CN107833953A - microLED多量子阱层生长方法 - Google Patents
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Abstract
一种microLED多量子阱层生长方法，所述多量子阱层包括GaN垒层和InxGa1‑xN阱层，其中0<X<1；在形成GaN垒层过程中通入氢气，形成InxGa1‑xN阱层过程中不通入氢气。本发明通过单独在GaN垒层中通入氢气，可改善垒层的结晶质量，减少GaN垒层与InxGa1‑xN阱层之间的应力，降低位错密度，提高外延结构的抗静电能力和漏电性能；进一步在GaN垒层和InxGa1‑xN阱层之间插入阻挡层可以有效的阻止在生长GaN垒层和InxGa1‑xN阱层切换过程中可能产生氢气溢出至InxGa1‑xN阱层中破坏In组分，同时阻挡层能够使得In组分分布更为均匀。
Description
技术领域
本发明涉及microLED技术领域，尤其涉及一种microLED多量子阱层生长方法。
背景技术
MicroLED Display的显示原理，是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1～10μm等级左右；后将MicroLED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的MicroLED显示。
而要制成显示器，其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个点画素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构，MicroLED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术，黏贴完成后MicroLED能藉由整合微透镜阵列，提高亮度及对比度，MicroLED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗MicroLED的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮MicroLED以显示影像。
MicroLED典型结构是一PN接面二极管，n型GaN接触层中产生的电子与p型GaN接触层中产生的空穴在多量子阱层中复合发光，但是现有技术中制得的多量子阱层结构结晶质量差，亮度、电性参数不够理想，需要作进一步的提升。
发明内容
本发明目的就是为解决上述技术问题，提供一种microLED多量子阱层生长方法，旨在解决现有技术所得到的量子阱层结构结晶质量差，电性参数不好等不足。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种microLED多量子阱层生长方法，所述多量子阱层包括GaN垒层和InxGa1-xN阱层，其中0<X<1；在形成GaN垒层过程中通入氢气，形成InxGa1-xN阱层过程中不通入氢气。
可选的，所述GaN垒层和InxGa1-xN阱层之间插入阻挡层。
可选的，所述阻挡层为GaN层。
可选的，生长GaN垒层、InxGa1-xN阱层、阻挡层分别采用三乙基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源。
可选的，生长过程中控制反应室压力为200Torr。
可选的，所述GaN垒层生长温度比InxGa1-xN阱层生长温度高100-150℃。
可选的，所述阻挡层生长温度与GaN垒层生长温度相同。
可选的，所述InxGa1-xN阱层、阻挡层、GaN垒层厚度比为1:(6-10):(0.2-0.5)。
可选的，所述InxGa1-xN阱层、阻挡层、GaN垒层生长速率之比为(2-3):1:3。
本发明的优点是：本发明通过单独在GaN垒层中通入氢气，可改善垒层的结晶质量，减少GaN垒层与InxGa1-xN阱层之间的应力，降低位错密度，提高外延结构的抗静电能力和漏电性能；进一步在GaN垒层和InxGa1-xN阱层之间插入阻挡层可以有效的阻止在生长GaN垒层和InxGa1-xN阱层切换过程中可能产生氢气溢出至InxGa1-xN阱层中破坏In组分，同时阻挡层能够使得In组分分布更为均匀。
附图说明
图1是本发明提供的含有阻挡层的多量子阱层结构示意图；
图2为本发明提供的含有过渡层的多量子阱层结构示意图；
图3为本发明提供的含有过渡层的多量子阱层结构另一种实施方式示意图；
图4是本发明提供的含有该多量子阱层的外延层结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种microLED多量子阱层生长方法，参见图1，该多量子阱层5包括GaN垒层51和InxGa1-xN阱层52，0<X<1；在形成GaN垒层51过程中通入氢气，形成InxGa1-xN阱层52过程中不通入氢气。
在microLED外延结构的形成过程中通入氢气可有效的改善GaN的结晶质量，但是在生长多量子阱层时，由于InxGa1-xN阱层52中含有In成份，通入氢气会破坏In结构，进而降低发光效率，现有技术中在生长GaN垒层51时采用与InxGa1-xN阱层52同样的气氛，通过单独在GaN垒层51中通入氢气，可改善垒层的结晶质量，减少GaN垒层51与InxGa1-xN阱层52之间的应力，降低位错密度，提高外延结构的抗静电能力和漏电性能。
作为较佳的实施例，在GaN垒层51和InxGa1-xN阱层52之间插入阻挡层54，阻挡层54为GaN层。
