发光二极管及其制备方法与流程

1.本公开涉及光电子技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(英文：light emitting diode，简称：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，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
3.目前有多种不同发光颜色的发光二极管，其中红光发光二极管的外延结构中，p型的部分通常包括p型限制层和p型gap电流扩展层。
4.p型gap电流扩展层中的mg的掺杂浓度会影响发光二极管的抗esd(electro-static discharge，静电释放)能力，但是在gap中进行高浓度的mg掺杂较困难，目前在p型gap电流扩展层中mg的掺杂浓度只能达到6e18cm-3
，这导致红光发光二极管的抗esd能力较弱。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种发光二极管及其制备方法，有利于提高p型电流扩展层中的载流子浓度，提高红光发光二极管的抗esd能力和可靠性。所述技术方案如下：
6.第一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括第一衬底和依次层叠在所述第一衬底的承载面上的p型电流扩展层、p型限制层、有源层、n型限制层、n型电流扩展层和n型欧姆接触层，所述p型电流扩展层为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3。
7.可选地，所述p型al
x
ga
1-x
p层的厚度为8μm～12μm。
8.可选地，所述p型al
x
ga
1-x
p层中的载流子浓度为0.7e19 cm-3
～5e19 cm-3
。
9.可选地，x＝0.2。
10.可选地，所述n型电流扩展层为n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1。
11.第二方面，本公开实施例还提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：
12.提供一第二衬底；
13.在所述第二衬底的承载面上依次形成缓冲层、n型腐蚀停层、n型欧姆接触层、n型电流扩展层、n型限制层、有源层、p型限制层和p型电流扩展层，所述p型电流扩展层为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3；
14.提供一第一衬底，将所述第一衬底的承载面与所述p型电流扩展层远离第二衬底的表面相连；
15.去除所述第二衬底、所述缓冲层和所述n型腐蚀停层。
16.可选地，所述p型al
x
ga
1-x
p层的生长温度为700℃～720℃。
17.可选地，生长所述p型al
x
ga
1-x
p层时的v/iii比为20～30。
18.可选地，所述p型al
x
ga
1-x
p层的生长速度为2.5nm/s～3nm/s。
19.可选地，所述n型电流扩展层为n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1，生长温度为670℃～685℃。
20.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
21.通过采用p型al
x
ga
1-x
p层代替p型gap层作为p型电流扩展层，相比于gap材料，algap材料制作成的p型电流扩展层可以形成更高浓度的掺杂，从而有更高的载流子浓度，使得发光二极管的抗esd能力得到明显提升。
附图说明
22.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。
23.图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；
24.图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；
25.图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图；
26.图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图；
27.图5是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
28.图6是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
29.图7是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
30.图8是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
31.图9是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
32.图10是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
33.图11是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
34.图12是本公开实施例提供的发光二极管的外延片的制备过程中的结构示意图；
35.图13是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图。
具体实施方式
36.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。
37.图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图。如图1所示，该发光二极管的外延片包括第二衬底10和依次形成在第二衬底10的承载面上的缓冲层20、n型腐蚀停层30、n型欧姆接触层40、n型电流扩展层50、n型限制层60、有源层70、p型限制层80和p型电流扩展层90。其中，p型电流扩展层90为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3。
38.通过在第二衬底10上依次形成缓冲层20、n型腐蚀停层30、n型欧姆接触层40、n型电流扩展层50、n型限制层60、有源层70、p型限制层80和p型电流扩展层90，采用p型al
x
ga
1-x
p层代替p型gap层作为p型电流扩展层90，相比于gap材料，algap材料制作成的p型电流扩展层90可以形成更高浓度的掺杂，从而有更高的载流子浓度，使得采用该外延片制成的发光二极管的抗esd能力得到明显提升。
