CN113130307B - 外延片处理方法、外延片和Micro-LED阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种外延片处理方法，包括如下步骤：在初始外延片上从P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，暴露出部分N型氮化镓层，得到第一外延片；对第一外延片进行第一次清洗干燥；在第一外延片的P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，得到第二外延片；对第二外延片进行等离子体轰击，得到第三外延片；去除第三外延片中的硬质掩膜并进行第二次清洗干燥。本方法通过等离子体的轰击作用，可显著增强暴露出的部分N型氮化镓层近表面区域中氮空位的浓度，从而提高载流子浓度和电流扩展性，增强Micro‑LED阵列的的发光亮度和阵列的发光均匀性。此外，本发明还提供了一种外延片和一种Micro‑LED阵列。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种外延片处理方法、外延片和Micro-LED阵列。
背景技术
Micro-LED是新一代显示技术，比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。由于其晶片尺寸小于50纳米，被广泛应用于小尺寸的电子设备中。
受限于现今的半导体制程技术，一般方法中，当Micro-LED的像素间距缩小到一定程度时会采用共N电极的方式，即Micro-LED阵列中单个芯片不蒸镀N电极金属线，而是在阵列的外围四周设计一个共用的N电极。共N电极的方法在降低了Micro-LED阵列制备工艺难度的同时，也带来了同一阵列中Micro-LED的发光亮度不均匀的问题。
发明内容
基于此，有必要提供了一种可以提高Micro-LED阵列发光均匀性的外延片处理方法。
此外，还有必要提供一种上述外延片处理方法处理得到的外延片。
最后，还有必要提供一种由上述外延片制备得到的Micro-LED阵列。
一种外延片处理方法，应用于外延片，所述外延片的结构自下而上包括衬底、N型氮化镓层和P型氮化镓层，其特征在于，所述方法包括：
在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，暴露出部分所述N型氮化镓层，得到第一外延片；
对所述第一外延片进行第一次清洗干燥；
在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，得到第二外延片；
对所述第二外延片进行等离子体轰击，以打断N型氮化镓层中镓与氮之间的化学键，以使氮原子从N型氮化镓层中脱附，留下氮空位，得到第三外延片；
去除所述第三外延片中的硬质掩膜并进行第二次清洗干燥。
在其中一个实施例中，所述外延片的结构还包括：缓冲层、不掺杂的氮化镓层、多层量子阱层；
所述外延片的结构自下而上依次为：衬底、缓冲层、不掺杂的氮化镓层、N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层。
在其中一个实施例中，所述在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，包括：
采用湿法刻蚀、反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀中的一种刻蚀方式在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽。
在其中一个实施例中，所述第一次清洗干燥包括：
将所述第一外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中浸泡；
采用去离子水冲洗所述第一外延片；
采用氮气吹扫所述第一外延片，在热板上对所述第一外延片进行加热。
在其中一个实施例中，所述在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积技术在所述第一外延片的P型氮化镓层一侧沉积二氧化硅钝化层或氮化硅钝化层作为硬质掩膜；
采用光刻技术将所述暴露出的部分N型氮化镓层上沉积的硬质掩膜去除。
在其中一个实施例中，所述对所述第二外延片进行等离子体轰击，包括：
将所述第二外延片放入清腔后的反应离子刻蚀机的腔体中，采用惰性元素的等离子体进行轰击。
在其中一个实施例中，所述去除所述第三外延片中的硬质掩膜，包括：
将所述第三外延片放入稀盐酸中浸泡，去除由所述等离子体轰击带来的污染物；
将所述第三外延片放入缓冲氧化物刻蚀液中浸泡，去除硬质掩膜，得到第四外延片。
在其中一个实施例中，所述第二次清洗干燥包括：
将所述第四外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中分别浸泡；
采用去离子水冲洗所述第四外延片；
采用氮气吹扫所述第四外延片。
一种外延片，所述外延片是采用上述的外延片处理方法处理得到。
一种Micro-LED阵列，所述Micro-LED阵列是由上述处理后的外延片制备得到。
