一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管技术

本发明专利技术提供一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管，GaN外延复合层包括衬底、以及依次层叠于衬底上的N型半导体层、多量子阱有源层以及P型半导体层，其中，N型半导体层为n

【技术实现步骤摘要】
一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]MicroLED显示技术的潜在应用十分广泛，户内外超大尺寸显示、AR/VR 眼镜、智能手表、平视显示器、可穿戴电子、可见光通信等。但随着时间推移，不良环境下使用会出现使用寿命降低、发光效率降低以及出现漏电流和光衰等情况。
[0003]经研究表明，表面态改变对可靠性的影响尤为严重，理想表面的表面层中原子排列的对称性与体内原子应该完全相同。然而实际当一块半导体突然被中止时，表面理想的周期性晶格发生中断，从而导致禁带中出现表面态。在LED干法蚀刻后就会出现表面态的改变，即干法蚀刻将缺陷和表面状态引入多个侧壁上，所述缺陷和表面状态充当电荷载流子陷阱，并且所述缺陷和表面状态增加所述器件的漏电流及所述器件中非辐射复合的可能性。经研究表明，LED芯片越小，拥有的表面态受损比例越高，尤其是MicroLED芯片，由于其尺寸很小，在干法刻蚀过程中刻蚀面缺陷比例较多，由切割造成的表面态受损比例非常高，造成有源区内非辐射复合缺陷的增加，从而造成MicroLED漏电流和光衰增加，严重影响发光效率。
[0004]现有技术中，通常在刻蚀后的刻蚀面覆盖钝化层来降低表面态密度，如专利（201980073030.6）使用化学处理随后进行共形沉积电介质的侧壁钝化方法来减小漏电流，然而此方式并不能完全消除表面态，其原因是钝化层材质与切割面材质相差较大。