39.这里的第二衬底10可以是生长衬底，例如可以是gaas衬底。gaas衬底是一种常见
的衬底，也是红黄光发光二极管常用的衬底。
40.示例性地，缓冲层20为n型gaas缓冲层。
41.其中，n型gaas缓冲层的厚度可以为150nm～300nm，生长的n型gaas缓冲层的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同。生长的n型gaas缓冲层的厚度不同，n型gaas缓冲层表面的粗糙度会不同，在厚度较薄时，n型gaas缓冲层的表面比较疏松和粗糙。随着厚度的增加，会逐渐变的致密和平整。n型gaas缓冲层表面的粗糙度在一定范围内有利于更好地促进后续结构的生长，提高晶体质量。
42.示例性地，n型腐蚀停层30为n型gainp腐蚀停层。n型腐蚀停层30用于在去除第二衬底10时，对n型欧姆接触层40、n型电流扩展层50等结构进行保护。
43.其中，n型gainp腐蚀停层的厚度可以为200nm～300nm。厚度过薄会降低保护能力，有可能导致n型欧姆接触层40被腐蚀。厚度过厚会增大外延片的厚度，并且还会增加生产成本，降低生产效率。
44.示例性地，n型欧姆接触层40可以为n型gaas欧姆接触层。
45.其中，n型gaas欧姆接触层的厚度可以为30nm～60nm。
46.可选地，n型gaas欧姆接触层中的载流子浓度可以为4e18cm-3
～6e18cm-3
。
47.在一些示例中，n型电流扩展层50可以为n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1。
48.可选地，n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度可以为2.5μm～3.5μm，若n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度过薄，会使得n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的横向的电阻增大，降低电流的扩展能力，若n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度过厚，则会增加对光的吸收，降低出光率，使发光二极管亮度降低，翘曲变大，碎片率增加。
49.可选地，n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层中的载流子浓度可以为1e18cm-3
～4e18cm-3
。
50.在一些示例中，n型限制层60为n型alinp限制层。
51.示例性地，n型alinp限制层的厚度可以为250nm～350nm。
52.作为一种示例，n型alinp限制层中的载流子浓度可以为1e18cm-3
～2e18cm-3
。
53.有源层70包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层。示例性地，量子阱层和量子垒层的对数为5对～20对，即量子阱层和量子垒层的层数相同，且均为5层～20层。量子阱层的厚度可以为4nm～8nm，量子垒厚度可以为5nm～10nm。
54.作为一种示例，p型限制层80为p型alinp限制层。
55.示例性地，p型alinp限制层的厚度可以为300nm～450nm。p型alinp限制层中的载流子浓度可以为3e17 cm-3
～6e17cm-3
。
56.可选地，作为p型电流扩展层90的p型al
x
ga
1-x
p层，厚度为8μm～12μm。若p型al
x
ga
1-x
p层的厚度过薄，会使得p型al
x
ga
1-x
p层的横向的电阻增大，降低电流的扩展能力，若p型al
x
ga
1-x
p层的厚度过厚，则会增加对光的吸收，降低出光率，使发光二极管亮度降低。
57.可选地，p型al
x
ga
1-x
p层中的载流子浓度为0.7e19cm-3
～5e19cm-3
。gap材料形成的电流扩展层中的载流子浓度通常还不到0.5e19cm-3
，p型al
x
ga
1-x
p层中能够形成更高的载流子浓度，能够明显提升发光二极管的抗esd能力。
58.可选地，x＝0.2。即p型电流扩展层90为p型al
0.2
ga
0.8
p层。
59.x越大，也就表示p型al
x
ga
1-x
p层中的al的组分越高。al能够明显提高c元素的并入量。alp的禁带宽度为2.45ev，gap的禁带宽度为2.26ev。p型al
x
ga
1-x
p层的禁带宽度介于这两者之间，al组分的增加会使禁带宽度变大，过高的al组分会导致禁带宽度变大。使得发光二极管的电压升高。另外，alp的迁移率为80cm2/(v
·
s)，gap的迁移率为120cm2/(v
·
s)～150cm2/(v
·
s)。p型al
x
ga
1-x
p层的迁移率介于这两者之间，al组分的增加会降低迁移率，避免将al组分设置的过高，可以避免发光二极管的电压升的过高，并且还保证具有较高的迁移率。而且过高的al组分需要更高的生长温度，生长温度过高会降低可掺杂的浓度，不利于mg的掺杂。
60.图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。该发光二极管采用图1所示的外延片制成。如图2所示，该发光二极管包括第一衬底100和依次层叠在第一衬底100的承载面上的p型电流扩展层90、p型限制层80、有源层70、n型限制层60、n型电流扩展层50和n型欧姆接触层40。p型电流扩展层90为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3。
61.其中，第一衬底100可以是转移衬底，例如蓝宝石衬底。该发光二极管可以通过图1所示的外延片制成。例如，将图1所示的外延片转移至第一衬底100，然后去除第二衬底10、缓冲层20和n型腐蚀停层30。
62.如图2所示，该发光二极管还包括第一电极110和第二电极120。第一电极110位于n型欧姆接触层40远离第一衬底100的表面上。该发光二极管具有露出p型电流扩展层90的凹槽100a，第二电极120位于该凹槽100a中，且位于p型电流扩展层90上。
63.采用p型al
x
ga
1-x
p层代替p型gap层作为p型电流扩展层90，相比于gap材料，algap材料制作成的p型电流扩展层90可以形成更高浓度的掺杂，从而有更高的载流子浓度，使得发光二极管的抗esd能力得到明显提升。
64.图3是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图，如图3所示，该制备方法包括：
65.s101：提供一第二衬底10。
