CN114566575A - 一种micro-LED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种micro‑LED及其制备方法，应用于红光micro‑LED，涉及二极管技术领域领域，该micro‑LED包括衬底；在所述衬底上依次设有红光外延准备层、N型InbGa1‑bN/GaN层、发光层、电子阻挡层、P型InfGa1‑fN层及接触层；在所述发光层与电子阻挡层之间设有一波导层，所述波导层为IneGa1‑eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01‑0.1。本发明能够解决现有技术中外延层中杂质扩散至发光层中，导致发光效率低下的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及二极管技术领域，具体涉及一种micro-LED及其制备方法。
背景技术
随着社会生产力及科学技术的不断发展，虚拟现实技术(VR)及增强现实 技术(AR)在不同领域的应用越来越广泛，因此，各行各业对于虚拟现实技术 (VR)及增强现实技术(AR)的需求也日益增长，由于micro-LED芯片尺寸小、 集成度高和自发光等特点,在虚拟现实技术(VR)及增强现实技术(AR)的显 示的亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具 有巨大的优势。micro-LED是以自发光的微米量级的LED为发光像素单元，将 其组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。因此随着未来对虚拟现 实技术(VR)及增强现实技术(AR)的需求也日益增长，micro-LED在虚拟现 实技术(VR)及增强现实技术(AR)中占据的地位越来越重要。
目前比较常见的micro-LED的主体材料为AlGaInN材料，AlGaInN体系 micro-LED热稳定性能较好，不会随着温度的变化而影响发光效率，但是，在 AlGaInN体系micro-LED为了提高P型氮化镓的有效掺杂，会采用低温生长， 低温生长的P型氮化镓的C杂质浓度较高，而P型氮化镓中的C和Mg等原子 会扩散至发光层中，降低发光层中量子阱的晶体质量，使得内量子效率降低， 从而影响发光层的电子-空穴的复合效率，降低micro-LED的发光效率。
因此，现有的AlGaInN体系micro-LED普遍存在外延层中杂质扩散至发光 层中，导致发光效率低下的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种micro-LED及其制备方 法，旨在解决现有技术中外延层中杂质扩散至发光层中，导致发光效率低下的 技术问题。
本发明的一方面在于提供一种micro-LED，应用于红光micro-LED，所述 micro-LED包括：
衬底；
在所述衬底上依次设有红光外延准备层、N型InbGa1-bN/GaN层、发光层、 电子阻挡层、P型InfGa1-fN层及接触层；
在所述发光层与电子阻挡层之间设有一波导层，所述波导层为IneGa1-eN薄 膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过本发明提供的micro-LED， 在发光层与电子阻挡层之间设有一波导层，该波导层为IneGa1-eN薄膜层，能阻 挡后续外延生长的外延层中的C、Mg、Al等原子扩散到发光层中，从而提高发 光层中电子-空穴的辐射复合效率，提高micro-LED的发光效率，同时，该波导 层可以阻挡N型InbGa1-bN/GaN层的电子溢流至P型InfGa1-fN层，减少载流子 的泄露，进一步提高电子-空穴的辐射复合效率，进一步提高了micro-LED的发 光效率，从而解决了普遍存在外延层中杂质扩散至发光层中，导致发光效率低 下的技术问题。除此之外，图形化复合衬底有助于外延层的生长，能够有效减 少穿透位错密度，提高外延层的晶体质量。
根据上述技术方案的一方面，所述波导层的厚度为5-10nm。
根据上述技术方案的一方面，所述N型InbGa1-bN/GaN层为若干个周期超晶 格结构，其中，InbGa1-bN薄膜层的厚度为1-5nm，In的组分b为0.01-0.1，GaN 薄膜层的厚度为10-50nm。
根据上述技术方案的一方面，所述P型InfGa1-fN层的厚度为100-200nm， 其中，In的组分f为0.01-0.1。
根据上述技术方案的一方面，所述发光层为多量子阱层结构，包括若干个 周期IncGa1-cN阱层与IndGa1-dN垒层，其中，IncGa1-cN阱层的厚度为1-5nm，In 的组分c为0.3-0.5，IndGa1-dN垒层的厚度为5-15nm，In的组分d为0.01-0.1。