上述外延片的处理方法，先在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，暴露出部分所述N型氮化镓层，得到第一外延片；对所述第一外延片进行第一次清洗干燥；再在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，以保护P型氮化镓层不受到后续等离子体轰击的影响，得到第二外延片；最后对所述第二外延片进行等离子体轰击，以打断N型氮化镓层中镓与氮之间的化学键，以使氮原子从N型氮化镓层中脱附，留下氮空位，得到第三外延片；最后去除所述第三外延片中的硬质掩膜并进行第二次清洗干燥。本方法通过等离子体的轰击作用，可显著增强暴露出的部分N型氮化镓层近表面区域中氮空位的浓度，从而提高载流子浓度和电流扩展性，增强Micro-LED阵列的的发光亮度和阵列的发光均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
其中：
图1为一个实施例中外延片处理方法的实施流程图；
图2为一个实施例中等离子体轰击外延片的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
申请人在研发过程中发现，Micro-LED阵列中共用N电极的方法虽然降低了工艺的难度，但受限于N型氮化镓层的电导率，阵列内部远离共N电极的芯片电流会逐渐减小，从而造成同一阵列中Micro-LED的发光亮度不均一，尤其是在小电流情形下，靠近共N电极的芯片的发光亮度强于远离共N电极的芯片，从而影响阵列的整体性能。为解决这个问题，申请人提出了一种外延片处理方法。
如图1所示，图1为一个实施例中外延片处理方法的实施流程图，本方法应用于外延片，所述外延片的结构自下而上包括衬底、N型氮化镓层和P型氮化镓层，所述方法包括如下步骤：
S100，在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，暴露出部分所述N型氮化镓层，得到第一外延片。
一般来说，初始外延片的结构还包括：缓冲层、不掺杂的氮化镓层、多层量子阱层；所述初始外延片的结构自下而上依次为：衬底、缓冲层、不掺杂的氮化镓层、N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层。
优选的，采用湿法刻蚀、反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀中的一种刻蚀方式在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽。
S200，对所述第一外延片进行第一次清洗干燥。
优选的，第一次清洗干燥包括：将所述第一外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中分别浸泡3～10分钟，浸泡时，以没过外延片为准；采用去离子水冲洗所述第一外延片10～15分钟；采用氮气吹扫所述第一外延片5～8分钟，在热板上以120～130摄氏度对所述第一外延片进行加热3～10分钟。
在一个实施例中，先将所述第一外延片先放入丙酮溶液中浸泡5分钟；再放入异丙醇溶液中浸泡5分钟；然后采用去离子水冲洗10分钟；清洗完成，去除了各种杂质后，再采用氮气吹扫5分钟；最后放在热板上以120摄氏度加热5分钟，完成所述第一次清洗干燥的程序。
S300，在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，得到第二外延片。
硬质掩膜用于保护P型氮化镓层不受后续等离子体轰击作用的影响。
优选的，采用等离子体增强化学气相沉积技术(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)进行钝化层的沉积。
优选的，以二氧化硅或氮化硅沉积形成的钝化层作为硬质掩膜。
优选的，钝化层的厚度为280nm～330nm。
优选的，采用光刻技术将所述暴露出的部分N型氮化镓层上沉积的硬质掩膜去除。
在一个实施例中，采用PECVD技术在所述第一外延片的P型氮化镓层一侧沉积300nm的二氧化硅钝化层作为硬质掩膜；因为硬质掩膜只用于保护P型氮化镓层不受后续等离子体轰击作用的影响，从而只对暴露出的部分N型氮化镓层进行等离子的轰击，因此另外采用光刻技术，去除所述暴露出的部分N型氮化镓层上沉积的硬质掩膜。
S400，对所述第二外延片进行等离子体轰击，以打断N型氮化镓层中镓与氮之间的化学键，以使氮原子从N型氮化镓层中脱附，留下氮空位，得到第三外延片。
优选的，采用惰性元素的等离子体进行轰击。
优选的，采用氩等离子体进行轰击。
如图2所示，氩等离子体从外延片的P型氮化镓层一侧垂直进行轰击，由于硬质掩膜的保护作用，P型氮化镓层未受到轰击的影响，而刻蚀沟槽暴露出的部分N型氮化镓层则受到了氩等离子体的轰击作用。
通过氩等离子体的高能轰击作用，打断了N型氮化镓层中镓与氮之间的化学键，使得氮原子从N型氮化镓层中脱附，留下氮空位。由于氮空位是施主，可以提供电子，从而增强了N型氮化镓层中载流子的浓度，提高了N型氮化镓层的电导率，进而增强了Micro-LED阵列的的发光亮度和阵列的发光均匀性。同时，等离子体的轰击作用还在一定程度上减小了电子传输的有效势垒高度，降低了阵列的正向开启电压。
优选的，进行氩等离子体轰击的反应离子刻蚀机的功率为100～200W，轰击时间为5～8分钟。
在一个实施例中，将反应离子刻蚀机清腔后，在腔体中放入所述第二外延片，此时第二外延片的P型氮化镓层上已沉积有硬质掩膜保护，再进行氩等离子体的轰击的轰击作用，其中反应离子刻蚀机的功率为100W，轰击时间为5分钟。
S500，去除所述第三外延片中的硬质掩膜并进行第二次清洗干燥。
