TWI766403B - 一種微發光二極體外延結構及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
一種微發光二極體外延結構,包含一N型層、一發光層及一P型層。該發光層包括一第一發光區與一第二發光區,所述第一發光區與所述第二發光區各自具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構具有一阱層和至少一勢壘層,所述第一發光區之該至少一勢壘層材料的平均能隙小於該第二發光區之該至少一勢壘層材料的平均能隙,該第一發光區之該阱層材料的平均能隙大於等於該第二發光區之該阱層材料的平均能隙。利用該外延結構製備的微發光二極體,可實現峰值光電轉換效率對應電流密度低於1A/cm2
,且光電轉換效率提升約30%。
Description
本發明涉及一種微發光二極體發光元件,屬於半導體光電技術領域。
傳統外延結構發光二極體(LED)的峰值光電轉換效率分佈在大於5A/cm2
的電流密度區間,如圖11所示,現有應用多數工作在高電流密度(大於10A/cm2
)區域。然而,手機(或手錶、手環)上用的微發光二極體(Micro LED)使用的電流非常小,往往在nA級的水準,換算成電流密度則在0.1~1A/cm2
之間。傳統外延結構在低於1A/cm2
電流密度下,其光電轉換效率處在非常不穩定的區間,隨著電流的微小變化,光電轉換效率亦會出現急速下降,導致傳統結構外延片無法應用於低電流密度工作需求的產品。
因此,針對手機(或手錶、手環)用途的Micro LED晶片,需要開發出峰值光電轉換效率在低電流密度區間內、光電轉換效率穩定的發光二極體外延片。 專利CN107833953A提出的一種Micro LED多重量子阱(MQW)的生長方法,所述MQW的結構為阱層(InGaN)/阻擋層(GaN)/勢壘層(GaN通H2),而在勢壘層中通入H2與在該阱層與該勢壘層間設置阻擋層,對於MQW的晶格品質與應力的改善有限,有必要提出進一步提升微發光二極體低電流特性的技術方案。
因此,本發明之目的,即在提供一種至少能夠克服先前技術的缺點的微發光二極體外延結構。
於是,本發明微發光二極體外延結構,包含一N型層、一發光層、一P型層。該發光層包括一第一發光區與一第二發光區,該第一發光區與該第二發光區各自具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構具有一阱層和至少一勢壘層。所述第一發光區比所述第二發光區更接近N型層。所述第一發光區之該至少一週期的量子阱結構的該至少一勢壘層材料的平均能隙,小於所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構的該至少一勢壘層材料的平均能隙,且所述第一發光區之該至少一週期的量子阱結構的該阱層材料的平均能隙,大於等於所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構的該阱層材料的平均能隙。
本發明之另一目的,在於提供一種製備前述微發光二極體外延結構的方法,所述製備方法包含以下工藝步驟: (1)提供一襯底;(2)在所述襯底上生長一成核層、一N型層,及一發光層;及(3)在所述發光層上生長一P型層。
本發明之功效在於:通過該發光層之所述第一發光區與所述第二發光區的能隙設計,可有效抑制該發光層靠近該P型層之一側的載流子溢流,並增加電子與電洞波函數的交疊以改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為,提高載流子輻射複合效率和光電轉換效率。
在本發明被詳細描述之前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1~3,本發明微發光二極體外延結構的第一實施例,包含互相層疊的一襯底1、一緩衝層2、一N型層3、一應力釋放層4、一發光層5,及一P型層6。
該襯底1之材料可選用藍寶石(Al2
O3
)、鍍AlN或鍍SiNx
的藍寶石(Al2
O3
)、Ga2
O3
、鍍AlN或鍍SiNx
的Ga2
O3
、SiC、GaN、ZnO、Si或Ge中的其中一種。較佳地,該襯底1之材料為鍍AlN的藍寶石。
該緩衝層2可減緩該襯底1和該N型層3之間因晶格常數差異導致的晶格失配(Lattice Mismatch),以增強後續成長之半導體層的結晶性能。較佳地,該緩衝層2之材料為未摻雜的GaN,且其厚度為1~3μm。
較佳地,該N型層3之材料為n型摻雜的GaN,其摻雜濃度介於1019
~2.5×1019
cm-3
,且其厚度為1~3μm。
該應力釋放層4用於減小該發光層5與該N 型層3間的晶格失配,並釋放因晶格常數差異導致的應力以改善晶格品質。較佳地,該應力釋放層4的材料為InGaN或GaN。
該發光層5包括一第一發光區51與一第二發光區52,且所述第一發光區51比所述第二發光區52更接近N型層3。所述第一發光區51與所述第二發光區52各自具有至少一週期的量子阱結構。所述第一發光區51之該至少一週期的量子阱結構沿該N型層3往該P型層6的方向具多個勢壘層和一阱層514,該等勢壘層沿所述方向區分為一第一勢壘層511、一第二勢壘層512,及一第三勢壘層513。在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該阱層514的材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,且厚度介於1~100Å,該第一勢壘層511、該第二勢壘層512,及該第三勢壘層513的材料為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,且厚度介於10~1000Å,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層512材料的能隙,大於等於該第一勢壘層511材料的能隙和該第三勢壘層513材料的能隙,目的是為了有效抑制載流子溢流,以調節所述第一發光區51的能帶結構。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層512材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層511材料的平均Al莫耳百分比與該第三勢壘層513材料的平均Al莫耳百分比。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層511、該第二勢壘層512及該第三勢壘層513為全部或部分n型摻雜,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