根据上述技术方案的一方面，所述衬底上设有一掩膜层，利用纳米压印或 光刻将所述掩膜层刻蚀成特定图形，形成图形化复合衬底。
根据上述技术方案的一方面，所述红光外延准备层为InaGa1-aN薄膜层，其 中，所述红光外延准备层的厚度为100-2000nm，In的组分a为0-0.2。
根据上述技术方案的一方面，所述接触层为掺杂IngGa1-gN薄膜层，所述掺 杂IngGa1-gN薄膜层的厚度为5-30nm，In的组分g为0.01-0.1。
本发明的一方面在于提供一种micro-LED的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长掩膜层以形成图形化复合衬底；
在所述图形化复合衬底上依次生长红光外延准备层、N型InbGa1-bN/GaN层、 发光层、电子阻挡层、P型InfGa1-fN层及接触层；
通过在发光层及电子阻挡层之间外延生长一波导层，其中，所述波导层为IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
进一步说明，所述波导层的生长步骤包括：
将温度设置为800-100℃之间，在反应腔室内通入三乙基镓、三甲基铟及氨 气，其中，氮气与氢气作为载气，在发光层上外延生长形成厚度为5-10nm的 IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
附图说明
本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将 变得明显与容易理解，其中：
图1为本发明第一实施例中micro-LED的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中micro-LED的制备方法的流程图图；
附图元器件符号说明：
衬底100，掩膜层110，红光外延准备层200，N型InbGa1-bN/GaN层300， 发光层400，波导层500，电子阻挡层600，P型InfGa1-fN层700，接触层800。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发 明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是， 本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地， 提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元 件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可 以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂 直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造 与操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定与限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、 “固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或 一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通 过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人 员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用 的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的与所有的组合。
实施例一
请参阅图1-2，所示为本发明第一实施例提供的一种micro-LED，应用于红 光micro-LED，该micro-LED包括衬底100，衬底100又称之为支撑衬底100， 主要是外延层生长的基石，用于支撑和固定后续外延层，衬底100的选择要与 外延层特性配合要求非常严格，否则会影响外延层的生长及micro-LED的品质。 同时衬底100的选择决定了后续外延层的生长技术、芯片加工技术及发光二极 管的封装技术。在本实施例中，衬底100材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、氧 化镓、氮化镓等。
