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一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法

閱讀:468發(fā)布:2020-06-25

專利匯可以提供一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法專利檢索,專利查詢,專利分析的服務(wù)。并且一種基于砷化鎵襯底的平面式LED 外延 結(jié)構(gòu)及其制作方法,所述外延結(jié)構(gòu)從下向上依次為:N型GaAs襯底層、N型GaAs 緩沖層 、P型GaAs外延層、N型GaAs外延層、N型AlInP限制層、MQW 量子阱 發(fā)光層 、P型AlInP限制層和P型GaP 窗口層 。其制作方法包括(1)提供GaAs襯底并清洗;(2)生長(zhǎng)P-GaAs外延層;(3)生長(zhǎng)N-GaAs外延層;(4)生長(zhǎng)N-GaAs外延層;(5)生長(zhǎng)N-AlInP外延層;(6)生長(zhǎng)MQW發(fā)光層;(7)生長(zhǎng)P-AlInP外延層;(8)生長(zhǎng)P-GaP外延層。本 發(fā)明 通過(guò)利用反向NP結(jié)形成發(fā)光MQW量子阱發(fā)光層和襯底材料的電性隔離,同時(shí)設(shè)計(jì)了較薄的P型GaP擴(kuò)展層,有利于實(shí)現(xiàn)LED微顯示矩陣的尋址 電路 ,并防止了對(duì)發(fā)光單元的進(jìn)行切割隔離時(shí)的單元 像素 的損傷、脫落,保持LED微顯示陣列的完整。,下面是一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述外延結(jié)構(gòu)從下向上依次為:N型GaAs襯底層、N型GaAs緩沖層、P型GaAs外延層、N型AlInP限制層、MQW量子阱發(fā)光層、P型AlInP限制層和P型GaP窗口層;所述外延結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)PNPN雙疊層結(jié)構(gòu),其中,在N型GaAs外延層和P型GaAs外延層交界界面處將形成N-P結(jié),當(dāng)在P型GaP窗口層表面附加正向電壓時(shí),此N-P結(jié)起到反向壁壘作用,使電流無(wú)法向下方GaAs襯底層方向流動(dòng);從而實(shí)現(xiàn)電流分布局限于LED外延結(jié)構(gòu)中的P型GaAs外延層以上的淺層外延結(jié)構(gòu)內(nèi),有利于后期通過(guò)ICP、光刻、蒸方式在此淺層的外延結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)微型LED顯示器發(fā)光單元的電流隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述GaAs襯底層是N型的,或者是本征I型的,或者是高阻態(tài)的;采用高阻GaAs襯底能進(jìn)一步降低電流在砷化鎵襯底中傳導(dǎo)的可能性,有利于提升基于砷化鎵襯底的平面型LED外延的使用性能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述MQW量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)及摻雜的調(diào)整,能實(shí)現(xiàn)從560nm至680nm范圍的發(fā)光顏色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述P型GaAs外延層,是P型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-3um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述N型AlInP限制層,厚度范圍為2.5—5.0um,載流子濃度范圍為(0.5-3)×1019。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述P型AlInP限制層厚度為0.4—1.0um。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),其特征在于,所述P型GaP窗口層的厚度范圍為1.0-2.5um。
9.一種基于GaAs襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法,其特征在于,所述方法步驟如下:
(1)取一片N型GaAs襯底,厚度約250-350um,采用硫酸::雙水=3:1:1的混合液中進(jìn)行化學(xué)清洗,然后沖去離子水后氮?dú)庑蓚溆茫?br/>(2)將所備的N型GaAs襯底上放入MOCVD外延爐中,生長(zhǎng)N型GaAs緩沖層,厚度約0.3-