66.s102：在第二衬底10的承载面上依次形成缓冲层20、n型腐蚀停层30、n型欧姆接触层40、n型电流扩展层50、n型限制层60、有源层70、p型限制层80和p型电流扩展层90。
67.其中，p型电流扩展层90为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3。
68.通过在第二衬底10上依次形成缓冲层20、n型腐蚀停层30、n型欧姆接触层40、n型电流扩展层50、n型限制层60、有源层70、p型限制层80和p型电流扩展层90，采用p型al
x
ga
1-x
p层代替p型gap层作为p型电流扩展层90，相比于gap材料，algap材料制作成的p型电流扩展层90可以形成更高浓度的掺杂，从而有更高的载流子浓度，使得采用该外延片制成的发光二极管的抗esd能力得到明显提升。
69.图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图，下面结合附图5～图12对图4提供的制备方法进行详细说明：
70.s201：提供一第二衬底10。
71.实现时，该第二衬底10可以是gaas衬底，gaas衬底是一种常见的衬底，也是红黄光发光二极管常用的衬底。
72.在步骤s201中，可以对gaas衬底进行预处理，具体可以包括将gaas衬底依次在三氯乙烯、丙酮、乙醇中超声清洗10分钟，去除表面有机物，然后在去离子水中超声清洗15分
钟后用氮气吹干，最后高温退火去除gaas衬底表面的氧化薄膜。
73.s202：在第二衬底上外延生长缓冲层。
74.如图5所示，在第二衬底10上生长有缓冲层20，该缓冲层20为n型gaas缓冲层。
75.其中，n型gaas缓冲层的厚度可以为150nm～300nm，生长的n型gaas缓冲层的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同。生长的n型gaas缓冲层的厚度不同，n型gaas缓冲层表面的粗糙度会不同，在厚度较薄时，n型gaas缓冲层的表面比较疏松和粗糙。随着厚度的增加，会逐渐变的致密和平整。n型gaas缓冲层表面的粗糙度在一定范围内有利于更好地促进后续结构的生长，提高晶体质量。
76.具体地，生长n型gaas缓冲层时，控制砷烷(ash3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.5nm/s～0.8nm/s，生长温度可以为650℃～670℃，其中砷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
77.s203：在缓冲层上外延生长n型腐蚀停层。
78.如图6所示，在n型gaas缓冲层上生长有n型腐蚀停层30，该n型腐蚀停层30为n型gainp腐蚀停层。
79.具体地，n型gainp腐蚀停层的厚度可以为200nm～300nm。
80.进一步地，生长n型gainp腐蚀停层时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.5～0.6nm/s，生长温度可以为650～670℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
81.s204：在n型腐蚀停层上外延生长n型欧姆接触层。
82.如图7所示，在n型gainp腐蚀停层上生长有n型欧姆接触层40，该n型欧姆接触层40为n型gaas欧姆接触层。
83.具体地，n型gaas欧姆接触层的厚度可以为30nm～60nm。
84.进一步地，生长n型gaas欧姆接触层时，控制砷烷(ash3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.5nm/s～0.8nm/s，生长温度可以为650℃～670℃，其中砷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
85.可选地，n型gaas欧姆接触层40中的载流子浓度可以为4e18cm-3
～6e18cm-3
。
86.s205：在n型欧姆接触层上外延生长n型电流扩展层。
87.如图8所示，在n型gaas欧姆接触层上生长有n型电流扩展层50，该n型电流扩展层50为n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1。
88.具体地，n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度可以为2.5μm～3.5μm，若n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度过薄，会使得n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的横向的电阻增大，降低电流的扩展能力，若n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层的厚度过厚，则会增加对光的吸收，降低出光率，使发光二极管亮度降低，翘曲变大，碎片率增加。
89.进一步地，生长n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.45nm/s～0.65nm/s，生长温度可以为670℃～685℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
90.可选地，n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层中的载流子浓度可以为1e18cm-3
～4e18cm-3
。
91.s206：在n型电流扩展层上外延生长n型限制层。
92.如图9所示，在n型(alyga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层上生长有n型限制层60，该n型限制层60为n型alinp限制层。
93.具体地，n型alinp限制层的厚度可以为250nm～350nm。
94.进一步地，生长n型alinp限制层时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.45nm/s～0.55nm/s，生长温度可以为670～685℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
95.可选地，n型alinp限制层中的载流子浓度可以为1e18cm-3
～2e18cm-3
。
96.s207：在n型限制层上外延生长有源层。
97.如图10所示，在n型alinp限制层上生长有有源层70。