其中，在衬底100上设有一掩膜层110，利用纳米压印或光刻将所述掩膜层 110刻蚀成特定图形，形成图形化复合衬底100，有助于后续外延层的生长，能 够有效地减少穿透位错密度，提高后续外延层的晶体质量。该掩膜层110是通 过PECVD方法在衬底100上生长SiO2或者SiNx薄膜层，等离子体增强化学气 相沉积(PECVD)是借助微波或射频等使含有薄膜成分原子的气体电离，在局 部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积 出所期望的薄膜。具体为，将硅烷(SiH4)、氧气(O2)或者氨气(NH3)气体通入到PECVD的反应腔室中，在衬底100上沉积一层厚度为1000-3000nm的 SiO2或者SiNx薄膜层，将沉积完成的SiO2或者SiNx薄膜层上旋涂一层厚度为 1000-3000nm的光刻胶，采用纳米压印技术或者光刻技术将SiO2或者SiNx薄膜 层制成特定图形，其中，纳米压印技术是通过压印的方式将硅母版上的图形转 移到软模板中，然后继续通过压印的方法将软模板上的图形转移到光刻胶上， 光刻技术是通过紫外光照射将光刻板上的图形转移到到光刻胶上。
另外，将旋涂光刻胶完成的SiO2或者SiNx薄膜层通过ICP(电感耦合等离 子体)刻蚀，其中，电感耦合等离子体(ICP)刻蚀是在电场作用下，刻蚀气体 辉光放电产生高密度等离子体，对所需刻蚀的物质进行物理轰击及化学反应， 以选择性的去除所需去除的区域。具体为，将刻蚀气体三氯化硼(BCl3)通入反应 腔室，通过ICP刻蚀，将SiO2或者SiNx薄膜层刻蚀出特定图形，以使SiO2或 者SiNx薄膜层分别若干周期性排布的外延生长区域，其中，未刻蚀的SiO2或者 SiNx薄膜层的宽度为100-3000nm，刻蚀完成的周期性排布的SiO2或者SiNx薄 膜层的宽度为10-100nm，厚度为100-3000nm。
其中，在图形化复合衬底100上依次设有红光外延准备层200、N型 InbGa1-bN/GaN层300、发光层400、电子阻挡层600、P型InfGa1-fN层700及接 触层800。红光外延准备层200为InaGa1-aN薄膜层，由于micro-LED与GaN基 外延层之间的晶格失配比较大，在外延生长N型InbGa1-bN/GaN层300上预先生 长红光外延准备层200，可以缩小N型InbGa1-bN/GaN层300与衬底100的晶格 失配，以利于后续在晶格不匹配的情况下生长N型InbGa1-bN/GaN层300，避免 N型InbGa1-bN/GaN层300直接沉积在衬底100上存在较大的晶格失配，导致N 型InbGa1-bN/GaN层300与衬底100界面处出现大量的晶格缺陷及位错，导致N 型InbGa1-bN/GaN层300的晶体质量降低，甚至影响micro-LED的性能。
具体为，将图形化复合衬底100转移至MOCVD(金属有机物化学气相沉 积)反应腔室中，其中，金属有机物化学气相沉积(MOCVD)以Ⅲ族、Ⅱ族元 素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反 应方式在衬底100上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V族、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体以 及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。将温度加热至800-1200℃之间，压力调 节至100-500Torr之间，通入三甲基镓((CH3)3Ga)、三甲基铟(In(CH3)3)及氨 气(NH3),采用氮气(N2)及氢气(H2)作为载气，外延生长形成厚度为100-2000nm的InaGa1-aN薄膜层，作为红光外延准备层200，其中，In的组分a为0-0.2。
其中，在红光外延准备层200上设有N型InbGa1-bN/GaN层300，N型 InbGa1-bN/GaN层300用于提供电子，其拥有多余的电子，N型InbGa1-bN/GaN层 300的电子迁移至发光层400，以达到电子-空穴在发光层400实现辐射复合，从 而实现micro-LED的发光效应。该N型InbGa1-bN/GaN层300为若干个周期超晶 格结构，若干个InbGa1-bN薄膜层/GaN薄膜层形成的周期性的结构，其周期数为 10-30，具体为，通入三甲基镓((CH3)3Ga)、硅烷(SiH4)及氨气(NH3),采用 氮气(N2)及氢气(H2)作为载气，在温度为1000-1200℃之间，压力为100-300Torr 之间，外延生长形成N型InbGa1-bN/GaN层300，其中，InbGa1-bN薄膜层的厚度 为1-5nm，In的组分b为0.01-0.1，GaN薄膜层的厚度为10-50nm。
