CN114122201A - 微型发光二极管外延片的制造方法 - Google Patents
微型发光二极管外延片的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114122201A CN114122201A CN202111203972.7A CN202111203972A CN114122201A CN 114122201 A CN114122201 A CN 114122201A CN 202111203972 A CN202111203972 A CN 202111203972A CN 114122201 A CN114122201 A CN 114122201A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- epitaxial wafer
- gallium nitride
- nitride layer
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 108
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 58
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 37
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 10
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 239000007771 core particle Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B33/00—After-treatment of single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure
- C30B33/02—Heat treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本公开提供了一种微型发光二极管外延片的制造方法，属于半导体技术领域。该制造方法包括：提供一基底，所述基底为AlN/GaN超晶格结构；在所述基底上生长非掺杂氮化镓层；在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理；在所述非掺杂氮化镓层上依次生长N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型接触层；在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理。采用该微型发光二极管外延片的制造方法，可以提高外延片的生长质量，最终提高微型显示器件的工作效率。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种微型发光二极管外延片的制造方法。
背景技术
碳化硅(SiC)由于具有高热导率，高击穿电压，高饱和载流子浓度，而受到越来越多的关注，被广泛用于各种功率转换器件中。
相关技术中，通常是采用硅片或蓝宝石作为基底，在硅片上外延生长SiC层。但是，硅片和蓝宝石基底与GaN材料的晶格常数及热膨胀系数存在差异，易使得GaN外延层内产生应力。随着外延层的沉积，应力积聚也会快速增加，从而导致生长出的外延片的晶体质量较差。
发明内容
本公开实施例提供了一种微型发光二极管外延片的制造方法，可以提高外延片的生长质量，最终提高微型显示器件的工作效率。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种微型发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：
提供一基底，所述基底为AlN/GaN超晶格结构；
在所述基底上生长非掺杂氮化镓层；
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理；
在所述非掺杂氮化镓层上依次生长N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型接触层；
在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理。
可选地，所述提供一基底，包括：
在硅片上依次生长缓冲层、N型氮化镓层和超晶格层，所述超晶格层包括多个周期交替生长的GaN层和AlN层；
采用电化学方法腐蚀掉N型氮化镓层，去除生长有所述缓冲层的所述硅片，得到所述超晶格层；
将所述超晶格层作为所述基底。
可选地，所述采用电化学方法腐蚀掉N型氮化镓层，包括：
在所述N型氮化镓层两端形成正负极，并向所述N型氮化镓层两端通入电流；
在0.3mol/L的草酸溶液中对所述N型氮化镓层进行电化学腐蚀，直至生长有所述缓冲层的硅片剥离。
可选地，所述在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，包括：
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，在温度为1100-1300℃下对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，退火时间为15-40min。
可选地，向反应腔内通入的氨气占比为总气体量的10-30％。
可选地，所述在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理，包括：
在氩气和氮气的混合气氛下，控制退火温度为800-1000℃，退火时间为180-300s，对所述外延片进行第二次退火处理。
可选地，所述氩气和所述氮气的压力比为2：1～4：1。
可选地，在外延片生长结束后，对外延片进行第二次退火处理之前，所述制造方法还包括：
对所述外延片进行微尺寸光刻。
可选地，所述对所述外延片进行微尺寸光刻，包括：
采用光刻工艺对所述外延片进行微尺寸光刻，使得划分沟道尺寸与最终芯粒尺寸相同。
可选地，所述第一次退火处理的温度高于所述第二次退火处理的温度。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本公开实施例提供的基底为AlN/GaN超晶格结构，AlN/GaN超晶格基底和氮化镓晶格常数相当，可以有效降低氮化镓生长的应力和极化。同时，在非掺杂氮化镓层生长后进行第一次退火处理，可以提供充足的热能实现原子的有序排列，提升多量子阱层生长前的晶体质量。且通过在外延片生长完成后，对外延片进行第二次退火处理，退火后较多的表面暴露于含氮气氛中，表面缺陷得到抑制和降低，可以进一步提高生长完成后的外延片的晶体质量，最终提升微型显示器件的工作效率。