1.0um,載流子濃度約(1-8)×1017,GaAs緩沖層用于和N型GaAs襯底實(shí)現(xiàn)晶格匹配,并為下一步生長(zhǎng)提供了新鮮的界面;所述N型GaAs的緩沖層,也亦為N型GaAlAs緩沖層;
(3)在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)P型GaAs外延層,P型GaAs外延層與下一步生長(zhǎng)的N型GaAs外延層一起在二者界面處將形成N-P結(jié),當(dāng)在P型GaP表面附加正向電壓時(shí),此N-P結(jié)起到反向壁壘作用,使電流無(wú)法向下方GaAs襯底方向流動(dòng);從而實(shí)現(xiàn)電流分布局限于LED外延結(jié)構(gòu)中的P型GaAs緩沖層以上的淺層外延結(jié)構(gòu)內(nèi),有利于LED芯片制程通過(guò)ICP方式形成淺層溝道而實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光單元的電流隔離;
(4)在所述P型GaAs外延層上生長(zhǎng)N型GaAs外延層;所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
(5)在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)N型AlInP限制層,厚度約2.5-4.5um,載流子濃度約(0.5-3)×1019;用于提供平面式導(dǎo)電結(jié)構(gòu)下良好的導(dǎo)電性能;
(6)在所述N型AlInP限制層上生長(zhǎng)MQW量子阱發(fā)光層,發(fā)光量子阱的結(jié)構(gòu)及成份可依據(jù)所需的發(fā)光顏色進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整;
(7)在所述MQW量子阱發(fā)光層上繼續(xù)生長(zhǎng)P型AlInP限制層,厚度約0.3-1.0um;
(8)在所述P型AlInP限制層上生長(zhǎng)P型GaP窗口層,厚度為1.0-2.5um;本步驟采用較低的GaP發(fā)光層厚度,目的在于一方面可減少P型GaP窗口層的側(cè)面發(fā)光,以改善微型LED顯示的單元之間的串光效應(yīng);另一方面也有利于降低micro-LED單元隔離后的臺(tái)階高度,提升微型LED顯示器的尋址導(dǎo)線電路的制作難度。

說(shuō)明書(shū)全文

一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法,屬光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

[0002] LED顯示是一種將電轉(zhuǎn)化為光的一種主動(dòng)式半導(dǎo)體電致發(fā)光器件,LED顯示矩陣中的每一個(gè)發(fā)光點(diǎn)均可利用點(diǎn)陣尋址原理實(shí)現(xiàn)電流的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)控制,一般稱此種每一個(gè)可單獨(dú)控制的發(fā)光單元為像素點(diǎn);LED顯示矩陣可用于文字、圖形、圖像、視頻信號(hào)等各種信息的顯示。常用的LED顯示模中的像素是獨(dú)個(gè)固定在電路板上的發(fā)光二極管,在電路板上具有為每一像素提供電驅(qū)動(dòng)與控制的電路,電路分布所需占用的空間使得顯示屏在提高點(diǎn)距方面受到限制,單位面積內(nèi)的像素密度遠(yuǎn)低于LCD顯示或OLED顯示器,不滿足穿戴式智能手表、智能手機(jī)、AR顯示、電腦顯示屏等高信息密度的顯示要求。
[0003] 但LED發(fā)光器件相較于常用的LCD、OLED、等離子等顯示技術(shù),由于LED發(fā)光器件是一種固體發(fā)光器件,與現(xiàn)有的LCD、OLED、等離子等顯示技術(shù)相比,具有抗震性好,可適應(yīng)高加速度、劇烈振動(dòng)、高濕、高溫、嚴(yán)寒等使用環(huán)境;另外在產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性、使用壽命、厚度及亮度等方面也是現(xiàn)有LCD、OLED、等離子等顯示技術(shù)所無(wú)法比擬的。因此,基于LED顯示原理,將LED顯示器件進(jìn)行微型化,在一個(gè)LED顯示器件上集成的高密度微小尺寸的LED陣列,使之成為一塊每一像素可獨(dú)立尋址、驅(qū)動(dòng)發(fā)光的LED顯示器,現(xiàn)在一般將此類LED顯示微縮化的技術(shù)稱為Micro—led或Mini—LED。
