CN117525237B - 绿光Micro-LED外延片及其制备方法、绿光Micro-LED - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种绿光Micro‑LED外延片及其制备方法、绿光Micro‑LED，所述绿光Micro‑LED外延片包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层；所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的InGaN/GaN阱前多量子阱子层、InGaN/GaN绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层；所述阱后多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括InGaN阱层和复合垒层。实施本发明，能够提高绿光Micro‑LED的发光效率和发光波长均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种绿光Micro-LED外延片及其制备方法、绿光Micro-LED。
背景技术
微米级尺寸的LED芯片(Micro-LED)具有响应速度快、高光效、高可靠性、高色纯度、高对比度、可透明等优异的性能，但也存在随着芯片尺寸减小，器件峰值EQE下降和对应的电流密度增大的问题，工作电流密度处于0.01A/cm2~0.5A/cm2区间的Micro-LED效率仍明显不足。传统的可见光LED的外延结构设计都是基于大芯片、大电流、大功率的传统应用场景，相应的外延结构设计和材料生长的目标为提升大电流密度下的效率，其峰值EQE通常处于1A/cm2~4A/cm2电流密度区间，没有关注低电流密度下的器件效率。而Micro-LED的显示应用要求小尺寸、低电流以及低功率，不同电流密度下，LED器件的发光机理的主导原因存在差异，相应外延层结构也应有所变化，使用传统外延结构设计的LED已经无法满足Micro-LED的应用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种绿光Micro-LED外延片，能够显著改善发光层的质量，提升辐射复合效率，从而提高低工作电流密度下的发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种绿光Micro-LED外延片的制备方法，制得的绿光Micro-LED外延片在低工作电流密度下的发光效率高。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种绿光Micro-LED外延片，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层；
所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层；
所述阱前多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层；所述绿光多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层；所述阱后多量子阱子层为周期性结构，每个周期的阱层包括第三InGaN阱层或第四InGaN阱层，每个周期的垒层包括第一复合垒层或第二复合垒层，所述第一复合垒层和第二复合垒层均包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层；
所述第一InGaN阱层的In组分占比、所述第三InGaN阱层的In组分占比和所述第四InGaN阱层的In组分占比均小于所述第二InGaN阱层的In组分占比。
作为上述技术方案的改进，所述阱前多量子阱子层的周期数为3~6；
所述第一InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，厚度为2.8nm~4nm；
所述第一GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1.8×1017cm-3~1.2×1018cm-3，厚度为7.5nm~12nm；
所述第一InGaN阱层和所述第一GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)。
作为上述技术方案的改进，所述绿光多量子阱子层的周期数为5~9；
所述第二InGaN阱层的In组分占比为0.21~0.28，厚度为2.8nm~4nm；
所述第二GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3~7.8×1017cm-3，厚度为7.5nm~12nm；
所述第二InGaN阱层和所述第二GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)。
作为上述技术方案的改进，所述阱后多量子阱子层的周期数为1~3；每个周期包括第三InGaN阱层和第一复合垒层；
所述第三InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，厚度为2.8nm~4nm；所述第一复合垒层中，所述第三GaN垒层的厚度为3nm~6nm，所述第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.2~0.6，厚度为2nm~5nm，第四GaN垒层的厚度为3nm~6nm；
所述第三InGaN阱层和所述第一复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)。
作为上述技术方案的改进，所述第一复合垒层的厚度大于所述第二GaN垒层的厚度。
作为上述技术方案的改进，所述阱后多量子阱子层的周期数为2，第一个周期包括依次层叠的第三InGaN阱层和第一复合垒层，第二个周期包括依次层叠的第四InGaN阱层和第二复合垒层；
所述第四InGaN阱层为Mg掺杂的InGaN层，In组分占比为0.12~0.18，Mg掺杂浓度为3.6×1018cm-3~5.2×1019cm-3，厚度为2.8nm~4nm；所述第二复合垒层中，所述第三GaN垒层的厚度为3nm~6nm，所述第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.2~0.6，厚度为2nm~5nm，第四GaN垒层的厚度为3nm~6nm；
