提高微型发光二极管发光一致性的生长方法与流程

1.本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法。


背景技术：

2.微型发光二极管(英文：micro light emitting diode，简称：micro led)作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于显示设备中。
3.在显示设备中，为了有较好的显示效果，需要微型发光二极管具有较好的发光一致性。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法，能够提高微型发光二极管的发光一致性。所述技术方案如下：
5.本公开实施例提供了一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法，所述生长方法包括：
6.提供一衬底；
7.在所述衬底上形成缓冲层；
8.在所述缓冲层上形成三维成岛层，在形成所述三维成岛层时，控制向反应腔内通入的alkyl气体的流量不低于250ml/min，且不高于600ml/min；
9.在所述三维成岛层上依次形成第一半导体层、有源层和第二半导体层。
10.可选地，所述三维成岛层的生长过程包括非生长段和在所述非生长段之后的生长段；
11.在所述非生长段，ga源的流量为0，alkyl气体的流量不低于300ml/min，且不高于600ml/min；
12.在所述生长段，ga源的流量大于0，alkyl气体的流量不低于250ml/min，且不高于500ml/min。
13.可选地，在所述非生长段的alkyl气体的流量高于在所述生长段的alkyl气体的流量。
14.可选地，所述非生长段的alkyl气体时的流量为350ml/min～550ml/min。
15.可选地，所述生长段的alkyl气体时的流量为300ml/min～450ml/min。
16.可选地，所述非生长段的持续时间为3min～10min。
17.可选地，所述三维成岛层的生长压力为200torr～600torr。
18.可选地，所述三维成岛层的生长温度为1000℃～1050℃。
19.可选地，在形成所述第一半导体层、所述有源层和所述第二半导体层时，alkyl气体的流量小于形成所述三维成岛层时的alkyl气体的流量。
20.可选地，所述三维成岛层的生长压力与所述缓冲层的生长压力相同。
21.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
22.在生长三维成岛层时，以不低于250ml/min，且不高于600ml/min的流量通入alkyl气体，在alkyl气体的推动下，能够提高反应腔中央区域的mo浓度，避免mo源大多集中在反应腔的边缘，从而使mo源在反应腔中的分布更加均匀。同时又避免alkyl气体的流量过大导致对mo源的推动过渡，使反应腔的边缘浓度过低而降低mo源的分布均匀性。通过使mo源在反应腔中更均匀的分布，从而提高生长的三维成岛层的厚度均匀性，使后续生长的各层更平整，具有更好的质量，从而提高微型发光二极管的发光一致性。
附图说明
23.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。
24.图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的结构示意图；
25.图2是本公开实施例提供的一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法的流程图；
26.图3是本公开实施例提供的另一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法的流程图；
27.图4是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图；
28.图5是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图；
29.图6是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图；
30.图7是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图；
31.图8是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图；
32.图9是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的制作过程示意图。
具体实施方式
33.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。
34.图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的结构示意图。如图1所示，该微型发光二极管包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的缓冲层20、三维成岛层30、第一半导体层40、有源层50和第二半导体层60。
35.其中，第一半导体层40包括u型gan层41和n型gan层42。有源层50包括交替层叠的多个ingan阱层51和多个gan垒层52。第二半导体层60包括al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61和p型gan层62，其中0.15≤x≤0.25。
36.微型发光二极管由于尺寸小，因此一块晶圆能够制作成很多个微型发光二极管芯片。这导致微型发光二极管芯片对于晶圆厚度的均匀性很敏感，晶圆厚度均匀性差就会导致制作的多个微型发光二极管的发光一致性差，从而影响显示设备的显示效果。