。
較佳地,所述第一發光區51之量子阱結構的週期數為1~5,且每一週期的量子阱結構的材料組成相同,更佳地,所述第一發光區51之量子阱結構的週期數為2。
較佳地,所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層511材料為摻雜Si的GaN,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層512材料為摻雜Si的AlGaN,Al的莫耳百分比約為1~10%,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第三勢壘層513材料為摻雜Si的GaN,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該阱層514的材料為InGaN,且其平均In莫耳百分比約為18%,厚度約為5~50 Å,更佳地為20 Å。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層511、該第二勢壘層512,及該第三勢壘層513的總厚度與該阱層514的厚度比在5:1~20:1之間。
較佳地,在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層512的厚度大於該第一勢壘層511和該第三勢壘層513的厚度。
所述第二發光區52之該至少一週期的量子阱結構具有多個勢壘層和一阱層524,該等勢壘層沿該N型層3往該P型層6的方向區分為一第一勢壘層521、一第二勢壘層522、一第三勢壘層523,及一第四勢壘層525,該阱層254在該第三勢壘層523與該第四勢壘層525之間。在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該阱層524材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,且厚度介於1~100Å,該第一勢壘層521、該第二勢壘層522、該第三勢壘層523,及該第四勢壘層525材料分別為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,且厚度分別介於10~1000Å,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層522材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層521材料的平均Al莫耳百分比與該第三勢壘層523材料的平均Al莫耳百分比,且該第四勢壘層525材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層521材料的平均Al莫耳百分比、該第二勢壘層522材料的平均Al莫耳百分比,及該第三勢壘層523材料的平均Al莫耳百分比。
所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,大於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙。所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該阱層524的平均能隙,大於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514的平均能隙。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層522材料的能隙,大於或等於該第一勢壘層521材料的能隙及該第三勢壘層523材料的能隙,且該第四勢壘層525材料的能隙大於該第二勢壘層522材料的能隙,而設計該第四勢壘層525的材料能隙最高是為了有效阻擋電子溢流,以改善小電流注入下的載流子複合行為,進而提升小電流注入下的發光效率。
較佳地,所述第二發光區52之量子阱結構的週期數為1~5,每一週期的量子阱結構的材料組成相同,更佳地,所述第二發光區52之量子阱結構的週期數為1。
較佳地,在所述第二發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層521、該第二勢壘層522及該第三勢壘層523為全部或部分n型摻雜,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,該第四勢壘層525為非故意摻雜。