在GaN垒层51和InxGa1-xN阱层52之间插入阻挡层54，可以有效的阻止在生长GaN垒层51和InxGa1-xN阱层52切换过程中可能产生氢气溢出至InxGa1-xN阱层52中破坏In组分，同时阻挡层54能够使得In组分分布更为均匀，由于In组分的多少、分布直接影响到最后所得外延层波长，最后得到的外延结构波长均匀性更好。
本实施例中生长GaN垒层51、InxGa1-xN阱层52、阻挡层54分别采用三乙基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源；生长过程中控制反应室压力为200Torr，GaN垒层51生长温度比InxGa1-xN阱层52生长温度高100-150℃，以形成有效的势磊，提高发光效率；阻挡层54生长温度与GaN垒层51生长温度相同，InxGa1-xN阱层52、阻挡层54、GaN垒层51厚度比为1:(6-10):(0.2-0.5)，InxGa1-xN阱层52、阻挡层54、GaN垒层51生长速率之比为(2-3):1:3。
如图2、3所示，至少部分InxGa1-xN阱层52与阻挡层54之间设有过渡层53。该过渡层53由InN制成、或者该过渡层53为InN层53a和GaN层53b构成的超晶格结构。其中，参见图3，当过渡层53为InN层53a和GaN层53b构成的超晶格结构时，InxGa1-xN阱层52靠近超晶格结构中的GaN层53b。该过渡层53的厚度可以大于0且小于0.3nm。
作为可选的实施方式，该多量子阱层5包括两个GaN垒层51、两个阻挡层54和一个InxGa1-xN阱层52，InxGa1-xN阱层52夹设于两个GaN垒层51之间。
其中，至少部分InxGa1-xN阱层52与阻挡层54之间设有过渡层53，可以是InxGa1-xN阱层52与该两个阻挡层54中任意一个阻挡层54之间设有过渡层53，也可以是InxGa1-xN阱层52分别与该两个阻挡层54之间均设有过渡层53。优选地，任意阻挡层54与InxGa1-xN阱层52之间设有过渡层53。
其中，InxGa1-xN阱层52的厚度范围可以为1～2nm。GaN垒层51的厚度范围可以为7～8nm。
由于In原子分别与Ga原子和N原子的半径均存在较大差异(In原子半径为144pm，Ga原子半径为126pm，N原子半径为70pm)，假若在阻挡层54上直接生长InxGa1-xN阱层52，那么将破坏正常的GaN晶格而引入位错缺陷；而In原子、Ga原子和N原子之间的键能较大，InxGa1-xN阱层52将蓄积较强的应力，这使得InxGa1-xN阱层52表面粗糙，原子分布不均匀，影响载流子的复合效率，增加有源层对光的吸收，从而降低内量子效率。在阻挡层54上生长一层过渡层53之后，由于过渡层53含有In原子，因此，预先在InxGa1-xN阱层52蓄积的应力提前在过渡层53进行释放，使得在过渡层53上更适宜生长InxGa1-xN阱层52，提升InxGa1-xN阱层52的平整性和原子分布的均匀性。同理，在InxGa1-xN阱层52上生长一层过渡层53，也能释放InxGa1-xN阱层52蓄积的应力，提升InxGa1-xN阱层52的平整性和原子分布的均匀性，最终提高内量子效率。
并且，过渡层53的厚度越厚越有利于释放InxGa1-xN阱层52的应力，但是厚度过厚，microLED的电性参数(包括microLED器件的工作电压和抗静电能力)会呈现变差的趋势。经试验表明，当过渡层53的厚度大于0且小于0.3nm时，应力释放和microLED的电性参数将达到最佳平衡状态，这时，microLED的电性参数与未生长过渡层53的microLED电性参数相当，但是，microLED的发光强度会提升1.5％～2％。
其中，当过渡层53由InN制成时，过渡层53的厚度范围可以为0.005nm～0.2nm。
当过渡层53由InN制成时，可以为靠近过渡层53的InxGa1-xN阱层52的生长提供In氛环境，在生长InxGa1-xN阱层52时，可以抑制In原子的解吸附行为，提高InxGa1-xN阱层52中In的组分，提升InxGa1-xN阱层52的生长质量。
此外，如果InN层过厚，会使microLED器件的正向工作电压提升，且抗静电能力变差。经试验证明，当过渡层53由InN制成且厚度范围为0.005nm～0.2nm时，应力释放和microLED的电性参数将达到最佳平衡状态，这时，microLED的电性参数与未生长过渡层53的microLED电性参数相当，但是，microLED的发光强度会提升2％。
其中，当过渡层53为InN层53a和GaN层53b构成的超晶格结构时，超晶格结构中GaN层53b可以为掺In的GaN层。
经试验证明，当过渡层53的厚度大于0.3nm时，microLED器件的正向工作电压会提高0.1V，这将缩减microLED的使用寿命。当过渡层53为InN层53a和GaN层53b构成的超晶格结构、且该过渡层53的厚度大于0且小于0.3nm时，microLED器件的光效提高约1.5％，microLED的电性参数与未生长过渡层53的microLED电性参数相当。
而超晶格结构中GaN层53b为掺In的GaN层时，由于掺In后，将提高InxGa1-xN阱层52中In的并入及其均匀性，提高InxGa1-xN阱层52中In的组分，使得microLED器件的发光强度提高约2％。
其中，当超晶格结构中GaN层53b为掺In的GaN层时，掺In的GaN层53b中In浓度可以为InxGa1-xN阱层52中In浓度的10％～20％。