37.在制作微型发光二极管时，为了减小外延层与衬底10之间的晶格失配，会先在衬
底10上形成缓冲层20，在缓冲层20之后生长的三维成岛层30起到承上启下的作用，能够减小外延层中的应力和缺陷，提高后续各层的均匀性，使后续各层表面平整。但是三维成岛层30本身需要具有足够高的均匀性，如果生长的三维成岛层30均匀性较差，也难以保证后续生长的各层平整，因此三维成岛层30的生长至关重要。在进行外延生长时，反应腔中mo源的浓度分布对三维成岛层30的厚度均匀性有较大的影响。mo源理想的浓度分布是反应腔内各处浓度分布均匀，但实际中，由于反应腔内的石墨盘高速旋转等因素，会改变浓度分布，使mo源往往更多的集中在反应腔的边缘，导致反应腔内，边缘的mo源浓度更高，而中间的mo源浓度较低，从而大大影响了三维成岛层30的厚度均匀性，从而导致制得的微型发光二极管的发光一致性差。
38.为了提高三维成岛层30的厚度均匀性，以提高微型发光二极管的发光一致性，本公开实施例提供了一种生长方法。
39.图2是本公开实施例提供的一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法的流程图。如图2所示，该生长方法包括：
40.在步骤s11中，提供一衬底10。
41.在步骤s12中，在衬底10上形成缓冲层20。
42.在步骤s13中，在缓冲层20上形成三维成岛层30。
43.其中，在形成三维成岛层30时，控制向反应腔内通入的alkyl气体的流量不低于250ml/min，且不高于600ml/min。
44.在步骤s14中，在三维成岛层30上依次形成第一半导体层40、有源层50和第二半导体层60。
45.相关技术中，在生长三维成岛层30时，向反应腔内通入的alkyl气体的流量通常在150ml/min左右。本公开实施例中通过提高alkyl气体的流量，在生长三维成岛层时，以不低于250ml/min，且不高于600ml/min的流量通入alkyl气体，在更高流量的alkyl气体的推动下，能够提高反应腔中央区域的mo浓度，避免mo源大多集中在反应腔的边缘，从而使mo源在反应腔中的分布更加均匀。同时又避免alkyl气体的流量过大导致对mo源的推动过渡，使反应腔的边缘浓度过低而降低mo源的分布均匀性。通过使mo源在反应腔中更均匀的分布，从而提高生长的三维成岛层的厚度均匀性，使后续生长的各层更平整，具有更好的质量，从而提高微型发光二极管的发光一致性。
46.图3是本公开实施例提供的另一种提高微型发光二极管发光一致性的生长方法的流程图。在具体实现时，本公开实施例可以采用高纯h2或/和n2作为载气，采用三甲基镓tega或三乙基镓tmga作为ga源，三甲基铟tmin作为in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。
47.图4～图9是本公开实施例提供的一种微型发光二极管的生长过程示意图。
48.结合图4～图9所示，该生长方法包括：
49.在步骤s21中，提供一衬底10。
50.示例性地，衬底10为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。衬底10可以为平片衬底，也可以为图形化衬底。
51.作为示例，本公开实施例中，衬底10为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底为一种常用衬底，技术成熟，成本低。具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。
52.在步骤s21中，还可以对蓝宝石衬底进行预处理，将蓝宝石衬底置于mocvd(metal-organic chemical vapor deposition；金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理12分钟～18分钟。作为示例，本公开实施例中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理15分钟。
53.具体地，烘烤温度可以为1000℃～1200℃，烘烤时mocvd反应腔内的压力可以为100torr～200torr。
54.在步骤s22中，在衬底10上形成缓冲层20。
55.如图4所示，在衬底10的一面形成有缓冲层20。
56.具体可以在蓝宝石衬底的[0001]面上形成缓冲层20。
[0057]
其中，缓冲层20的厚度可以为10nm～30nm，缓冲层20的厚度会影响后续生长的各层的质量，若缓冲层20的厚度过薄，则会导致缓冲层20的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着缓冲层20厚度的增加，缓冲层20的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若缓冲层20的厚度过厚，则会导致缓冲层20的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。
[0058]
作为示例，本公开实施例中，缓冲层20的厚度20nm。
[0059]
可选地，缓冲层20的生长温度为530℃～560℃。作为示例，本公开实施例中，缓冲层20的生长温度为550℃。
[0060]
可选地，缓冲层20的生长压力为200torr～500torr。作为示例，本公开实施例中，缓冲层20的生长压力为400torr。
[0061]
在步骤s23中，在缓冲层20上生长三维成岛层30。
[0062]
如图5所示，在缓冲层20上生长有三维成岛层30，该三维成岛层30为gan层。
[0063]
