CN112786762B - 发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管制作领域。外延层的第一表面上分布的键合金属键合在发光设备的基板，第二表面为出光面。在外延层的第二表面上开有网状隔离沟槽，每个键合金属在第二表面的投影均对应位于一个网状隔离沟槽的网目内。在第二表面位于网状隔离沟槽之间的部分出光。采用不透光材料制备的第一隔离层位于网状隔离沟槽内且填满网状隔离沟槽，保证被网状隔离沟槽及第一隔离层隔开的第二表面的两个部分在出光时，出现光线干涉或者混光的情况较少。应用至发光设备时，第一隔离层同样可以起到避免光线干涉或混光的情况，起到提高发光二极管外延片所应用的发光设备的分辨率的作用。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管制作领域，特别涉及发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
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，提高外延片发光效率是发光二极管不断追求的目标。
发光二极管在应用到一些发光设备时，常需要多个发光二极管布置在同一基板上共同发光，单独的发光二极管则作为像素点。此时如果相邻的两个发光二极管之间距离过近，容易出现相邻的两个发光二极管之间相互干涉、混光的情况，影响发光设备的分辨率。
发明内容
本公开实施例提供了发光二极管外延片及其制备方法，能够提高发光二极管外延片所应用的发光设备的分辨率。所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括外延层、多个键合金属与第一隔离层，所述外延层包括相互平行且相反的第一表面与第二表面，所述多个键合金属均匀分布在所述第一表面，
所述外延层具有网状隔离沟槽，所述网状隔离沟槽位于所述第二表面，每个所述键合金属在所述第二表面的投影均对应位于一个所述网状隔离沟槽的网目内，
所述第一隔离层位于所述网状隔离沟槽内，且所述第一隔离层填满所述网状隔离沟槽，所述第一隔离层采用不透光材料制备。
可选地，所述网状隔离沟槽的深度为0.2～5μm。
可选地，所述网状隔离沟槽与所述外延层的发光层的最小距离为0.2～5μm。
可选地，所述网状隔离沟槽包括多个并列的第一条形槽与多个并列的第二条形槽，每个所述第一条形槽均与所述多个第二条形槽相交且连通，所述第一条形槽的宽度为2～50μm。
可选地，所述发光二极管外延片还包括第二隔离层，所述第二隔离层采用不透光材料制备，所述第二隔离层为网状，且所述第二隔离层对应覆盖所述第一隔离层的表面。
可选地，所述网状隔离沟槽在第二表面的投影，位于所述第二隔离层在所述第二表面的投影内。
可选地，所述第二隔离层的厚度为0.2～2μm。
可选地，所述第一隔离层的材料为金属或氮化硅。
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法，所述发光二极管外延片及其制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长外延层；
将所述外延层由所述衬底上剥离，所述外延层具有相互平行且相反的第一表面与第二表面；
在所述第一表面上生长多个键合金属；
在所述第二表面上制备网状隔离沟槽，所述网状隔离沟槽位于所述第二表面，每个所述键合金属在所述第二表面的投影均对应位于一个所述网状隔离沟槽的网目内；
在所述网状隔离沟槽内生长第一隔离层，所述第一隔离层采用不透光材料制备且填满所述网状隔离沟槽。
可选地，所述发光二极管外延片及其制备方法还包括：
在所述第二表面上制备网状隔离沟槽之前，将所述外延层减薄直至所述外延层的第二表面与所述外延层的发光层之间的距离为0.5～5μm。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
发光二极管外延片中的外延层包括相互平行且相反的第一表面与第二表面，第一表面上分布的键合金属可以键合在发光设备的基板上，外延层发光时第二表面为出光面。在外延层的第二表面上开有网状隔离沟槽，每个键合金属在第二表面的投影均对应位于一个网状隔离沟槽的网目内。键合金属导电时，电流通过外延层，可以在第二表面位于网状隔离沟槽之间的部分出光。而由于采用不透光材料制备的第一隔离层位于网状隔离沟槽内，且第一隔离层填满网状隔离沟槽，第一隔离层可以起到隔离光线的作用。保证被网状隔离沟槽及第一隔离层隔开的第二表面的两个部分在出光时，出现光线干涉或者混光的情况较少。应用至发光设备时，第一隔离层同样可以起到避免光线干涉或混光的情况，起到提高发光二极管外延片所应用的发光设备的分辨率的作用。
