CN116705929A - 发光二极管外延结构及其应用与制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法，其中所述发光二极管外延结构至少包括：第一类型半导体层；发光层，设置在所述第一类型半导体层上；以及第二类型半导体层，设置在所述发光层上；其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大。通过本发明提供的一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法，可提高发光质量。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，特别涉及一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法。
背景技术
微发光二极管具有功耗低、体积小、寿命长、驱动电压低、发光效率高以及单色性佳等优点，因而与液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机电激光显示(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)相比，微发光二极管组成的显示屏具有尺寸小，集成度高，厚度更薄，亮度、分辨率、对比度更优的特点，同时在使用寿命、响应速度和热稳定性等方面也具有更大的优势。
在微发光二极管中，P型限制层的主要功能是为量子阱提供空穴载子，但P型半导体层中的掺杂离子易扩散，因而P型限制层中的掺杂离子浓度不易控制。当通入掺杂离子的浓度较高时，在外延结构生长过程中该层中的杂质会扩散进量子阱，形成非辐射复合杂质中心，降低了亮度同时会引起器件工作时的老化光衰。当通入掺杂离子的浓度较低时，空穴载子不足，导致亮度降低。且空穴载子不足时材料的电阻率变大，电压升高，影响形成微发光二极管的发光品质。
因此，如何发改善发光二极管外延结构的发光品质是亟需解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供的一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法，旨在解决如何进一步改善发光二极管外延结构的品质，进而提高微发光二极管的发光品质的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种发光二极管外延结构，包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；以及
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大。
上述的发光二极管外延结构，在靠近发光层的一侧设置掺杂浓度较低的限制层，可防止限制层中的空穴载子进入发光层，形成杂质；在远离发光层的一侧设置掺杂浓度较高的限制层，可为发光层提供充足的空穴载子，保证发光亮度。进而提升发光层的晶体质量和老化特性，避免形成的发光器件长时间工作产生光衰，以提高发光二极管外延结构的发光品质。
可选地，所述限制层包括：
第一子限制层；
第二子限制层，设置在所述第一子限制层远离所述发光层的一侧；以及
第三子限制层，设置在所述第二子限制层远离所述第一子限制层的一侧；
其中，所述第一子限制层具有第一掺杂浓度，所述第三子限制层具有第二掺杂浓度，且所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。
可选的，由靠近所述第一子限制层的一侧至靠近所述第三子限制层的一侧，所述第二子限制层的离子掺杂浓度由所述第一掺杂浓度呈线性增长至所述第二掺杂浓度。
上述呈线性增长的所述第二子限制层可降低所述第一子限制层和第三子限制层之间的串联电阻，进而降低电压差，提高发光二极管外延结构的质量。
可选地，所述第一掺杂浓度的范围为3×1017atoms/cm3～5×1017atoms/cm3。
可选地，所述第二掺杂浓度的范围为7×1017atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。
可选的，被掺杂的所述势垒层为P型掺杂，且掺杂源为二乙基锌。
可选的，所述第二类型半导体层中的所述限制层为P型限制层，且掺杂源为二茂镁。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种发光二极管外延结构的制造方法，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成第一类型半导体层；