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。
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造方法流程图；
图2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造方法流程图；
图3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。
具体实施方式
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。
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造方法流程图，如图1所示，该制造方法包括：
步骤101、提供一基底。
其中，基底为AlN/GaN超晶格结构。
步骤102、在基底上生长非掺杂氮化镓层。
在本公开实施例中，非掺杂氮化镓层的厚度为1～5um。
步骤103、在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理。
在本公开实施例中，步骤103可以包括：
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，在温度为1100-1300℃下对非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，退火时间为15-40min。
步骤104、在非掺杂氮化镓层上依次生长N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型接触层。
可选地，N型波导层为掺Si的InGaN层，厚度为1um～2um。N型波导层中Si的掺杂浓度为3E18cm-3-8E18cm-3，In的摩尔含量为3％-8％。
可选地，多量子阱层包括多个周期交替生长的阱层和垒层。
其中，阱层为InGaN层，厚度为1nm-3.5nm。阱层中In的摩尔含量0.2-0.4。垒层包括依次层叠的AlGaN和GaN层，AlGaN层的厚度1-2nm，Al的摩尔含量为0.15-0.3，GaN层的厚度5-10nm。
可选地，P型波导层为掺Mg的InGaN层，厚度为200～400nm。P型波导层中Mg的掺杂浓度为1E19cm-3～5E19cm-3，In的摩尔含量为1％～4％。
可选地，P型接触层为本征GaN层，厚度为2～5nm。
步骤105、在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理。
示例性地，步骤105可以包括：
在氩气和氮气的混合气氛下，控制退火温度为800-1000℃，退火时间为180-300s，对外延片进行第二次退火处理。
本公开实施例提供的基底为AlN/GaN超晶格结构，AlN/GaN超晶格基底和氮化镓晶格常数相当，可以有效降低氮化镓生长的应力和极化。同时，在非掺杂氮化镓层生长后进行第一次退火处理，可以提供充足的热能实现原子的有序排列，提升多量子阱层生长前的晶体质量。且通过在外延片生长完成后，对外延片进行第二次退火处理，退火后较多的表面暴露于含氮气氛中，表面缺陷得到抑制和降低，可以进一步提高生长完成后的外延片的晶体质量，最终提升微型显示器件的工作效率。
本公开实施例说明了发光二极管外延片在生长各层时的具体生长步骤，图2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造方法流程图，如图2所示，该制造方法包括：
步骤201、提供一基底。
其中，基底包括多个周期交替生长的GaN层和AlN层。
可选地，基底包括n个周期交替生长GaN层AlN层，20≤n≤50。
若基底中的周期数目过多，会导致基底的厚度较厚，AlN和GaN的晶格与热膨胀差异会不断累积，导致缺陷和应力增加；若基底中的周期数目过少，会导致基底晶体质量差。
可选地，基底中GaN层和AlN层的厚度比为1：1～1：5。
其中，AlN层的厚度大于GaN层的厚度，若AlN层的厚度较薄，则难以有效平衡温差导致的翘曲变化，生长过程中膜内容易积累应力，因此，将AlN层的厚度设置的较厚。
可选地，基底的厚度为50～500nm。
若基底的厚度过薄，高温生长时容易断裂；若基底的厚度过厚，AlN和GaN晶格及应力的差异会不断累积，影响到后续外延层的生长质量。
示例性地，步骤201可以包括：
第一步、在硅片上依次生长缓冲层、N型氮化镓层和超晶格层，超晶格层包括多个周期交替生长的GaN层和AlN层。
其中，缓冲层为未掺杂的GaN层或者AlGaN层，厚度为15～30nm。N型氮化镓层为掺Si的GaN层，N型氮化镓层的厚度为200～500nm。
可选地，缓冲层为未掺杂的GaN层或者AlGaN层，厚度为15～30nm。缓冲层可以作为后续外延生长的晶核。
在本公开实施例中，N型氮化镓层中Si的掺杂浓度为5E18-5E19cm-3。
示例性地，第一步可以包括：
控制反应室温度为600～900℃，压力为100～500torr，在硅片上生长缓冲层；
控制反应室温度为950～1150℃，压力为100～500torr，在氮气氛围下，向反应室内通入Ga源、NH3和SiH4，生长厚度为200-500nm，Si的掺杂浓度为5E18-5E19cm-3的N型氮化镓层。
控制反应室温度为1150～1350℃，压力为100～300torr，在N型氮化镓层上生长超晶格层。
第二步、采用电化学方法腐蚀掉N型氮化镓层，去除生长有缓冲层的硅片，得到超晶格层。
示例性地，第二步可以包括：
在N型氮化镓层两端形成正负极，并向N型氮化镓层两端通入电流；
在0.3mol/L的草酸溶液中对N型氮化镓层进行电化学腐蚀，直至生长有缓冲层的硅片剥离。
第三步、将超晶格层作为基底。
步骤202、在基底上生长非掺杂氮化镓层。
其中，非掺杂氮化镓层的厚度为1～5um。
示例性地，步骤202可以包括：
控制反应室温度为700-850℃，压力为100torr-300torr，在基底上生长非掺杂氮化镓层。
步骤203、在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理。
示例性地，步骤203可以包括：
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，在温度为1100-1300℃下对非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，退火时间为15-40min。
氮气氛围是对GaN薄膜退火的一个补N的过程，通过向反应腔内通入设定气体量的氨气，可以控制化学平衡，抑制非掺杂氮化镓层表面GaN分解。
可选地，向反应腔内通入的氨气占比为总气体量的10-30％。
若通入的氨气的气体量过低，则难以达到抑制表面GaN分解的目的。若通入的氨气的气体量过高，又会导致产生较多的氢气，对外延片的表面产生刻蚀作用。