附图说明
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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的发光二极管外延片的俯视图；
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图；
图4是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图；
图5是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片制备方法流程图。
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公开实施方式作进一步地详细描述。
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。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该发光二极管外延片包括外延层1、多个键合金属2与第一隔离层3，外延层1包括相互平行且相反的第一表面1a与第二表面1b，多个键合金属2均匀分布在第一表面1a。
外延层1具有网状隔离沟槽11，网状隔离沟槽11位于第二表面1b，每个键合金属2在第二表面1b的投影均对应位于一个网状隔离沟槽11的网目内。第一隔离层3位于网状隔离沟槽11内，且第一隔离层3填满网状隔离沟槽11，第一隔离层3采用不透光材料制备。
发光二极管外延片中的外延层1包括相互平行且相反的第一表面1a与第二表面1b，第一表面1a上分布的键合金属2可以键合在发光设备的基板上，外延层1发光时第二表面1b为出光面。在外延层1的第二表面1b上开有网状隔离沟槽11，每个键合金属2在第二表面1b的投影均对应位于一个网状隔离沟槽11的网目内。键合金属2导电时，电流通过外延层1，可以在第二表面1b位于网状隔离沟槽11之间的部分出光。而由于采用不透光材料制备的第一隔离层3位于网状隔离沟槽11内，且第一隔离层3填满网状隔离沟槽11，第一隔离层3可以起到隔离光线的作用。保证被网状隔离沟槽11及第一隔离层3隔开的第二表面1b的两个部分在出光时，出现光线干涉或者混光的情况较少。应用至发光设备时，第一隔离层3同样可以起到避免光线干涉或混光的情况，起到提高发光二极管外延片所应用的发光设备的分辨率的作用。
需要说明的是，晶粒单元S经过处理之后可以得到发光二极管。
参考图1可知，外延层1可包括n型GaN层12及依次层叠在n型GaN层12上的发光层13与p型GaN层14。发光层13包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层。第一表面1a可为p型GaN层14远离n型GaN层12的表面，此时第二表面1b为n型GaN层12远离p型GaN层14的表面；或者也可第一表面1a为n型GaN层12远离p型GaN层14的表面，此时第二表面1b为p型GaN层14远离n型GaN层12的表面。
图1中的外延层1结构仅用于举例，在本公开所提供的其他实现方式中，外延层1也可包括其他结构，本公开对此不做限制。
可选地，网状隔离沟槽11的深度为0.2～5μm。
网状隔离沟槽11的深度在以上范围内时，可以保证网状隔离沟槽11内的第一隔离层3具有足够的深度，实现对光线的有效隔离。
可选地，网状隔离沟槽11与外延层1的发光层13的最小距离为0.2～5μm。
网状隔离沟槽11与外延层1的发光层13的最小距离在以上范围内，可以保证网状隔离沟槽11内的第一隔离层3与发光层13的距离较为合理，不会影响发光层13正常发光的同时，可以有效阻止相邻的两个晶粒单元S的发光层13发出的光出现混光的情况。保证发光设备的分辨率。
图2是本公开实施例提供的发光二极管外延片的俯视图，参考图2可知，网状隔离沟槽11可包括多个并列的第一条形槽111与多个并列的第二条形槽112，每个第一条形槽111均与多个第二条形槽112相交且连通，第一条形槽111的宽度为2～50μm。