另外，在N型InbGa1-bN/GaN层300上设有发光层400，发光层400为多量 子阱结构，包括若干个周期IncGa1-cN阱层与IndGa1-dN垒层，该周期数为1-10， 具体为，在反应腔室中通入三乙基镓(Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3)及氨 气(NH3)，氮气(N2)作为载气，将温度调节至700-800℃之间，压力调节至 100-300Torr之间，外延生长形成厚度为1-5nm的IncGa1- cN阱层，In的组分c为 0.3-0.5，另外，在反应腔室中通入三乙基镓(Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3) 及氨气(NH3)，氮气(N2)与氢气(H2)作为载气，将温度设置至700-900℃ 之间，压力设置至100-300Torr之间，外延生长形成厚度为5-15nm的IndGa1-dN 垒层，In的组分d为0.01-0.1。N型InbGa1-bN/GaN层300拥有多余的电子，N 型InbGa1-bN/GaN层300的电子迁移至发光层400，P型InfGa1-fN层700拥有多 余的空穴，P型InfGa1-fN层700的空穴迁移至发光层400，以在发光层400的多 量子阱结构中实现电子-空穴辐射复合，从而实现micro-LED的发光效应。
在本实施例中，在发光层400上设有一波导层500，该波导层500为IneGa1-eN 薄膜层，由于后续生长的外延层中的C、Mg、Al等原子扩散会到发光层400的 多量子阱层中，导致多量子阱层中的内量子效率降低，即在多量子阱层中电子- 空穴的辐射复合效率下降，波导层500的设置将阻挡后续生长的外延层的C、 Mg、Al等原子将会扩散到发光层400的多量子阱层中，提高多量子阱层中电子 -空穴的辐射复合效率，从而提高micro-LED的发光效率。同时，由于电子迁移 速率比空穴迁移速率快，N型InbGa1-bN/GaN层300中电子容易向P型InfGa1-fN 层700溢流，在P型InfGa1-fN层700发生电子空穴复合，导致多量子阱层中电 子空穴发生辐射复合的效率降低，从而降低micro-LED的发光效率，该波导层 500可以阻止N型InbGa1-bN/GaN层300的电子溢流至P型InfGa1-fN层700，减 少载流子的泄露，进一步提高电子-空穴的辐射复合效率，进一步提高了 micro-LED的发光效率。
具体为，将温度调节至800-1000℃之间，在反应腔室内通入三乙基镓 (Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3)及氨气(NH3)，其中，氮气(N2)与氢气 (H2)作为载气，在发光层400上外延生长形成厚度为5-10nm的IneGa1-eN薄 膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
其中，在波导层500上设有电子阻挡层600，该电子阻挡层600为AlGaN 薄膜层，其用于阻挡N型InbGa1-bN/GaN层300的电子向P型InfGa1-fN层700 溢流，具体为，将温度设置为700-800℃之间，压力调整至100-300Torr之间， 在反应腔室中通入三甲基铝(C3H9Al)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及氨气(NH3)，在波 导层500上外延生长形成厚度为10-30nm的AlGaN薄膜层。同样的，电子迁移 速率比空穴迁移速率快，N型InbGa1-bN/GaN层300中电子容易向P型InfGa1-fN 层700溢流，在P型InfGa1-fN层700发生电子空穴非辐射复合，该电子阻挡层 600进一步阻止N型InbGa1-bN/GaN层300的电子溢流至P型InfGa1-fN层700， 减少N型InbGa1-bN/GaN层300中电子的泄露，进一步提高在多量子阱中电子- 空穴的辐射复合效率，从而提高了micro-LED的发光效率。
另外，在电子阻挡层600上设有P型InfGa1-fN层700，P型InfGa1-fN层700 用于提供空穴，其拥有多余的空穴，P型InfGa1-fN层700的空穴迁移至发光层 400，电子-空穴在发光层400的多量子阱中实现辐射复合，从而实现micro-LED 的发光效应。该P型InfGa1-fN层700分为两段式生长，首先低温低压生长，其 次式高温高压生长，两段式生长P型InfGa1-fN层700减少晶体内部缺陷，提高 晶体质量，从而提高micro-LED的性能。具体为，首先，在反应腔室通入二茂 镁(Mg(C5H5)2)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及氨气(NH3)，载气为氮气(N2)与 氢气(H2)，将温度加热至700-900℃之间，压力调整至100-300Torr之间，外延生 长P型InfGa1-fN层700，其次，将温度加热至900-1100℃之间，压力调节至 200-500Torr之间，两段式外延生长形成厚度为100-200nm的P型InfGa1-fN层 700，其中，In的组分f为0.01-0.1。
