红光Micro-LED及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种红光Micro

【技术实现步骤摘要】
红光Micro
‑
LED及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种红光Micro
‑
LED及其制备方法，属于半导体光电子器件


技术介绍

[0002]由于具有低功耗、响应速度快、高亮度、寿命长和宽工作温度范围等显著优势，微型发光二极管（Micro
‑
LED）被认为是颠覆性的终极显示技术，在高分辨率显示、增强现实（AR）/ 虚拟现实（VR）、光通信、生物医学检测和军事航天等领域有着广泛的应用前景，其发展前景得到科研界和产业界的普遍认可。随着Micro
‑
LED显示技术的不断发展，其产业化也越发受到国内外大公司的关注，苹果、三星、京东方、华星光电、国星光电、友达光电等国内外知名公司纷纷投入巨额资金到Micro
‑
ELD的技术研发中。
[0003]然而，推动Micro
‑
LED产业化在巨量转移和全彩化等方面仍存在技术挑战，目前Micro
‑
LED全彩化主要为巨量转移RGB三原色LED和蓝光LED配合荧光物质颜色转化。目前基于AlGaInP材料体系的红光Micro
‑
LED在常规芯片尺寸下的外量子效率高达60%以上，但是当芯片尺寸缩小到微米量级时，受制于芯片侧壁的高表面复合效应和高载流子寿命，其外量子效率会急剧降低到1%以下。另外，AlGaInP材料较差的力学性能给巨量转移增加了新的困难，而且和InGaN基蓝光、绿光Micro
‑
LED存在兼容问题。
[0004]InGaN材料具有较好机械稳定性和较短空穴扩散长度，同时又能与InGaN基绿光、蓝光micro
‑
LED兼容，因此红光micro
‑
LED是Micro
‑
LED全彩化的理想选择。然而，InN很容易从高In组分InGaN合金中析出，这将导致红光量子阱中的非辐射复合增加，从而引起量子效率严重降低。自从日本日亚公司首次实现InGaN基红光Micro
‑
LED以来，经过20多年的发展，红光Micro
‑
LED的外量子效率仍不到3%，这远低于蓝绿光LED的外量子效率，严重阻碍红绿蓝三基色集成的白光LED技术的发展，因此，如何获得高效InGaN基红光Micro
‑
LED是Micro
‑
LED产业化发展和大规模应用的关键。
[0005]有鉴于此，确有必要对现有的红光Micro
‑
LED及其制备方法提出改进，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种红光Micro
‑
LED及其制备方法，通过在红光Micro
‑
LED中嵌入金属/半导体纳米光栅复合结构，提高红光Micro
‑
LED的发光效率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种红光Micro
‑
LED，所述红光Micro
‑
LED以LED外延片为载体，包括自下而上依次连接设置的衬底层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和p型GaN层，所述n型GaN层、所述InGaN/GaN超晶格层、所述InGaN/GaN多量子阱层、所述AlGaN电子阻挡层和所述p型GaN层形成所述红光Micro
‑
LED的p
‑
n结。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述红光Micro
‑
LED还包括p型电极、n型电极和p型区域，所述p型区域由所述p型GaN层经过刻蚀后形成，所述p型区域上设置有与p型电极相连的
电流扩展层。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述n型GaN层上设有刻蚀出的n型台面，所述n型电极设置在所述n型台面上，且所述n型台面设置有二氧化硅隔离层，所述p型电极设置在所述二氧化硅隔离层上并与电流扩展层相连。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述p型电极和所述n型电极的电极材料为铬/金，所述电流扩展层的材料为镍/金。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述红光Micro
‑
LED在所述p型区域中还设有一维的光栅结构，所述光栅结构从所述p型GaN层的表面延伸至所述AlGaN电子阻挡层的表面。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述InGaN/GaN多量子阱层中，存在0.30≤In组分≤0.50，所述InGaN/GaN多量子阱层的发光波长位于580～680 nm，多量子阱的周期数为5～10个，所述AlGaN电子阻挡层的厚度为10～20 nm，所述p型GaN层的厚度为100～200 nm。
[0013]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种红光Micro
‑
LED的制备方法，用于制备如上所述的红光Micro
‑
