发光二极管及其制备方法

技术领域

本申请实施例涉及半导体技术领域，例如一种发光二极管及其制备方法。

背景技术

在显示技术的发展过程中，一直在追求以下方面的性能提升，如大尺寸、能耗、响应速度、色域、分辨率、亮度及可靠性等。在相关显示技术中，液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，LCD)具有尺寸优势，得到大规模普及。有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode，OLED)由于具有能耗、色域及柔性优势，在小尺寸显示，如手机、平板电脑也得到大规模应用，但其在大尺寸方面，如电视，由于成本及可靠性原因并未得到大规模普及。

在下一代的显示技术中，具有较好应用前景的包括两种发光器件，一种是微型LED(Micro LED)，一种是量子点发光二极管(Quantum Dot Light Emitting Diodes，QLED)。其中，Micro LED在亮度、对比度、响应速度、色域、寿命、能耗等方面具有优势。但受到外延及芯片工艺影响，Micro LED在光学及电学特性方面的一致性较差。由于量子点的窄带宽发射，应用量子点的电致发光器件尤其是大尺寸商用量子点主动显示亦是有前景的显示技术。其中QLED作为量子点主动显示中最基本的单元，近些年已经被广泛研究，以获得更好的色彩质量和效率，并且整体性能在过去几年中得到了稳步提高。

然而，在相关的量子点发光技术中，不管是光致发光还是电致发光，均难以避免水汽和氧气对量子点的性能及寿命影响。

发明内容

本申请实施例提供一种发光二极管及其制备方法，以提升发光二极管的光学及电学一致性，以及增强发光二极管隔绝水汽和氧气的能力。

第一方面，本申请实施例提供了一种发光二极管，所述发光二极管包括：

第一型层，包括第一型氮化镓；

发光层，位于所述第一型层之上；所述发光层包括量子点；

第二型层，位于所述发光层之上；所述第二型层包括第二型氮化镓；

电极层，位于所述第二型层之上。

第二方面，本申请实施例还提供了一种发光二极管的制备方法，所述发光二极管的制备方法包括：

提供第一型基板，所述第一型基板包括衬底和第一型层，所述第一型层包括第一型氮化镓；

在所述第一型基板的第一型层上形成发光层；所述发光层包括量子点；

在所述发光层上形成第二型层；所述第二型层包括第二型氮化镓；

在所述第二型层上形成电极层。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的另一种发光二极管的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程示意图；

图6为图5中发光二极管的制备方法各步骤形成的发光二极管的结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的另一种发光二极管的制备方法的流程示意图；

图8为图7中发光二极管的制备方法各步骤形成的发光二极管的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种发光二极管。图1为本申请一实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。参见图1，该发光二极管包括：第一型层101、发光层、第二型层104和电极层105。第一型层101包括第一型氮化镓；发光层位于第一型层101之上；发光层包括量子点1031；第二型层104位于发光层之上；第二型层104包括第二型氮化镓；电极层105位于第二型层104之上。

其中，第一型氮化镓的形式可以是第一型氮化镓单晶薄膜或者第一型氮化镓多晶薄膜。量子点1031包括硫化锌、硒化锌、碲化锌、硫化镉、硒化镉、碲化镉、硫化汞、硒化汞、碲化汞或者他们的核壳纳米结构；或者，量子点1031包括硒化镉-硫化锌、硫化镉-硫化锌、硫化镉-硒化锌、硫化镉-硒化锌或石墨烯量子点1031等。由量子点1031的发光性质可知，量子点1031的发光颜色由量子点1031的尺寸决定。第二型氮化镓可以采用低温沉积的工艺形成，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。电极层105例如可以包括ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)，ITO为透明的导电材料，有利于确保发光二极管的出光率。示例性地，电极层105可以采用低温沉积的工艺形成，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。

由此可见，本申请实施例通过设置第二型层104位于发光层上，可以使得第二型层104覆盖发光层。这样，一方面，第二型层104对量子点1031起到了良好的密封作用，有利于避免水汽和氧气对发光层的侵蚀，从而有利于提升量子点1031的寿命和性能；另一方面，第二型氮化镓可以采用低温沉积的工艺形成，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。另外，发光层的主体为量子点1031，发光层的发光波长仅由量子点1031的尺寸决定，有利于提升发光二极管的光学及电学一致性。因此，本申请实施例不仅提升了发光二极管的光学及电学一致性，而且避免了水汽和氧气对发光层的侵蚀、高温环境对发光层的破坏，从而提升了发光二极管的性能。