在所述第一类型半导体层上形成发光层；以及
在所述发光层上形成第二类型半导体层；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大。
上述所述发光二极管外延结构的制造方法可形成高品质的发光二极管外延结构。
可选的，所述限制层包括第一子限制层、第二子限制层和第三子限制层；且所述限制层的形成步骤包括：
在预设温度和腔体压力下，通入磷烷和二茂镁，并以氢气为载气，通入预设比例的三甲基铝和三甲基铟，控制沉积时间，生长预设厚度的第一子限制层；
保持形成所述第一子限制层的其他生长条件，逐渐增加所述二茂镁的掺杂量，控制沉积时间，生长预设厚度的第二子限制层；以及
保持形成所述第二子限制层的生长条件，控制沉积时间，生长预设厚度的第三子限制层。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种微发光二极管，包括：
发光二极管外延结构，且所述发光二极管外延结构包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大；
第一电极，与所述第一类型半导体层连接；以及
第二电极，与所述第二类型半导体层连接。
上述所述发光二极管通过限制层的设置，可形成高品质的微发光二极管。
基于同样的发明构思，本申请还提供一种微发光二极管显示器，包括：
显示基板，设置有电路层；以及
微发光二极管，电性连接于所述电路层，且所述微发光二极管包括：
发光二极管外延结构，且所述发光二极管外延结构包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大；
第一电极，与所述第一类型半导体层连接；以及
第二电极，与所述第二类型半导体层连接。
上述所述微发光二极管显示器通过所述微发光二极管的设置，具有高品质的出光效果。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中一种半导体结构示意图。
图2为本发明图1中第一类型半导体层的结构示意图。
图3为本发明图1中发光层的结构示意图。
图4为本发明图1中第二类型半导体层的结构示意图。
图5为本发明图4中第二限制层的结构示意图。
图6为本发明图5中第二限制层的离子掺杂浓度曲线图。
图7为本发明中一种微发光二极管的结构示意图。
图8为本发明中一种微发光二极管显示器的结构示意图。
附图标记说明：
10衬底；100微发光二极管；100a红色微发光二极管；100b绿色微发光二极管；100c蓝色微发光二极管；11第一类型半导体层；111缓冲层；112腐蚀截止层；113欧姆接触层；114电流扩展层；115第一限制层；116第一波导层；12发光层；121势阱层；122势垒层；13第二类型半导体层；131第二波导层；132第二限制层；1321第一子限制层；1322第二子限制层；1323第三子限制层；133过渡层；134窗口层；14第一电极；15第二电极；16钝化层；20显示基板；200基底；201电路层；203平坦化层；204保护层；205保护基板。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1至图8所示，因微发光二极管(包括Mini LED和Micro LED)具有功耗低、体积小、寿命长、驱动电压低、发光效率高以及单色性佳等优点，使用微发光二极管制成的微发光二极管显示器厚度更薄、亮度、分辨率、对比度更优，同时在使用寿命、响应速度和热稳定性等方面也具有更大的优势。在制造微发光微二极管显示器时，可在衬底10上形成多个微发光二极管100，例如在衬底10上沉积发光二极管外延结构11，并经过曝光显影、蚀刻以及沉积金属等步骤形成微发光二极管100。再依据微发光二极管的颜色，经过分拣挑选，按照需求将微发光二极管100按照需求转移至显示基板20上，制成微发光二极管显示器。
发光二极管外延结构包括掺杂类型不同的P型半导体层和N型半导体层，以及设置在P型半导体层和N型半导体层之间的发光层。在P型半导体层中，设置有为发光层提供空穴，同时防止载流子溢出发光层的限制层。由于P型掺杂的离子在高温下易扩散，因而P型半导体层中的限制层中的离子掺杂浓度在制成过程中难以控制，当限制层中的离子掺杂浓度过高时，限制层中的P型杂质易扩散至发光层，当限制层中的离子掺杂浓度过低时，空穴载子不足，导致发光亮度降低，影响发光质量。