网状隔离沟槽11设置为包括第一条形槽111与第二条形槽112的形式，便于实现网状隔离沟槽11本身的制备与获取，第一条形槽111与第二条形槽112也可以部分起到切割的作用，将发光二极管外延片划分为多个相互独立发光的晶粒单元S。第一条形槽111的宽度在以上范围内，则可以在不影响发光层13的出光率的同时，保证对不同晶粒单元S之间的光线的有效隔离，保证发光二极管的分辨率。
可选地，第一条形槽111的长度方向与第二条形槽112的长度方向相互垂直。
第一条形槽111的长度方向与第二条形槽112的长度方向相互垂直时，发光二极管外延片的第二表面1b，被第一条形槽111与第二条形槽112切割为多个接近矩形的形状，更适用于制备发光二极管，便于发光二极管的制备。
在本公开所提供的其他实现方式中，第一条形槽111与第二条形槽112相交的角度也可为锐角。本公开对此不做限制。
示例性地，第一条形槽111与第二条形槽112均为矩形槽。
第一条形槽111与第二条形槽112均为矩形槽，可以保证最终得到的发光二极管的形状较为规则，发光二极管发光较为均匀，减小发光设备不同位置发光强度不同的情况出现，保证最终得到的发光设备的发光均匀度。
可选地，第一条形槽111的宽度与第二条形槽112的宽度相同。可以得到发光更为均匀且更利于发光二极管制备的发光二极管外延片。
示例性地，第一隔离层3的材料为金属或氮化硅。
第一隔离层3的材料采用金属或者氮化硅。可以保证第一隔离层3对光线的有效隔离，以保证发光设备的分辨率。
可选地，第一隔离层3所采用的金属材料可为铬、铝、金、镍中的一种或几种的混合合金。
第一隔离层3所采用的金属材料为上一段中所述的几种材料，可以保证第一隔离层3与网状隔离沟槽11之间的良好粘连，以保证第一隔离层3起到正常的隔离光线的作用，并保证后续发光二极管的正常制备。
可选地，发光二极管外延片还包括第二隔离层4，第二隔离层4采用不透光材料制备，第二隔离层4为网状，且第二隔离层4对应覆盖第一隔离层3的表面。
第二隔离层4可以在第一隔离层3的基础上进一步起到隔离相邻两个晶粒单元S发出的光线的作用，进一步提高发光设备的分辨率。
示例性地，网状隔离沟槽11在第二表面1b的投影，位于第二隔离层4在第二表面1b的投影内。
网状隔离沟槽11在第二表面1b的投影，位于第二隔离层4在第二表面1b的投影内，可以进一步提高对相邻两个晶粒单元S所发出的光线的隔离效果，提高发光设备的分辨率。
可选地，第二隔离层4的厚度为0.2～2μm。
第二隔离层4的厚度在以上范围内，可以在不过高提高发光二极管外延片的制备成本的前提下，避免相邻的两个晶粒单元S发出的光出现混光情况，保证发光设备的分辨率。
示例性地，第二隔离层4所采用的制备材料与第一隔离层3所采用的制备材料相同。便于制备。
在本公开所提供的其他实现方式中，第二隔离层4所采用的制备材料也可以与第一隔离层3所采用的制备材料不同，本公开对此不做限制。
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图，参考图3可知，发光二极管外延片包括外延层1、多个键合金属2与第一隔离层3。外延层1包括相互平行且相反的第一表面1a与第二表面1b，多个键合金属2均匀分布在第一表面1a，第一隔离层3则分布在第二表面1b上的网状隔离沟槽11内。
外延层1可包括n型GaN层12及依次层叠在n型GaN层12上的发光层13、p型GaN层14、电流扩展层15及透明绝缘层16。
可选地，n型GaN层12的掺杂元素可为Si，且Si元素的掺杂浓度可为1×1018～1×1019cm-3。n型GaN层12整体的质量较好。
示例性地，发光层13包括多个交替层叠的InGaN阱层及GaN垒层，InGaN阱层的厚度可为2～5nm，GaN垒层的厚度可为8～20nm。
可选地，p型GaN层14可掺Mg，p型GaN层14的厚度可为100～200nm。
示例性地，电流扩展层15为ITO层或ITO与金属的混合层。
示例性地，透明绝缘层16可为二氧化硅层。
需要说明的是，图4中所示的外延片结构相对图1中所示的外延片结构，在p型GaN层14上还依次生长有起到电流扩展作用的电流扩展层15以及起到保护作用的透明绝缘层16。得到的外延片的质量及发光效率会更好。
需要说明的是，在本公开所提供的其他实现方式中，发光二极管外延片也还可包括其他例如电流扩展层15或透明导电层之类的层次结构，本公开对此不做限制。