98.具体地，有源层70的厚度可以为150nm～200nm。有源层70包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层。
99.生长有源层70时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.45nm/s～0.55nm/s，生长温度可以为670～685℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
100.s208：在有源层上外延生长p型限制层。
101.如图11所示，在有源层70上生长有p型限制层80，该p型限制层80为p型alinp限制层。
102.具体地，p型alinp限制层的厚度可以为300nm～450nm。
103.进一步地，生长p型alinp限制层时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在0.45nm/s～0.55nm/s，生长温度可以为670℃～685℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
104.可选地，p型alinp限制层中的载流子浓度可以为3e17 cm-3
～6e17cm-3
。
105.s209：在p型限制层上外延生长p型电流扩展层。
106.如图12所示，在p型alinp限制层上生长有p型电流扩展层90，该p型电流扩展层90为p型al
x
ga
1-x
p层。
107.具体地，p型al
x
ga
1-x
p层的厚度可以为8μm～12μm。
108.进一步地，生长p型al
x
ga
1-x
p层时，控制磷烷(ph3)和金属有机源的摩尔流量比(v/iii比)为20～30，生长速率可以控制在2.5nm/s～3nm/s，生长温度可以为700℃～720℃，其中磷烷可以为纯度在99.9999％以上的电子特气。
109.可选地，p型al
x
ga
1-x
p层中的载流子浓度为0.7e19cm-3
～5e19cm-3
。
110.图13是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图。该方法用于采用图1所示的外延片制备图2所示的发光二极管。如图13所示，该制备方法包括：
111.s301：提供第一衬底100和如图1的外延片。
112.s302：将第一衬底100的承载面与外延片的p型电流扩展层90远离第二衬底10的表面相连。
113.s303：去除第二衬底10、缓冲层20和n型腐蚀停层30。
114.具体地，可以通过腐蚀液将第二衬底10、缓冲层20和n型腐蚀停层30腐蚀去除。
115.在步骤s303之后，还可以对外延片进行刻蚀，例如，形成露出p型电流扩展层90的凹槽100a。
116.之后再制作第一电极110和第二电极120。
117.具体地，可以先在n型欧姆接触层40上蒸镀电极材料，再通过刻蚀去除部分电极材料，以形成第一电极110。第二电极120位于凹槽100a中。
118.此外还可以去除部分n型欧姆接触层40，从而露出n型电流扩展层50。
119.以上所述仅为本公开的较佳实施例，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。

技术特征：
1.一种发光二极管，其特征在于，包括第一衬底(100)和依次层叠在所述第一衬底(100)的承载面上的p型电流扩展层(90)、p型限制层(80)、有源层(70)、n型限制层(60)、n型电流扩展层(50)和n型欧姆接触层(40)，所述p型电流扩展层(90)为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3。2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述p型al
x
ga
1-x
p层的厚度为8μm～12μm。3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述p型al
x
ga
1-x
p层中的载流子浓度为0.7e19 cm-3
～5e19 cm-3
。4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，x＝0.2。5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述n型电流扩展层(50)为n型(al
y
ga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1。6.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一第二衬底(10)；在所述第二衬底(10)的承载面上依次形成缓冲层(20)、n型腐蚀停层(30)、n型欧姆接触层(40)、n型电流扩展层(50)、n型限制层(60)、有源层(70)、p型限制层(80)和p型电流扩展层(90)，所述p型电流扩展层(90)为p型al
x
ga
1-x
p层，0.05≤x≤0.3；提供一第一衬底(100)，将所述第一衬底(100)的承载面与所述p型电流扩展层(90)远离第二衬底(10)的表面相连；去除所述第二衬底(10)、所述缓冲层(20)和所述n型腐蚀停层(30)。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述p型al
x
ga
1-x
p层的生长温度为700℃～720℃。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，生长所述p型al
x
ga
1-x
p层时的v/iii比为20～30。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述p型al
x
ga
1-x
p层的生长速度为2.5nm/s～3nm/s。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述n型电流扩展层(50)为n型(al
y
ga
1-y
)
0.5
in
0.5
p电流扩展层，0.3≤y≤1，生长温度为670℃～685℃。

技术总结
本公开提供了一种发光二极管及其制备方法，属于光电子技术领域。该发光二极管包括第一衬底和依次层叠在所述第一衬底的承载面上的P型电流扩展层、P型限制层、有源层、N型限制层、N型电流扩展层和N型欧姆接触层，所述P型电流扩展层为P型Al


技术研发人员：王世俊 李彤 宋木 邢振远
受保护的技术使用者：华灿光电（苏州）有限公司
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12