-1200℃之间，生长压力调整在100-600torr之间，所述2d二维层开始在所述3d岛状层上生长；

当生长所述n型半导体层时，需要将生长温度调整在1000-1200℃之间，生长压力调整在100-600torr之间；

当生长所述多量子阱发光层的缓冲层时，需要将三乙基镓和生长气氛中的氢气的通入量以脉冲模式通入，所述三乙基镓的流量与不同氢气占比的生长气氛进行脉冲交替生长，所述三乙基镓和所述生长气氛中的氢气的通入量可以调整，所述多量子阱发光层的缓冲层按照脉冲模式生长；在生长所述多量子阱发光层的缓冲层时，还需要将生长温度调整在750-950℃之间，生长压力调整在100-500torr之间，操作转速调整在500-1200之间，所述生长气氛中的氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比在0.1-50％之间，气体分配在合理气流模型下互相配比；

当生长所述多量子阱发光层的垒层时，需要通入三乙基镓和生长气氛中的氢气，所述生长气氛中的氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比大于5％，气体分配在合理气流模型下互相配比，还需要将生长温度调整在750-950℃之间，生长压力调整在100-500torr之间，操作转速调整在500-1200之间；

当生长p型半导体层时，需要将生长温度调整在620-1200℃之间，生长压力调整在100-600torr之间，ⅴ/ⅲ摩尔比控制在200-6000之间，所述p型半导体层生长厚度控制在10-100nm之间；

当生长所述多量子阱发光层时，所述多量子阱发光层的阱层和所述多量子阱发光层的垒层依序周期生长；

当外延结构生长结束后，外延结构经过清洗，沉积，光刻和刻蚀等后续加工工艺制成单颗芯片；

于本发明的一实施方式中，在生长所述多量子阱发光层时，使用高纯氢气或氮气作为载气，以三甲基镓、三乙基镓、三甲基铝、三甲基铟和氨气分别作为镓、铝、铟和氮源，使用硅烷和二茂镁分别作为n型及p型掺杂。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种上述发光二极体外延结构制造方法的用途，所述发光二极体外延结构制造方法应用到微型发光二极管装置的制造中。

一种微型发光二极管装置的制造方法，包括，

提供发光二极体的外延结构；

分割所述发光二极体的外延结构，以形成多个微型发光二极管的芯片；

所述微型发光二极管的芯片转移到一基板上；

其中，当提供所述发光二极体的外延结构时，发光二极体外延结构的制造方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底上生长n型半导体层；

在所述n型半导体层上生长多量子阱发光层；

在所述多量子阱发光层上生长p型半导体层；

所述多量子阱发光层包括多量子阱发光层的缓冲层，多量子阱发光层的阱层，多量子阱发光层的垒层；

其中，当生长所述多量子阱发光层的缓冲层时，三乙基镓和生长气氛中的氢气的通入量以脉冲模式通入，即所述三乙基镓的流量与不同氢气占比的生长气氛进行脉冲交替生长；所述生长气氛中的氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比在0.1-50％之间，生长时的操作压力在100-500torr之间；且生长所述多量子阱发光层的垒层时，氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比大于5％。

本发明提供的一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用，在生长多量子阱发光层的缓冲层时，生长气氛中的氢气按照脉冲模式通入，多量子阱发光层的缓冲层按照脉冲模式生长，可以减少断裂的价键，杂质及缺陷等，能够获得平整，清晰度高的界面，减少界面缺陷或陷阱，或者说对界面有一定的修复作用，能够改善多量子阱发光层中阱垒界面状态，从而提高器件性能，因此可将所述发光二极体外延结构的制造方法应用于微型发光二极管装置的制造方法中。

附图说明

图1为本发明实施例中提到的外延结构的示意图。

图2为多量子阱发光层的结构示意图。

图3为本发明的外延结构的制备方法流程图。

图4为实施例中微型发光二极管装置的示意图。

图5为本实施例中微型发光二极管装置制造方法的流程图。

元件标号说明

1氮化铝镀膜衬底

23d岛状层

32d二维层

4n型半导体层

5多量子阱发光层

6n型半导体层

7基板

8微型发光二极管的芯片

51多量子阱发光层的缓冲层

52多量子阱发光层的阱层

53多量子阱发光层的垒层

s1-s6步骤

s101-s301步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供了一种发光二极体外延结构的制造方法，所述外延结构的制造方法包括如下步骤，请参阅图1-3：

s1：提供一个衬底1；

s2：在所述衬底1上生长3d岛状层2；

s3：在所述3d岛状层2上生长2d二维层3；

s4：在所述2d二维层3上生长n型半导体层4；

s5：在所述n型半导体层4生长多量子阱发光层5；

s6：在所述多量子阱发光层5上生长所述p型半导体层；

其中，所述多量子阱发光层5可包括多量子阱发光层的缓冲层51，多量子阱发光层的阱层52，多量子阱发光层的垒层53；

在步骤s1中，所述衬底1是外延层生长的基板，具有支撑和稳定的作用，所述衬底1包括蓝宝石，碳化硅，氮化铝，氮化铝等，本实施例中优选氮化铝镀膜衬底；

在步骤s2中，生长所述3d岛状层2时，需要将生长温度调节在950-1200℃之间，将生长压力控制在100-500torr之间，通入三乙基镓后，所述3d岛状层2开始生长；

