CN114156381B - 发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管及其制备方法，发光二极管的制备方法，包括如下步骤：在衬底上分别沉积p型材料和n型材料，形成p型材料沉积层和n型材料沉积层，p型材料沉积层和n型材料沉积层部分重叠，第一次扩散后，接着沉积导电材料，形成导电材料层，第二次扩散后，设置第一电极和第二电极。这种发光二极管的制备方法可以用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造，并且与传统方法相比，减少了工艺流程步骤，只需要简单的沉积工艺配合扩散技术，从而无需外延生长设备。与传统方法相比，这种发光二极管的制备方法用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造时，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及电致发光技术领域，尤其是涉及一种发光二极管及其制备方法。
背景技术
发光二极管已广泛用于照明、显示、通信等多个领域。目前光二极管的一大趋势是小型化、轻薄化。将光二极管缩小至微纳米尺寸后，有利于光学集成，推动新一代显示光源、低能耗的光互联和光通讯(如Li-Fi)、AR技术的发展。基于氮化镓(GaN)半导体掺杂的蓝光LED具有高效率、低功耗、较环保等特点。同时氮化镓具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子速率大、热导率高、化学性质稳定和抗辐射能力强等优点,可广泛用于光电子领域，如光学照明光源、半导体激光器以及高温、高频、大功率射频器件。
目前成熟传统的氮化镓LED芯片主要制备流程可简化为：一是衬底制备，用有机溶剂和酸液清洗蓝宝石衬底后，采用干法刻蚀制备出图形化蓝宝石衬底。二是中间层制备，利用MOCVD进行气相外延，在高温条件下分别进行GaN缓冲层、N型GaN层、多层量子阱、P型GaN层生长制备。三是台阶刻蚀，在外延片表面形成图形化光刻胶，之后利用感应耦合等离子体刻蚀(ICP)工艺刻蚀到N型GaN层。四是导电层制备，在样品表面溅射或蒸镀氧化铟锡(ITO)导电层，光刻形成图形化ITO导电层。五是电极制备，采用剥离法等方法制备出图形化光刻胶，电子束蒸发Au后利用高压剥离机对光刻胶进行剥离。最后沉积 SiO2钝化层，并对该钝化层进行刻蚀。对LED结构进行的后续改良包括倒装结构或者垂直型结构，以提高出光效率及散热效率等。
针对纳米尺寸的发光二极管的加工制造，通常需要分子束外延生长、光刻或电子束刻蚀、ICP刻蚀、化学刻蚀等制造流程，过程复杂时间长，设备要求高，生产成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种生产成本相对较低的发光二极管的制备方法。
此外，还有必要提供一种上述发光二极管的制备方法制得的发光二极管。
一种发光二极管，包括：
衬底；
均设置在所述衬底上且沿着水平方向依次连接的掺杂p型材料的第一p型层、多量子肼结构和掺杂n型材料的第一n型层；
设置在所述第一p型层上的第二p型层，设置在所述第一n型层上的第二n 型层，所述第二p型层、所述多量子肼结构和所述第二n型层沿着水平方向依次连接；
设置在所述第二p型层上的第一电极；以及
设置在所述第二n型层上的第二电极；
所述多量子肼结构内分别掺杂有所述p型材料和所述n型材料，自所述多量子肼结构靠近所述第一p型层的一侧到远离所述第一p型层的一侧，所述p 型材料在所述多量子肼结构内的掺杂浓度逐渐降低，所述n型材料在所述多量子肼结构内的掺杂浓度逐渐升高。
一种上述的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上分别沉积p型材料和n型材料，形成p型材料沉积层和n型材料沉积层，所述p型材料沉积层和所述n型材料沉积层部分重叠，第一次扩散后，所述p型材料沉积层和所述n型材料沉积层重叠的部分形成准多量子肼结构，所述p型材料沉积层未与所述n型材料沉积层重叠的部分形成第一p型层，所述n型材料沉积层未与所述p型材料沉积层重叠的区域形成第一n型层，所述第一p型层、所述准多量子肼结构以及所述第一n型层依次连接；