較佳地,所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,小於所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514材料的平均In莫耳百分比,小於等於所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該阱層524材料的平均In莫耳百分比。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層521的材料為非故意摻雜的GaN,其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層522材料為摻雜Si的AlGaN,其中Al的莫耳百分比約為1~10%,更佳地為2.5%,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為30~100 Å。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第三勢壘層523材料為摻雜Si的GaN,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該阱層524材料為InGaN,其In的平均莫耳百分比約為20%,其厚度約為5~50 Å,更佳地為20 Å。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第四勢壘層525由互相疊置的一層GaN與一層AlGaN構成,其厚度約為50~100 Å,且其Al的平均莫耳百分比約為5~50%,更佳地為15%。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層521、該第二勢壘層522,及該第三勢壘層523的總厚度與該阱層524的厚度比在5:1~20:1之間。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第四勢壘層525的厚度與該阱層524的厚度比在5:1~20:1之間。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層522的厚度大於該第一勢壘層521和該第三勢壘層523的厚度。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第四勢壘層525的厚度分別大於該第一勢壘層521和該第三勢壘層523的厚度。
參閱圖4~6,本發明微發光二極體外延結構的一第二實施例與該第一實施例大致相同,不同處在於,本第二實施例的該發光層5還具有一位於所述第一發光區51與所述第二發光區52間的一第三發光區53。
所述第三發光區53具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構沿該N型層3往該P型層6的方向具有多個勢壘層和一阱層534,該等勢壘層沿所述方向區分為一第一勢壘層531、一第二勢壘層532,及一第三勢壘層533。在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該阱層534材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,且厚度介於1~100Å,該第一勢壘層531、該第二勢壘層532,及該第三勢壘層533材料為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,且厚度分別介於10~1000Å,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,介於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,與所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙之間。且所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該阱層534的平均能隙,介於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514的平均能隙,與所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該阱層524的平均能隙之間。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層532材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層531材料的平均Al莫耳百分比與該第三勢壘層533材料的平均Al莫耳百分比。
較佳地,所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,大於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,且所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該阱層534的平均能隙,小於所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514的平均能隙,其目的是確保位元在該發光層5靠近P型層6之一側的載流子溢流能得到有效抑制,同時又保證發光層5之材料的應力得以有效釋放,進而改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為。
較佳地,所述第三發光區53之該至少一週期量子結構的等勢壘層材料平均Al莫耳百分比,介於所述第一發光區51之至少一週期量子結構的該等勢壘層材料平均Al莫耳百分比,與所述第二發光區52之該至少一週期量子結構的該等勢壘層材料平均Al莫耳百分比間,所述第三發光區53之該至少一週期量子結構的該阱層534材料平均In莫耳百分比,介於所述第一發光區51之該至少一週期量子結構的該阱層514材料平均In莫耳百分比,與所述第二發光區52之該至少一週期量子結構的該阱層524材料平均In莫耳百分比間。較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期的量子阱結構中,該第二勢壘層532材料的能隙大於該第一勢壘層531材料的能隙與該第三勢壘層533材料的能隙。
較佳地,所述第三發光區53之該至少一週期的量子阱結構的該第二勢壘層532的厚度分別大於該第一勢壘層531的厚度與該第三勢壘層533的厚度。
