微型发光二极管外延片的制备方法与流程

[0001]
本公开涉及发光二极管制作领域，特别涉及微型发光二极管外延片的制备方法。


背景技术：

[0002]
ledlight emitting diode，发光二极管是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等，提高芯片发光效率是led不断追求的目标。
[0003]
当前的微型发光二极管外延片通常包括衬底及在衬底上依次生长的n型层、发光层及p型层，当前的发光二极管能够满足一些场合的照明使用要求，但对一些要求较高的显示设备来说，当前的微型发光二极管的发光均匀度仍有待提高。


技术实现要素：

[0004]
本公开实施例提供了微型发光二极管外延片的制备方法，能够提高微型发光二极管的发光均匀度的同时控制微型发光二极管的成本。所述技术方案如下：
[0005]
本公开实施例提供了一种微型发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
[0006]
提供一衬底；
[0007]
在所述衬底上依次生长n型层、发光层与p型层，所述发光层的生长压力、所述n型层的生长压力、所述p型层的生长压力依次增加。
[0008]
可选地，所述p型层的生长压力比所述n型层的生长压力高100～300torr。
[0009]
可选地，所述n型层的生长压力比所述发光层的生长压力高25～75torr。
[0010]
可选地，所述n型层的生长压力、所述发光层的生长压力与所述p型层的生长压力为等比数列。
[0011]
可选地，所述发光层的生长压力、所述n型层的生长压力为100～150torr。
[0012]
可选地，所述p型层的生长压力为250～500torr。
[0013]
可选地，所述制备方法还包括：
[0014]
在所述发光层与所述p型层之间生长algan电子阻挡层，且所述algan电子阻挡层的生长压力低于所述发光层的生长压力。
[0015]
可选地，所述algan电子阻挡层的生长压力为75～150torr。
[0016]
可选地，在所述发光层与所述p型层之间生长algan电子阻挡层时，向所述反应腔内通入80～200sccm的al源、1500～3000sccm的ga源及100～200sccm的nh
3
源。
[0017]
可选地，所述algan电子阻挡层的生长时间为7～20min。
[0018]
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0019]
在衬底上生长n型层时，以较低的生长压力生长n型层，可以保证生长n型层时反应腔内的mo源的利用率较高，mo源可以充分反应得到质量较好的n型层。且低压情况下n型层的表面质量与内部均匀度均较好，即使低压情况下生长n型层的生长速率较低，充分反应的
mo源也可以抵消n型层的生长速率低而延长的n型层生长时长，可以在较短的时间内得到质量好且生长时间不会很长的n型层。发光层的生长压力整体的生长压力相对n型层更低，可以保证发光层n型层更低的生长速率进行生长，in原子分布可以更均匀，发光层中的in原子也有足够的时间渗入发光层中，提高发光层捕捉载流子的能力与微型发光二极管的发光均匀度。p型层的生长压力高于n型层与发光层的生长压力，可以提高p型掺杂元素的反应效率，减少p型层中的p型掺杂元素扩散的时间，避免镁原子扩散至发光层中，保证发光层的质量。p型层的生长压力大于n型层与发光层的生长压力还可以起到p型层快速生长，p型层可以以三维方式快速生长覆盖n型层、发光层生长时自然出现并延伸至发光层表面的v型凹坑，提高微型发光二极管的表面平整度，保证发光层所出射的光可以从微型发光二极管的表面均匀出射。整体提供微型发光二极管的出光均匀度的同时也不会过度提高微型发光二极管的成本。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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。
[0021]
图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的制备方法流程图；
[0022]
图2是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图；
[0023]
图3是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管外延片的制备方法流程图；
[0024]
图4是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
[0025]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0026]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
[0027]