所述第四InGaN阱层和所述第二复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)。
相应的，本发明还公开了一种绿光Micro-LED外延片的制备方法，用于制备上述的绿光Micro-LED外延片，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层；
所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层；
所述阱前多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层；所述绿光多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层；所述阱后多量子阱子层为周期性结构，每个周期的阱层包括第三InGaN阱层或第四InGaN阱层，每个周期的垒层包括第一复合垒层或第二复合垒层，所述第一复合垒层和第二复合垒层均包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层；
所述第一InGaN阱层的In组分占比、所述第三InGaN阱层的In组分占比和所述第四InGaN阱层的In组分占比均小于所述第二InGaN阱层的In组分占比。
作为上述技术方案的改进，所述阱前多量子阱子层中，第一InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第一GaN垒层的生长温度为840℃~920℃，生长压力为20Torr~300Torr；
所述绿光多量子阱子层中，第二InGaN阱层的生长温度710℃~880℃，生长压力为20Torr~300Torr；第二GaN垒层的生长温度为840℃~920℃，生长压力为20Torr~300Torr；
所述阱后多量子阱子层中，第三InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第四InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第一复合垒层的生长温度为820℃~880℃，生长压力为10Torr~200Torr；第二复合垒层的生长温度为820℃~880℃，生长压力为10Torr~200Torr。
作为上述技术方案的改进，所述第一InGaN阱层、第三InGaN阱层和第四InGaN阱层生长完成后，通入NH3进行重结晶处理，处理温度为800℃~900℃，处理压力为10Torr~200Torr，处理时间为5s~30s。
相应的，本发明还公开了一种绿光Micro-LED，包括上述的绿光Micro-LED外延片。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明的发光层包括依次层叠的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层，绿光多量子阱子层为绿光Micro-LED在低工作电流密度下的发光单元。阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层的InGaN材料的In组分占比均小于绿光多量子阱子层的InGaN材料的In组分占比，有效的减少绿光多量子阱子层中InGaN材料与GaN材料之间的晶格失配应力，提高绿光多量子阱子层的质量，从而提高有源区的辐射复合效率，提高Micro-LED低工作电流密度下的光效。
2、所述阱后多量子阱子层的垒层能够有效的将电子束缚在绿光多量子阱区域参与发光，提高Micro-LED低工作电流密度下的光效，同时还起到阻挡电子并降低电子移动速率、防止电子注入到P型半导体层造成电子泄漏的作用，提高Micro-LED的良率。
3、所述阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层中InGaN材料沉积生长结束后，均进行重结晶处理，结晶质量差的InGaN材料或In组分偏高的In团簇等缺陷将被分解，然后与反应腔中的NH3反应重新结晶沉积于InGaN材料表面，有利于提高InGaN材料的质量和In组分均匀性，从而提升发光均匀性。
附图说明
图1是本发明实施例中的绿光Micro-LED外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例中的绿光Micro-LED外延片的发光层的结构示意图；
图3是本发明另一实施例中的绿光Micro-LED外延片的发光层的结构示意图；
图4是本发明实施例中的绿光Micro-LED外延片的制备方法流程图。
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，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1~图3所示，本发明实施例提供了一种绿光Micro-LED外延片，包括衬底100，及依次层叠在所述衬底100上的缓冲层200、N型半导体层300、低温应力释放层400、发光层500、电子阻挡层600和P型半导体层700。
所述发光层500包括依次层叠在所述低温应力释放层400上的阱前多量子阱子层510、绿光多量子阱子层520和阱后多量子阱子层530。
具体的，所述阱前多量子阱子层510为周期性结构，每个周期包括第一InGaN阱层511和第一GaN垒层512；所述绿光多量子阱子层520为周期性结构，每个周期包括第二InGaN阱层521和第二GaN垒层522；所述阱后多量子阱子层530为周期性结构，每个周期的阱层包括第三InGaN阱层531a或第四InGaN阱层531b，每个周期的垒层包括第一复合垒层532a或第二复合垒层532b，所述第一复合垒层532a和第二复合垒层532b均包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层。
所述第一InGaN阱层的In组分占比、所述第三InGaN阱层的In组分占比和所述第四InGaN阱层的In组分占比均小于所述第二InGaN阱层的In组分占比，发光层中，In组分占比先增大后减小，能够有效减少绿光多量子阱子层InGaN材料与GaN材料之间的晶格失配应力，提高低工作电流密度下绿光多量子阱子层的质量，从而提高有源区的辐射复合效率。
在一种实施方式中，所述阱前多量子阱子层的周期数为3~6。所述第一InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，示例性的，In组分占比为0.12、0.13、0.15、0.16或0.18，但不限于此。所述InGaN阱层的厚度为2.8nm~4nm，示例性的，厚度为2.8nm、3nm、3.2nm、3.5nm、3.8nm或4nm，但不限于此。所述第一GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1.8×1017cm-3~1.2×1018cm-3，示例性的，Si掺杂浓度为1.8×1017cm-3、2.5×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3或1.2×1018cm-3，但不限于此。所述第一GaN垒层的厚度为7.5nm~12nm，示例性的，厚度为7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、10nm或12nm，但不限于此。优选的，所述第一InGaN阱层和所述第一GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)，示例性的，厚度比为1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.5或1:4，但不限于此，通过优化第一InGaN阱层和所述第一GaN垒层的厚度比，可进一步提升发光效率。
在一种实施方式中，所述绿光多量子阱子层的周期数为5~9。所述第二InGaN阱层的In组分占比为0.21~0.28，示例性的，In组分占比为0.21、0.23、0.25、0.26或0.28，但不限于此。所述第二InGaN阱层的厚度为2.8nm~4nm，示例性的，厚度为2.8nm、3nm、3.2nm、3.5nm、3.8nm或4nm，但不限于此。所述第二GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3~7.8×1017cm-3，示例性的，Si掺杂浓度为1×1017cm-3、1.5×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3或7.8×1017cm-3，但不限于此。所述第二GaN垒层的厚度为7.5nm~12nm，示例性的，厚度为7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、10nm或12nm，但不限于此。优选的，所述第二InGaN阱层和所述第二GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)，示例性的，厚度比为1:2.8、1:3、1:3.2、1:3.5或1:4，但不限于此，通过优化第二InGaN阱层和所述第二GaN垒层的厚度比，可进一步提升发光效率。
如图2所示，在一种实施方式中，所述阱后多量子阱子层的周期数为1~3，每个周期包括第三InGaN阱层和第一复合垒层。所述第三InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，示例性的，In组分占比为0.12、0.13、0.15、0.16或0.18，但不限于此。所述第三InGaN阱层的厚度为2.8nm~4nm，示例性的，厚度为2.8nm、3nm、3.2nm、3.5nm、3.8nm或4nm，但不限于此。所述第一复合垒层中，所述第三GaN垒层的厚度为3nm~6nm，示例性的，厚度为3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm或6nm，但不限于此。所述第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.2~0.6，示例性的，Al组分占比为0.2、0.3、0.35、0.4、0.5或0.6，但不限于此。所述第一AlGaN垒层的厚度为2nm~5nm，示例性的，厚度为2nm、2.5nm、3nm、4nm、4.5nm或5nm，但不限于此。第四GaN垒层的厚度为3nm~6nm，示例性的，厚度为3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm或6nm，但不限于此。优选的，所述第三InGaN阱层和所述第一复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)，示例性的，厚度比为1:3.2、1:3.5、1:4、1:5或1:5.6，但不限于此，通过优化第三InGaN阱层和所述第一复合垒层的厚度比，可进一步提升发光效率。
所述第一复合垒层中不进行故意掺杂，能够有效将电子束缚在绿光多量子阱区域参与发光，提高Micro-LED低工作电流密度下的光效，同时还起到阻挡电子的作用，降低电子移动速率，防止电子注入到P型半导体层造成电子泄漏，提高Micro-LED的良率。在一种实施方式中，所述第一复合垒层的厚度大于所述第二GaN垒层的厚度，所述第一复合垒层的厚度相对绿光多量子阱子层的GaN材料的厚度更厚，可以进一步增强电子阻挡作用。
如图3所示，在一种实施方式中，所述阱后多量子阱子层的周期数为2，第一个周期包括依次层叠的第三InGaN阱层和第一复合垒层，第二个周期包括依次层叠的第四InGaN阱层和第二复合垒层。所述第四InGaN阱层为Mg掺杂的InGaN层，Mg掺杂浓度为3.6×1018cm-3~5.2×1019cm-3，示例性的，Mg掺杂浓度为3.6×1018cm-3、5×1018cm-3、8×1018cm-3、1×1019cm-3或5.2×1019cm-3，但不限于此。所述第四InGaN阱层可以增加绿光多量子阱层的空穴浓度，进一步增加电子空穴的复合效率。所述第四InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，示例性的，In组分占比为0.12、0.15、0.16、0.17或0.18，但不限于此。所述第四InGaN阱层的厚度为2.8nm~4nm，示例性的，厚度为2.8nm、3nm、3.2nm、3.5nm、3.8nm或4nm，但不限于此。所述第二复合垒层的结构与所述第一复合垒层的结构相同。优选的，所述第四InGaN阱层和所述第二复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)，示例性的，厚度比为1:3.2、1:3.5、1:4、1:5或1:5.6，但不限于此，通过优化第四InGaN阱层和所述第二复合垒层的厚度比，可进一步提升发光效率。
如图4所示，本发明还公开了一种绿光Micro-LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S100 提供一衬底。
S200 在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层，所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层。
具体的，在一种实施方式中，所述阱前多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为760℃~900℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第一InGaN阱层；控制反应室温度为840℃~920℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和Si源，生长第一GaN垒层；重复层叠周期性生长第一InGaN阱层和第一GaN垒层。
在一种实施方式中，所述绿光多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为710℃~880℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第二InGaN阱层；控制反应室温度为840℃~920℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和Si源，生长第二GaN垒层；重复层叠周期性生长第二InGaN阱层和第二GaN垒层。
在一种实施方式中，所述阱后多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为760℃~900℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第三InGaN阱层；控制反应室温度为820℃~880℃，压力为10Torr~200Torr，生长第一复合垒层；重复层叠周期性生长第三InGaN阱层和第一复合垒层。
具体的，第一复合垒层的制备包括以下步骤：
通入N源和Ga源，生长第三GaN垒层；保持温度和压力不变，继续通入N源、Ga源和Al源，生长第一AlGaN垒层；保持温度和压力不变，通入N源和Ga源，生长第四GaN垒层。
在一种实施方式中，所述阱后多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为760℃~900℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第三InGaN阱层；控制反应室温度为820℃~880℃，压力为10Torr~200Torr，生长第一复合垒层；控制反应室温度为760℃~900℃，压力为20Torr~300Torr，通入N源、Ga源、In源和Mg源，生长第四InGaN阱层；控制反应室温度为820℃~880℃，压力为10Torr~200Torr，生长第二复合垒层。
阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层中InGaN材料的生长温度相对绿光多量子阱子层中InGaN材料的生长温度更高，阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层中的InGaN材料采用高温生长，原子迁移率高，更偏向二维材料生长，InGaN材料中的缺陷会显著减小，更易获取高质量InGaN材料。
在一种实施方式中，所述第一InGaN阱层、第三InGaN阱层和第四InGaN阱层生长完成后，通入NH3进行重结晶处理，处理温度为800℃~900℃，处理压力为10Torr~200Torr，处理时间为5s~30s。经过重结晶处理，结晶质量差的InGaN材料或In组分偏高的In团簇等缺陷将被分解，然后与反应腔中的NH3反应重新结晶沉积于InGaN材料表面，有利于提高InGaN材料的质量和In组分均匀性，能够显著提升绿光Micro-LED的发光均匀性、良率、光效等性能。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，包括衬底及依次层叠在衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层，发光层包括依次层叠在低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层。
阱前多量子阱子层为周期性结构，周期数为5，每个周期包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层。第一InGaN阱层的In组分占比为0.15，厚度为3nm。第一GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为7.5nm。
绿光多量子阱子层为周期性结构，周期数为5，每个周期包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层。第二InGaN阱层的In组分占比为0.25，厚度为3nm。所述第二GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为7.5nm。
阱后多量子阱子层为周期性结构，周期数为2，每个周期包括第三InGaN阱层和第一复合垒层，第一复合垒层包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层。第三InGaN阱层的In组分占比为0.15，厚度为3nm。第一复合垒层中，第三GaN垒层的厚度为3nm，第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.3，厚度为2nm，第四GaN垒层的厚度为3nm。
上述绿光Micro-LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S100 提供一衬底。
S200 在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层，所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层。
具体的，阱前多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为800℃，压力为150Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第一InGaN阱层；控制反应室温度为900℃，压力为150Torr，通入N源、Ga源和Si源，生长第一GaN垒层；重复层叠周期性生长第一InGaN阱层和第一GaN垒层。
绿光多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为780℃，压力为200Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第二InGaN阱层；控制反应室温度为880℃，压力为200Torr，通入N源、Ga源和Si源，生长第二GaN垒层；重复层叠周期性生长第二InGaN阱层和第二GaN垒层。
阱后多量子阱子层的制备包括以下步骤：
控制反应室温度为800℃，压力为150Torr，通入N源、Ga源和In源，生长第三InGaN阱层；控制反应室温度为850℃，压力为120Torr，生长第一复合垒层；重复层叠周期性生长第三InGaN阱层和第一复合垒层。
具体的，第一复合垒层的制备包括以下步骤：
通入N源和Ga源，生长第三GaN垒层；保持温度和压力不变，继续通入N源、Ga源和Al源，生长第一AlGaN垒层；保持温度和压力不变，通入N源和Ga源，生长第四GaN垒层。
实施例2
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例1的区别在于，第一InGaN阱层的厚度为3nm，第一GaN垒层的厚度为10nm。其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例2的区别在于，第二InGaN阱层的厚度为3nm，第二GaN垒层的厚度为10nm。其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例3的区别在于，第三InGaN阱层的厚度为4nm，第一复合垒层中，第三GaN垒层的厚度为6nm，第一AlGaN垒层中的厚度为5nm，第四GaN垒层的厚度为6nm。其余均与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例4的区别在于，阱后多量子阱子层的周期数为2，第一个周期包括依次层叠的第三InGaN阱层和第一复合垒层，第二个周期包括依次层叠的第四InGaN阱层和第二复合垒层，第四InGaN阱层为Mg掺杂的InGaN层，Mg掺杂浓度为8×1018cm-3，In组分占比为0.15，厚度为4nm，第二复合垒层的结构与第一复合垒层的结构相同。其余均与实施例4相同。
实施例6
本实施例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例5的区别在于，阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层的InGaN材料生长完成后，通入NH3进行重结晶处理，处理温度为850℃，处理压力为120Torr，处理时间为20s。其余均与实施例5相同。
对比例1
本对比例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例1的区别在于，发光层为绿光多量子阱子层。相应的，制备方法中，不包括阱前多量子阱子层和阱后多量子阱子层的制备。其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例1的区别在于，发光层包括依次层叠在低温应力释放层上的阱前多量子阱子层和绿光多量子阱子层。相应的，制备方法中，不包括阱后多量子阱子层的制备。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种绿光Micro-LED外延片，其与实施例1的区别在于，发光层包括依次层叠在低温应力释放层上的绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层。相应的，制备方法中，不包括阱前多量子阱子层的制备。其余均与实施例1相同。
性能测试：
将实施例1~实施例6、对比例1~对比例3制得的绿光Micro-LED外延片制成20μm×20μm的绿光Micro-LED芯片，测试其光电性能。
(1)缺陷情况：XRD测试外延片(002)面和(102)面的摇摆曲线半高宽(FWHM)，外延片(002)面和(102)面的FWHM大小分别反映了螺位错和刃位错的密度。
(2)波长均匀性：PL光谱分别测量实施例1~实施例6、对比例1~对比例3制得的芯片的峰值波长(WD)，并计算每片芯片峰值波长标准差(WD_STD)。
(3)光效提升：在同一台LED点测机上，在0.5μA/3μA/10μA电流下测试，并计算实施例1~实施例6、对比例2和对比例3相较于对比例1的光效提升。
检测结果如表1所示。
表1 绿光Micro-LED的光电性能测试结果
由表1结果可知，本发明的发光层结构能够显著提高绿光Micro-LED的质量，提升发光效率和发光波长均匀性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种绿光Micro-LED外延片，其特征在于，包括衬底，及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层；
所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层；
所述阱前多量子阱子层为周期性结构，周期数为3~6，每个周期包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层；所述绿光多量子阱子层为周期性结构，周期数为5~9，每个周期包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层；所述阱后多量子阱子层为周期性结构，周期数为1~3，每个周期的阱层包括第三InGaN阱层或第四InGaN阱层，每个周期的垒层包括第一复合垒层或第二复合垒层，所述第一复合垒层和第二复合垒层均包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层；
所述第一InGaN阱层的In组分占比、所述第三InGaN阱层的In组分占比和所述第四InGaN阱层的In组分占比均小于所述第二InGaN阱层的In组分占比。
2.如权利要求1所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，所述阱前多量子阱子层中，
所述第一InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，厚度为2.8nm~4nm；
所述第一GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1.8×1017cm-3~1.2×1018cm-3，厚度为7.5nm~12nm；
所述第一InGaN阱层和所述第一GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)。
3.如权利要求1所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，所述绿光多量子阱子层中，
所述第二InGaN阱层的In组分占比为0.21~0.28，厚度为2.8nm~4nm；
所述第二GaN垒层为Si掺杂的GaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3~7.8×1017cm-3，厚度为7.5nm~12nm；
所述第二InGaN阱层和所述第二GaN垒层的厚度比为1:(2.8~4)。
4.如权利要求1所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，所述阱后多量子阱子层的每个周期包括第三InGaN阱层和第一复合垒层；
所述第三InGaN阱层的In组分占比为0.12~0.18，厚度为2.8nm~4nm；所述第一复合垒层中，所述第三GaN垒层的厚度为3nm~6nm，所述第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.2~0.6，厚度为2nm~5nm，第四GaN垒层的厚度为3nm~6nm；
所述第三InGaN阱层和所述第一复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)。
5.如权利要求4所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，所述第一复合垒层的厚度大于所述第二GaN垒层的厚度。
6.如权利要求4所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，所述阱后多量子阱子层的周期数为2，第一个周期包括依次层叠的第三InGaN阱层和第一复合垒层，第二个周期包括依次层叠的第四InGaN阱层和第二复合垒层；
所述第四InGaN阱层为Mg掺杂的InGaN层，In组分占比为0.12~0.18，Mg掺杂浓度为3.6×1018cm-3~5.2×1019cm-3，厚度为2.8nm~4nm；所述第二复合垒层中，所述第三GaN垒层的厚度为3nm~6nm，所述第一AlGaN垒层中的Al组分占比为0.2~0.6，厚度为2nm~5nm，第四GaN垒层的厚度为3nm~6nm；
所述第四InGaN阱层和所述第二复合垒层的厚度比为1:(3.2~5.6)。
7.一种绿光Micro-LED外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~6任一项所述的绿光Micro-LED外延片，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、发光层、电子阻挡层和P型半导体层；
所述发光层包括依次层叠在所述低温应力释放层上的阱前多量子阱子层、绿光多量子阱子层和阱后多量子阱子层；
所述阱前多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第一InGaN阱层和第一GaN垒层；所述绿光多量子阱子层为周期性结构，每个周期包括第二InGaN阱层和第二GaN垒层；所述阱后多量子阱子层为周期性结构，每个周期的阱层包括第三InGaN阱层或第四InGaN阱层，每个周期的垒层包括第一复合垒层或第二复合垒层，所述第一复合垒层和第二复合垒层均包括依次层叠的第三GaN垒层、第一AlGaN垒层和第四GaN垒层；
所述第一InGaN阱层的In组分占比、所述第三InGaN阱层的In组分占比和所述第四InGaN阱层的In组分占比均小于所述第二InGaN阱层的In组分占比。
8.如权利要求7所述的绿光Micro-LED外延片的制备方法，其特征在于，所述阱前多量子阱子层中，第一InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第一GaN垒层的生长温度为840℃~920℃，生长压力为20Torr~300Torr；
所述绿光多量子阱子层中，第二InGaN阱层的生长温度710℃~880℃，生长压力为20Torr~300Torr；第二GaN垒层的生长温度为840℃~920℃，生长压力为20Torr~300Torr；
所述阱后多量子阱子层中，第三InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第四InGaN阱层的生长温度为760℃~900℃，生长压力为20Torr~300Torr；第一复合垒层的生长温度为820℃~880℃，生长压力为10Torr~200Torr；第二复合垒层的生长温度为820℃~880℃，生长压力为10Torr~200Torr。
9.如权利要求7所述的绿光Micro-LED外延片的制备方法，其特征在于，所述第一InGaN阱层、第三InGaN阱层和第四InGaN阱层生长完成后，通入NH3进行重结晶处理，处理温度为800℃~900℃，处理压力为10Torr~200Torr，处理时间为5s~30s。
10.一种绿光Micro-LED，其特征在于，所述绿光Micro-LED包括如权利要求1~6中任一项所述的绿光Micro-LED外延片。
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