自然而然，在P型InfGa1-fN层700上设有接触层800，该接触层800为掺 杂IngGa1-gN薄膜层，用于与芯片电极接合时形成欧姆接触，有效地降低电压及 提高亮度。具体为，将温度设置为800-1000℃之间，压力调整至100-400Torr之 间，在反应腔室中通入二茂镁(Mg(C5H5)2)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及氨气(NH3)， 载气为氮气(N2)与氢气(H2)，外延生长形成厚度为5-30nm的掺杂IngGa1-gN薄 膜层，In的组分g为0.01-0.1，其中，其掺杂剂二茂镁(Mg(C5H5)2)的通入量 为P型InfGa1-fN层700的掺杂剂二茂镁(Mg(C5H5)2)的通入量的5-20倍。
需要说明的是，当在micro-LED两端外加电场，N型InbGa1-bN/GaN层300 作为负极，P型InfGa1-fN层700作为正极，N型InbGa1-bN/GaN层300的电子向 正极P型InfGa1-fN层700方向迁移，P型InfGa1-fN层700的空穴向负极N型 InbGa1-bN/GaN层300方向迁移,两侧迁移的电子与空穴在发光层400会合，在发 光层400的多量子阱层内电子-空穴发生辐射复合，从而形成micro-LED发光效 应。但是，P型InfGa1-fN层700中的C、Mg、Al等原子扩散将会到发光层400 的多量子阱层中，导致多量子阱层中的内量子效率降低，即在多量子阱层中电 子-空穴的辐射复合效率下降，在发光层400与电子阻挡层600之间设有波导层 500，将阻挡P型InfGa1-fN层700的C、Mg、Al等原子扩散会到发光层400的 多量子阱层中，提高多量子阱层中电子-空穴的辐射复合效率，从而提高 micro-LED的发光效率。同时，由于电子迁移速率比空穴迁移速率快，N型 InbGa1-bN/GaN层300中电子容易向P型InfGa1-fN层700溢流，在P型InfGa1-fN 层700发生电子空穴非辐射复合，导致多量子阱层中电子空穴发生辐射复合的效率降低，从而降低micro-LED的发光效率，该波导层500可以阻止N型 InbGa1-bN/GaN层300的电子溢流至P型InfGa1-fN层700，减少载流子的泄露， 进一步提高电子-空穴的辐射复合效率，进一步提高了micro-LED的发光效率。 在本实施例中的Micro-LED外延结构，其外量子效率在8A/cm2的电流密度下， 相比于传统外延结构提升约10％。
相比于现有技术，本实施例提供的micro-LED，有益效果在于：通过本发明 提供的micro-LED，在发光层与电子阻挡层之间设有一波导层，该波导层为 IneGa1-eN薄膜层，能阻挡后续外延生长的外延层中的C、Mg、Al等原子扩散到 发光层中，从而提高发光层中电子-空穴的辐射复合效率，提高micro-LED的发 光效率，同时，该波导层可以阻挡N型InbGa1-bN/GaN的电子溢流至P型InfGa1-fN 层，减少载流子的泄露，进一步提高电子-空穴的辐射复合效率，进一步提高了 micro-LED的发光效率，从而解决了普遍存在外延层中杂质扩散至发光层中，导 致发光效率低下的技术问题。除此之外，图形化复合衬底有助于外延层的生长，能够有效减少穿透位错密度，提高外延层的晶体质量。
实施例二
请参阅图2，所示为本发明第二实施例提供的一种micro-LED的制备方法， 所述制备方法包括步骤S10-S13：
步骤S10，提供一衬底；
衬底是外延层生长的基板，用于支撑和固定后续外延层，衬底的选择要与 外延层特性配合要求非常严格，否则会影响外延层的生长及micro-LED的品质。 衬底的选择决定了后续外延层的生长技术、芯片加工技术及发光二极管的封装 技术。在本实施例中，衬底材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化镓、氮化镓 等。
步骤S11，在所述衬底上生长掩膜层以形成图形化复合衬底；
其中，在衬底上形成图形化复合衬底，有助于后续外延层的生长，能够有 效地减少穿透位错密度，提高后续外延层的晶体质量。
具体为，将硅烷(SiH4)、氧气(O2)或者氨气(NH3)气体通入到PECVD 的反应腔室中，在衬底上沉积一层厚度为1000-3000nm的SiO2或者SiNx薄膜层， 作为掩膜层。其中，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是借助微波或射频 等使含有薄膜成分原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活 性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。