图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的制备方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：
[0028]
s101：提供一衬底。
[0029]
s102：在衬底上依次生长n型层、发光层与p型层。发光层的生长压力、n型层的生长压力、p型层的生长压力依次增加。
[0030]
在衬底上生长n型层时，以较低的生长压力生长n型层，可以保证生长n型层时反应腔内的mo源的利用率较高，mo源可以充分反应得到质量较好的n型层。且低压情况下n型层的表面质量与内部均匀度均较好，即使低压情况下生长n型层的生长速率较低，充分反应的mo源也可以抵消n型层的生长速率低而延长的n型层生长时长，可以在较短的时间内得到质量好且生长时间不会很长的n型层。发光层的生长压力整体的生长压力相对n型层更低，可以保证发光层n型层更低的生长速率进行生长，in原子分布可以更均匀，发光层中的in原子也有足够的时间渗入发光层中，提高发光层捕捉载流子的能力与微型发光二极管的发光均匀度。p型层的生长压力高于n型层与发光层的生长压力，可以提高p型掺杂元素的反应效率，减少p型层中的p型掺杂元素扩散的时间，避免镁原子扩散至发光层中，保证发光层的质量。p型层的生长压力大于n型层与发光层的生长压力还可以起到p型层快速生长，p型层可以以三维方式快速生长覆盖n型层、发光层生长时自然出现并延伸至发光层表面的v型凹坑，提高微型发光二极管的表面平整度，保证发光层所出射的光可以从微型发光二极管的表面均匀出射。整体提供微型发光二极管的出光均匀度的同时也不会过度提高微型发光二极管的成本。
[0031]
图2是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，微型发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型层2、发光层3及p型层4。
[0032]
在本公开所提供的一种实现方式中，n型层2可为n型gan层，发光层3可包括交替层叠的gan垒层31与ingan阱层32，p型层4则可为p型gan层。采用图1中所示方法制备得到之后出光可较为均匀。
[0033]
在本公开所提供的其他实现方式中，n型层2、发光层3及p型层4也可采用其他材料并采用图1中所示方法制备，同样可以得到均匀出光的微型发光二极管。
[0034]
图1中执行完步骤s102之后的结构也可参考图2中的微型发光二极管外延片的结构。
[0035]
图3是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该制备方法包括：
[0036]
s201：提供一衬底。
[0037]
可选地，衬底可为蓝宝石平片衬底或硅衬底。便于外延片的生长与处理。
[0038]
步骤s201可包括：在氢气气氛下，高温处理衬底5～10min。生长温度可为1000～1150℃，反应腔压力控制在75～150torr。
[0039]
在高温低压下对衬底的表面处理较长时间，可以保证衬底表面的清洁程度，后续在衬底上生长外延结构时，也可以便于外延结构生长压力的调整。
[0040]
在对衬底的表面进行高温处理时，可控制衬底的转速为600～700rpm之间。保证对衬底表面的处理效果。
[0041]
s202：在衬底上生长低温缓冲层。
[0042]
可选地，低温缓冲层可包括gan缓冲层。
[0043]
示例性地，gan缓冲层的生长温度可为500～650℃，生长压力控制在100～300torr，gan缓冲层的生长转速可为500～800rpm。得到的gan缓冲层的质量较好。
[0044]
且gan缓冲层的生长压力控制在100～300torr之间。gan缓冲层可以以较为稳定的生长速率形成晶粒并进行生长，得到的gan缓冲层的质量较好。
[0045]
可选地，gan缓冲层的厚度可为15～100nm。能够为后续外延结构提供良好的生长基础。
[0046]
s203：在低温缓冲层上生长gan成核层。
[0047]
gan成核层的生长温度可为1000～1050℃，生长压力控制在200～600torr。得到的gan成核层的质量较好。
[0048]
可选地，gan成核层的生长压力可为100～300torr。能够得到质量较好的gan成核层。
[0049]
s204：在gan成核层上生长非掺杂gan层。
[0050]
非掺杂gan层的生长厚度可为1～3um。
[0051]
非掺杂gan层的生长温度可为1000～1100℃，生长压力可为100～300torr。非掺杂gan层的生长压力在此范围内时，非掺杂gan层生长的均匀性较好。
[0052]
s205：在非掺杂gan层上生长n型层，n型层的生长压力为100～150torr。
[0053]
n型层的生长压力设置在100～150torr，n型层以较低的压力生长，低压压力生长可以加快反应腔中反应气体的流动性，减少高压生长带来的涡流现象。使微型发光二极管外延片边缘区域和中心区域生长的条件、mo源材料、气流、温度等较均匀一致，因此底层生长得到的gan材料厚度和掺杂均匀性较高，微型发光二极管外延片的表面平整度较高。