需要说明的是，图1中示例性地示出了发光层包括单层量子点层，并非对本申请的限定。在其他实施例中，如图2所示，还可以设置发光层包括超晶格量子阱层201和量子点层的复合结构。其中，量子点层位于超晶格量子阱层201和第二型层104之间，设置发光层包括超晶格量子阱层201有利于多种颜色的光混合。

在一实施例中，发光层可以发白光或者单色光，单色光例如可以是红光、绿光或蓝光。

其中，对于发光层包括单层量子点层的情况，发光层的发光颜色由量子点层决定，单层量子点层发红光、绿光和蓝光中的至少一种。其中，在单层量子点层仅包括红色量子点的情况下，发光层发红光；在单层量子点层仅包括绿色量子点的情况下，发光层发绿光；在单层量子点层仅包括蓝色量子点的情况下，发光层发蓝光；在单层量子点层包括混合的红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点的情况下，发光层发白光。

对于发光层包括超晶格量子阱层201和量子点层的复合结构的情况，发光层的发光颜色由超晶格量子阱层201和量子点层共同决定。示例性地，超晶格量子阱层201发蓝光，量子点层发红光和绿光中的至少一种。其中，超晶格量子阱层201发蓝光，量子点层包括混合的红色量子点和绿色量子点时，发光层发白光。

在一实施例中，第二型层104的厚度范围为20nm-300nm。这样，一方面避免了第二型层104的厚度较薄，影响第二型层104隔绝水汽和氧气的效果；另一方面避免了第二型层104的厚度较厚，增加外延生长的时间；即在确保第二型层104隔绝水汽和氧气的基础上，保证生产效率。

在一实施例中，量子点层的厚度范围为2nm-20μm。

在上述各实施例的基础上，本申请实施例还提供了其他结构的发光二极管。图3为本申请一实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图。参见图3，在本申请的一种实施例中，发光二极管还包括：黑矩阵1021和绝缘层106。黑矩阵1021位于第一型层101和第二型层104之间；黑矩阵1021包括第一窗口，发光层位于第一窗口内；绝缘层106覆盖电极层105的上表面、电极层105的侧表面和第二型层104的侧表面。

其中，黑矩阵1021起到遮光和密封的作用。黑矩阵1021中的第一窗口设置为容纳发光层，该第一窗口为填充发光层的预设区域，第一窗口暴露底部的第一型层101，以使发光层和第一型层101接触。在一实施例中，黑矩阵1021厚度大于发光层的厚度，以有利于对发光层的密封。绝缘层106可以是具有绝缘功能的膜层，也可以是兼具绝缘功能和反射功能的膜层，示例性地，绝缘层106包括单层反射层或分布式布拉格反射层。本申请实施例这样设置，提升了发光二极管的密封性能。

参见图3，在一实施例中，发光二极管还包括：第一电极1071和第二电极1072。绝缘层106包括第二窗口，黑矩阵1021包括第三窗口；第一电极1071位于第二窗口内；第二电极1072位于第三窗口内。其中，第一电极1071可以为阳极，第二电极1072可以为阴极，第一电极1071和第二电极1072可以为发光二极管提供电压和电流；两电极材质及结构可以相同或不同。示例性的，第一电极1071和第二电极1072共面配置，即第一电极1071和第二电极1072的表面高度一致，从而有利于发光二极管与驱动电路板焊接，从而降低了发光二极管的焊接难度。

图4为本申请一实施例提供的又一种发光二极管的结构示意图。参见图4，与图3不同的是，图4中的发光层包括超晶格量子阱层201和量子点层的复合结构。

本申请实施例还提供了一种发光二极管的制备方法。图5为本申请一实施例提供的一种发光二极管的制备方法的流程示意图，图6为图5中发光二极管的制备方法各步骤形成的发光二极管的结构示意图。参见图5和图6，该发光二极管的制备方法包括步骤S110至步骤S190。

在步骤S110中，提供第一型基板，第一型基板包括第一型层或第一型基板包括衬底和第一型层，第一型层包括第一型氮化镓。

其中，在第一型层的膜层厚度大于预设值的情况下，第一型基板仅包括第一型层，示例性的，第一型基板可以是通过HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy，氢化物气相外延)方法制备的第一型单晶氮化镓膜层；在第一型层的膜层厚度小于或等于预设值的情况下，第一型基板包括衬底和第一型层，衬底设置为支撑第一型层，示例性的，第一型基板可以包括衬底和第一型氮化镓单晶薄膜的复合结构；或者第一型基板可以包括衬底和第一型氮化镓多晶薄膜的复合结构。衬底例如可以包括玻璃、蓝宝石、硅或碳化硅等，该衬底会在后续步骤中被去除；所述第一型氮化镓单晶薄膜或第一型氮化镓多晶薄膜可以通过MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积)沉积而成。