較佳地,所述第三發光區53之量子阱結構的週期數為1~5,且每個週期的量子阱結構的材料組成相同,更佳地,所述第三發光區53之量子阱結構的週期數為2。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層531、該第二勢壘層532及該第三勢壘層533為全部或部分n型摻雜,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層531材料為非故意摻雜的GaN,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層532材料為摻雜Si的AlGaN,Al的莫耳百分比約為1~10%,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為30~100 Å。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第三勢壘層533材料為摻雜Si的GaN,所述摻雜濃度介於1017
~1019
cm-3
,且其厚度約為5~50 Å。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該阱層534的材料為InGaN,其平均In莫耳百分比約為19%,厚度約為5~50 Å,更佳地為20 Å。
較佳地,在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層531、該第二勢壘層532,及該第三勢壘層533的總厚度與該阱層534的厚度比在5:1~20:1之間。
利用本第二實施例之該微發光二極體外延結構製備成微發光二極體晶片,所述微發光二極體晶片的水平尺寸為19μm ×31μm,其測試結果如圖12所示,在0.5 A/cm2
的電流密度下,所述微發光二極體晶片的亮度相比所述傳統外延結構發光二極體晶片的亮度提升約30%。將所述微發光二極體晶片封裝之後,進行光電轉換效率(Wall-Plug Efficiency,WPE)隨電流密度(J)變化的測試,測試結果如圖13所示,與該傳統外延結構發光二極體晶片相比,其峰值光電轉換效率(Peak-WPE)對應的電流密度(J)由4.0A/cm2
下降至0.7A/cm2
。
參閱圖7~9,本發明微發光二極體外延結構的一第三實施例與該第二實施例大致相同,不同之處在於,所述第一發光區51之該至少一週期的量子阱結構具有多個阱層,該等阱層可區分為一第一阱層514A、一第二阱層514B,及一第三阱層514C。所述第二發光區52之該至少一週期的量子阱結構具有多個阱層,該等阱層可區分為一第一阱層524A、一第二阱層524B,及一第三阱層524C。所述第三發光區53之該至少一週期的量子阱結構具有多個阱層,該等阱層可區分為一第一阱層534A、一第二阱層534B,及一第三阱層534C。而多個阱層的結構設計,可進一步減小該等阱層因高In組成與該等勢壘層的晶格失配所產生的應力。
較佳地,所述第一發光區51的所述第一阱層514A、所述第二發光區52的所述第一阱層524A,及所述第三發光區53的所述第一阱層534A的材料為InGaN,且其厚度為3~8 Å。
較佳地,所述第一發光區51的所述第二阱層514B、所述第二發光區52的所述第二阱層524B,及所述第三發光區53的所述第二阱層534B的材料為InGaN,厚度為5~15 Å。
較佳地,所述第一發光區51的所述第三阱層514C、所述第二發光區52的所述第三阱層524C,及所述第三發光區53的所述第三阱層534C的材料為InGaN,In的莫耳百分比平均約為20%,厚度為3~8 Å。
本發明微發光二極體外延結構的第四實施例與該第二實施例大致相同,不同之處在於,所述第二發光區52之該至少一週期的該第四勢壘層525為GaN、AlGaN及AlN中的兩種材料以任意順序交疊的組合結構,或者為GaN、AlGaN及AlN以任意順序交疊的組合結構,例如以一層GaN、一層AlGaN及一層AlN的排列順序交疊N次、或以一層GaN與一層AlGaN交疊N次再加上一層AlN,或者是在一層GaN的基礎上以一層AlGaN和一層AlN相互交疊N次等,其中,1≤N≤20。該第四勢壘層525材料的Al平均莫耳百分比為5%~50%。本第四實施例的該第四勢壘層525之設計為可進一步降低電子溢流,以增加電子空穴波函數交疊與改善小電流注入下的載流子複合行為,進而提升低電流密度下的亮度。
參閱圖10,本發明的第五實施例,提供一種微發光二極體外延結構的製作方法,包含以下步驟:
(1)提供一襯底1。該襯底1的材料可以選用藍寶石(Al2
O3
)、鍍AlN或鍍SiNx
的藍寶石(Al2
O3
)、Ga2
O3
、鍍AlN或鍍SiNx
的Ga2O3、SiC、GaN、ZnO、Si或Ge中的其中一種,較佳地,該襯底1之材料為鍍AlN的藍寶石。
(2)在該襯底1上外延生長一成核層(圖未示)。外延生長方法可以選用金屬有機化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Phase Deposition,MOCVD)方法、分子束外延(Molecular Beam Epitaxy,MBE)方法、化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,CVD)方法、氫化物氣相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy,HVPE)方法、電漿輔助化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)方法,較佳地,選用MOCVD方法外延成長所述成核層:將鍍AlN的藍寶石襯底1放入MOCVD腔室,先進行氫化處理以去除襯底1表面的雜質,在溫度為500~600℃的環境下生長厚度約為20 nm的所述成核層。較佳地,所述成核層材料為AlGaN。