[0054]
可选地，n型层可以为掺si的gan层。
[0055]
n型层为掺si的gan层时，在生长压力为100～150torr的条件下生长，si元素可以均匀混合至gan层内，保证si元素的均匀混合，减小富余si元素形成杂质在n型层表面聚集成颗粒的可能性，进一步提高n型层的表面质量。
[0056]
可选地，n型层的厚度为1～3um，生长温度为1000～1100℃，n型层的转速可控制在300～400rpm之间。可得到质量良好的n型层。
[0057]
需要说明的是，在本公开所提供的步骤s201～步骤s205中，低温缓冲层、gan成核层、非掺杂gan层及n型层均采用较低的生长压力进行生长，反应腔内的反应物反应较为均匀，会残留在外延片表面的颗粒物较少，能够提高外延片的表面平整度，也有利于外延片的出光均匀度。且固留在反应腔内的杂质被高速转动影响落入外延片的可能性也会减小，也对外延片的表面平整度有提高。
[0058]
s206：在n型层上生长发光层，发光层的生长压力为100～150torr。
[0059]
发光层的生长压力在以上范围且小于n型层的生长压力，发光层的压力同样可以得到提高，并且发光层可以均匀生长。
[0060]
可选地，n型层的生长压力比发光层的生长压力高25～50torr。
[0061]
此时n型层与发光层均可以较为合理的速率生长，得到质量较好的n型层与发光层的同时，合理控制n型层与发光层的成本。
[0062]
示例性地，发光层可包括在n型层上交替生长ingan阱层与gan垒层。
[0063]
发光层包括交替生长ingan阱层与gan垒层时，发光层的生长压力为100～150torr，还可以使得ingan阱层与gan垒层均匀生长，且由于生长压力较低，ingan阱层中in原子也不易扩散至其他层中，可以提高ingan阱层中in的掺杂浓度，提高发光层的晶体质量。
[0064]
示例性地，ingan阱层的生长转速为200～350rpm，ingan阱层的生长温度为760～
780℃。将ingan阱层的生长转速设置在此范围内，同时将ingan阱层的生长温度限制在760～780℃可进一步提高ingan阱层的生长质量，保证ingan阱层中in组分的掺杂效果。
[0065]
可选地，ingan阱层的生长转速与生长温度在以上范围内时，可控制向反应腔内通入的in的流量为1000～2400sccm。此时ingan阱层中in组分的掺杂效果较好，且ingan阱层中in组分掺杂较为均匀。
[0066]
对应的，生长ingan阱层时，向反应腔内通入的ga的流量为100～300sccm，向反应腔内通入的nh
3
的流量为50～200l/min。
[0067]
可选地，gan垒层的生长转速可为200～350rpm，gan垒层的生长温度可为860～890℃。gan垒层的质量不会很差，保证与gan垒层交替间隔生长的ingan阱层的质量，gan垒层的生长温度在此范围内，其生长温度不会过高，也便于外延片生长温度的调节，不会过多提升外延片的生长成本。
[0068]
s207：在发光层上生长algan电子阻挡层，algan电子阻挡层的生长压力低于发光层的生长压力。
[0069]
algan电子阻挡层以较发光层更低的生长压力进行生长，发光层中的in元素在电子阻挡层生长时，不易分解进入algan电子阻挡层中，保证algan电子阻挡层与发光层之间的界面清晰度，减小algan电子阻挡层中的杂质，提高algan电子阻挡层的晶体质量的同时避免对发光层中in元素的含量造成影响，保证发光效率的同时提高微型发光二极管外延片的晶体质量。并且algan电子阻挡层以较低的生长压力进行生长，algan电子阻挡层中的al原子不易与氨气发生预反应，保证al源、氨气及ga源之间的反应平衡，稳定形成algan电子阻挡层，减小al源与氨气预反应形成杂质影响algan电子阻挡层的质量的可能性。
[0070]
可选地，algan电子阻挡层的生长压力可为75～150torr。
[0071]
algan电子阻挡层的生长压力在以上范围，al源、氨气及ga源之间可充分反应的同时，保证algan电子阻挡层不会受到发光层内的in元素的渗入与干扰，提高algan电子阻挡层的同时有效控制成本。
[0072]
示例性地，algan电子阻挡层的生长压力可较发光层的生长压力低25～75torr。得到的algan电子阻挡层的质量较好。
[0073]
可选地，在发光层与p型层之间生长algan电子阻挡层时，向反应腔内通入80～200sccm的al源、1500～3000sccm的ga源及100～200sccm的nh
3
源。
[0074]
生长algan电子阻挡层时，向反应腔内通入以上范围内的al源、nh
3
及ga源，可以得到质量较好的algan电子阻挡层的同时，也可以减小algan电子阻挡层生长所需的mo源，合理控制微型发光二极管外延片的制备成本。