在步骤S120中，在第一型基板上形成黑矩阵；黑矩阵包括多个间隔设置的第一窗口1022。

其中，黑矩阵1021的材料例如可以是二氧化硅、氮化硅、单层Cr、Cr和CrOx组成的多层结构、CrOxNy和CrNy组成的多层结构、Si和SiO

在步骤S130中，在第一型基板的第一型层上形成发光层；发光层包括量子点。

其中，发光层形成的位置可以为第一窗口1022内，这样，发光层的侧面包覆有黑矩阵1021，有利于对发光层的密封，提升发光二极管的密封性能。在一实施例中，发光层厚度小于黑矩阵1021的厚度，以有利于对发光层的密封。由量子点1031的发光性质可知，量子点1031的发光颜色由量子点1031的尺寸决定。示例性地，如图6所示，发光层包括单层量子点层，形成发光层的工艺例如可以是，提供红色量子点、绿色量子点或者蓝色量子点；通过至少一次旋涂工艺、印刷工艺、转印工艺或物理气相沉积工艺将单层量子点层形成在第一型层101上。这样形成的发光层发单色光。或者，形成发光层的工艺例如可以是，将红色量子点、绿色量子点和蓝色量子点混合，然后通过至少一次旋涂工艺、印刷工艺、转印工艺或物理气相沉积工艺将单层量子点层形成在第一型层101上。这样形成的发光层发白光。

在步骤S140中，在发光层上形成第二型层；第二型层包括第二型氮化镓。

其中，形成第二型层104的工艺可以为低温沉积工艺，示例性的包括PAMBE(PlasmaAssisted Molecular Beam Epitaxy，等离子体辅助的分子束外延)、RPCVD(ReducedPressure Chemical Vapor Deposition，减压化学气相沉积)、ALD(Atomic LayerDeposition，原子层沉积)、PEALD(Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition，等离子体增强原子层沉积)、Laser MBE(Molecular Beam Epitaxy Technology，激光分子束外延)、PEMOCVD(Plasma Enhanced Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，等离子体增强金属有机化学气相沉积)、ECR-PEMOCVD(Electron Cyclotron Resonance PlasmaEnhanced Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，电子回旋共振-等离子体增强金属有机化学气相沉积)或PLD(Pulsed Laser Deposition脉冲激光沉积)等。第二型氮化镓可以采用低温沉积的工艺形成，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。

在步骤S150中，在第二型层上形成电极层。

其中，电极层105例如可以包括ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)，ITO为透明的导电材料，有利于确保发光二极管的出光率。示例性地，形成电极层105的工艺可以为低温沉积工艺，示例性的包括磁控溅射工艺等，且无须经过高温退火过程。这样，电极层105可以采用低温沉积工艺，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。

在步骤S160中，去除部分电极层和第二型层。

其中，保留的电极层105和第二型层104与发光层对应，即第二型层104覆盖发光层。去除部分电极层105的工艺例如可以是湿法刻蚀工艺；去除部分第二型层104的工艺例如可以是干法刻蚀工艺。

在步骤S170中，在电极层上形成绝缘层，并在绝缘层对应电极层的位置开窗，形成第二窗口；在黑矩阵对应第一型层的位置开窗，形成第三窗口。

其中，绝缘层106覆盖电极层105的上表面、电极层105的侧表面和第二型层104的侧表面，以对发光层进行密封和绝缘。绝缘层106可以是具有绝缘功能的膜层，也可以是兼具绝缘功能和反射功能的膜层，示例性地，绝缘层106包括单层反射层或分布式布拉格反射层。示例性地，形成绝缘层106的工艺为溅镀工艺、蒸镀工艺或PECVD工艺。开窗形成第二窗口的工艺例如可以是湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺，暴露出电极层105；开窗形成第三窗口的工艺例如可以是湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺，暴露出第一型氮化镓。

在步骤S180中，在第二窗口内形成第一电极，并在第三窗口内形成第二电极，形成发光二极管阵列母板。

其中，第一电极1071可以为阳极，第二电极1072可以为阴极，第一电极1071和第二电极1072可以为发光二极管提供电压和电流；两电极材质及结构可以相同或不同。示例性的，第一电极1071和第二电极1072共面配置，即第一电极1071和第二电极1072的表面高度一致，从而有利于发光二极管与驱动电路板焊接，从而降低了发光二极管的焊接难度。示例性地，形成第一电极1071和第二电极1072的工艺包括电子束蒸镀工艺或热蒸镀工艺。