其次，将在衬底上沉积完成的SiO2或者SiNx薄膜层上旋涂一层光刻胶，光 刻胶的厚度为1000-3000nm，采用纳米压印技术或者光刻技术将SiO2或者SiNx薄膜层制成特定图形，其中，纳米压印技术是通过压印的方式将硅母版上的图 形转移到软模板中，然后继续通过压印的方法将软模板上的图形转移到光刻胶 上，光刻技术是通过紫外光照射将光刻板上的图形转移到到光刻胶上。
最后，将刻蚀气体三氯化硼(BCl3)通入反应腔室，通过ICP(电感耦合等离 子体)刻蚀，将外延宽度为100-3000nm的SiO2或者SiNx薄膜层刻蚀出特定图 形，以使SiO2或者SiNx薄膜层分别若干周期性排布的外延生长区域，周期性排 布的SiO2或者SiNx薄膜层的宽度为10-100nm，厚度为100-3000nm。其中，电 感耦合等离子体(ICP)刻蚀是在电场作用下，刻蚀气体辉光放电产生高密度等 离子体，对所需刻蚀的物质进行物理轰击及化学反应，以选择性的去除所需去 除的区域。
步骤S12，在所述图形化复合衬底上依次生长红光外延准备层、N型 InbGa1-bN/GaN层、发光层、电子阻挡层、P型InfGa1-fN层及接触层；
其中，在图形化复合衬底上外延生长红光外延准备层，在外延生长N型 InbGa1-bN/GaN层上预先生长红光外延准备层，可以缩小N型InbGa1-bN/GaN层 与衬底的晶格失配，减少N型InbGa1-bN/GaN层外延生长时因晶格失配较大造成 的晶体缺陷及位错，提高N型InbGa1- bN/GaN层外延生长的晶体质量，从而提高 micro-LED的性能。
具体为，将温度设置为800-1200℃之间，压力设置为100-500Torr之间，通 入三甲基镓((CH3)3Ga)、三甲基铟(In(CH3)3)及氨气(NH3),采用氮气(N2) 及氢气(H2)作为载气，在图形化复合衬底上外延生长形成厚度为100-2000nm 的InaGa1-aN薄膜层，作为红光外延准备层，其中，In的组分a为0-0.2。
另外，在InaGa1-aN红光外延准备层上外延生长N型InbGa1-bN/GaN层，N 型InbGa1-bN/GaN层用于提供电子，其拥有多余的电子，N型InbGa1-bN/GaN层 的电子迁移至发光层，以达到电子-空穴在发光层实现辐射复合，从而实现micro-LED的发光效应。该N型InbGa1-bN/GaN层为若干个周期超晶格结构，包 括10-30个InbGa1-bN薄膜层/GaN薄膜层形成的周期性的结构。
具体为，在反应腔室中通入三甲基镓((CH3)3Ga)、硅烷(SiH4)及氨气(NH3), 采用氮气(N2)及氢气(H2)作为载气，生长温度在1000-1200℃之间，压力在 100-300Torr之间，在InaGa1-aN红光外延准备层上外延生长形成N型 InbGa1-bN/GaN层，其中，InbGa1-bN薄膜层的厚度为1-5nm，In的组分b为0.01-0.1， GaN薄膜层的厚度为10-50nm。
其中，在N型InbGa1-bN/GaN层上外延生长发光层，发光层为多量子阱结 构，包括若干个周期IncGa1-cN阱层与IndGa1-dN垒层，该周期数为1-10。N型 InbGa1-bN/GaN层的电子迁移至发光层，P型InfGa1-fN层的空穴迁移至发光层， 以在发光层的多量子阱结构中实现电子-空穴辐射复合，从而实现micro-LED的 发光效应。
具体为，在反应腔室中通入三乙基镓(Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3) 及氨气(NH3)，氮气(N2)作为载气，将温度调节至700-800℃之间，压力调节 至100-300Torr之间，外延生长形成厚度为1-5nm的IncGa1-cN阱层，In的组分c 为0.3-0.5；另外，在反应腔室中通入三乙基镓(Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3) 及氨气(NH3)，氮气(N2)与氢气(H2)作为载气，将温度设置至700-900℃ 之间，压力设置至100-300Torr之间，外延生长形成厚度为5-15nm的IndGa1-dN 垒层，In的组分d为0.01-0.1。