[0004] Micro-led技術(shù)與OLED相比,繼承了LED的高效率、高亮度、高可靠度及反應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn),現(xiàn)LCD相比,具有自發(fā)光無(wú)需背光源的特性,更具節(jié)能、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易、體積小、薄型等優(yōu)勢(shì)。同時(shí),LED具有較佳的材料穩(wěn)定性、壽命長(zhǎng)、無(wú)影像烙印等優(yōu)點(diǎn)。2013年臺(tái)灣工研院基于主動(dòng)式LED微晶粒晶片技術(shù),開(kāi)發(fā)出單色微顯示及微投影模組,主要應(yīng)用瞄準(zhǔn)如GoogleGlass等頭戴式顯示器
[0005] 將LED外延材料制成為Micro-led顯示矩陣,其核心在于將電性為一個(gè)整體的LED外延片通過(guò)技術(shù)手段隔離為行、列均為可獨(dú)立尋址的像素矩陣。在中國(guó)發(fā)明專利ZL101625981A中,提供了一種基于切割的發(fā)光單元分割方式,即:“首先在外延片的P層表面形成電極圖形及歐姆接觸。其次,從外延片P層表面的特定位置向下切割形成深度超過(guò)P型材料厚度的溝槽,在溝槽中蒸接觸金屬并形成歐姆接觸。下一步,將外延片的底部粘貼在片上,然后在與溝槽垂直的方向?qū)⑼庋悠懈畛瑟?dú)立的行塊排列,行排列是利用粘貼于底部的硅片來(lái)保持其排列完整性的。再下一步,按行排列垂直的方向從表面向下進(jìn)行列切割,從而使行塊成為獨(dú)立的像素單元,切割深度以分離行塊中P型層的連接,但不破壞N型層的連接為準(zhǔn)?!?/div>
[0006] ZL101625981A專利利用了像素本身的N型襯底材料來(lái)提供模塊內(nèi)部中的電路連接,節(jié)約了對(duì)像素的控制電路所需占用的空間,降低了LED顯示模塊的點(diǎn)距,提高像素密度。
[0007] 但ZL101625981A專利存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題或不足:
[0008] (1)利用切割的方式來(lái)形成發(fā)光單元的隔離,在切割過(guò)程中存在切割刀對(duì)過(guò)發(fā)光單元材料的崩裂、沾污、損傷等,從而使發(fā)光單元失效;
[0009] (2)材料在切割隔離前以粘合的形式附屬于硅片基板上,一方面增加的技術(shù)操作步驟,同時(shí),邦定過(guò)程中也存在粘合不牢固的可能,使得發(fā)光單元出現(xiàn)脫落的可能性,降低了產(chǎn)品的可靠性;
[0010] (3)此發(fā)明公開(kāi)了“按行排列垂直的方向從表面向下進(jìn)行列切割,從而使行塊成為獨(dú)立的像素單元,切割深度以分離行塊中P型層的連接,但不破壞N型層的連接為準(zhǔn)?!钡姆椒?,在對(duì)行塊進(jìn)行P型層切割以形成發(fā)光單元的P型區(qū)的獨(dú)立,但此操作的同時(shí)也容易使做為N型連接的GaAs襯底材料出現(xiàn)脫裂,從而破壞矩陣中N型行的連接。
[0011] (4)由于采用了切割的方式,使得P型電極的連接需要跨越的深度為材料本身的厚度,一般達(dá)到200um左右,寬度為切割刀刃寬度的溝道,此一溝道不僅限制了micro-led顯示陣列的單元尺寸,同時(shí)也使得一般的金屬鍍膜方式制作P型層的連接極為困難。此發(fā)明并未說(shuō)明P型電極的連接方式,在實(shí)際操作中,一般采用外部焊線的方式來(lái)完成P電極的電極連接,但多點(diǎn)焊線,又容易出現(xiàn)焊絲漂移短路、脫落等問(wèn)題。同時(shí)也降低產(chǎn)品的可靠性。
[0012] 從以上技術(shù)背景可知,要將LED顯示應(yīng)用于微型顯示,其核心在于使LED外延材料成為可基于點(diǎn)陣尋址的獨(dú)立發(fā)光芯片(像素),要制作成微型LED顯示器,首先需要解決LED外延材料的問(wèn)題。
[0013] 目前,GaAs基GaAlInP系列四元LED外延材料經(jīng)近二十多年的發(fā)展,技術(shù)已經(jīng)較為成熟,廣泛用于從紅光到綠光的LED芯片制作。
[0014] 然而,常規(guī)的四元系列紅光LED外延材料主要用于制作LED發(fā)光器件,用于LED發(fā)光二極管、LED室內(nèi)外顯示屏等應(yīng)用領(lǐng)域。技術(shù)上主要著眼于提升發(fā)光效率,提升發(fā)光均勻性,在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上一般垂直的導(dǎo)電結(jié)構(gòu),如圖1所示。即電流從GaP擴(kuò)展層106進(jìn)入后通過(guò)GaAlInP四元系MQW量子阱發(fā)光層104后進(jìn)入GaAs襯底101后進(jìn)入外部供電電路。
[0015] 除以上特點(diǎn)外,由于常規(guī)的GaAlInP四元系列LED外延材料是基于后期從事制作高效的LED發(fā)光芯片的目的,因此在結(jié)構(gòu)上具有較厚的GaP發(fā)光層106;由于GaAs是一種吸光層,為了提升LED,制作較厚的GaP發(fā)光窗口層是提升LED發(fā)光效率的主要手段之一,目前常規(guī)的四元GaAlInP系統(tǒng)的表面的GaP層厚度一般在5-15um之間。