经试验表明，当超晶格结构中掺In的GaN层53b中In浓度小于InxGa1-xN阱层52中In浓度的10％时，相比于未掺In的GaN层53b，microLED器件的光强变化不大。当超晶格结构中掺In的GaN层53b中In浓度为InxGa1-xN阱层52中In浓度的10％～20％时，相比于未掺In的GaN层53b，microLED器件的光强提高了2％左右。当超晶格结构中掺In的GaN层53b中In浓度大于InxGa1-xN阱层52中In浓度的20％时，相比于未掺In的GaN层53b，microLED器件的光强仅提升0.5％。
本发明实施例通过在阻挡层上生长过渡层之后再生长InxGa1-xN阱层，或者在InxGa1-xN阱层上生长过渡层，由于过渡层含有In原子，因此，能够释放由GaN晶格与InN晶格失配带来的应力，避免该应力蓄积到InxGa1-xN阱层，影响InxGa1-xN阱层的生长；这样提升了InxGa1-xN阱层的平整性和原子分布的均匀性，最终提高内量子效率，提升GaN基microLED的发光效率。
并且，经试验表明，当过渡层的厚度大于0且小于0.3nm时，应力释放和microLED的电性参数将达到最佳平衡状态，这时，microLED的电性参数与未生长过渡层的microLED电性参数相当，但是，microLED的发光强度会提升1.5％～2％。
如图4所示，本发明还提供一种包含上述多量子阱层的外延层，该外延层包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的低温缓冲层2、非掺杂GaN层3、n型GaN接触层4、多量子阱层5、以及p型GaN接触层6。
需要说明的是，低温缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN接触层、以及p型GaN接触层的生长方式可以采用现有生长方式，本实施例不作限定。
具体地，可以采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic ChemicalVapor Deposition，简称MOCVD)方法，在衬底上依次沉积低温缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN接触层、多量子阱层、以及p型GaN接触层。在沉积过程中，可以以三甲基(或三乙基)镓作为镓源，高纯NH3作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，n型掺杂选用硅烷，p型掺杂选用二茂镁。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种microLED多量子阱层生长方法，所述多量子阱层包括GaN垒层和InxGa1-xN阱层，其中0<X<1；其特征在于：在形成GaN垒层过程中通入氢气，形成InxGa1-xN阱层过程中不通入氢气。
2.根据权利要求1所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述GaN垒层和InxGa1-xN阱层之间插入阻挡层。
3.根据权利要求2所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述阻挡层为GaN层。
4.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：生长GaN垒层、InxGa1-xN阱层、阻挡层分别采用三乙基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源。
5.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：生长过程中控制反应室压力为200Torr。
6.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述GaN垒层生长温度比InxGa1-xN阱层生长温度高100-150℃。
7.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述阻挡层生长温度与GaN垒层生长温度相同。
8.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述InxGa1-xN阱层、阻挡层、GaN垒层厚度比为1:(6-10):(0.2-0.5)。
9.根据权利要求3所述的microLED多量子阱层生长方法，其特征在于：所述InxGa1-xN阱层、阻挡层、GaN垒层生长速率之比为(2-3):1:3。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| US20060138446A1 (en) * | 2003-09-03 | 2006-06-29 | Epivalley Co., Ltd. | Algainn based optical device and fabrication method thereof |
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-
2017
- 2017-09-12 CN CN201710816671.9A patent/CN107833953A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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