另外，电子阻挡层为AlGaN薄膜层，其用于阻挡N型InbGa1-bN/GaN层的 电子向P型InfGa1-fN层溢流。需要说明的是，电子迁移速率比空穴迁移速率快， N型InbGa1-bN/GaN层中电子容易向P型InfGa1-fN层溢流，在P型InfGa1-fN层 中发生电子空穴非辐射复合，AlGaN电子阻挡层将会阻挡N型InbGa1-bN/GaN 层的电子溢流至P型InfGa1-fN层，减少N型InbGa1-bN/GaN层中电子的泄露发 生非辐射复合，提高多量子阱中电子-空穴的辐射复合效率，从而提高了 micro-LED的发光效率。
具体为，将温度加热至700-800℃之间，压力调节至100-300Torr之间，在 反应腔室中通入三甲基铝(C3H9Al)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及氨气(NH3)，外延生 长形成厚度为10-30nm的AlGaN薄膜层。
自然而然，在AlGaN电子阻挡层上外延生长P型InfGa1-fN层，P型InfGa1-fN 层用于提供空穴，其拥有多余的空穴，P型InfGa1-fN层的空穴迁移至发光层， 电子-空穴在发光层的多量子阱中实现辐射复合，从而实现micro-LED的发光效 应。P型InfGa1-fN层分为低温低压及高温高压的两段式生长，两段式生长利于 减少晶体内部缺陷，提高晶体质量，从而提高micro-LED的性能。
具体为，在反应腔室通入二茂镁(Mg(C5H5)2)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及 氨气(NH3)，载气为氮气(N2)与氢气(H2)，首先，将温度加热至700-900℃之 间，压力调整至100-300Torr之间，其次，将温度加热至900-1100℃之间，压力 调节至200-500Torr之间，在AlGaN电子阻挡层外延生长形成厚度为100-200nm 的P型InfGa1-fN层，其中，In的组分f为0.01-0.1。
其中，在P型InfGa1-fN层上外延生长接触层，该接触层为掺杂IngGa1-gN薄 膜层，用于与芯片电极接合时形成欧姆接触，有效地降低电压及提高亮度。
具体为，将温度设置为800-1000℃之间，压力调整至100-400Torr之间，在 反应腔室中通入二茂镁(Mg(C5H5)2)、三乙基镓(Ga(C2H5)3)及氨气(NH3)， 载气为氮气(N2)与氢气(H2)，在P型InfGa1-fN层上外延生长形成厚度为5-30nm 的掺杂IngGa1-gN薄膜层，In的组分g为0.01-0.1，其中，其掺杂剂二茂镁 (Mg(C5H5)2)的通入量为P型InfGa1-fN层的掺杂剂二茂镁(Mg(C5H5)2)的通 入量的5-20倍。
需要说明的是，在micro-LED两端外加电场，N型InbGa1-bN/GaN层作为负 极，P型InfGa1-fN层作为正极，N型InbGa1-bN/GaN层的电子向正极P型InfGa1-fN 层方向迁移，P型InfGa1-fN层的空穴向负极N型InbGa1-bN/GaN层方向迁移,两 侧迁移的电子与空穴在发光层会合，在发光层的多量子阱层内电子-空穴发生辐 射复合，从而形成micro-LED发光效应。
步骤S13，通过在发光层及电子阻挡层之间外延生长一波导层，其中，所述 波导层为IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
其中，在发光层及电子阻挡层之间外延生长波导层，该波导层为IneGa1-eN 薄膜层，由于后续生长的外延层中的C、Mg、Al等原子将会扩散到发光层的多 量子阱层中，外延层中的C、Mg、Al等原子与电子空穴复合，导致在多量子阱 层中电子-空穴的辐射复合效率下降，波导层的设置将阻挡后续生长的外延层的 C、Mg、Al等原子扩散会到发光层的多量子阱层中，提高多量子阱层中电子- 空穴的辐射复合效率，从而提高micro-LED的发光效率。同时，由于电子迁移 速率比空穴迁移速率快，N型InbGa1-bN/GaN层中电子容易向P型InfGa1- fN层溢 流，在P型InfGa1-fN层中发生电子空穴非辐射复合，导致多量子阱层中电子空 穴发生辐射复合的效率降低，该波导层可以阻止N型InbGa1-bN/GaN层的电子溢 流至P型InfGa1-fN层，减少载流子的泄露，进一步提高电子-空穴的辐射复合效 率，进一步提高了micro-LED的发光效率。在本实施例中，该Micro-LED外延 结构的外量子效率在8A/cm2的电流密度下，相比于传统外延结构提升约10％。
具体为，将温度调节至800-1000℃之间，在反应腔室内通入三乙基镓 (Ga(C2H5)3)、三甲基铟(In(CH3)3)及氨气(NH3)，其中，氮气(N2)与氢气 (H2)作为载气，在发光层上外延生长形成厚度为5-10nm的IneGa1-eN薄膜层， 其中，In的组分e为0.01-0.1。