技术实现思路
r/>[0005]基于此，本专利技术的目的是提供一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管，用于解决现有技术中MicroLED芯片在干法刻蚀过程中刻蚀面缺陷比例较多，由切割造成的表面态受损比例非常高，造成有源区内非辐射复合缺陷的增加，从而造成MicroLED漏电流和光衰增加，严重影响发光效率。
[0006]本专利技术一方面提供一种GaN外延复合层，包括：衬底、以及依次层叠于所述衬底上的N型半导体层、多量子阱有源层以及P型半导体层，其中，所述N型半导体层为n
‑
GaN层，所述P型半导体层为p
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GaN层；所述GaN外延复合层还包括GaON薄层，所述GaON薄层覆盖于所述n
‑
GaN层、所述多量子阱有源层以及所述p
‑
GaN层外露表面。
[0007]本专利技术另一方面提供一种GaN外延复合层制备方法，包括：获取一衬底；在所述衬底上依次生长n
‑
GaN层、多量子阱有源层以及p
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GaN层以构成GaN外延复合层；对所述GaN外延复合层进行蚀刻；
对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化以在p
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GaN层上生成GaON薄层。
[0008]另外，根据本专利技术上述的GaN外延复合层制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，在采用等离体子体氧化技术对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化的步骤中：通入的O2流量为20
‑
40sccm，压板/线圈功率为20/50W，持续4
‑
6min。
[0009]进一步地，对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化的步骤中：氧化深度为深入P
‑ꢀ
GaN层的表面2nm
‑
3nm。
[0010]进一步地，对所述GaN外延复合层进行蚀刻的步骤包括：通过ICP蚀刻技术刻至衬底以刻出切割道、通过ICP蚀刻技术将n
‑
GaN层形貌裸露出以刻出n
‑
GaN层而用于引出N电极、以及通过ICP蚀刻技术刻至有源层，用于隔断外围有源层发光。
[0011]进一步地，在通过ICP蚀刻技术对所述GaN外延复合层进行蚀刻的步骤中：蚀刻条件为在真空室内通过射频将Cl2/BCL3电离成离子、原子、分子、以及电子混合物，在电场作用下轰击晶圆表面打断GaN化学键，再与GaN发生化学反应，实现GaN的刻蚀。
[0012]进一步地，n
‑
GaN层的刻蚀深度为0.9um
‑
1.1um，n
‑
GaN层、多量子阱有源层以及p
‑
GaN层的深度总和为5.9 um
ꢀ‑
6.3um。
[0013]进一步地，在所述衬底上依次生长n
‑
GaN层、多量子阱有源层以及p
‑
GaN层以构成GaN外延复合层的步骤之后，在对所述GaN外延复合层进行蚀刻的步骤之前，还包括：将GaN外延复合层在N2中退火处理。
[0014]进一步地，将GaN外延复合层在N2中退火处理的步骤包括：GaN外延复合层退火处理时的温度为800℃
‑
1100℃。
[0015]本专利技术另一方面还提供一种发光二极管，包括上述的GaN外延复合层。
[0016]上述GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管，通过在切割面GaN层上氧化生成GaON薄层，在修复ICP刻蚀产生的缺陷的同时生成一层GaON薄层，GaON薄层拥有比常规钝化层更好的晶格匹配，以防止漏电流；其次，生成的GaON薄层可以使得发光有源区完美避开ICP刻蚀造成的缺陷损失，同时发光有源区与非发光有源区为同质材料，并不会引入由界面材质差异而造成的表面态，因此可以极大的提升有源层的辐射复合，减少漏电流；再者，通过刻蚀在暴露部分的有源层，使其不做发光，以保证与其接触的发光有源层拥有与其具有完美的晶格匹配的接触；解决了现有技术中在刻蚀后的刻蚀面覆盖钝化层来降低表面态密度的方案并不能完全消除表面态导致受损比例较高的表面态严重影响发光效率的技术问题。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例中GaN外延复合层的结构示意图；如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0018]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中
给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术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专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0019]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专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术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，不是旨在于限制本专利技术。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。
[0020]为了解决MicroLED芯片在干法刻蚀过程中刻蚀面缺陷比例较多，由切割造成的表面态受损比例非常高，造成有源区内非辐射复合缺陷的增加，从而造成MicroLED漏电流和光衰增加，严重影响发光效率的技术问题，本申请提供一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管，通过在切割面GaN层上氧化生成GaON薄层，在修复ICP刻蚀产生的缺陷的同时生成一层GaON薄层，GaON薄层拥有比常规钝化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN外延复合层制备方法，其特征在于，所述方法包括：获取一衬底；在所述衬底上依次生长n
‑
GaN层、多量子阱有源层以及p
‑
GaN层以构成GaN外延复合层；对所述GaN外延复合层进行蚀刻；对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化以在p
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GaN层上生成GaON薄层。2.根据权利要求1所述的GaN外延复合层制备方法，其特征在于，在采用等离体子体氧化技术对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化的步骤中：通入的O2流量为20
‑
40sccm，压板/线圈功率为20/50W，持续4
‑
6min。3.根据权利要求1所述的GaN外延复合层制备方法，其特征在于，对刻蚀后的GaN外延复合层进行氧化的步骤中：氧化深度为深入P
‑ꢀ
GaN层的表面2nm
‑
3nm。4.根据权利要求1~3任一项所述的GaN外延复合层制备方法，其特征在于，对所述GaN外延复合层进行蚀刻的步骤包括：通过ICP蚀刻技术刻至衬底以刻出切割道、通过ICP蚀刻技术将n
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GaN层形貌裸露出以刻出n
‑
GaN层而用于引出N电极、以及通过ICP蚀刻技术刻至有源层，用于隔断外围有源层发光。5.根据权利要求4所述的GaN外延复合层制备方法，其特征在于，在通过ICP蚀刻技术对所述GaN外延复合层进行蚀刻的步骤中：蚀刻条件为在真空室内通过射频将Cl2/BCL3电离成离子、原子、分子、以及电子混合物，在电场作用下轰击晶圆表面打断GaN化学键，再与GaN发生化学反应，实现GaN的刻蚀。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志兵，张星星，林潇雄，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：