[0016] 但較厚的GaP在用于微型LED顯示時(shí),由于GaP層為透明的,出現(xiàn)較多的側(cè)面出光,使LED微顯示的單元發(fā)光像素界面模糊(像素的發(fā)光界面不清晰)。另一方面,較厚的GaP層106和AlInP層105增加了P面隔離的難度,在ZL101625981A專利中采用切割的方式進(jìn)行隔離,但切割一方面效率較低,且?guī)?lái)了切割的崩裂、沾污等對(duì)外延發(fā)光材料的損傷。
[0017] 從以上現(xiàn)有技術(shù)背景可知,現(xiàn)有技術(shù)的LED外延材料結(jié)構(gòu)中由于GaAs襯底是一體式導(dǎo)電的,難于在切割形成LED矩陣可獨(dú)立控制的像素單元同時(shí)又制作好矩陣內(nèi)單素的尋址電路。同時(shí),由于GaP導(dǎo)光層的厚度較厚,因此也存在切割后相臨單元側(cè)面串光的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

[0018] 本發(fā)明的目的是,針對(duì)現(xiàn)有GaAs基GaAlInP系列四元LED外延材料結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題,本發(fā)明提出一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)及其制作方法。
[0019] 本發(fā)明的技術(shù)方案是,一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu),所述外延結(jié)構(gòu)從下向上依次為:N型GaAs襯底層、N型GaAs緩沖層、P型GaAs外延層、N型GaAs外延層、N型AlInP限制層、MQW量子阱發(fā)光層、P型AlInP限制層和P型GaP窗口層。
[0020] 所述外延結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)PNPN雙疊層結(jié)構(gòu),其中,在N型GaAs外延層和P型GaAs外延層交界界面處將形成N-P結(jié),當(dāng)在P型GaP窗口層表面附加正向電壓時(shí),此N-P結(jié)起到反向壁壘作用,使電流無(wú)法向下方GaAs襯底層方向流動(dòng);從而實(shí)現(xiàn)電流分布局限于LED外延結(jié)構(gòu)中的P型GaAs外延層以上的淺層外延結(jié)構(gòu)內(nèi),有利于后期通過(guò)ICP、光刻、蒸鍍方式在此淺層的外延結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)微型LED顯示器發(fā)光單元的電流隔離。
[0021] 所述GaAs襯底層是N型的,或者是本征I型的,或者是高阻態(tài)的;采用高阻GaAs襯底能進(jìn)一步降低電流在砷化鎵襯底中傳導(dǎo)的可能性,有利于提升基于砷化鎵襯底的平面型LED外延的使用性能。
[0022] 所述MQW量子阱發(fā)光層結(jié)構(gòu)及摻雜的調(diào)整,能實(shí)現(xiàn)從560nm至680nm范圍的發(fā)光顏色
[0023] 所述P型GaAs外延層,是P型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-3um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
[0024] 所述N型GaAs外延層;是N型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu),其厚度在0.5-17
2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×10 。
[0025] 所述N型AlInP限制層,厚度范圍為2.5—5.0um,載流子濃度范圍為(0.5-3)×1019。
[0026] 所述P型AlInP限制層厚度為0.4—1.0um。
[0027] 所述P型GaP窗口層的厚度范圍為1.0-2.5um。
[0028] 本發(fā)明一種基于GaAs襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法,步驟如下:
[0029] (1)取一片N型GaAs襯底,厚度約250-350um,采用硫酸::雙水=3:1:1的混合液中進(jìn)行化學(xué)清洗,然后沖去離子水后氮?dú)庑蓚溆茫?/div>
[0030] (2)將所備的N型GaAs襯底上放入MOCVD外延爐中,生長(zhǎng)N型GaAs緩沖層,厚度約0.3-1.0um,載流子濃度約(1-8)×1017,GaAs緩沖層用于和N型GaAs襯底實(shí)現(xiàn)晶格匹配,并為下一步生長(zhǎng)提供了新鮮的界面;所述N型GaAs的緩沖層,也亦為N型GaAlAs緩沖層;