相比于现有技术，本实施例提供的micro-LED的制备方法，有益效果在于： 通过本发明提供的micro-LED的制备方法，在发光层与电子阻挡层之间设有一 外延生长波导层，该波导层为IneGa1-eN薄膜层，能阻挡后续外延生长的外延层 中的C、Mg、Al等原子扩散到发光层中，阻止外延层中的C、Mg、Al等原子 与电子空穴复合，从而提高发光层中电子-空穴的辐射复合效率，提高micro-LED 的发光效率，同时，该波导层可以阻挡N型InbGa1-bN/GaN层的电子溢流至P 型InfGa1-fN层，减少载流子的泄露，进一步提高电子-空穴的辐射复合效率，进 一步提高了micro-LED的发光效率，从而解决了普遍存在外延层中杂质扩散至 发光层中，导致发光效率低下的技术问题。除此之外，图形化复合衬底有助于 外延层的生长，能够有效减少穿透位错密度，提高外延层的晶体质量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特 征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明 书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描 述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中 以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。
Claims (10)
1.一种micro-LED，应用于红光micro-LED，其特征在于，所述micro-LED包括：
衬底；
在所述衬底上依次设有红光外延准备层、N型InbGa1-bN/GaN层、发光层、电子阻挡层、P型InfGa1-fN层及接触层；
在所述发光层与电子阻挡层之间设有一波导层，所述波导层为IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
2.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述波导层的厚度为5-10nm。
3.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述N型InbGa1-bN/GaN层为若干个周期超晶格结构，其中，InbGa1-bN薄膜层的厚度为1-5nm，In的组分b为0.01-0.1，GaN薄膜层的厚度为10-50nm。
4.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述P型InfGa1-fN层的厚度为100-200nm，其中，In的组分f为0.01-0.1。
5.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述发光层为多量子阱层结构，包括若干个周期IncGa1-cN阱层与IndGa1-dN垒层，其中，IncGa1-cN阱层的厚度为1-5nm，In的组分c为0.3-0.5，IndGa1-dN垒层的厚度为5-15nm，In的组分d为0.01-0.1。
6.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述衬底上设有一掩膜层，利用纳米压印或光刻将所述掩膜层刻蚀成特定图形，形成图形化复合衬底。
7.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述红光外延准备层为InaGa1-aN薄膜层，其中，所述红光外延准备层的厚度为100-2000nm，In的组分a为0-0.2。
8.根据权利要求1所述的micro-LED，其特征在于，所述接触层为掺杂IngGa1-gN薄膜层，In的组分g为0.01-0.1。
9.一种micro-LED的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长掩膜层以形成图形化复合衬底；
在所述图形化复合衬底上依次生长红光外延准备层、N型InbGa1-bN/GaN层、发光层、电子阻挡层、P型InfGa1-fN层及接触层；
通过在发光层及电子阻挡层之间外延生长一波导层，其中，所述波导层为IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
10.根据权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述波导层的生长步骤包括：
将温度设置为800-100℃之间，在反应腔室内通入三乙基镓、三甲基铟及氨气，其中，氮气与氢气作为载气，在发光层上外延生长形成厚度为5-10nm的IneGa1-eN薄膜层，其中，In的组分e为0.01-0.1。
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