在所述第一p型层、所述多量子肼结构以及所述第一n型层上沉积导电材料，形成导电材料层，第二次扩散后，所述导电材料层位于所述第一p型层上的部分形成第二p型层，所述导电材料层位于所述准多量子肼结构上的部分与所述准多量子肼结构共同形成多量子肼结构，所述导电材料层位于所述第一n 型层上的部分形成第二n型层；以及
在所述第二p型层上设置第一电极，在所述第二n型层上设置第二电极。
这种发光二极管的制备方法可以用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造，并且与传统方法相比，减少了工艺流程步骤，只需要简单的沉积工艺配合扩散技术，从而无需外延生长设备。与传统方法相比，这种发光二极管的制备方法用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造时，降低了生产成本。
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为一实施方式的发光二极管的侧面结构示意图。
图2为图1所示的发光二极管的制备方法的流程图。
图3为图2所示的发光二极管的制备方法的原理图。
图4为实施例1制得的发光二极管的I-V特性测试结果图。
图5为实施例1制得的发光二极管的PL光谱发光测试结果图。
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。
如图1所示的一实施方式的发光二极管，包括：衬底100、第一p型层200、多量子肼结构300、第一n型层400、第二p型层500、第二n型层600、第一电极700和第二电极800。
第一p型层200、多量子肼结构300、第一n型层400均设置在衬底100上且沿着水平方向依次连接。
其中，第一p型层200掺杂p型材料，第一n型层400掺杂n型材料。
第二p型层500设置在第一p型层200上，设置在第一n型层400上的第二n型层，第二p型层500、多量子肼结构300和第二n型层600沿水平方向依次连接。
第一电极700设置在第二p型层500上。
第二电极800设置在第二n型层600上。
多量子肼结构300内分别掺杂有p型材料和n型材料，自多量子肼结构300 靠近第一p型层200的一侧到远离第一p型层200的一侧，p型材料在多量子肼结构300内的掺杂浓度逐渐降低，n型材料在多量子肼结构300内的掺杂浓度逐渐升高。
这种发光二极管可以为纳米尺寸，可以通过下述的发光二极管的制备方法制得，并且与传统方法相比，下述的发光二极管的制备方法减少了工艺流程步骤，只需要简单的沉积工艺配合扩散技术，从而无需外延生长设备。
优选的，自第一p型层200靠近衬底100的一面到远离衬底100的一面，p 型材料在第一p型层200内的掺杂浓度逐渐增加。
优选的，自第一n型层400靠近衬底100的一面到远离衬底100的一面，n 型材料在第一n型层400内的掺杂浓度逐渐增加。
这样的掺杂浓度变化，是由下述的发光二极管的制备方法决定的。
在一个具体的实施例中，p型材料为Mg，N型材料为Si。
此时，第一p型层200的材料为Mg掺杂的GaN，第一n型层400的材料为Si掺杂的GaN。
优选的，第二p型层500的材料为Mg和In掺杂的GaN，第二n型层600 的材料为Si和In掺杂的GaN。
这样的具体材料，也是由下述的发光二极管的制备方法决定的。
优选的，自第二p型层500靠近第一p型层200的一面到远离第一p型层 200的一面，In在第二p型层500内的掺杂浓度逐渐增加。
优选的，自第二n型层600靠近第一n型层400的一面到远离第一n型层 400的一面，In在第二n型层600内的掺杂浓度逐渐增加。
这样的掺杂浓度变化，是由下述的发光二极管的制备方法决定的。
在一个具体的实施例中，第一电极700和第二电极800均为铟电极。
在一个具体的实施例中，多量子肼结构300的材料为Mg、Si和In掺杂的 GaN，衬底100的材料为GaN。
结合图2和图3，本发明还公开了一实施方式的上述发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
S10、提供衬底100。
具体来说，衬底100可以为GaN衬底。
S20、在衬底100上分别沉积p型材料和n型材料，形成p型材料沉积层200’和n型材料沉积层400’，p型材料沉积层200’和n型材料沉积层400’部分重叠，第一次扩散后，p型材料沉积层200’和n型材料沉积层400’重叠的部分形成准多量子肼结构300’，p型材料沉积层200’未与n型材料沉积层400’重叠的部分形成第一p型层200，n型材料沉积层400’未与p型材料沉积层200’重叠的区域形成第一n型层400，第一p型层200、准多量子肼结构300’以及第一n型层400依次连接。
结合图3，第一次扩散后，p型材料沉积层200’和n型材料沉积层400’重叠的部分中，衬底100、p型材料沉积层200’和n型材料沉积层400’彼此扩散，从而形成的准多量子肼结构300’内的材料为衬底100的材料、p型材料和 n型材料三者的混合。
在一个具体的实施例中，p型材料沉积层200’的厚度为90nm，n型材料沉积层400’的厚度为15nm。
结合图3，第一次扩散后，p型材料沉积层200’未与n型材料沉积层400’重叠的部分与衬底100彼此扩散形成第一p型层200，第一p型层200的材料为 p型材料和衬底100的材料二者的混合。
结合图3，第一次扩散后，n型材料沉积层400’未与p型材料沉积层200’重叠的区域与衬底100彼此扩散形成第一n型层400，第一n型层400的材料为 n型材料和衬底100的材料二者的混合。
具体来说，在衬底100上分别沉积p型材料和n型材料的操作为：通过电子束蒸发镀膜的方法，在衬底100上依次沉积p型材料和n型材。
优选的，第一次扩散的100℃～150℃，第一次扩散的气压为1个大气压～1.1 个大气压，第一次扩散的时间为2h～8h。
S30、在第一p型层200、多量子肼结构300以及第一n型层400上沉积导电材料，形成导电材料层500’，第二次扩散后，导电材料层500’位于第一p 型层200上的部分形成第二p型层500，导电材料层500’位于准多量子肼结构 300’上的部分与准多量子肼结构300’共同形成多量子肼结构300，导电材料层500’位于第一n型层400上的部分形成第二n型层600。
结合图3，第二次扩散后，导电材料层500’位于准多量子肼结构300’上的部分与准多量子肼结构300’彼此扩散形成多量子肼结构300，从而形成的多量子肼结构300内的材料为衬底100的材料、p型材料、n型材料和导电材料层 500’的材料四者的混合。
在一个具体的实施例中，导电材料层500’的厚度为30nm。
结合图3，第二次扩散后，导电材料层500’位于第一p型层200上的部分与第一p型层200彼此扩散形成第二p型层500，第二p型层500的材料为p型材料、衬底100的材料和导电材料层500’的材料三者的混合。
结合图3，第二次扩散后，导电材料层500’位于第一n型层400上的部分与第一n型层400彼此扩散形成第二n型层600，第二n型层600的材料为n型材料、衬底100和导电材料层500’的材料三者的混合。
具体来说，在第一p型层200、准多量子肼结构300’以及第一n型层400 上沉积导电材料的操作为：通过电子束蒸发镀膜的方法，在第一p型层200、准多量子肼结构300’以及第一n型层400上沉积导电材料。
优选的，第二次扩散的100℃～150℃，第二次扩散的气压为1个大气压～1.1 个大气压，第二次扩散的时间为2h～8h。
S40、在第二p型层500上设置第一电极700，在第二n型层600上设置第二电极800。
这种发光二极管的制备方法可以用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造，并且与传统方法相比，减少了工艺流程步骤，只需要简单的沉积工艺配合扩散技术，从而无需外延生长设备。与传统方法相比，这种发光二极管的制备方法用于纳米尺寸的发光二极管的加工制造时，降低了生产成本。
以下为具体实施例。
实施例1
在GaN衬底上的一侧采用电子束蒸镀90nm的Mg薄膜，在GaN衬底上的另一侧同样采用电子束蒸镀15nm的Si薄膜，让Si和Mg薄膜保证能够交叉重叠，第一次扩散后在蒸镀有Mg和Si的整个GaN衬底上再次采用电子束蒸发设备蒸镀30nm的In层，第二次蒸镀后分别在In的的两侧设置第一电极和第二电极，得到所需要的发光二极管。
其中，具体的工艺参数如下表1所示。
表1：实施例1中电子书蒸发参数
对实施例1制得的发光二极管进行I-V特性仪器测试，得到图4。
由图4可以看出，实施例1制得的发光二极管表现出了具有良好的I-V特性性能。
对实施例1制得的发光二极管进行PL光谱发光测试，得到图5。
由图5可以看出，不同平滑度条件下的波峰都在550nm左右(为黄绿光)，实施例1制得的发光二极管具有良好的发光性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底；
在所述衬底上分别沉积p型材料和n型材料，形成p型材料沉积层和n型材料沉积层，所述p型材料沉积层和所述n型材料沉积层部分重叠，第一次扩散后，所述p型材料沉积层和所述n型材料沉积层重叠的部分形成准多量子阱结构，所述p型材料沉积层未与所述n型材料沉积层重叠的部分形成第一p型层，所述n型材料沉积层未与所述p型材料沉积层重叠的区域形成第一n型层，所述第一p型层、所述准多量子阱结构以及所述第一n型层依次连接；
在所述第一p型层、所述多量子阱结构以及所述第一n型层上沉积导电材料，形成导电材料层，第二次扩散后，所述导电材料层位于所述第一p型层上的部分形成第二p型层，所述导电材料层位于所述准多量子阱结构上的部分与所述准多量子阱结构共同形成多量子阱结构，所述导电材料层位于所述第一n型层上的部分形成第二n型层；以及
在所述第二p型层上设置第一电极，在所述第二n型层上设置第二电极，所述发光二极管包括：衬底；均设置在所述衬底上且沿着水平方向依次连接的掺杂p型材料的第一p型层、多量子阱结构和掺杂n型材料的第一n型层；设置在所述第一p型层上的第二p型层，设置在所述第一n型层上的第二n型层，所述第二p型层、所述多量子阱结构和所述第二n型层沿着水平方向依次连接；设置在所述第二p型层上的第一电极；以及设置在所述第二n型层上的第二电极；所述多量子阱结构内分别掺杂有所述p型材料和所述n型材料，自所述多量子阱结构靠近所述第一p型层的一侧到远离所述第一p型层的一侧，所述p型材料在所述多量子阱结构内的掺杂浓度逐渐降低，所述n型材料在所述多量子阱结构内的掺杂浓度逐渐升高。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，自所述第一p型层靠近所述衬底的一面到远离所述衬底的一面，所述p型材料在所述第一p型层内的掺杂浓度逐渐增加；
自所述第一n型层靠近所述衬底的一面到远离所述衬底的一面，所述n型材料在所述第一n型层内的掺杂浓度逐渐增加。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述p型材料为Mg，所述n型材料为Si；
所述第一p型层的材料为Mg掺杂的GaN，所述第一n型层的材料为Si掺杂的GaN。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第二p型层的材料为Mg和In掺杂的GaN，所述第二n型层的材料为Si和In掺杂的GaN。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，自所述第二p型层靠近所述第一p型层的一面到远离所述第一p型层的一面，In在所述第二p型层内的掺杂浓度逐渐增加；
自所述第二n型层靠近所述第一n型层的一面到远离所述第一n型层的一面，In在所述第二n型层内的掺杂浓度逐渐增加。
6.根据权利要求4所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为铟电极。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述多量子阱结构的材料为Mg、Si和In掺杂的GaN，所述衬底的材料为GaN。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底上分别沉积p型材料和n型材料的操作为：通过电子束蒸发镀膜的方法，在所述衬底上依次沉积p型材料和n型材；
所述在所述第一p型层、所述准多量子阱结构以及所述第一n型层上沉积导电材料的操作为：通过电子束蒸发镀膜的方法，在所述第一p型层、所述准多量子阱结构以及所述第一n型层上沉积导电材料。
9.根据权利要求1所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一次扩散的100℃～150℃，所述第一次扩散的气压为1个大气压～1.1个大气压，所述第一次扩散的时间为2h～8h；
所述第二次扩散的100℃～150℃，所述第二次扩散的气压为1个大气压～1.1个大气压，所述第二次扩散的时间为2h～8h。
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