一种GaN基MiniLED外延结构及制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体光电器件以及半导体显示制造领域，尤其涉及一种GaN基Mini LED外延结构及制备方法。该制备方法，生长有源区多量子阱层时，设定反应腔的温度为800～950℃、阱垒温差为100～150℃，交替生长势阱层和势垒层；生长所述势阱层时，反应腔的压力为100～190Tor、转速为300～500r/min、载气为H2；生长所述势垒层时，反应腔的压力为200～400Tor,转速为600～700r/min。该制备方法采用慢速长阱快速长垒的方法生长有源区多量子阱层，可有效缓解斯塔克效应，减少应力并提高了发光效率。减少应力并提高了发光效率。减少应力并提高了发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基Mini LED外延结构及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件以及半导体显示制造领域，尤其涉及一种GaN基Mini LED外延结构及制备方法。

技术介绍

[0002]发光二极管(LED)通过电子与空穴复合释放能量，将电能转化光能以实现发光二极管的发光，其工业量产主要为蓝绿光发光二极管，被广泛地应用于显示器和照明。
[0003]随着人们对发光二极管的显示亮度、对比度及分辨率要求越来越高，本领域开发了一种微型发光二极管(Micro LED)。微型发光二极管将发光二极管结构设计进行薄膜化、微小化与阵列化，将像素点距离从毫米级降低至微米级，其在亮度、对比度和可靠性等方面显示了巨大的优势。
[0004]公布号为CN113270525A的中国专利技术专利公开了一种绿光外延结构的制备方法，该结构中的量子阱有源区采用GaN/In
x1
Ga
1－x1
N/In
x2
Ga
1－x2
N/GaN分段生长能够改善阱垒失配，缓解斯塔克效应，提升发光效率。但对于一致性要求较高的Mini(次毫米)LED来说，采用上述方法生长有源区，LED各项参数的一致性(例如波长一致性、发光强度一致性、颜色一致性等)较差，会严重影响Mini LED的显示效果。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提高一种GaN基Mini LED外延结构及制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种GaN基Mini LED外延结构的制备方法，生长有源区多量子阱层时，设定反应腔的温度为800～950℃、阱垒温差为100～150℃，交替生长势阱层和势垒层；
[0007]生长所述势阱层时，反应腔的压力为100～190Tor、转速为300～500r/min、载气为H2；生长所述势垒层时，反应腔的压力为200～400Tor,转速为600～700r/min。
[0008]本专利技术的另一技术方案为：由上述的制备方法制备得到的GaN基Mini LED外延结构。
[0009]本专利技术的有益效果在于：本专利技术的GaN基Mini LED外延结构的制备方法在生长势阱层时使用低压力和低转速，生长速率慢，In(铟)源能够均匀分布在外延片上；生长势垒层时采用高压力和高转速，生长速率快，能防止In的析出，提高了发光效率。采用慢速长阱快速长垒的方法生长有源区多量子阱层，可有效缓解斯塔克效应，减少应力并提高了发光效率。
附图说明
[0010]图1所示为本专利技术具体实施方式的GaN基Mini LED外延结构的结构示意图；
[0011]标号说明：1、AlN衬底；2、AlGaN/GaN缓冲层；3、高温非掺杂型UGaN层；4、第一n
‑
GaN
层；5、n
‑
AlGaN层；6、多周期Si掺杂NGaN层；7、超晶格InGaN/GaN应力释放层；8、有源区多量子阱层；9、u
‑
AlGaN层；10、低温Mg掺杂第一p
‑
GaN层；11、p
‑
AlGaN层；12、高温Mg掺杂第二p
‑
GaN层。
具体实施方式
[0012]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0013]本专利技术最关键的构思在于：采用慢速长阱快速长垒的方法生长有源区多量子阱层，可有效缓解斯塔克效应，减少应力并提高发光效率。
[0014]请参照图1所示，本专利技术的一种GaN基Mini LED外延结构的制备方法，生长有源区多量子阱层时，设定反应腔的温度为800～950℃、阱垒温差(势垒层温度更高)为100～150℃，交替生长势阱层和势垒层；