基于此，本申请希望提供一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法，在满足提供空穴载子的同时，可避免杂质扩散至发光层，进而提高发光质量。
请参阅图1所示，本发明提供的发光二极管外延结构包括第一类型半导体层11、发光层12和第二类型半导体层13。且第一类型半导体层11可以设置在衬底10上，发光层12设置在第一类型半导体层11上，第二类型半导体层13设置在发光层12上。通过在第一类型半导体层11和第二类型半导体层13上施加电压，使得光子与空穴复合，然后以光子的形状发出能量，进而使发光二极管外延结构发光。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，发光二极管例如为红色发光二极管，衬底10的材料例如为砷化镓(GaAs)衬底。在其他实施例中，当发光二极管为为蓝光二极管或绿光二极管时，衬底10也可以为硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石(Al2O3)等材料制成的衬底，例如可以直接在蓝宝石衬底上生长，并在蓝宝石衬底上直接形成蓝色或绿色发光二极管。
请参阅图1和图2所示，在本发明一实施例中，第一类型半导体层11形成于衬底10上，且第一类型半导体层11可以为电子较多的N型半导体层，也可以为空穴较多的P型半导体层。在本实施例中，第一类型半导体层11例如为N型半导体层，第一类型半导体层11中掺杂的为施主杂质，例如为硅(Si)或碲(Te)元素。且第一类型半导体层11包括依次设置在衬底10上的缓冲层111、腐蚀截止层112、欧姆接触层113、电流扩展层114、第一限制层115以及第一波导层116。
具体的，请参阅图1和图2所示，在本发明一实施例中，缓冲层111设置在衬底10上，且缓冲层111的材料例如为N型的砷化镓(GaAs)。在本实施例中，缓冲层111的厚度范围例如为10～20nm，具体例如为12nm、15nm或18nm。且缓冲层111中例如掺杂有硅离子，离子的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。且缓冲层111可降低衬底10和缓冲层111上其他第一类型半导体层11之间的晶格不匹配。腐蚀截止层112设置在缓冲层111上，且腐蚀截止层112的材料例如为N型的磷化镓铟(GaX1In1-X1P)，其中，X1例如为0.5，即腐蚀截止层112的材料为Ga0.5In0.5P。且在本实施例中，腐蚀截止层112的厚度例如为20～50nm，具体例如为30nm、35nm或40nm。且腐蚀截止层112中例如掺杂有硅离子，离子的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。腐蚀截止层112可防止在蚀刻外延形成发光二极管时，腐蚀衬底10及缓冲层111。欧姆接触层113设置在腐蚀截止层112上，且欧姆接触层113的材料例如为N型的砷化镓(GaAs)。在本实施例中，欧姆接触层113的厚度例如为10～30nm，具体例如为15nm、20nm或25nm。且欧姆接触层113中例如掺杂有硅离子，离子的掺杂浓度为2×1018atoms/cm3～3×1018atoms/cm3。当形成发光二极管时，其中一电极与欧姆接触层113接触，欧姆接触层113中离子的掺杂浓度较高，可增强欧姆接触层113与电极的电性连接。电流扩展层114设置在欧姆接触层113上，以增加N型半导体层的电流扩展能力。且电流扩展层114的的材料例如为N型的磷化铝镓铟(AlX2Ga1-X2InP)，其中，X2的范围为0.3～0.6，具体为0.4、0.5或0.55。且在本实施例中，电流扩展层114的厚度例如为10～30nm，具体例如为15nm、20nm或25nm。且电流扩展层114中例如掺杂有硅离子，离子的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。