三维成岛层30的形成包括非生长段和在非生长段之后的生长段。具体地，在非生长段，ga源的流量为0，alkyl气体的流量不低于300ml/min，且不高于600ml/min。
[0064]
在生长段，ga源的流量大于0，alkyl气体的流量不低于250ml/min，且不高于500ml/min。
[0065]
alkyl气体通过alkyl管路注入反应腔中。alkyl管路的各气体管路包括mo源气管路。在非生长段，ga源的流量为0，即关闭了ga源。在这一过程中，三维成岛层30还没有开始沉积，持续通入的alkyl气体能够将ga源关闭后，残余在管道中的ga源排尽。三维成岛层30的生长需要反应腔内有足够浓度的ga源，如果跳过非生长段，也就是不关闭ga源，而直接将ga源的流量调整到所要求的大小进行三维成岛层30的生长，这会导致管内残余的ga源也被引入生长，这部分残余ga源的加入就会影响反应腔内的ga源浓度，从而影响三维成岛层30的生长质量。而排尽管道内残余的ga源后，再将ga源的流量设置到所要求的大小进行生长，就能够使反应腔内的ga源浓度更满足要求。
[0066]
在非生长段，通入的alkyl气体推动反应腔内的mo源的流动，使mo源的分布更加均匀，将流量设置在300ml/min～600ml/min，是为了有明显的推动作用，提高反应腔中央mo源的浓度，又避免流量过大，导致反应腔内mo源的浓度分布翻转，出现边缘的mo源浓度低于中央的mo源浓度的情况。
[0067]
优选地，非生长段的alkyl气体时的流量为350ml/min～550ml/min。
[0068]
在生长段，将通入的alkyl气体流量设置在250ml/min～500ml/min，也是为了明显
地推动反应腔内的mo源的流动，使mo源的分布更加均匀，提高反应腔中央mo源的浓度，又避免流量过大，导致反应腔边缘的mo源浓度过低。
[0069]
优选地，生长段的alkyl气体时的流量为300ml/min～450ml/min。
[0070]
在一些示例中，在非生长段的alkyl气体的流量高于在生长段的alkyl气体的流量。
[0071]
在反应腔内的mo源浓度分布所能够接受的范围内，将非生长段的alkyl气体的流量设置的稍大，是为了加速管道内残余的ga源的清除，以提高整体的生产效率。并且，在生长段，过高的流量会导致通入的alkyl气体量过多，会稀释反应腔中的mo源，可能导致反应腔中央和边缘的mo源浓度都过低，影响整体的化学反应。并且在非生长段，先以更高的流量通入足够的mo源到反应腔中，提高反应腔中央区域的mo源浓度，确保在生长段生长时，尤其在中央区域，mo源的量足够并且保持稳定，在生长阶稍低的流量足够维持mo源的量，并且也有利于提高mo源分布的均匀性，进一步提高微型发光二极管的发光一致性。
[0072]
可选地，非生长段的持续时间为3min～10min。
[0073]
在非生长段持续通入的alkyl气体不仅使反应腔内的mo源的浓度分布更均匀，而且还起到排除管道内残余的ga源的目的。非生长段持续的时间过短，管道内残余的ga源可能没清除干净，持续时间过长，会降低整体的生产效率，并且导致成本升高。
[0074]
可选地，三维成岛层30的生长压力为200torr～600torr。三维成岛层30的生长温度为1000℃～1050℃。
[0075]
在这一压力范围和温度范围内，比较利于三维成岛层30的三维生长。
[0076]
在一些示例中，三维成岛层30的生长压力与缓冲层20的生长压力相同。
[0077]
例如，三维成岛层30的生长压力和缓冲层20的生长压力均为400torr。缓冲层20和三维成岛层30采用相同的生长压力进行生长，可以方便反应腔的压力调节，简化生产。
[0078]
在三维成岛层30生长完成之后，可以进行后续的第一半导体层40、有源层50和第二半导体层60的生长。其中，第一半导体层40包括u型gan层41和n型gan层42。有源层50包括交替层叠的多个ingan阱层51和多个gan垒层52。第二半导体层60包括al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61和p型gan层62，其中0.15≤x≤0.25。
[0079]
在步骤s24中，在三维成岛层30上生长u型gan层41。
[0080]
如图6所示，在三维成岛层30上生长有u型gan层41。u型gan层41的厚度可以为2μm～3.5μm，在本实施例中，u型gan层41的厚度为3μm。
[0081]
u型gan层41的生长温度可以为1000～1100℃，生长压力可以为200torr～600torr。本实施例中，u型gan层41的生长温度为1050℃，生长压力为400torr。
[0082]
在生长u型gan层41时，alkyl气体的流量小于形成三维成岛层30时的alkyl气体的流量。
[0083]
这是由于在生长三维成岛层30时，以较高流量的alkyl气体使反应腔中的mo源浓度分布更均匀，使得生长出来的三维成岛层30均有较高的厚度均匀性，因此即使降低alkyl气体的流量，后续的各层也较容易生长的比较平整。
[0084]
事实上，不只u型gan层41，在后续生长n型gan层42、ingan阱层51、gan垒层52、al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61和p型gan层62的过程中，alkyl气体的流量都可以小于形成三维成岛层30时的alkyl气体的流量。
[0085]
在步骤s25中，在u型gan层41上生长n型gan层42。
[0086]
如图7所示，在u型gan层41上生长有n型gan层42。
[0087]
可选地，n型gan层42的生长温度为1000℃～1100℃。作为示例，本公开实施例中，n型gan层42的生长温度为1050℃。