[0015]生长势阱层时，反应腔的压力为100～190Tor、转速为300～500r/min、载气为H2；生长势垒层时，反应腔的压力为200～400Tor,转速为600～700r/min。
[0016]从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：有源区多量子阱层采用慢速长阱快速长垒的方法交替生长多个周期的势阱层和势垒层。生长势阱层时使用低压力和低转速，生长速率慢，In源能够均匀分布在外延片上；生长势垒层时采用高压力和高转速，生长速率快，能防止In的析出，提高了发光效率。采用这种方式生长有源区多量子阱层反复多次进行应力释放，减少了应力的累积，应力释放效果更好，从而可以大大改善外延片的翘曲，可有效缓解斯塔克效应，有源层生长过程中，In源能够均匀分布在外延片上，LED各项参数的一致性更好。
[0017]进一步地，势阱层为GaN/In
x1
Ga
1－x1
N/In
x2
Ga
1－x2
N/GaN(0.05<x1<0.15，0.15<x2<0.3)，厚度为5～10nm；势垒层为GaN/Al
y1
Ga
1－y1
N(0.1<y1<0.3)，厚度为5～15nm。
[0018]从上述描述可知，x1含量和x2含量通过温度、压力和转速进行调整，通过量子阱分段生长结构和温度调整In含量的设计，能够降低阱垒失配，从而缓解斯塔克效应，减少位错，提升发光效率。
[0019]进一步地，势阱层中In
x2
Ga
1－x2
N的厚度为1～3.5nm。
[0020]从上述描述可知，上述范围外势阱层中In
x2
Ga
1－x2
N太薄太厚都会降低发光光效。
[0021]进一步地，有源区多量子阱层包括1～10组势阱层和势垒层组成的叠层。
[0022]从上述描述可知，由于InGaN量子阱层是高In组分材料，表面会生长富In纳米团簇以及V型坑，因而InGaN量子阱层表面不平整且会形成大量的缺陷或者位错，进而导致量子阱与量子垒界面处晶体质量较差的问题；且在GaN极性面上生长InGaN量子阱层时引起的应变会产生强的内建极化场，导致发光层内电子
‑
空穴空间分离，大幅降低辐射复合率，影响发光二极管的内量子效率(Internal Quantum Efficiency，简称IQE)，如果组数太多厚度厚则极化场会增加反影响电子空穴的复合。因此组数过多或过少，光效均会变差，本专利技术通过控制组数将有源区多量子阱层厚度控制在180～300nm。
[0023]进一步地，势垒层采用Si掺杂GaN。
[0024]从上述描述可知，势垒层采用Si掺杂GaN，能够减少位错。
[0025]进一步地，在AlN衬底上依次生长AlGaN/GaN缓冲层、高温非掺杂型UGaN层、第一n
‑
GaN层、n
‑
AlGaN层、多周期Si掺杂NGaN层、超晶格I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，生长有源区多量子阱层时，设定反应腔的温度为800～950℃、阱垒温差为100～150℃，交替生长势阱层和势垒层；生长所述势阱层时，反应腔的压力为100～190Tor、转速为300～500r/min、载气为H2；生长所述势垒层时，反应腔的压力为200～400Tor,转速为600～700r/min。2.根据权利要求1所述的GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述势阱层为GaN/In
x1
Ga
1－x1
N/In
x2
Ga
1－x2
N/GaN，厚度为5～10nm；所述势垒层为GaN/Al
y1
Ga
1－y1
N，厚度为5～15nm。3.根据权利要求1所述的GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述势阱层中In
x2
Ga
1－x2
N的厚度为1～3.5nm。4.根据权利要求1所述的GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述有源区多量子阱层包括1～10组势阱层和势垒层组成的叠层。5.根据权利要求1所述的GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述势垒层采用Si掺杂GaN。6.根据权利要求1所述的GaN基Mini LED外延结构的制备方法，其特征在于，在AlN衬底上依次生长AlGaN/GaN缓冲层、高温非掺杂型UGaN层、第一n
‑
Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昆旺，唐乐星，邹声斌，贺卫群，刘恒山，
申请(专利权)人：福建兆元光电有限公司，
类型：发明
国别省市：