示例性地，向反应腔内通入的氨气占比为总气体量的20％。
步骤204、在非掺杂氮化镓层上依次生长N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型接触层。
在本实施例中，采用Veeco K465i or C4 or RB MOCVD(Metal Organic ChemicalVapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现外延片的制造方法。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作为氮源，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，即Si源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂，即Mg源。反应室压力为100-600torr。
可选地，N型波导层为掺Si的InGaN层，厚度为1um～2um。N型波导层中Si的掺杂浓度为3E18cm-3-8E18cm-3，In的摩尔含量为3％-8％。
可选地，多量子阱层包括多个周期交替生长的阱层和垒层。
其中，阱层为InGaN层，厚度为1nm-3.5nm。阱层中In的摩尔含量0.2-0.4。垒层包括依次层叠的AlGaN和GaN层，AlGaN层的厚度1-2nm，Al的摩尔含量为0.15-0.3，GaN层的厚度5-10nm。
可选地，P型波导层为掺Mg的InGaN层，厚度为200～400nm。P型波导层5中Mg的掺杂浓度为1E19cm-3-5E19cm-3，In的摩尔含量为1％～4％。
可选地，电极接触层为本征GaN层，电极接触层的厚度为2～5nm。
示例性地，步骤204可以包括：
控制反应室温度为700-850℃，压力为100torr-300torr，在非掺杂氮化镓层上生长N型波导层，气氛为氮氢混合气气氛，氮气和氢气的流量比为1：1～1：0。
示例性地，控制反应室温度为650℃～800℃，压力为100torr-300torr(优选为200torr)，在N型波导层上生长多量子阱层。
示例性地，控制反应室温度为850℃～1050℃(优选为950℃)，压力为100torr-300torr(优选为200torr)，在多量子阱层上生长P型波导层。
示例性地，控制反应室温度为850℃～1050℃(优选为950℃)，压力为100torr-300torr(优选为200torr)，在P型波导层上生长电极接触层。
步骤205、对外延片进行微尺寸光刻。
示例性地，步骤205可以包括：
采用光刻工艺对外延片进行微尺寸光刻，使得划分沟道尺寸与最终芯粒尺寸相同。
通过对外延片进行微尺寸光刻，然后进行快速退火，可以在合适的气氛下对外延层补N，降低点缺陷密度。
可选地，每个芯粒的最终尺寸为10um*10um-50um*50um。
若每个芯片的尺寸过大，则无法区别于常规LED；若每个芯片的尺寸过小，又会导致制程比较困难。
步骤206、在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理。
示例性地，步骤206可以包括：
在氩气和氮气的混合气氛下，控制退火温度为800-1000℃，退火时间为180-300s，对外延片进行第二次退火处理。
通过在氩气和氮气的混合气氛下进行退火处理，惰性气体氩气退火同时可以进行GaN膜的补氮，抑制氮空位。
需要说的是，在本公开实施例中，进行第一次退火处理可以起到改善底层晶体质量的作用。进行第二次退火处理可以起到活化Mg的作用。两次退火处理的目的不同，退火的温度也有所不同。
示例性地，第一次退火处理的温度高于第二次退火处理的温度。
其中，氩气和氮气的压力比为2：1～4：1。
若压力比过大，会导致氮气量过少，补氮的效果难以达成；若压力比过小，又会导致，又会导致氮气量偏大。
示例性地，氩气和氮气的压力比为3：1。
本公开实施例提供的基底为AlN/GaN超晶格结构，AlN/GaN超晶格基底和氮化镓晶格常数相当，可以有效降低氮化镓生长的应力和极化。同时，在非掺杂氮化镓层生长后进行第一次退火处理，可以提供充足的热能实现原子的有序排列，提升多量子阱层生长前的晶体质量。且通过在外延片生长完成后，对外延片进行第二次退火处理，退火后较多的表面暴露于含氮气氛中，表面缺陷得到抑制和降低，可以进一步提高生长完成后的外延片的晶体质量，最终提升微型显示器件的工作效率。
本公开实施例还提供了一种微型发光二极管外延片，该微型发光二极管外延片采用上述实施例所述的制造方法制造而成。
图3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，如图3所示，该发光二极管外延片包括基底1、以及依次层叠在基底1上的非掺杂氮化镓层2、N型波导层3、多量子阱层4、P型波导层5和P型极接触层6。
其中，基底1为AlN/GaN超晶格结构。非掺杂氮化镓层2的厚度为1～5um。
可选地，N型波导层3为掺Si的InGaN层，厚度为1um～2um。N型波导层中Si的掺杂浓度为3E18cm-3-8E18cm-3，In的摩尔含量为3％-8％。
可选地，多量子阱层4包括多个周期交替生长的阱层和垒层。
其中，阱层为InGaN层，厚度为1nm-3.5nm。阱层中In的摩尔含量0.2-0.4。垒层包括依次层叠的AlGaN和GaN层，AlGaN层的厚度1-2nm，Al的摩尔含量为0.15-0.3，GaN层的厚度5-10nm。
可选地，P型波导层5为掺Mg的InGaN层，厚度为200～400nm。P型波导层5中Mg的掺杂浓度为1E19cm-3～5E19cm-3，In的摩尔含量为1％～4％。
可选地，P型接触层6为本征GaN层，厚度为2～5nm。
本公开实施例提供的基底为AlN/GaN超晶格结构，AlN/GaN超晶格基底和氮化镓晶格常数相当，可以有效降低氮化镓生长的应力和极化。同时，在非掺杂氮化镓层生长后进行第一次退火处理，可以提供充足的热能实现原子的有序排列，提升多量子阱层生长前的晶体质量。且通过在外延片生长完成后，对外延片进行第二次退火处理，退火后较多的表面暴露于含N气氛中，表面缺陷得到抑制和降低，可以进一步提高生长完成后的外延片的晶体质量，最终提升微型显示器件的工作效率。
本公开实施例还提供了另一种微型发光二极管外延片，该微型发光二极管外延片采用上述实施例所述的制造方法制造而成。
在本公开实施例的另一种实现方式中，该发光二极管外延片包括基底、以及依次层叠在基底上的非掺杂氮化镓层、N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型极接触层。
其中，基底为AlN/GaN超晶格结构。非掺杂氮化镓层的厚度为2.5um。
可选地，N型波导层为掺Si的InGaN层，厚度为1.5um。N型波导层中Si的掺杂浓度为5E18cm-3，In的摩尔含量为4％。
可选地，多量子阱层包括多个周期交替生长的阱层和垒层。