优选的，去除所述第三外延片中的硬质掩膜，包括：先将所述第三外延片放入稀盐酸中浸泡5分钟，去除由所述等离子体轰击产生的Ga2O3和其他污染物，所述稀盐酸的体积比为Hcl：H2O＝1:1；再将所述第三外延片放入缓冲氧化物刻蚀液(Buffered Oxide Etch，BOE溶液)中浸泡10分钟，去除硬质掩膜，所述BOE溶液的体积比为：49％HF水溶液：40％NH4F水溶液＝1:6，得到第四外延片。
优选的，所述第二次清洗干燥包括：将所述第四外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中分别浸泡3～10分钟；采用去离子水冲洗所述第四外延片10～15分钟；采用氮气吹扫所述第四外延片5～8分钟。
在一个实施例中，先将所述第四外延片先放入丙酮溶液中浸泡5分钟，清洗其上的有机物杂质；再放入异丙醇溶液中浸泡5分钟，进一步干燥脱水；然后采用去离子水冲洗10分钟；再采用氮气吹扫5分钟，完成所述第二次清洗干燥的程序。
上述外延片的处理方法，先在外延片朝向所述P型氮化镓层的一侧上朝向衬底的方向刻蚀沟槽，暴露出部分所述N型氮化镓层；然后对所述外延片进行第一次清洗干燥；再在所述外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜；再采用反应离子刻蚀工艺，对所述外延片进行等离子体轰击；最后对所述外延片进行第二次清洗干燥。通过等离子体的轰击作用和硬质掩膜的保护作用，可显著增强暴露出的部分N型氮化镓层近表面区域中氮空位的浓度，从而提高载流子浓度和电流扩展性，增强Micro-LED阵列的的发光亮度和阵列的发光均匀性。
本发明还公开了一种外延片，所述外延片是采用上述的外延片处理方法处理得到。
本发明还公开了一种Micro-LED阵列，所述Micro-LED阵列是由经过上述外延片处理方法处理后的外延片制备得到。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种外延片处理方法，应用于外延片，所述外延片的结构自下而上包括衬底、N型氮化镓层和P型氮化镓层，其特征在于，所述方法包括：
在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，暴露出部分所述N型氮化镓层，得到第一外延片；
对所述第一外延片进行第一次清洗干燥；
在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，得到第二外延片；
对所述第二外延片进行等离子体轰击，以打断N型氮化镓层中镓与氮之间的化学键，以使氮原子从N型氮化镓层中脱附，留下氮空位，得到第三外延片，其中，等离子体轰击的功率为大于100W，且等离子体轰击的功率小于或等于200W，轰击时间为5～8分钟；
去除所述第三外延片中的硬质掩膜并进行第二次清洗干燥。
2.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述外延片的结构还包括：缓冲层、不掺杂的氮化镓层、多层量子阱层；
所述外延片的结构自下而上依次为：衬底、缓冲层、不掺杂的氮化镓层、N型氮化镓层、多层量子阱层和P型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽，包括：
采用湿法刻蚀、反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀中的一种刻蚀方式在初始外延片上从所述P型氮化镓层到衬底的方向上刻蚀沟槽。
4.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述第一次清洗干燥包括：
将所述第一外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中浸泡；
采用去离子水冲洗所述第一外延片；
采用氮气吹扫所述第一外延片，在热板上对所述第一外延片进行加热。
5.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述在所述第一外延片的所述P型氮化镓层上沉积钝化层作为硬质掩膜，包括：
采用等离子体增强化学气相沉积技术在所述第一外延片的P型氮化镓层一侧沉积二氧化硅钝化层或氮化硅钝化层作为硬质掩膜；
采用光刻技术将所述暴露出的部分N型氮化镓层上沉积的硬质掩膜去除。
6.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述对所述第二外延片进行等离子体轰击，包括：
将所述第二外延片放入清腔后的反应离子刻蚀机的腔体中，采用惰性元素的等离子体进行轰击。
7.根据权利要求1所述的外延片处理方法，其特征在于，所述去除所述第三外延片中的硬质掩膜，包括：
将所述第三外延片放入稀盐酸中浸泡，去除由所述等离子体轰击带来的污染物；
将所述第三外延片放入缓冲氧化物刻蚀液中浸泡，去除硬质掩膜，得到第四外延片。
8.根据权利要求7所述的外延片处理方法，其特征在于，所述第二次清洗干燥包括：
将所述第四外延片分别在丙酮、异丙醇溶液中分别浸泡；
采用去离子水冲洗所述第四外延片；
采用氮气吹扫所述第四外延片。
9.一种外延片，其特征在于，所述外延片是采用权利要求1～8中任意一项的所述处理方法处理得到。
10.一种Micro-LED阵列，其特征在于，所述Micro-LED阵列是由权利要求9中的所述外延片制备得到。
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