纳米柱MicroLED及其制备方法与流程

本发明特别涉及一种纳米柱micro led及其制备方法，属于半导体。

背景技术：

1、采用纳米柱结构制备micro led器件，作为一种自下而上生长的方法，无需对外延结构进行刻蚀，可以有效避免侧壁损伤，提高器件发光效率。

2、纳米柱led一般分为核-壳结构和轴向结构两种结构，核-壳结构led以n型gan纳米柱为中心，在外层包覆生长发光层、p型层等结构，如图1所示，核-壳结构led具有更大的发光面积以及更大的发光角度；如图2所示，轴向结构led的发光层和p型层堆叠生长在n型gan纳米柱的相同生长方向上，具有较小的有源区面积，适合应用于micro led和单光子发射器等器件中。然而通过mocvd方法制备轴向结构纳米柱led具有一定困难，在生长量子阱有源区采用的高v/iii比条件容易使其在纳米柱轴向和侧壁同时生长而形成核-壳结构，同样，p型gan生长时也容易在侧壁成核，发生横向扩展，进而导致不同纳米柱之间发生接触。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种纳米柱micro led及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明一方面提供了一种纳米柱micro led的制备方法，包括：

4、生长n型半导体纳米柱，并在所述n型半导体纳米柱的侧壁同步生长形成隔离层；

5、在所述n型半导体纳米柱的顶部生长形成多量子阱层；

6、在所述多量子阱层的顶部生长形成p型半导体层。

7、进一步的，所述n型半导体纳米柱包括第一n型半导体纳米柱和第二n型半导体纳米柱，所述第二n型半导体纳米柱设置在所述第一n型半导体纳米柱的顶部，并且，所述的制备方法具体包括：

8、采用连续生长模式或第一脉冲生长模式或交替采用连续生长模式、第一脉冲生长模式生长所述第一n型半导体纳米柱；

9、采用第二脉冲生长模式在所述第一n型半导体纳米柱的顶部生长形成所述第二n型半导体纳米柱，且在生长形成所述第二n型半导体纳米柱的过程中，在所述第一n型半导体纳米柱和所述第二n型半导体纳米柱的侧壁生长形成所述隔离层。

10、进一步的，所述的制备方法包括：采用金属有机化合物化学气相沉淀(mocvd)工艺生长形成所述n型半导体纳米柱。

11、进一步的，所述n型半导体纳米柱的材质包括iii族氮化物。

12、进一步的，所述n型半导体纳米柱的材质包括n型gan等，但不限于此。

13、进一步的，所述第一n型半导体纳米柱的高度为500nm～2000nm。

14、进一步的，所述第二n型半导体纳米柱的高度为30nm～100nm。

15、进一步的，所述连续生长模式包括：连续向反应室内通入生长所述第一半导体纳米柱所需的iii族源、n源和掺杂源，所述iii族源的通入流量为20sccm～100sccm、所述n源的通入流量为500sccm～3000sccm、所述掺杂源的通入流量为1sccm～20sccm。

16、进一步的，所述连续生长模式的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100mbar～400mbar。

17、进一步的，所述第一脉冲生长模式包括一个或循环进行的多个生长周期，每一所述生长周期包括：

18、先向反应室内通入载气以及生长所述第一半导体纳米柱所需的iii族源和掺杂源；

19、停止通入所述iii族源和所述掺杂源，并以所述载气进行吹扫；

20、向反应室内通入生长所述第一半导体纳米柱所需的n源；

21、停止通入所述n源，并以所述载气进行吹扫。

22、进一步的，在每一所述生长周期内，所述iii族源和所述掺杂源是同时开始通入以及同时停止通入的。

23、进一步的，在每一所述生长周期内，所述iii族源和所述掺杂源的通入时间为3s～15s，所述吹扫的时间为1s～3s，所述n源的通入时间为2s～15s。

24、进一步的，所述iii族源的通入流量为20sccm～100sccm、所述n源的通入流量为500sccm～3000sccm、所述掺杂源的通入流量为1sccm～20sccm。

25、进一步的，所述第二脉冲生长模式包括一个或循环进行的多个生长周期，每一所述生长周期包括：

26、先向反应室内通入载气以及生长所述第二半导体纳米柱所需的iii族源；

27、停止通入所述iii族源，并以所述载气进行吹扫；

28、向反应室内通入生长所述第二半导体纳米柱所需的n源和掺杂源；

29、停止通入所述n源和所述掺杂源。

30、进一步的，在每一所述生长周期内，所述iii族源和所述掺杂源是同时开始通入，所述iii族源的通入持续时间小于所述掺杂源的通入持续时间。

31、进一步的，在每一所述生长周期内，所述iii族源和所述掺杂源的通入时间为3s～15s，所述吹扫的时间为1s～3s，所述n源的通入时间为2s～15s。

32、进一步的，所述iii族源的通入流量为20sccm～100sccm、所述n源的通入流量为500sccm～3000sccm、所述掺杂源的通入流量为15sccm～50sccm。

33、进一步的，所述第一脉冲生长模式和/或所述第二脉冲生长模式的生长温度为1000℃～1100℃，生长压力为100mbar～400mbar。

34、进一步的，所述掺杂源包括si源，示例性的，所述si源可以是sih4等。

35、进一步的，所述iii族源可以是ga源，示例性的，ga源可以是tmga等。

36、进一步的，所述n源可以是nh3等。

37、进一步的，所述的制备方法具体包括：采用掩膜选区外延生长、催化剂辅助外延生长或自组装外延生长的方式在衬底上形成多个所述n型半导体纳米柱。

38、进一步的，所述的制备方法还包括：先在衬底上形成电子提供层，再在所述电子提供层上生长形成所述n型半导体纳米柱。

39、进一步的，所述电子提供层为n型半导体层。

40、进一步的，所述电子提供层的材质可以是氮化物，进一步可以是iii族氮化物，例如可以是n型gan等。

41、进一步的，所述掩膜选区外延生长形成所述n型半导体纳米柱的方式具体包括：

42、在衬底上形成具有纳米孔的掩膜，自所述纳米孔内露出的所述衬底上生长形成所述n型半导体纳米柱，可以理解的，所述纳米孔为贯穿所述掩膜的通孔。

43、进一步的，所述掩膜选区外延生长形成所述n型半导体纳米柱的方式具体包括：在衬底上形成具有多个纳米孔的掩膜，自多个所述纳米孔内露出的所述衬底上生长形成多个所述n型半导体纳米柱，多个所述n型半导体纳米柱间隔设置。

44、进一步的，所述的制备方法还包括：在衬底上形成电子提供层，在所述电子提供层上形成具有纳米孔的掩膜，自所述纳米孔内露出的所述电子提供层上生长形成所述n型半导体纳米柱。

45、进一步的，所述衬底的材质可以是蓝宝石、sic、si、gan、a1n、金刚石等。

46、本发明另一方面还提供了由所述的纳米柱micro led的制备方法获得的纳米柱micro led。

47、与现有技术相比，本发明提供的一种纳米柱micro led的制备方法，采用si源脉冲掺杂的生长方式在n型gan纳米柱的侧壁形成sinx隔离层，可避免多量子阱层、p型半导体层等结构在n型gan纳米柱侧壁生长，从而获得了轴向结构的纳米柱micro led。