[0031] (3)在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)P型GaAs外延層,P型GaAs外延層與下一步生長(zhǎng)的N型GaAs外延層一起在二者界面處將形成N-P結(jié),當(dāng)在P型GaP表面附加正向電壓時(shí),此N-P結(jié)起到反向壁壘作用,使電流無(wú)法向下方GaAs襯底方向流動(dòng);從而實(shí)現(xiàn)電流分布局限于LED外延結(jié)構(gòu)中的P型GaAs外延層以上的淺層外延結(jié)構(gòu)內(nèi),有利于LED芯片制程通過(guò)ICP方式形成淺層溝道而實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光單元的電流隔離;
[0032] (4)在所述P型GaAs外延層上生長(zhǎng)N型GaAs外延層;所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)17
×10 。
[0033] (5)在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)N型AlInP限制層,厚度約2.5-4.5um,載流子濃度約(0.5-3)×1019;用于提供平面式導(dǎo)電結(jié)構(gòu)下良好的導(dǎo)電性能;
[0034] (6)在所述N型AlInP限制層上生長(zhǎng)MQW量子阱發(fā)光層,發(fā)光量子阱的結(jié)構(gòu)及成份可依據(jù)所需的發(fā)光顏色進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整;
[0035] (7)在所述MQW量子阱發(fā)光層上繼續(xù)生長(zhǎng)P型AlInP限制層,厚度約0.3-1.0um;
[0036] (8)在所述P型AlInP限制層上生長(zhǎng)P型GaP窗口層,厚度為1.0-2.5um;本步驟采用較低的GaP發(fā)光層厚度,目的在于一方面可減少P型GaP窗口層的側(cè)面發(fā)光,以改善微型LED顯示的單元之間的串光效應(yīng);另一方面也有利于降低micro-LED單元隔離后的臺(tái)階高度,提升微型LED顯示器的尋址導(dǎo)線的電路的制作難度。
[0037] 本發(fā)明的有益效果在于,本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)PNPN雙疊層結(jié)構(gòu),在N型GaAs外延層和P型GaAs外延層交界界面處將形成N-P結(jié),當(dāng)在P型GaP表面附加正向電壓時(shí),此N-P結(jié)起到反向壁壘作用,使電流無(wú)法向下方GaAs襯底方向流動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)電流分布局限于LED外延結(jié)構(gòu)中的P-GaAs外延層以上的淺層外延結(jié)構(gòu)內(nèi),有利于LED芯片制程通過(guò)ICP方式形成淺層溝道而實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光單元的電流隔離。通過(guò)本設(shè)計(jì),與中國(guó)發(fā)明專利ZL101625981A相比,在同等條件下完成微型LED顯示器發(fā)光單元N型導(dǎo)電層的隔離,其隔離溝道的深度由原來(lái)的200um左右降低為約4-7um,使得通過(guò)鍍膜、光刻等方式一次性、批量化制作微顯示陣列的尋址電路成為可能。
[0038] 本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)有利于微型LED顯示芯片制程通過(guò)ICP方式形成淺層溝道而實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光單元的電流隔離。與現(xiàn)有技術(shù)CN101625981A相比,在同等條件下完成微型LED顯示器發(fā)光單元N型導(dǎo)電層的隔離,其隔離溝道的寬度由原來(lái)的25um左右降低為約4-6um,進(jìn)一步提升了微型LED顯示單元的像素密度。
[0039] 本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)有利于微型LED顯示芯片制程通過(guò)ICP方式形成淺層溝道而實(shí)現(xiàn)LED發(fā)光單元的電流隔離。在完成LED單元的PN結(jié)隔離后襯底層、反向NP結(jié)、發(fā)光層、GaP電流擴(kuò)展層等仍為一個(gè)整體,不需要任何附加的基板、粘合材料,也不需要進(jìn)行發(fā)光單元與基板粘合過(guò)程、因此具有良好的牢固性,提升了微型LED顯示器的可靠性.