在步骤S190中，减薄第一型层或去除第一型基板上的衬底，并切割阵列母板，形成独立的发光二极管。

其中，在第一型层的膜层厚度大于预设值的情况下，减薄第一型层；在第一型层的膜层厚度小于或等于预设值的情况下，去除第一型基板上的衬底，去除衬底的工艺包括：激光剥离衬底、溶解去除衬底等。示例性的，可以通过激光剥离工艺去除蓝宝石衬底，可以通过酸或碱腐蚀去除硅衬底，可以通过研磨抛工艺去除所有类型衬底。切割阵列母板的工艺包括激光切割工艺或ICP(Inductively Coupled Plasma Etching，感应耦合等离子体刻蚀)工艺形成独立的发光二极管。需要说明的是，本申请实施例对减薄第一型层或去除第一型基板上的衬底的步骤和切割阵列母板的步骤执行的顺序的不做限定。

本申请实施例通过在发光层上形成第二型层104，可以使得第二型层104覆盖发光层。这样，一方面，第二型层104对量子点1031起到了良好的密封作用，有利于避免水汽和氧气对发光层的侵蚀，从而有利于提升量子点1031的寿命和性能；另一方面，第二型氮化镓可以采用低温沉积的工艺形成，有利于保证由量子点1031所形成的发光层不受高温破坏。另外，发光层的主体为量子点1031，发光层的发光波长仅由量子点1031的尺寸决定，有利于提升发光二极管的光学及电学一致性。因此，本申请实施例不仅提升了发光二极管的光学及电学一致性，而且避免了水汽和氧气对发光层的侵蚀、高温环境对发光层的破坏，从而提升了发光二极管的性能。

图7为本申请一实施例提供的另一种发光二极管的制备方法的流程示意图，图8为图7中发光二极管的制备方法各步骤形成的发光二极管的结构示意图。参见图7和图8，与图5不同的是，本申请实施例中发光层的结构包括超晶格量子阱层201和量子点层的复合结构。该发光二极管的制备方法包括步骤S210至步骤S2A0。

在步骤S210中，提供第一型基板，第一型基板包括第一型层或第一型基板包括衬底和第一型层，第一型层包括第一型氮化镓。

在步骤S220中，在第一型基板的第一型层上形成超晶格量子阱层。

其中，超晶格量子阱层201有利于多种颜色的光混合。示例性地，形成超晶格量子阱层201的工艺包括MOCVD；然后，通过光刻工艺或干法刻蚀工艺，将超晶格量子阱层201刻蚀成块状结构，每一个块状结构对应一个发光二极管。

在步骤S230中，在第一型基板上对应块状结构之间形成黑矩阵。

其中，对应块状结构的位置为黑矩阵1021的第一窗口1022。示例性的，黑矩阵1021的厚度大于超晶格量子阱层201的厚度，以有利于第一窗口1022容纳量子点层。

在步骤S240中，在超晶格量子阱层上形成量子点层。

其中，形成量子点层的工艺包括旋涂工艺、印刷工艺、转印工艺或物理气相沉积工艺等，旋涂工艺、印刷工艺、转印工艺或物理气相沉积工艺的执行次数为至少一次。这样，在黑矩阵1021的第一窗口1022内形成了发光层，该发光层包括超晶格量子阱层201和量子点层。发光层的侧面包覆有黑矩阵1021，有利于对发光层的密封，提升发光二极管的密封性能。该发光层的发光性质可知，发光层的发光颜色由超晶格量子阱层201和量子点层共同决定。示例性地，超晶格量子阱层201发蓝光，量子点层发红光和绿光中的至少一种。在超晶格量子阱层201发蓝光，量子点层包括混合的红色量子点和绿色量子点的情况下，发光层发白光。

在步骤S250中，在发光层上形成第二型层；第二型层包括第二型氮化镓。

在步骤S260中，在第二型层上形成电极层。

在步骤S270中，去除部分电极层和第二型层。

在步骤S280中，在电极层上形成绝缘层，并在绝缘层对应电极层的位置开窗，形成第二窗口；在黑矩阵对应第一型层的位置开窗，形成第三窗口。

在步骤S290中，在第二窗口内形成第一电极，并在第三窗口内形成第二电极，形成发光二极管阵列母板。

在步骤S2A0中，减薄第一型层或去除第一型基板上的衬底，并切割阵列母板，形成独立的发光二极管。

第一型为n型或p型，第二型为p型或n型，在第一型为n型的情况下，第二型为p型，在第一型为p型的情况下，第二型为n型。