请参阅图2所示，在本发明一实施例中，第一限制层115设置在电流扩展层114上，第一限制层115为N型限制层，且第一限制层115的材料例如为N型的磷化铝铟(AlX3In1-X3P)。其中，X3的范围为例如为0.5，即第一限制层115的材料为Al0.5In0.5P。且在本实施例中，第一限制层115的厚度例如为30～80nm，具体例如为50nm、60nm或70nm。且第一限制层115中例如掺杂有硅离子，离子的掺杂浓度为7×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3，可为发光层12提供电子，同时防止载流子溢出发光层12。第一波导层116设置在第一限制层115上，且第一波导层116的的材料例如为N型的磷化铝镓铟(AlX4Ga1-X4InP)。其中，X4的范围例如为0.5～0.7，具体为0.55、0.6或0.65。且在本实施例中，第一波导层116的厚度例如为30～60nm，具体例如为30nm、40nm、50nm或60nm。本发明提供的第一波导层116中未掺杂其他离子，可防止第一波导层116和衬底10之间的杂质扩散进入发光层12。
请参阅图1和图2所示，在本发明一实施例中，可采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)的方式在衬底10上依次沉积缓冲层111、腐蚀截止层112、欧姆接触层113、电流扩展层114、第一限制层115以及第一波导层116。
请参阅图1和图3所示，在本发明一实施例中，发光层12设置在第一类型半导体层11上，发光层12可以是量子阱发光层12，也可以是本征半导体层或低掺杂半导体层。在本实施例中，发光层12例如为量子阱发光层12，且包括多个周期性层叠设置的磷化镓铟层/磷化铝镓铟层(GaX8In1-X8P/(AlX9Ga1-X9)0.5In0.5P)。在其他实施例中，发光层12的材料还可以为铟氮化镓(InGaN)、硒化锌(ZnSe)、铟氮化镓/氮化镓(InGaN/GaN)、铟氮化镓/氮化镓(InGaN/GaN)、磷化镓(GaP)、铝磷化镓(AlGaP)、铝砷化镓(AlGaAs)、磷化镓(GaP)等材料中的一种或多种。
请参阅图3所示，在本发明一实施例中，发光层12包括多个周期性层叠设置的势阱层121和势垒层122，且势阱层121和势垒层122的周期总数例如为12～20。其中，势阱层121的材料例如为磷化镓铟，势垒层122的材料例如为磷化铝镓铟。且在本发明中，势阱层121为非掺杂层，部分势垒层122为非掺杂层，部分势垒层122为与第二类型半导体层13的掺杂类型相同的掺杂层，且掺杂的势垒层122可位于发光层12的任意区域。在本实施例中，为保证离子在发光层12中均匀扩散，掺杂的势垒层122位于发光层12的中间区域。例如设置为靠近第一类型半导体层11和第二类型半导体层13的多个周期的多个势垒层122为非掺杂层。而设置在发光层12中间区域的多个周期的多个势垒层122中，设置一个或多个与所述第二类型半导体层的掺杂类型相同的势垒子层，且例如为P型势垒子层。且在本实施例中，掺杂的势垒层122的周期数接近周期总数的三分之一，在保证所述发光层12具有更高掺杂浓度的条件下，可避免发光层12中过高的离子掺杂引入杂质，恶化晶体质量，造成发光二极管外延结构以及发光二极管电性异常。
请参阅图3所示，在本发明一实施例中，势阱层121的材料例如为磷化镓铟(GaX8In1-X8P)，且X8的范围为0.45～0.5，具体例如为0.46、0.47、0.48或0.49。且势阱层121的厚度范围为8～10nm，具体例如为例如均为9nm。势垒层122的材料相同例如为(AlX9Ga1-X9)0.5In0.5P，且X9的范围为0.5～0.7，且具体例如为0.55、0.6或0.65等。且势垒层122中可掺杂有第二类型离子，且具体的掺杂离子例如为锌离子，具体例如为二乙基锌(DEZn)，且锌离子的掺杂浓度为6×1017atoms/cm3～1×1018atoms/cm3，具体例如为7×1017atoms/cm3、8×1017atoms/cm3或9×1017atoms/cm3等。
请参阅图1和图4所示，在本发明一实施例中，第二类型半导体层13形成于发光层12上，且第二类型半导体层13可以为空穴较多的P型半导体层，也可以为电子较多的N型半导体层。在本实施例中，第二类型半导体层13例如为P型半导体层，第二类型半导体层中掺杂的为受主杂质，例如为镁(Mg)或锌(Zn)元素。且第二类型半导体层13包括依次设置在发光层12上的第二波导层131、第二限制层132、过渡层133以及窗口层134。
具体的，请参阅图1、图3和图4所示，在本发明一实施例中，第一波导层116直接与发光层12的一侧接触，与第一波导层116对应设置的，第二波导层131直接与发光层12的另一侧接触。且第二波导层131设置在发光层12上，且第二波导层131的的材料例如为P型的磷化铝镓铟(AlX5Ga1-X5InP)。其中，X5的范围例如为0.5～0.7，具体为0.55、0.6或0.65。且在本实施例中，第二波导层131的厚度例如为30～60nm，具体例如为30nm、40nm、50nm或60nm。本发明提供的第二波导层131中未掺杂其他离子，可防止其他第二类型半导体层13中的杂质扩散进入发光层12。