LED，主要包括以下步骤：步骤1、利用气相外延生长技术生长LED外延片；在衬底层上依次生长非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和p型GaN层；步骤2、利用电子束蒸发技术在LED外延片上蒸镀Ni/Au，使LED外延片的表面上形成电流扩展层；步骤3、在LED外延片上依次旋涂电子束胶，以形成双层电子束胶，利用电子束曝光技术定义光栅结构的位置；步骤4、以双层电子束胶为掩模，采用感应耦合等离子体刻蚀技术，将光栅结构转移到p型GaN层上；步骤5、采用电子束蒸发技术在LED外延片表面蒸镀一层铝金属层，然后采用剥离工艺去掉LED外延片表面的剩余的电子束光刻胶和铝金属层，在p型GaN层光栅结构的底部形成铝光栅，得到金属/半导体纳米光栅复合结构；步骤6、利用光刻对准技术定义红光Micro
‑
LED的p型台面，采用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀LED外延片，并向下贯穿至InGaN/GaN超晶格层，以露出p型台面；步骤7、再次利用光刻对准技术定义红光Micro
‑
LED的n型台面，采用感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀LED外延片，并向下贯穿至n型GaN层，露出n型台面；步骤8、在LED外延片表面生长二氧化硅，然后通过光刻定义二氧化硅所在区域作为所述红光Micro
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LED的隔离层，采用反应离子刻蚀工艺得到二氧化硅隔离层；步骤9、利用光刻对准技术定义红光Micro
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LED的p型电极与n型电极，利用电子束蒸发技术蒸镀Cr/Au层作为p型电极与n型电极，其中p型电极蒸镀在二氧化硅隔离层上，并与电流扩展层部分重叠，n型电极蒸镀在n型GaN层的台面上。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，在步骤2中，所述LED外延片表面与电子束蒸发方向的倾斜角度为45
°
，所述电流扩展层通过在550℃下的空气氛围中快速退火制备而成。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述红光Micro
‑
LED以LED外延片为载体，包括自下而上依次连接设置的衬底层、非掺杂GaN层、n型GaN层、InGaN/GaN超晶格层、InGaN/GaN多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和p型GaN层，所述n型GaN层、所述InGaN/GaN超晶格层、所述InGaN/GaN多量子阱层、所述AlGaN电子阻挡层和所述p型GaN层形成所述红光Micro
‑
LED的p
‑
n结。2.根据权利要求1所述的红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述红光Micro
‑
LED还包括p型电极、n型电极和p型区域，所述p型区域由所述p型GaN层经过刻蚀后形成，所述p型区域上设置有与p型电极相连的电流扩展层。3.根据权利要求2所述的红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述n型GaN层上设有刻蚀出的n型台面，所述n型电极设置在所述n型台面上，且所述n型台面设置有二氧化硅隔离层，所述p型电极设置在所述二氧化硅隔离层上并与电流扩展层相连。4.根据权利要求2所述的红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述p型电极和所述n型电极的电极材料为铬/金，所述电流扩展层的材料为镍/金。5.根据权利要求2所述的红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述红光Micro
‑
LED在所述p型区域中还设有一维的光栅结构，所述光栅结构从所述p型GaN层的表面延伸至所述AlGaN电子阻挡层的表面。6.根据权利要求1所述的红光Micro
‑
LED，其特征在于：所述InGaN/GaN多量子阱层中，存在0.30≤In组分≤0.50，所述InGaN/GaN多量子阱层的发光波长位于580～680 nm，多量子阱的周期数为5～10个，所述AlGaN电子阻挡层的厚度为10～20 nm，所述p型GaN层的厚度为100～200 nm。7.一种红光Micro
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LED的制备方法，其特征在于：用于制备如权利要求1
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6中任一项所述的红光Micro
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LED，主要包括以下步骤：步骤1、利用气相外延生长技术生长LED外延片；在衬底层上依次生长非掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国刚，张丽君，王永进，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：