图4是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图，如图4所示，该发光二极管外延片及其制备方法包括：
S101：提供一衬底。
S102：在衬底上生长外延层。
S103：将外延层由衬底上剥离，外延层具有相互平行且相反的第一表面与第二表面。
S104：在第一表面上生长多个键合金属。
S105：在第二表面上制备网状隔离沟槽，网状隔离沟槽位于第二表面，每个键合金属在第二表面的投影均对应位于一个网状隔离沟槽的网目内。
S106：在网状隔离沟槽内生长第一隔离层，第一隔离层采用不透光材料制备且填满网状隔离沟槽。
发光二极管外延片中的外延层包括相互平行且相反的第一表面与第二表面，第一表面上分布的键合金属可以键合在发光设备的基板上，外延层发光时第二表面为出光面。在外延层的第二表面上开有网状隔离沟槽，每个键合金属在第二表面的投影均对应位于一个网状隔离沟槽的网目内。键合金属导电时，电流通过外延层，可以在第二表面位于网状隔离沟槽之间的部分出光。而由于采用不透光材料制备的第一隔离层位于网状隔离沟槽内，且第一隔离层填满网状隔离沟槽，第一隔离层可以起到隔离光线的作用。保证被网状隔离沟槽及第一隔离层隔开的第二表面的两个部分在出光时，出现光线干涉或者混光的情况较少。应用至发光设备时，第一隔离层同样可以起到避免光线干涉或混光的情况，起到提高发光二极管外延片所应用的发光设备的分辨率的作用。
执行完步骤S106之后的发光二极管外延片结构则可参见图1。
图5是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图，如图5所示，该发光二极管外延片及其制备方法包括：
S201：提供一衬底。
由于外延层需要在衬底上进行生长，若需要得到外延层，可以先提供衬底，进行一系列处理之后得到图3中所示的发光二极管外延片结构。
S202：在衬底上生长外延层。
步骤S202可包括：在衬底上依次生长n型GaN层、发光层、p型GaN层、电流扩展层与透明绝缘层。
步骤S202中，在生长完透明绝缘层之后，还可在透明绝缘层上开设连通至电流扩展层的多个通孔，多个通孔内用于生长电极。生长电极之后得到多个晶粒单元。
在本公开所提供的其他实现方式中，在衬底上生长得到的外延层也可包含不同的层次结构，本公开对此不做限制。
需要说明的是，外延层中包含发光层。
需要说明的是，在本公开实施例中，采用VeecoK465iorC4orRBMOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现发光二极管的生长方法。采用高纯H2(氢气)或高纯N2(氮气)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。
S203：将外延层由衬底上剥离，外延层具有相互平行且相反的第一表面与第二表面。
在本公开所提供的一种实现方式中，第一表面可为p型GaN层远离n型GaN层的表面，第二表面则为n型GaN层远离p型GaN层的表面。
S204：在第一表面上生长多个键合金属。
在第一表面上生成多个键合金属。可以通过键合金属将外延层整体连接至发光设备或基板上，便于对外延层进行后续处理。
S205：将外延层减薄直至外延层的第二表面与外延层的发光层之间的距离为0.5～5μm。
步骤S205中，减薄外延层至外延层的第二表面与外延层的发光层之间的距离为0.5～5μm，可以便于发光层的光从第二表面进行出射，而不会被厚度过大的外延层进行过度消耗，保证发光强度。并且也可以便于后续第二表面上设置的第一隔离层对发光层发出的光线进行隔离。
需要说明的是，外延层在减薄之前，已经通过键合金属进行了固定，因此可以稳定进行减薄操作。
可选地，外延层的减薄可以通过刻蚀实现。
刻蚀便于实现外延层的减薄，也可以一定程度上提高第二表面的粗糙程度，减小光线在第二表面处的全反射情况从而提高出光。
S206：对外延层的第二表面进行清洁。
对外延层的第二表面进行清洁，可以便于后续第一隔离层与第二隔离层的生长。
S207：在第二表面上制备网状隔离沟槽，网状隔离沟槽位于第二表面，每个键合金属在第二表面的投影均对应位于一个网状隔离沟槽的网目内。
步骤S207中，可以通过光刻工艺在第二表面制备得到网状隔离沟槽。便于网状隔离沟槽的制备与获取。
S208：在网状隔离沟槽内生长第一隔离层，第一隔离层采用不透光材料制备且填满网状隔离沟槽。