请参阅图4所示，在本发明一实施例中，第二限制层132设置在第二波导层131上，第二限制层132为P型限制层，且第二限制层132的材料例如为P型的磷化铝铟(AlX6In1-X6P)。其中，X6的范围为例如为0.5，即第二限制层132的材料为Al0.5In0.5P。且第二限制层132中例如掺杂有镁离子。但镁离子在高温下易生长扩散，当镁离子扩散至发光层12后，形成杂质，影响发光二极管外延结构的可靠性，进而影响出光效果。
请参阅图1、图4至图6所示，在本发明一实施例中，第二限制层132包括第一子限制层1321、第二子限制层1322和第三子限制层1323。且第一子限制层1321设置在第二波导层131上，第二子限制层1322设置在第一子限制层1321上，第三子限制层1323设置在第二子限制层1322上。且在本实施例中，由靠近发光层12的一侧至远离发光层12的一侧，限制层的离子掺杂浓度逐渐降低。即可保证为发光层12提供空穴，同时防止空穴载子溢出发光层12。
请参阅图4至图6所示，在本发明一实施例中，第一子限制层1321设置在第二波导层131上，且第一子限制层1321的材料例如为磷化铝铟(Al0.5In0.5P)。且第一子限制层1321的厚度例如为50-100nm，具体又例如60nm、70nm、80nm或90nm。第一子限制层1321中掺杂有镁离子，且第一子限制层1321具有第一掺杂浓度，且第一掺杂浓度例如为3×1017atoms/cm3～5×1017atoms/cm3。具有较低掺杂浓度的第一子限制层1321中的空穴载子不会扩散至发光层12中，且可阻挡高浓度的空穴载子向发光层12扩散。
请参阅图4至图6所示，在本发明一实施例中，第二子限制层1322设置在第一子限制层1321上，且第二子限制层1322的材料例如为磷化铝铟(Al0.5In0.5P)。且第二子限制层1322的厚度例如为30-50nm，具体又例如35nm、40nm或45nm。第二子限制层1322中掺杂有镁离子，且第二子限制层1322的掺杂浓度为渐变浓度。如图5和图6所示，在本实施例中，由靠近第一子限制层1321的一侧至靠近第三子限制层1323的一侧，第二子限制层1322的离子掺杂浓度呈线性增长。例如由第一掺杂浓度呈线性增加至第二掺杂浓度，且所述第二掺杂浓度例如为7×1017atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。在本实施例中，掺杂浓度呈线性变化的第二子限制层1322具有阻值过渡功能。当第一子限制层1321和第三子限制层1323直接接触时，因第一子限制层1321和第三子限制层1323之间的离子掺杂浓度具有差值，在第一子限制层1321和第三子限制层1323的接触面会产生较大的串联电阻，产生较大的电压差，影响发光二极管外延结构的质量。当由第一掺杂浓度渐变至第二掺杂浓度的第二子限制层1322设置在第一子限制层1321和第三子限制层1323中间时，可降低串联电阻，进而降低电压差，提高发光二极管外延结构的质量。
请参阅图5和图6所示，在本发明一实施例中，第三子限制层1323设置在第二子限制层1322上，且第三子限制层1323的材料例如为磷化铝铟(Al0.5In0.5P)。且在第三子限制层1323的厚度例如为250-450nm，具体又例如为300nm、350nm或400nm。第三子限制层1323中掺杂有镁离子，且第三子限制层1323具有所述第二掺杂浓度，例如为7×1017atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。具有较高掺杂浓度的第三子限制层1323中的离子可向发光层12扩散，为发光层12提供空穴。如图5和图6所示，在本实施例中，当第三子限制层1323中高浓度的空穴载子向发光层12扩散时，掺杂浓度渐变的第二子限制层1322可减缓空穴载子的扩散速率，掺杂浓度较低的第一子限制层1321可有效阻挡空穴载子扩散进量子阱，进而避免形成杂质。可在保证空穴载子数量的同时，避免发光层被污染。
请参阅图4至图6所示，在本发明一实施例中，形成第二限制层132时，可在生长腔温度例如为690℃～730℃、腔体压力例如为50-70mbar的条件下，通入Ⅴ族源磷烷(PH3)，P型掺杂源二茂镁(Mg(C5H5)2)，并以氢气为载气，通入一定比例Ⅲ族源三甲基铝和三甲基铟，并控制沉积时间，生长厚度为例如为50-100nm，且具有第一掺杂浓度的磷化铝铟(Al0.5In0.5P)作为第一子限制层1321。其中，Ⅴ族源/Ⅲ族源的比例例如为200-300。