[0040] 本發(fā)明制作了高載流子濃度和較厚的N型AlInP限制層,并利用其作為微顯示陣列尋址的N型電連接;降低了另行制造外部連接的難度,同時(shí)可大幅節(jié)省空間,提升微單元的像素密度。
[0041] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了較薄的P型AlInP限制層和GaP電流擴(kuò)展層(即窗口層),以限制發(fā)光單元的側(cè)面出光,使得發(fā)光集中于單元正向,提升了發(fā)光單元的對(duì)比度
[0042] 本發(fā)明設(shè)計(jì)了較薄的P型AlInP限制層和GaP電流擴(kuò)展層(即窗口層),以方便后期ICP,臺(tái)階砘化絕緣等過(guò)程,降低了另行制造外部連接的難度,同時(shí)可大幅節(jié)省空間,提升微單元的像素密度。
[0043] 本發(fā)明通過(guò)利用反向NP結(jié)形成發(fā)光MQW量子阱發(fā)光層和襯底材料的電性隔離,同時(shí)設(shè)計(jì)了較薄的P型GaP擴(kuò)展層(窗口層),有利于實(shí)現(xiàn)LED微顯示矩陣的尋址電路,并防止了對(duì)發(fā)光單元的進(jìn)行切割隔離時(shí)的單元像素的損傷、脫落等問(wèn)題,保持LED微顯示陣列的完整,有利于適用于LED微顯示器的外延材料技術(shù)發(fā)展。附圖說(shuō)明
[0044] 圖1為常規(guī)四元系列紅光LED外延材料LED發(fā)光器件導(dǎo)電結(jié)構(gòu)示意圖;
[0045] 圖2為本發(fā)明一種基于GaAs襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)示意圖;
[0046] 圖3為本發(fā)明一種基于GaAs襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)制作流程。

具體實(shí)施方式

[0047] 本發(fā)明一種基于砷化鎵襯底的平面式LED外延結(jié)構(gòu)如圖2所示,所述外延結(jié)構(gòu)從下向上依次為:N型GaAs襯底層001、N型GaAs緩沖層002、P型GaAs外延層003、N型GaAs外延層004、N型AlInP限制層005、MQW量子阱發(fā)光層006、P型AlInP限制層007和P型GaP窗口層008。
[0048] 實(shí)施例1:
[0049] S1:取一片2寸N型GaAs襯底,晶向<100+150>,厚度約290um,采用硫酸:水:雙氧水=3:1:1,在45℃溫度下,在混合液中進(jìn)行2Min的化學(xué)清洗,然后沖去離子水,10Min后氮?dú)庑蓚溆谩?/div>
[0050] S2:將完成S1步驟所備的砷化鎵襯底放入MOCVD外延爐中,生長(zhǎng)N型GaAs緩沖層,厚17
度約0.3-1.0um,載流子濃度約(1-8)×10 ,N型GaAs緩沖層用于和GaAs襯底實(shí)現(xiàn)晶格匹配,并為下一步生長(zhǎng)提供了新鮮的界面;所述N型GaAs緩沖層,亦也為GaAlAs緩沖層。
[0051] S3:在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)P型GaAs外延層,其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍在(1-10)×1017。所述的P型GaAs層,也可以是P型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0052] S4:在所述P型GaAs外延層上生長(zhǎng)N型GaAs外延層;所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
[0053] S5:在所述N_GaAs層上生長(zhǎng)N型AlInP限制層,厚度約2.5-4.5um,載流子濃度約(0.5-3)×1019。
[0054] S6:在所述N型AlInP限制層上生長(zhǎng)MQW量子阱發(fā)光層,發(fā)光波長(zhǎng)為625nm-635nm紅光。
[0055] S7:在所述GaInAlP發(fā)光層上繼續(xù)生長(zhǎng)P-AlInP限制層,厚度約0.3-1.0um。