可选地，第一隔离层可采用蒸镀的方式进行制备。所得到的第一隔离层的质量较好，且密度高。
第一隔离层的沉积温度与沉积压力可分别为200～300℃与70～120pa，得到的第一隔离层较为致密且表面质量较好。
S209：第二表面上沉积第二隔离层，第二隔离层为网状且第二隔离层采用不透光材料制备，第二隔离层对应覆盖第一隔离层的表面。
可选地，第二隔离层蒸镀沉积得到。且第二隔离层与第一隔离层可一同制备得到。便于整体制备与获取。
在本公开所提供的一种实现方式中，在完成第一隔离层与第二隔离层的生长之后，还可以根据不同的需求，对晶粒单元进行电路连接，实现正常发光。
需要说明的是，在本公开所提供的其他实现方式中，还可以直接沿网状条形沟槽的纹路，将多个晶粒单元进行切割裂片，此时第一隔离层与第二隔离层随相邻的两个晶格单元一起被切割开，依然可以起到隔离光线的作用。
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。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括外延层、多个键合金属与第一隔离层，所述外延层包括相互平行且相反的第一表面与第二表面，所述多个键合金属均匀分布在所述第一表面，
所述外延层具有网状隔离沟槽，所述网状隔离沟槽位于所述第二表面，每个所述键合金属在所述第二表面的投影均对应位于一个所述网状隔离沟槽的网目内，每一个所述网状隔离沟槽的网目对应一个独立的发光单元，所述发光单元为独立的发光二极管，
所述第一隔离层位于所述网状隔离沟槽内，且所述第一隔离层填满所述网状隔离沟槽，所述第一隔离层采用不透光材料制备。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述网状隔离沟槽的深度为0.2～5μm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述网状隔离沟槽与所述外延层的发光层的最小距离为0.2～5μm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述网状隔离沟槽包括多个并列的第一条形槽与多个并列的第二条形槽，每个所述第一条形槽均与所述多个第二条形槽相交且连通，所述第一条形槽的宽度为2～50μm。
5.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括第二隔离层，所述第二隔离层采用不透光材料制备，所述第二隔离层为网状，且所述第二隔离层对应覆盖所述第一隔离层的表面。
6.根据权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述网状隔离沟槽在第二表面的投影，位于所述第二隔离层在所述第二表面的投影内。
7.根据权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二隔离层的厚度为0.2～2μm。
8.根据权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一隔离层的材料为金属或氮化硅。
9.一种发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述发光二极管外延片及其制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长外延层；
将所述外延层由所述衬底上剥离，所述外延层具有相互平行且相反的第一表面与第二表面；
在所述第一表面上生长多个键合金属；
在所述第二表面上制备网状隔离沟槽，所述网状隔离沟槽位于所述第二表面，每个所述键合金属在所述第二表面的投影均对应位于一个所述网状隔离沟槽的网目内，每一个所述网状隔离沟槽的网目对应一个独立的发光单元，所述发光单元为独立的发光二极管；
在所述网状隔离沟槽内生长第一隔离层，所述第一隔离层采用不透光材料制备。
10.根据权利要求9所述的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述发光二极管外延片及其制备方法还包括：
在所述第二表面上制备网状隔离沟槽之前，将所述外延层减薄直至所述外延层的第二表面与所述外延层的发光层之间的距离为0.5～5μm。
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