请参阅图4至图6所示，在本发明一实施例中，在形成第一子限制层1321后，保持生长第一子限制层1321的其他生长条件不变，逐渐增加P型掺杂源二茂镁(Mg(C5H5)2)的掺杂量，并控制沉积时间，生长离子掺杂浓度由第一掺杂浓度增加到第二掺杂浓度，且厚度为30-50nm的磷化铝铟(Al0.5In0.5P)作为第二子限制层1322。
请参阅图4至图6所示，在本发明一实施例中，在形成第二子限制层1322后，保持第二子限制层1322的生长条件不变，控制沉积时间，生长厚度为例如为250-450nm，且具有第二掺杂浓度的磷化铝铟(Al0.5In0.5P)作为第三子限制层1323。
请参阅图1和图4所示，在本发明一实施例中，过渡层133设置在第二限制层132上，且过渡层133的材料例如为P型的磷化铝镓铟((AlGa1-X7)0.5In0.5P)，其中X7的范围例如为0.2～0.4，具体例如为0.25、0.3或0.35等。且在本实施例中，过渡层133的厚度例如为30～40nm，具体例如为32nm、35nm或37nm等。且过渡层133中例如掺杂有镁离子，且离子的掺杂浓度为2×1018atoms/cm3～3×1018atoms/cm3，较高掺杂浓度的过渡层133利于在磷化镓上生长晶体。窗口层134设置在过渡层133上，作为电流扩展层114和出光层使用，且窗口层134可与电极形成良好的欧姆接触。窗口层134的材料例如为P型的磷化镓(GaP)，且窗口层134的厚度例如为40～90nm，具体例如为50nm、60nm或70nm等。且窗口层134中例如掺杂有镁离子，且离子的掺杂浓度为1×1018atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。
请参阅图1和图4所示，在本发明一实施例中，可采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)的方式在发光层12上依次沉积第二波导层131、第二限制层132、过渡层133以及窗口层134。在形成第二类型半导体层13后，即形成发光二极管外延结构。在形成完整的发光二极管外延结构后，对发光二极管外延结构进行外延检测，合格的发光二极管外延结构可进行发光二极管制成。
请参阅图1至图7所示，在本发明一实施例中，发光二极管例如为微发光二极管100，可对发光二极管外延结构的一侧进行蚀刻，形成凹部，且凹部暴露第一类型半导体层11中的欧姆接触层113。在形成可以通过蒸镀和/或溅射技术，分别凹部内的在欧姆接触层113上沉积第一电极14，在窗口层134上沉积第二电极15，且第一电极14和第二电极15可设置为等高电极。在本实施例中，第一电极14为N型电极，且第一电极14的材料例如为锗和/或铜。第二电极15为P型电极，且第二电极15的材料例如为铍和/或铜。在一些实施例中，还可以在第二类型半导体层13上沉积一层钝化层16，作为发光二极管的保护层或封装体，钝化层16例如可以是氧化硅、氮化硅或磷硅玻璃等材料。
请参阅图7至图8所示，在本发明一实施例中，当采用本申请提供的微发光二极管100制程微发光二极管显示器时，微发光二极管显示器包括显示基板20以及设置在显示基板20上的多个微发光二极管100。显示基板20例如为薄膜晶体管阵列基板，例如包括基底以及设置在基底200上的电路层201，电路层201中具有多个薄膜晶体管，用于驱动微发光二极管100。在本实施例中，显示基板20上例如设置有多个红色微发光二极管100a、绿色微发光二极管100b以及蓝色微发光二极管100c，每个微发光二极管为一个子像素，红色微发光二极管100a可形成一个红色子像素，绿色微发光二极管100b可形成一个绿色子像素，蓝色微发光二极管100c可形成一个蓝色子像素，且依次排列的红色微发光二极管100a、绿色微发光二极管100b以及蓝色微发光二极管电100c组成一个像素。
请参阅图8所示，在本发明一实施例中，在一个像素内，且在微发光二极管上以及相邻的微发光二极管之间，可通过曝光和显影工艺形成平坦化层203。在平坦化层203上还可以设置保护层204，保护层204设置在相邻像素之间以及像素上方。在保护层204上还可以设置保护基板205，保护基板205与保护层204键合形成密闭空腔，以保护内部的微发光二极管。形成的所述微发光二极管显示器具有寿命长，对比度高，分辨率高，响应速度快，视角广阔，色彩丰富，超高亮度和低功耗等优点，例如可应用于电视机、笔记本电脑、显示器、手机、手表、可穿戴显示器、车载装置、虚拟现实(VR)装置、扩充现实(AR)装置、可携式电子装置、游戏机或其他电子装置中。
