用于Micro-LED的外延片及其制备方法、Micro-LED与流程

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种用于micro-led的外延片及其制备方法、micro-led。

背景技术：

1、目前，gan基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引越来越多的人关注。micro-led有望促使显示屏向轻薄化、小型化、低功耗、高亮度方向发展，被誉为“下一代微显示器技术”。现阶段micro-led对外延结构提出了更高的需求：（1）在相同的外延结构和相同的芯片结构的条件下，micro-led因尺寸和表面积减小，会带来单芯亮度的下降，这就对发光效率提出了更高的要求；（2）micro-led无法使用传统的led芯片挑拣与分选技术，因此，micro-led外延片需要更高的波长均匀性；（3）由于多量子阱层压电极化带来能带弯曲，导致注入不同大小电流下，发光波长发生偏移，不利于micro-led显示一致性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于micro-led的外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率，提高发光波长均匀性，减小发光波长偏移。

2、本发明还要解决的技术问题在于，提供一种micro-led，其发光效率高、发光波长均匀性好，发光波长偏移小。

3、为了解决上述问题，本发明公开了一种用于micro-led的外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p-gan层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括势阱层和势垒层，所述势阱层包括依次层叠的alinn层、inn层和ingan层；其中，所述alinn层表面设有多个经h2刻蚀处理得到的纳米孔洞。

4、作为上述技术方案的改进，所述alinn层中al组分的占比为0.1-0.2，in组分的占比为0.3-0.5，所述alinn层的厚度为2nm-5nm；

5、所述inn层中in组分的占比为0.4-0.6，所述inn层的厚度为0.5nm-2nm；

6、所述ingan层中in组分的占比为0.1-0.4，所述ingan层的厚度为0.5nm-2nm。

7、作为上述技术方案的改进，h2刻蚀处理时间为10s-30s，处理的温度为900℃-1000℃，h2通入量为40slm-60slm。

8、作为上述技术方案的改进，对所述inn层采用h2气氛处理，处理时间为1s-5s，处理的温度为900℃-1000℃，h2通入量为4slm-6slm。

9、作为上述技术方案的改进，所述电子阻挡层为周期性结构，周期数为3-15，每个周期均包括依次层叠的alaga1-an层和inbga1-bn层，其中，a为0.05-0.2，b为0.1-0.5；

10、单个alaga1-an层的厚度为2nm-8nm，单个inbga1-bn层的厚度为2nm-8nm。

11、相应的，本发明还公开了一种用于micro-led的外延片的制备方法，用于制备上述的用于micro-led的外延片，其包括：

12、提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p-gan层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括势阱层和势垒层，所述势阱层包括依次层叠的alinn层、inn层和ingan层；

13、其中，所述alinn层生长完成后，采用h2进行刻蚀处理，以使在所述alinn层表面形成多个纳米孔洞。

14、作为上述技术方案的改进，所述alinn层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为100torr-500torr，生长时所采用的载气为n2；

15、所述inn层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为100torr-500torr，生长时所采用的载气为n2；

16、所述ingan层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为100torr-500torr，生长时所采用的载气为n2。

17、作为上述技术方案的改进，对所述inn层采用h2进行刻蚀处理；

18、h2刻蚀处理时所采用的载气为h2；或

19、h2刻蚀处理时所采用的载气为h2和n2，h2与n2的摩尔比为2:1-10:1。

20、作为上述技术方案的改进，所述电子阻挡层包括alaga1-an层和inbga1-bn层；

21、所述alaga1-an层的生长温度为900℃-1000℃，生长压力为100torr-500torr；

22、所述inbga1-bn层的生长温度为900℃-1000℃，生长压力为100torr-500torr。

23、相应的，本发明还公开了一种micro-led，其包括上述的用于micro-led的外延片。

24、实施本发明，具有如下有益效果：

25、1. 本发明的用于micro-led的外延片中，势阱层包括依次层叠的alinn层、inn层和ingan层；其中，alinn层表面设有多个经h2刻蚀处理得到的纳米孔洞。