在步骤s3中，生长所述2d二维层3，需要将生长温度调节在1000-1200℃之间，将生长压力控制在100-500torr之间；

在步骤s4中，生长n型半导体层4时，需要将生长温度调节在1000-1200℃之间，将生长压力控制在100-600torr之间

在步骤s5中，在生长所述多量子阱发光层的缓冲层51时，需要将三乙基镓和生长气氛中的氢气的通入量以脉冲模式通入，所述三乙基镓的流量与不同氢气占比的生长气氛进行脉冲交替生长，即所述多量子阱发光层的缓冲层51按照脉冲模式生长，其中所述三乙基镓和所述生长气氛中的氢气的通入量的脉冲模式可以改变，例如在生长前期，氢气的通入量在氨气中的占比为1％，在生长中期，氢气的通入量在氨气中的占比为10％，同时，所述三乙基镓的通入量需要根据所述生长气氛中的氢气的变化进行改变，所述三乙基镓和所述生长气氛中的氢气通入量的脉冲模式(包括脉宽，频率等)的参数相适应，在生长多量子阱发光层的缓冲层51时，还需要将生长温度调整在750-950℃之间，将操作转速调整在500-1200之间，将生长压力调整在100-500torr之间，所述生长气氛中的氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比在0.1-50％之间，气体分配在合理气流模型下互相配比；

在生长多量子阱发光层的垒层53时，需要将生长压力调整在100-500torr之间，将操作转速调整在500-1200之间，生长温度调整在750-950℃之间，控制氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比大于5％，气体分配在合理气流模型下互相配比；

在步骤s5中，在生长多量子阱发光层5时，所述多量子阱发光层的阱层52生长在所述多量子阱发光层的缓冲层51上，所述多量子阱发光层的垒层53生长在所述多量子阱发光层的阱层52上；所述多量子阱发光层的阱层52和所述多量子阱发光层的垒层53依序周期生长；

在步骤s6中，在生长所述p型半导体层6时，需要将生长温度调整在620-1200℃之间，将生长压力调整在100-600torr之间，ⅴ/ⅲ摩尔比控制在200-6000之间，所述p型半导体层6的生长厚度控制在10-100nm之间；

当外延结构生长结束后，外延结构(外延片)经过清洗，沉积，光刻和刻蚀等后续加工工艺制成单颗芯片。

于本发明的一些实施方式中，当生长所述多量子阱发光层时，使用高纯氢气或氮气作为载气，以三甲基镓、三乙基镓、三甲基铝、三甲基铟和氨气分别作为镓、铝、铟和氮源，使用硅烷和二茂镁分别作为n型及p型掺杂。

图1是通过本发明生长的外延结构，从下到上依次包括:氮化铝镀膜衬底1，3d岛状层2，2d二维层3，n型半导体层4，多量子阱发光层5，p型半导体层6。

图2是多量子阱发光层5的结构示意图，包括多量子阱发光的缓冲层51，多量子阱发光层的阱层52和多量子阱发光层的垒层53。

请参阅图4-5，本实施例还包括一种微型发光二极管装置的制造方法，包括以下步骤：

s101：提供发光二极体的外延结构；其中，当提供所述发光二极体的外延结构时，发光二极体外延结构的制造方法，包括：

提供衬底；在所述衬底上生长n型半导体层；在所述n型半导体层上生长多量子阱发光层；在所述多量子阱发光层上生长p型半导体层；所述多量子阱发光层包括多量子阱发光层的缓冲层，多量子阱发光层的阱层，多量子阱发光层的垒层；

其中，当生长所述多量子阱发光层的缓冲层时，三乙基镓和生长气氛中的氢气的通入量以脉冲模式通入，即所述三乙基镓的流量与不同氢气占比的生长气氛进行脉冲交替生长，所述生长气氛中的氢气与氮气/氢气/氨气总气量的占比在0.1-50％之间，生长时的操作压力在100-500torr之间；且生长所述多量子阱发光层的垒层时，氢气在氮气/氢气/氨气总气量中的占比大于5％；本实施中对所述衬底的材料不作限定，优选氮化铝衬底；

s201：分割所述发光二极体的外延结构，以形成多个微型发光二极管的芯片8；在分割所述发光二极体的外延结构时，本实施例中例如可采用隐形切割方法获得所述微型发光二极管的芯片8；

s301：所述微型发光二极管的芯片8转移到一基板7；本实施例的所述基板7例如为tft阵列基板；本实施例选择将所述发光二极管的芯片8粘结到所述基板7上；

其中，本实施例中的微型发光二极管装置的制造方法，还包括；

在所述p型半导体层上需要生长接触层；在所述接触层上生长电流扩展层；蚀刻形成隔离槽，所述隔离槽至少穿过所述发光二极体的外延结构；图4未体现所述接触层，所述电流扩展层和所述隔离槽。

综上所述，本发明提出的一种发光二极体外延结构的制造方法及其应用，在制造发光二极体外延结构时优化多量子阱发光层，具体为：在生长多量子阱发光层的缓冲层过程中，三乙基镓和生长气氛中的氢气的通入量以脉冲模式通入，多量子阱发光层的缓冲层以脉冲模式生长，其中，镓的组分也是按照脉冲模式进行变化，该生长方法可以减少断裂的价键，杂质及缺陷等，能够获得平整，清晰度高的界面，减少界面的缺陷或者陷阱，或者说对界面有一定的修复作用，能够改善多量子阱发光层的阱垒界面状态，从而提高器件性能，因此可以将发光二极体外延结构的制造方法应用到微型发光二极管装置的制造方法中。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。