综上所示，本发明提供的一种发光二极管外延结构及其应用与制作方法，依次在衬底上形成第一类型半导体层、发光层和第二类型半导体层，进而形成发光二极管外延结构。且在形成第二类型半导体层时，在限制层中形成不同掺杂浓度的第一子限制层、第二子限制层和第三子限制层，进而避免空穴载子进入发光层，形成杂质。同时可降低限制层的电阻，进而降低限制层的电压差，提高发光质量。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延结构，其特征在于，包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；以及
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述限制层包括：
第一子限制层；
第二子限制层，设置在所述第一子限制层远离所述发光层的一侧；以及
第三子限制层，设置在所述第二子限制层远离所述第一子限制层的一侧；
其中，所述第一子限制层具有第一掺杂浓度，所述第三子限制层具有第二掺杂浓度，且所述第二掺杂浓度大于所述第一掺杂浓度。
3.如权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于，由靠近所述第一子限制层的一侧至靠近所述第三子限制层的一侧，所述第二子限制层的离子掺杂浓度由所述第一掺杂浓度呈线性增长至所述第二掺杂浓度。
4.如权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述第一掺杂浓度的范围为3×1017atoms/cm3～5×1017atoms/cm3。
5.如权利要求2所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述第二掺杂浓度的范围为7×1017atoms/cm3～2×1018atoms/cm3。
6.如权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述第二类型半导体层中的所述限制层为P型限制层，且掺杂源为二茂镁。
7.一种发光二极管外延结构的制造方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成第一类型半导体层；
在所述第一类型半导体层上形成发光层；以及
在所述发光层上形成第二类型半导体层；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大。
8.如权利要求7所述的发光二极管外延结构的制造方法，其特征在于，所述限制层包括第一子限制层、第二子限制层和第三子限制层；且所述限制层的形成步骤包括：
在预设温度和腔体压力下，通入磷烷和二茂镁，并以氢气为载气，通入预设比例的三甲基铝和三甲基铟，控制沉积时间，生长预设厚度的第一子限制层；
保持形成所述第一子限制层的其他生长条件，逐渐增加所述二茂镁的掺杂量，控制沉积时间，生长预设厚度的第二子限制层；以及
保持形成所述第二子限制层的生长条件，控制沉积时间，生长预设厚度的第三子限制层。
9.一种微发光二极管，其特征在于，包括：
发光二极管外延结构，且所述发光二极管外延结构包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大；
第一电极，与所述第一类型半导体层连接；以及
第二电极，与所述第二类型半导体层连接。
10.一种微发光二极管显示器，其特征在于，包括：
显示基板，设置有电路层；以及
微发光二极管，电性连接于所述电路层，且所述微发光二极管包括：
发光二极管外延结构，且所述发光二极管外延结构包括：
第一类型半导体层；
发光层，设置在所述第一类型半导体层上；
第二类型半导体层，设置在所述发光层上；
其中，所述第二类型半导体层包括限制层，且由靠近所述发光层的一侧至远离所述发光层的一侧，所述限制层的掺杂浓度逐渐增大；
第一电极，与所述第一类型半导体层连接；以及
第二电极，与所述第二类型半导体层连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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