26、首先，本发明alinn层中，由于al-n键键能较强，可提高晶格稳定性，并且al原子较小，alinn层晶格质量较好，因此，alinn层的设置可提高外延片晶格质量，提高发光效率；

27、其次，本发明alinn层表面设有多个纳米孔洞，具有纳米孔洞的势阱层，在受到来自势垒层的压应力时，形成应力释放空间，减少了多量子阱层内部的压应力，减小了压电极化，减少了能带弯曲，增加了多量子阱层电子和空穴波函数的重叠，从而提升了发光效率；并且，由于压电极化的减少，多量子阱层的能带弯曲减少，从而使得发光二极管在注入不同大小电流时，产生的波长偏移明显减小，大大增强了发光二极管在不同大小的电流下的一致性；

28、再者，本发明在alinn层上生长inn层，由于alinn层上的纳米孔洞充分释放了来自势垒层的压应力，因此inn层中的in组分分布更加均匀，并且，由于纳米孔洞物理区域的分割，in组分偏析现象明显减少，二者结合提高了发光二极管的发光波长均匀性；

29、最后，本发明在inn层上生长ingan层，一方面实现了in组分的补偿，另一方面，ingan材料比inn材料更稳定，在靠近势垒层的位置不容易发生in组分向势垒层的扩散。

30、2. 本发明的用于micro-led的外延片中，用少量的h2处理inn层表面，打开in团簇，将生长晶格质量差、键能低的in组分形成脱附，进一步减少势阱层中的in偏析，提高发光波长均匀性。

技术特征：

1.一种用于micro-led的外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征gan层、n-gan层、多量子阱层、电子阻挡层和p-gan层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括势阱层和势垒层，其特征在于，所述势阱层包括依次层叠的alinn层、inn层和ingan层；

2.如权利要求1所述的用于micro-led的外延片，其特征在于，所述alinn层中al组分的占比为0.1-0.2，in组分的占比为0.3-0.5，所述alinn层的厚度为2nm-5nm；

3.如权利要求1所述的用于micro-led的外延片，其特征在于，h2刻蚀处理时间为10s-30s，处理的温度为900℃-1000℃，h2通入量为40slm-60slm。

4.如权利要求1-3任一项所述的用于micro-led的外延片，其特征在于，对所述inn层采用h2气氛处理，处理时间为1s-5s，处理的温度为900℃-1000℃，h2通入量为4slm-6slm。

5.如权利要求1所述的用于micro-led的外延片，其特征在于，所述电子阻挡层为周期性结构，周期数为3-15，每个周期均包括依次层叠的alaga1-an层和inbga1-bn层，其中，a为0.05-0.2，b为0.1-0.5；

6.一种用于micro-led的外延片的制备方法，用于制备如权利要求1-5任一项所述的用于micro-led的外延片，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的用于micro-led的外延片的制备方法，其特征在于，所述alinn层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为100torr-500torr，生长时所采用的载气为n2；

8. 如权利要求6或7所述的用于micro-led的外延片的制备方法，其特征在于，对所述inn层采用h2进行刻蚀处理；

9.如权利要求6所述的用于micro-led的外延片的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层包括alaga1-an层和inbga1-bn层；

10.一种micro-led，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的用于micro-led的外延片。

技术总结
本发明公开了一种用于Micro‑LED的外延片及其制备方法、Micro‑LED，涉及半导体光电器件领域。用于Micro‑LED的外延片包括衬底和依次设于衬底上的形核层、本征GaN层、N‑GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P‑GaN层，所述多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括势阱层和势垒层，所述势阱层包括依次层叠的AlInN层、InN层和InGaN层；其中，所述AlInN层表面设有多个经H<subgt;2</subgt;刻蚀处理得到的纳米孔洞。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率，提高发光波长均匀性，减小发光波长偏移。

技术研发人员：张彩霞,印从飞,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13