[0056] S8:在所述P型AlInP限制層上生長(zhǎng)P型GaP層,厚度約1.0-2.5um.載流子濃度約(5-8)×1016,其中上表層生長(zhǎng)約200nm高摻雜層,載流子濃度約3-10×1017,用于制作P型歐姆接觸。
[0057] 實(shí)施例2:
[0058] S1:取一片2寸高阻型GaAs襯底,晶向<100+150>,厚度約250um,采用硫酸:水:雙氧水=3:1:1,45℃溫度時(shí),在混合液中進(jìn)行2Min的化學(xué)清洗,然后沖去離子水10Min后,氮?dú)庑蓚溆谩?/div>
[0059] S2:將完成S1步驟所備的砷化襯底上放入MOCVD外延爐中,生長(zhǎng)N型GaAs緩沖層,厚度約0.3-1.0um,N型GaAs緩沖層用于和GaAs襯底實(shí)現(xiàn)晶格匹配,并為下一步生長(zhǎng)提供了新鮮的界面。
[0060] S3:在所述N型GaAs緩沖層上生長(zhǎng)P型GaAs外延層,其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍在(1-10)×1017。所述的P型GaAs外延層,也可以是P型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0061] S4:在所述P型GaAs外延層上生長(zhǎng)N型GaAs外延層;所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)×1017。
[0062] S5:在所述N_GaAs層上生長(zhǎng)N型AlInP限制層,厚度約2.5-4.5um,載流子濃度約(0.5-3)×1019。
[0063] S6:在所述N型AlInP限制層上生長(zhǎng)GaInAlP發(fā)光層,發(fā)光波長(zhǎng)565nm-572nm黃綠光。
[0064] S7:在所述GaInAlP發(fā)光層上繼續(xù)生長(zhǎng)P型AlInP限制層,厚度約0.3-1.0um.[0065] S8:在所述P型AlInP限制層上生長(zhǎng)摻Mg的P型GaP層,厚度約1.0-2.5um.載流子濃度約(5-8)×1016,其中上表層生長(zhǎng)約200nm高摻雜層,載流子濃度約8-10×1017,用于制作P型歐姆接觸。
[0066] 實(shí)施例3:
[0067] S1:取一片2寸本征型GaAs襯底,晶向<100+150>,厚度約320um,采用硫酸:水:雙氧水=3:1:1,45℃時(shí),在混合液中進(jìn)行2Min的化學(xué)清洗,然后沖去離子水10Min后氮?dú)庑蓚溆谩?/div>
[0068] S2:將完成S1步驟所備的砷化襯底上放入MOCVD外延爐中,生長(zhǎng)GaAlAs緩沖層,厚度約0.3-1.0um,然后再生長(zhǎng)N型GaAs緩沖層,厚度約0.3-1.0um。
[0069] S3:在所述N型GaAs緩沖層上生P型GaAs外延層,其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子17
濃度范圍在(1-10)×10 。所述P型GaAs層,也可以是P型的GaAlAs層或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0070] S4:在所述P型GaAs外延層上生長(zhǎng)N型GaAs外延層;所述N型GaAs外延層也是N型的GaAlAs層,或GaAlAs/GaAs的復(fù)合結(jié)構(gòu);其厚度在0.5-2um范圍內(nèi),載流子濃度范圍為(1-10)17
×10 。
[0071] S5:在所述N_GaAs層上生長(zhǎng)N型AlInP限制層,厚度約2.5-4.5um,載流子濃度約(0.5-3)×1019。
[0072] S6:在所述N型AlInP限制層上生長(zhǎng)GaInAlP發(fā)光層,發(fā)光波長(zhǎng)590nm-595nm黃光。
[0073] S7:在所述GaInAlP發(fā)光層上繼續(xù)生長(zhǎng)P型AlInP限制層,厚度約0.3-1.0um。
[0074] S8:在所述P型AlInP限制層上生長(zhǎng)摻Mg的P型GaP層,厚度約1.0-2.5um。載流子濃度約(5-8)×1016,其中上表層生長(zhǎng)約200nm高摻雜層,載流子濃度約8-10×1017,用于制作P型歐姆接觸。
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