其中，阱层为InGaN层，厚度为2nm。阱层中In的摩尔含量0.3。垒层包括依次层叠的AlGaN和GaN层，AlGaN层的厚度2nm，Al的摩尔含量为0.2，GaN层的厚度8nm。
可选地，P型波导层为掺Mg的InGaN层，厚度为400nm。P型波导层中Mg的掺杂浓度为4E19cm-3，In的摩尔含量为3％。
可选地，P型接触层为本征GaN层，厚度为5nm。
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)
1.一种微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一基底，所述基底为AlN/GaN超晶格结构；
在所述基底上生长非掺杂氮化镓层；
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理；
在所述非掺杂氮化镓层上依次生长N型波导层、多量子阱层、P型波导层和P型接触层；
在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理。
2.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述提供一基底，包括：
在硅片上依次生长缓冲层、N型氮化镓层和超晶格层，所述超晶格层包括多个周期交替生长的GaN层和AlN层；
采用电化学方法腐蚀掉N型氮化镓层，去除生长有所述缓冲层的硅片，得到所述超晶格层；
将所述超晶格层作为所述基底。
3.根据权利要求2所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述采用电化学方法腐蚀掉N型氮化镓层，包括：
在所述N型氮化镓层两端形成正负极，并向所述N型氮化镓层两端通入电流；
在0.3mol/L的草酸溶液中对所述N型氮化镓层进行电化学腐蚀，直至生长有所述缓冲层的硅片剥离。
4.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，包括：
在纯氮气气氛下，向反应腔内通入设定气体量的氨气，在温度为1100-1300℃下对所述非掺杂氮化镓层进行第一次退火处理，退火时间为15-40min。
5.根据权利要求4所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，向反应腔内通入的氨气占比为总气体量的10-30％。
6.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述在氩气和氮气的混合气氛下，对外延片进行第二次退火处理，包括：
在氩气和氮气的混合气氛下，控制退火温度为800-1000℃，退火时间为180-300s，对所述外延片进行第二次退火处理。
7.根据权利要求6所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述氩气和所述氮气的压力比为2：1～4：1。
8.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，在外延片生长结束后，对外延片进行第二次退火处理之前，所述制造方法还包括：
对所述外延片进行微尺寸光刻。
9.根据权利要求8所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述对所述外延片进行微尺寸光刻，包括：
采用光刻工艺对所述外延片进行微尺寸光刻，使得划分沟道尺寸与最终芯粒尺寸相同。
10.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述第一次退火处理的温度高于所述第二次退火处理的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111203972.7A CN114122201B (zh) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 微型发光二极管外延片的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111203972.7A CN114122201B (zh) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 微型发光二极管外延片的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114122201A true CN114122201A (zh) | 2022-03-01 |
| CN114122201B CN114122201B (zh) | 2023-06-09 |
Family
ID=80375803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111203972.7A Active CN114122201B (zh) | 2021-10-15 | 2021-10-15 | 微型发光二极管外延片的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114122201B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102347410A (zh) * | 2010-08-03 | 2012-02-08 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED亮度的方法 |
| CN103560181A (zh) * | 2013-08-01 | 2014-02-05 | 圆融光电科技有限公司 | 发光二极管外延生长方法 |
| CN103682025A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-03-26 | 武汉光电工业技术研究院有限公司 | 一种深紫外二极管外延片、芯片及其制备方法 |
| CN103824916A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法 |
| WO2016095794A1 (zh) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光元件的制备方法 |
| CN106409168A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-02-15 | 复旦大学 | 基于无机微米led阵列的全彩色微显示芯片及其制备方法 |