[0088]
可选地，n型gan层42的生长压力可以为150torr～300torr。作为示例，本公开实施例中，n型gan层42的生长压力为200torr。
[0089]
在生长n型gan层42时，进行硅烷掺杂，n型gan层42中的si掺杂浓度可以为10
17
cm-3
～10
18
cm-3
。作为示例，本公开实施例中，n型gan层42中的si掺杂浓度为5
×
10
17
cm-3
。
[0090]
n型gan层42的厚度可以为2μm～3μm，在本公开实施例中，n型gan层42的厚度为2.5μm。
[0091]
在步骤s26中，在n型gan层42上生长有源层50。
[0092]
如图8所示，在n型gan层42上生长有有源层50。
[0093]
实现时，有源层50可以包括交替层叠的多层ingan阱层51和多层gan垒层52。
[0094]
可选地，ingan阱层51和gan垒层52交替层叠的周期数可以为3～8。示例性地，本公开实施例中，ingan阱层51和gan垒层52交替层叠的周期数为5。
[0095]
需要说明的是，图8中仅示出了有源层50中的部分结构，并不用于限制ingan阱层51和gan垒层52交替层叠的周期数。
[0096]
在一些示例中，ingan阱层51的生长温度为760℃～780℃。gan垒层52的生长温度为860℃～890℃。作为示例，本公开实施例中，ingan阱层51的生长温度为770℃，gan垒层52的生长温度为880℃。
[0097]
在一些示例中，ingan阱层51和gan垒层52的生长压力可以为150torr～300torr。作为示例，本公开实施例中，ingan阱层51和gan垒层52的生长压力均为200torr。
[0098]
可选地，ingan阱层51的厚度可以为2nm～4nm。gan垒层52的厚度可以为9nm～14nm。
[0099]
示例性地，本公开实施例中，ingan阱层51的厚度为3nm。gan垒层52的厚度为11nm。
[0100]
在生长完有源层50之后，在有源层50上生长第二半导体层60，在本公开实施例中，第二半导体层60包括依次层叠在有源层50上的al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61和p型gan层62，其中0.15≤x≤0.25。第二半导体层60的生长包括如下的步骤s27～s28。
[0101]
在步骤s27中，在有源层50上生长al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61。
[0102]
如图9所示，在有源层50上生长有al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61。
[0103]
具体地，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的生长温度可以为930℃～970℃，作为示例，本公开实施例中，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的生长温度为960℃。
[0104]
具体地，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的生长压力可以为50torr～150torr。作为示例，本公开实施例中，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的生长压力为100torr。
[0105]
可选地，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的厚度可以为30nm～50nm。作为示例，本公开实施例中，al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的厚度为40nm。若al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的厚度过薄，会降低对电子的阻挡作用，若al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61的厚度过厚，则会增加al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61对光的吸收，从而导致微型发光二极管的发光效率降低。
[0106]
在步骤s28中，在al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61上生长p型gan层62。
[0107]
在al
x
ga
1-x
n电子阻挡层61上生长p型gan层62后的结构可以参照图1。
[0108]
具体地，p型gan层62的生长温度可以为940℃～980℃，作为示例，本公开实施例中，p型gan层62的生长温度为960℃。
[0109]
具体地，p型gan层62的生长压力可以为200torr～600torr。作为示例，本公开实施例中，p型gan层62的生长压力为400torr。
[0110]
可选地，p型gan层62的厚度可以为50nm～80nm。作为示例，本公开实施例中，p型gan层62的厚度为60nm。
[0111]
可选地，p型gan层62中，mg的掺杂浓度可以为10
18
cm-3
～10
20
cm-3
。
[0112]
在步骤s28之后，还可以进行退火、制作电极等后续步骤，以制得完整的微型发光二极管。
[0113]
例如，可以在氮气气氛中进行退火处理，退火温度为650～850℃，退火处理时间为5～15分钟。
[0114]
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。