[0075]
可选地，algan电子阻挡层的生长时间为7～20min。
[0076]
能够得到质量较好，且微型发光二极管外延片的制备时间也不会过长。
[0077]
其中，algan电子阻挡层可为掺al、掺mg的al
y
ga
1-y
ny的范围在0.15～0.25之间，algan电子阻挡层的厚度为30～50nm。
[0078]
具体地，生长algan电子阻挡层时，生长温度为930～970℃。
[0079]
可选地，此电子阻挡层的转速控制在300～400rpm，若此段转速小于300rpm，会因转速太低而生长温度偏高而影响到有源层的晶体质量。若转速大于400rpm，会因为转速太快而影响al掺杂在边缘区域和中心区域的均匀性。
[0080]
优选地，此电子阻挡层的生长转速可控制在350～400rpm之间。可保证有源层的晶体质量和al掺杂的均匀性。
[0081]
s208：在algan电子阻挡层上生长p型层，p型层的生长压力为250～500torr。
[0082]
p型层的生长压力在以上范围内时，p型层可以覆盖p型层以前生长的外延结构的表面形成的凹坑缺陷，并保证p型层本身的生长质量。
[0083]
可选地，p型层的生长压力比n型层的生长压力高100～300torr。
[0084]
p型层的生长压力较n型层的生长压力高出以上范围内时，得到的p型层的质量较好，且由于p型层整体的生长速率高于n型层的生长速率，p型层也可以合理覆盖n型层在生长过程中形成的凹坑缺陷，提高微型发光二极管的发光效率。
[0085]
示例性地，n型层的生长压力、发光层的生长压力与p型层的生长压力为等比数列。
[0086]
可以得到质量较好的n型层、发光层及p型层，也便于n型层、发光层及p型层的生长压力的合理调整。
[0087]
可选地，p型层的生长转速与n型层的生长转速之差为100～200rpm。此时得到的外延片的整体质量较好的同时不会过多地提升外延片的生长成本。
[0088]
可选地，n型层的生长转速、发光层的生长转速与p型层的生长转速为等差数列。此时得到的外延片的整体质量较好。
[0089]
示例性地，p型层的生长转速可为300～480rpm。外延片整体质量较好。
[0090]
可选地，p型层可为高温高掺杂mg的gan层，其厚度为50～80nm。能够提供足够的空穴载流子进入发光层进行复合。
[0091]
可选地，p型层的生长温度可为940～980℃。能够得到晶体质量较好的p型层。
[0092]
可选地，p型层的生长压力可控制在350～480rpm之间。可保证此层需要的厚度和生长成本以及mg掺杂的效率和均匀性。
[0093]
图4是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管的结构示意图，参考图4可知，微型发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型层2、发光层3及p型层4。
[0094]
在本公开所提供的一种实现方式中，n型层2可为n型gan层，发光层3可包括交替层叠的gan垒层31与ingan阱层32，p型层4则可为p型gan层。采用图3中所示方法制备得到之后出光可较为均匀。
[0095]
图4中的结构还在衬底1与n型层2之间，增加了依次层叠的低温gan缓冲层5、gan成核层6及非掺杂gan层7，可以有效缓解衬底1与n型层2之间的晶格失配。并在发光层3与p型层4之间增加了algan电子阻挡层，可以起到阻挡电子溢流的作用，提高微型发光二极管外延片的发光效率。
[0096]
在本公开所提供的其他实现方式中，n型层2、发光层3及p型层4也可采用其他材料并采用图3中所示方法制备，同样可以得到均匀出光的微型发光二极管。
[0097]
图3中执行完步骤s208之后的结构也可参考图4中的微型发光二极管外延片。
[0098]
示例性地，可采用veeco k465i or c4 orrbmocvdmetal organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀设备实现led的生长方法。
[0099]
具体地，在实现外延片的实际生长时，可将衬底放在石墨托盘上送入反应腔中进行外延材料的生长。
[0100]
并且在本公开的实施例中，可采用三甲基镓或三甲基乙作为镓源，高纯氮气作为
氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，三甲基硼烷作为b源；n型掺杂剂选用硅烷，p型掺杂剂选用二茂镁。
[0101]
上述方法还可包括，在上述外延结构生长结束后，将mocvd(化学气相沉积)工艺腔内温度降低，在氮气气氛中对外延片进行退火处理，退火温度区间为650～850℃，退火处理5～25分钟，将至室温，结束外延生长。退火可进一步去除外延片中的缺陷，有利于提高发光二极管的发光效率。
[0102]
以上所述，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。