| CN109560174A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN109768127A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-17 | 华灿光电（浙江）有限公司 | GaN基发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN109830576A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法 |
-
2021
- 2021-10-15 CN CN202111203972.7A patent/CN114122201B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102347410A (zh) * | 2010-08-03 | 2012-02-08 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种提高GaN基LED亮度的方法 |
| CN103560181A (zh) * | 2013-08-01 | 2014-02-05 | 圆融光电科技有限公司 | 发光二极管外延生长方法 |
| CN103682025A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-03-26 | 武汉光电工业技术研究院有限公司 | 一种深紫外二极管外延片、芯片及其制备方法 |
| CN103824916A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-28 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高氮化镓晶体质量的复合成核层的生长方法 |
| WO2016095794A1 (zh) * | 2014-12-17 | 2016-06-23 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光元件的制备方法 |
| CN106409168A (zh) * | 2016-12-01 | 2017-02-15 | 复旦大学 | 基于无机微米led阵列的全彩色微显示芯片及其制备方法 |
| CN109560174A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-04-02 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN109830576A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法 |
| CN109768127A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-17 | 华灿光电（浙江）有限公司 | GaN基发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114122201B (zh) | 2023-06-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110112273B (zh) | 一种深紫外led外延结构及其制备方法和深紫外led | |
| CN108336203B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109830580B (zh) | 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108847435B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109950368A (zh) | 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109545924B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113690350B (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN103337573A (zh) | 半导体发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN109103303A (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片 | |
| CN108447952B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109994580B (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN109273571B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN112687773B (zh) | 紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN112397622B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109346561B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN113571607B (zh) | 高发光效率的发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109686820B (zh) | 一种发光二极管外延片的制造方法 | |
| CN109473511B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法 | |
| CN114447170B (zh) | 提高出光均匀程度的发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN113571615B (zh) | 改善欧姆接触的发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN115810697A (zh) | 硅基紫外led外延结构及其制备方法、紫外led | |
| CN113690351B (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN106449917B (zh) | 发光二极管及其形成方法 | |
| CN112993101B (zh) | 发光二极管外延片制备方法 | |
| CN114784150A (zh) | 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |