CN116364827A - 一种mini LED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种mini LED及其制备方法，该mini LED包括衬底和设于所述衬底上的外延结构，所述外延结构包括依次叠置的窗口层、导电层、电流扩展层和欧姆接触层，所述窗口层与所述衬底接触，所述电流扩展层、所述导电层和所述窗口层组合形成二级阶梯状结构，所述电流扩展层位于所述导电层的中部，所述欧姆接触层与所述电流扩展层的边缘齐平，所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成二次台面结构。通过本申请，能够使mini LED集中在中间区域发光，以避免边界效应对mini LED的光电性能的不良影响，从而提升光电性能满足客户所需的亮度需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种mini LED及其制备方法。
背景技术
近年来Mini LED技术日趋成熟，其下游应用也将持续推进，推动行业不断发展。目前，Mini LED技术应用主要分为两种：一种背光方向，主要是用于助力LCD显示升级；另一种应用是自发光方向，Mini LED自发光是小间距LED的升级，也是Micro LED的过渡。
现有的mini LED在制备过程中，常受其GaAs衬底吸光的影响需要衬底转移，即将原先的GaAs衬底去除掉，把发光的外延结构转移到蓝宝石衬底上，同时需要在水平结构上形成欧姆接触。
目前，行业内常规的mini LED设计都是整个Mesa 层都在发光，亮度比较分散，在同尺寸上达不到客户需要。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种mini LED及其制备方法，以解决现有技术中的不足。
一方面，本发明提供了一种mini LED，包括衬底和设于所述衬底上的外延结构，所述外延结构包括依次叠置于所述衬底上的窗口层、导电层、电流扩展层和欧姆接触层，所述电流扩展层、所述导电层和所述窗口层组合形成二级阶梯状结构，所述电流扩展层位于所述导电层的中部，所述欧姆接触层与所述电流扩展层的边缘齐平，所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成二次台面结构。
本发明的有益效果是：通过将电流扩展层、导电层和窗口层组合形成二级阶梯状结构，并将电流扩展层置于导电层的中部，且让欧姆接触层与电流扩展层的边缘齐平，使得欧姆接触层、电流扩展层和导电层能够组合形成二次台面结构，使得mini LED能够集中在中间区域发光，避免边界效应对mini LED的光电性能的不良影响，以提升光电性能以及保证亮度集中发出，满足客户所需的亮度需求。
优选的，所述窗口层通过键合层与所述衬底键合。
优选的，所述窗口层的厚度为89000
。
优选的，所述导电层包括依次叠置于所述窗口层上的第一限制层、量子阱层和第二限制层，所述第一限制层、所述量子阱层和所述第二限制层的边缘齐平。
优选的，所述mini LED还包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述欧姆接触层上，所述第二电极位于所述窗口层上。
优选的，所述衬底采用蓝宝石材料制成。
另一方面，本发明还提供了一种mini LED的制备方法，用于制备上述中所述的mini LED，所述方法还包括：
将附有初始外延结构的衬底放置于铝盘上，其中，所述初始外延结构包括依次叠置于所述衬底上的窗口层、导电层、电流扩展层和欧姆接触层；
在所述初始外延结构的表面涂覆第一预设厚度的正性光刻胶，依次进行第一软烤、第一曝光和第一显影，再以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀，直至裸露出所述导电层，以使所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成初始二次台面结构；
在所述初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度的正性光刻胶，依次进行第二软烤、第二曝光和第二显影，再以第二刻蚀深度和第二刻蚀坡度进行二次刻蚀，直至裸露出部分所述窗口层，以使所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成目标二次台面结构。
优选的，所述以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀的步骤之前，所述方法还包括：
将涂覆有所述第一预设厚度的正性光刻胶的初始外延结构置于通入有5sccm-10sccm的Cl2、10sccm-20 sccm 的BCl3和60sccm-70 sccm的HBr的密闭腔室内。
优选的，所述第一预设厚度为6um-10um，所述第一软烤的软烤温度为100℃-140℃，所述第一软烤的软烤时间为150s-220s。
优选的，所述第一刻蚀深度为2.4um-3.2um，所述第一刻蚀坡度为30°-60°，所述第二刻蚀深度为5um-6.5um。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的mini LED的剖视图；
图2为本发明第一实施例提供的mini LED的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的mini LED的制备方法的流程图；
图4为本发明第二实施例提供的mini LED的制备方法与现有的mini LED的制备方法的效果对比图。
主要元件符号说明：
10、衬底；21、窗口层；211、第一平面；22、导电层；221、第一限制层；222、量子阱层；223、第二限制层；23、电流扩展层；231、第二平面；24、欧姆接触层；30、键合层；40、第一电极；50、第二电极。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图2，为本发明第一实施例中的mini LED，包括衬底10和外延结构。
其中：所述外延结构设于所述衬底10上，所述外延结构包括依次叠置于所述衬底10上的的窗口层21、导电层22、电流扩展层23和欧姆接触层24，所述窗口层21通过键合层30与所述衬底10键合，该键合层30的材质为二氧化硅，所述电流扩展层23、所述导电层22和所述窗口层21组合形成二级阶梯状结构，所述二级阶梯状结构包括第一平面211和第二平面231，所述第一平面211为所述窗口层21的部分侧壁，所述第二平面231为所述电流扩展层23的整个表面，所述欧姆接触层24覆盖所述第二平面231，且所述欧姆接触层24的与所述电流扩展层23的边缘齐平，需要说明的是，所述电流扩展层23位于所述导电层22的中部，使得所述欧姆接触层24、所述电流扩展层23和所述导电层22能够组合形成凸字形的二次台面结构，使得mini LED能够集中在中间区域发光，避免边界效应对mini LED的光电性能的不良影响，以提升光电性能以及保证亮度集中发出，满足客户所需的亮度需求。
需要说明的是，所述二次台面结构包括第一台面和第二台面，所述第一台面和所述第二台面分别位于所述电流扩展层23的相对两侧，且第一台面和所述第二台面处于同一平面内，可以理解的，所述电流扩展层23的上表面高于所述第一台面或所述第二台面。
在其中一些实施例中，所述mini LED还包括第一电极40和第二电极50，所述第一电极40位于所述欧姆接触层24上，以通过所述欧姆接触层24与所述电流扩展层23连接，所述第二电极50位于所述第一平面211上，即所述第二电极50位于所述窗口层21上，该第二电极50与所述导电层22之间留有间隙，以避免相互影响，可以理解的，所述第一电极40和所述第二电极50分别为N型电极和P型电极。
在其中一些实施例中，为了加强该mini LED中P面的电流扩展能力，所述窗口层21的厚度相对于传统的mini LED的结构来说，其厚度整体增加了0.5um，不仅电流扩展能力有所加强，还能提高电子和空穴复活的效率，同时外延结构表面缺陷也会降低40％-50％，从而提升了所述mini LED的良率和发光效率。需要说明的是，所述窗口层21的厚度由传统的84000
增厚至89000/>
，即所述窗口层21的厚度为8.9um。
在其中一些实施例中，所述导电层22包括依次叠置的第一限制层221、量子阱层222和第二限制层223，所述量子阱层222通过所述第一限制层221与所述窗口层21连接，且所述量子阱层222通过所述第二限制层223与所述电流扩展层23连接，其中，所述第一限制层221、所述量子阱层222和所述第二限制层223的边缘齐平，可以理解的，所述电流扩展层23位于所述第二限制层223的中心部位。
在其中一些实施例中，所述衬底10的材质为蓝宝石，所述窗口层21的材质为P-GaP，所述第一限制层221的材质为P-AlInP，所述第二限制层223的材质为N-AlInP，所述电流扩展层23的材质为N-AlGaInP，所述欧姆接触层24的材质为N-GaAs。
在具体实施时，通过将所述电流扩展层23、所述导电层22和所述窗口层21组合形成二级阶梯状结构，并将所述电流扩展层23置于所述导电层22的中部，且让所述欧姆接触层24与所述电流扩展层23的边缘齐平，使得所述欧姆接触层24、所述电流扩展层23和所述导电层22能够组合形成二次台面结构，使得所述mini LED能够集中在中间区域发光，避免边界效应对所述mini LED的光电性能的不良影响，以提升光电性能以及保证亮度集中发出，满足客户所需的亮度需求。
需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的mini LED只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的mini LED实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。
请参阅3，为本发明第二实施例中的mini LED的制备方法，用于制备第一实施例中的mini LED，所述方法包括以下步骤：
步骤S101，将附有初始外延结构的衬底10放置于铝盘上，其中，所述初始外延结构包括依次叠置于所述衬底10上的窗口层21、导电层22、电流扩展层23和欧姆接触层24；
其中，所述铝盘在作业高功率刻蚀的过程中，其能够提供良好的散热效果，且对光刻胶的要求更低，相对于SiC盘和石英盘，以所述铝盘作为托盘进行刻蚀，刻蚀效果更好，且对应的刻蚀角度也更小。
步骤S102，在所述初始外延结构的表面涂覆第一预设厚度的正性光刻胶，依次进行第一软烤、第一曝光和第一显影，再以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀，直至裸露出所述导电层22，以使所述欧姆接触层24、所述电流扩展层23和所述导电层22组合形成初始二次台面结构；
其中，由于所述正性光刻胶在烘烤后期的角度相对于负性光刻胶在烘烤后期的角度更斜，因此本实施例中选用高粘度的正性光刻胶作为刻蚀的牺牲材料，该正性光刻胶采用的是EPG-567光刻胶，可以理解的，为了保证刻蚀效果，所述第一预设厚度为6um-10um，所述第一预设厚度的最适值为8um。
需要说明的是，在进行初次刻蚀中，需要对涂覆有第一预设厚度的正性光刻胶的外延结构依次进行软烤、曝光和显影，具体地，以软烤温度的最适值为110℃，且软烤时间持续180s，然后以曝光量为600mj进行曝光，并显影持续210s，当显影结束后，进行初次刻蚀时，刻蚀深度控制在2.4um-3.2um，且刻蚀坡度的范围控制在30°-60°，以保证外延结构金属连续性的同时，在初次刻蚀后裸露出所述导电层22，使得所述欧姆接触层24、所述电流扩展层23和所述导电层22组合形成初始二次台面结构，其中，软烤时间基于相应软烤温度确定。
步骤S103，在所述初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度的正性光刻胶，依次进行第二软烤、第二曝光和第二显影，再以第二刻蚀深度和第二刻蚀坡度进行二次刻蚀，直至裸露出部分所述窗口层，以使所述欧姆接触层24、所述电流扩展层23和所述导电层22组合形成目标二次台面结构。
其中，二次刻蚀的步骤与初次刻蚀的步骤基本相似，即在所述初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度正性光刻胶，然后依次进行软烤、曝光和显影，再进行二次刻蚀，直至裸露出部分窗口层21。
需要说明的是，二次刻蚀过程中软烤、曝光和显影的作业条件与初次刻蚀中软烤、曝光和显影的作业条件相同，二次刻蚀与初次刻蚀的不同之处在于，二次刻蚀过程中需要控制的刻蚀深度为5um-6.5um，且刻蚀坡度控制在40°-50°。
通过上述步骤，将附有初始外延结构的衬底10放置于铝盘上，利用铝盘散热效果好、对光刻胶要求低的性质，对外延结构分别进行两次刻蚀，以使欧姆接触层24、电流扩展层23和导电层22组合形成目标二次台阶结构，使得mini LED能够集中在中间区域发光，避免边界效应对mini LED的光电性能的不良影响，以提升光电性能，同时经过两次刻蚀来避免mini LED的台阶角度太直导致后续金属连续性差，进而引起外延结构断裂、发光异常的问题，请参照图4中的（b），其中，图4中的（a）为以现有的制备mini LED的制备方式下的效果图。
在其中一些实施例中，所述以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀的步骤之前，所述方法还包括：
将涂覆有所述第一预设厚度的正性光刻胶的初始外延结构置于通入有5sccm-10sccm的Cl2、10sccm-20 sccm 的BCl3和60sccm-70 sccm的HBr的密闭腔室内。
具体为，将涂覆有所述第一预设厚度的正性光刻胶的外延结构置于通入有8sccmCl2、15sccmBCl3和65sccmHBr的密闭腔室内。
在其中一些实施例中，所述第一预设厚度为6um-10um，所述第一软烤的软烤温度为100℃-140℃，所述第一软烤的软烤时间为150s-220s。
具体为，所述第一预设厚度的最适值为8um，所述第一软烤的软烤温度的最适值为110℃，所述第一软烤的软烤时间的最适值为180s。
其中，所述第一预设厚度与所述第二预设厚度相同，所述第一软烤温度和所述第二软烤温度相同，所述第一软烤时间和所述第二软烤时间相同。
在其中一些实施例中，所述第一刻蚀深度为2.4um-3.2um，所述第一刻蚀坡度为30°-60°，所述第二刻蚀深度为5um-6.5um。
在其中一些实施例中，所述第二刻蚀坡度为40°-50°。
在其中一些实施例中，所述第一曝光量与所述第二曝光量相同，所述第一显影时间与所述第二显影时间相同。
在其中一些实施例中，所述导电层22包括依次叠置的第一限制层221、量子阱层222和第二限制层223，所述量子阱层222通过所述第一限制层221与所述窗口层21连接，且所述量子阱层222通过所述第二限制层223与所述电流扩展层23连接，其中，所述第一限制层221、所述量子阱层222和所述第二限制层223的边缘齐平，可以理解的，所述电流扩展层23位于所述第二限制层223的中心部位。
在其中一些实施例中，所述衬底10的材质为蓝宝石，所述窗口层21的材质为P-GaP，所述第一限制层221的材质为P-AlInP，所述第二限制层223的材质为N-AlInP，所述电流扩展层23的材质为N-AlGaInP，所述欧姆接触层24的材质为N-GaAs。
在其中一个具体实施例中，所述mini LED的制备方法包括以下步骤：
在基板上，使用MOCVD技术生长出初始外延结构，具体为，依次外延生长出窗口层21、第一限制层221、量子阱层222、第二限制层223、电流扩展层23和欧姆接触层24；
获取一衬底10；
在衬底10和窗口层21的表面分别沉积SiO2，将衬底10和窗口层21沉积的SiO2进行表面抛光后，将初始外延结构和衬底键合在一起，其中，夹设于初始外延结构和衬底10之间的SiO2形成键合层30，需要说明的是，使用PECVD技术沉积SiO2时，折射率处于1.45-1.46范围内，且PECVD使用的反应气体为SiH4与N2O，且SiH4与N2O的流量比为1:4，载气使用的是氮气，该氮气占总气体量的 50％，射频功率为50W-60W，腔体压力为90Pa-110Pa；
将附有初始外延结构的衬底10放置于铝盘上，铝盘在作业高功率刻蚀的过程中，其能够提供良好的散热效果，且对光刻胶的要求更低，相对于SiC盘和石英盘，以铝盘作为托盘进行刻蚀，刻蚀效果更好，且对应的刻蚀角度也更小。
在初始外延结构的整个表面上涂覆第一预设厚度的正性光刻胶，然后依次作业以第一软烤温度和第一软烤时间的软烤、以第一曝光量的曝光，以及以第一显影时间的显影，结束显影后，并以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀，直至裸露出导电层22，以使欧姆接触层24、电流扩展层23和导电层22组合形成初始二次台面结构；
其中，由于正性光刻胶在烘烤后期角度相对负性光刻胶的要斜，因此本实施例中选用高粘度的正性光刻胶作为刻蚀的牺牲材料，该正性光刻胶采用的是EPG-567光刻胶，可以理解的，为了保证刻蚀效果，所述第一预设厚度为8um。
需要说明的是，在进行初次刻蚀中，需要对涂覆有第一预设厚度的正性光刻胶的初始外延结构依次进行软烤、曝光和显影，具体地，以软烤温度为110℃软烤180s，然后以曝光量为600mj进行曝光，在显影持续210s，当显影结束后，进行初次刻蚀时，刻蚀深度控制在2.4um-3.2um，且刻蚀坡度的范围控制在30°-60°，以保证外延结构金属连续性的同时，在初次刻蚀后裸露出导电层22，使得欧姆接触层24、电流扩展层23和导电层22组合形成初始二次台面结构。
初次刻蚀后，在初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度的正性光刻胶，然后依次作业以第二软烤温度和第二软烤时间的软烤、以第二曝光量的曝光，以及以第二显影时间的显影，结束显影后，并以第二刻蚀深度和第二刻蚀坡度进行二次刻蚀，直至裸露出部分窗口层21，以使欧姆接触层24、电流扩展层23和导电层22组合形成目标二次台面结构，其中，二次刻蚀的步骤与初次刻蚀的步骤基本相似，即在初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度正性光刻胶，然后依次进行软烤、曝光和显影，再进行二次刻蚀，直至裸露出部分窗口层21，需要说明的是，二次刻蚀过程中软烤、曝光和显影的作业条件与初次刻蚀中软烤、曝光和显影的作业条件相同，二次刻蚀与初次刻蚀的不同之处在于，二次刻蚀过程中需要控制的刻蚀深度为5um-6.5um，且刻蚀坡度控制在40°-50°；
利用光刻掩膜技术在欧姆接触层上制作台面图形，ICP（感应耦合等离子体）蚀刻出台面，利用负胶剥离技术制作N型电极，然后使用电子束蒸发技术，将金属蒸发至晶圆表面，再去除光刻胶，光刻胶上的金属随着光刻胶被溢出，从而留下特定图形的金属作为电极；
利用负胶剥离技术在窗口层的表面制作P型电极，具体为，首先使用光刻掩膜蚀刻技术，然后再使用负胶剥离技术，并结合电子束蒸发技术，制作P型电极，需要说明的是，P型电极的制备过程与N型电极的制备过程相同，且P型电极的材料与N型电极的材料相同。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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本发明专利范围的限制。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 (10)
1.一种mini LED，包括衬底和设于所述衬底上的外延结构，其特征在于，所述外延结构包括依次叠置于所述衬底上的窗口层、导电层、电流扩展层和欧姆接触层，所述电流扩展层、所述导电层和所述窗口层组合形成二级阶梯状结构，所述电流扩展层位于所述导电层的中部，所述欧姆接触层与所述电流扩展层的边缘齐平，所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成二次台面结构。
2.根据权利要求1所述的mini LED，其特征在于，所述窗口层通过键合层与所述衬底键合。
3.根据权利要求1所述的mini LED，其特征在于，所述窗口层的厚度为89000
。
4.根据权利要求1所述的mini LED，其特征在于，所述导电层包括依次叠置于所述窗口层上的第一限制层、量子阱层和第二限制层，所述第一限制层、所述量子阱层和所述第二限制层的边缘齐平。
5.根据权利要求1所述的mini LED，其特征在于，所述mini LED还包括第一电极和第二电极，所述第一电极位于所述欧姆接触层上，所述第二电极位于所述窗口层上。
6.根据权利要求1所述的mini LED，其特征在于，所述衬底采用蓝宝石材料制成。
7.一种mini LED的制备方法，用于制备权利要求1-6任一项所述的mini LED，其特征在于，所述方法还包括：
将附有初始外延结构的衬底放置于铝盘上，其中，所述初始外延结构包括依次叠置于所述衬底上的窗口层、导电层、电流扩展层和欧姆接触层；
在所述初始外延结构的表面涂覆第一预设厚度的正性光刻胶，依次进行第一软烤、第一曝光和第一显影，再以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀，直至裸露出所述导电层，以使所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成初始二次台面结构；
在所述初始二次台面结构上涂覆第二预设厚度的正性光刻胶，依次进行第二软烤、第二曝光和第二显影，再以第二刻蚀深度和第二刻蚀坡度进行二次刻蚀，直至裸露出部分所述窗口层，以使所述欧姆接触层、所述电流扩展层和所述导电层组合形成目标二次台面结构。
8.根据权利要求7所述的mini LED的制备方法，其特征在于，所述以第一刻蚀深度和第一刻蚀坡度进行初次刻蚀的步骤之前，所述方法还包括：
将涂覆有所述第一预设厚度的正性光刻胶的初始外延结构置于通入有5sccm-10 sccm的Cl2、10sccm-20 sccm 的BCl3和60sccm-70 sccm的HBr的密闭腔室内。
9.根据权利要求7所述的mini LED的制备方法，其特征在于，所述第一预设厚度为6um-10um，所述第一软烤的软烤温度为100℃-140℃，所述第一软烤的软烤时间为150s-220s。
10.根据权利要求7所述的mini LED的制备方法，其特征在于，所述第一刻蚀深度为2.4um-3.2um，所述第一刻蚀坡度为30°-60°，所述第二刻蚀深度为5um-6.5um。
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