(3)在該成核層上依次外延生長一緩衝層2和一N型層3。該緩衝層2用以減少該襯底1和該N型層3之間晶格常數差導致的晶格失配,以增強形成在該緩衝層2上的半導體層結晶性能,本實施例不以此為限。較佳地,該緩衝層2之材料為U-GaN,該N型層3之材料為n型摻雜的GaN。
該緩衝層2的生長模式為三維模式與二維模式:首先在所述成核層上,以三維模式形成島狀形貌,而能最大程度地使得位錯發生轉向與合併,之後轉為以二維模式生長而形成平整的表面,生長厚度約為1~3μm。之後生長該N型層3,其厚度為1~3μm,所述摻雜濃度在1019
~2.5×1019
cm-3
之間。
(4)在該N型層3上成長一應力釋放層4。在溫度為750~950℃的環境下生長該應力釋放層4,較佳地,該應力釋放層4為以InGaN和GaN交替生長的週期性結構。該應力釋放層4可進一步減小後續該發光層5與N型層3材料GaN間的失配位錯,以釋放應力並改善晶體品質。
(5)在該應力釋放層4上成長一第一發光區51。所述第一發光區51與一第二發光區52及一第三發光區53構成一發光層5。所述第一發光區51具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構的生長方法如下:
在溫度為700~950℃的環境下生長一第一勢壘層511,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第一勢壘層511的材料為摻雜Si的GaN,所述摻雜濃度約為1017
~1019
cm-3
,其厚度約為5~50 Å,生長速率約為0.9 Å /s。
該第一勢壘層511生長結束後,在溫度為700~950℃的環境下生長一第二勢壘層512,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第二勢壘層512材料為摻雜Si的 AlGaN,所述摻雜濃度約為1017
~1019
cm-3
,其厚度約為30~100Å,生長速率約為1.5Å/s,生長過程中通入三甲基鋁(Trimethyl Aluminum,TMAL) 2sccm,Al的莫耳百分比約為1~10%,更佳地為1.5%。
該第二勢壘層512生長結束後,停止通入TMAL,在溫度為700~950℃的環境下生長一第三勢壘層513,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第三勢壘層513材料為摻雜Si的 GaN,其厚度約為5~50Å,生長速率約為0.9Å/s,所述摻雜濃度約為1017
~1019
cm-3
。
該第三勢壘層513生長結束後,停止通入SiH4
,在溫度為700~900℃的環境下生長一阱層514,其生長速率介於0.01~1 Å/s。較佳地,該阱層514材料為InGaN,平均In莫耳百分比為18%,通入三甲基銦(Trimethyl Indium,TMIN) 800sccm,生長速率約為0.3Å/s,厚度約為5~50Å,更佳地為20Å。
較佳地,在溫度為800~900℃的環境下生長該第一勢壘層511,該第一勢壘層511生長結束後,升溫10~50℃以生長該第二勢壘層512,該第二勢壘層512生長結束後,降溫10~50℃以生長該第三勢壘層513,該第三勢壘層513生長結束後,最後降溫至700~800℃以生長該阱層514。
較佳地,所述第一發光區51之量子阱結構的的週期數為1~5,且每一週期內的量子阱結構的材料組成相同的。較佳地,所述第一發光區51之量子阱結構的的週期數為2。
在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該阱層514材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,該第一勢壘層511、該第二勢壘層512,及該第三勢壘層513材料分別為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
在所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構中,該第二勢壘層512材料的能隙,大於等於該第一勢壘層511材料的能隙和該第三勢壘層513材料的能隙,其目的是為了有效抑制載流子溢流,並調節所述第一發光區51的能帶結構,而該第一勢壘層511、該第二勢壘層512、與該第三勢壘層513的生長溫度和生長速率的變化,是為了在提高生產效率的同時,通過調整不同生長溫度區間的勢壘層長速,改善MQW區材料的晶體品質。
(6)在所述第一發光區51上成長所述第三發光區53。所述第三發光區53具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構的生長方法如下:
在溫度為700~950℃的環境下生長一第一勢壘層531,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第一勢壘層531材料為非故意摻雜的GaN,生長速率約為0.6 Å /s,厚度約為5~50 Å。
該第一勢壘層531生長結束後,在溫度為700~950℃的環境下生長一第二勢壘層532,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第二勢壘層532材料為摻雜Si的 AlGaN,Al的組分約為1~10%,更佳地為2%。所述摻雜濃度為1017
~1019
cm-3
,生長該第二勢壘層532時通入TMAL 2.5sccm,生長速率約為0.9 Å /s,厚度約為30~100 Å。
該第二勢壘層532生長結束後,停止通入TMAL,在溫度為700~950℃的環境下生長一第三勢壘層533,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第三勢壘層533的材料為摻雜Si的GaN,生長速率約為0.6 Å /s,厚度約為5~50 Å, 所述摻雜濃度約為1017
~1019
cm-3
。
該第三勢壘層533生長結束後,停止通入SiH4
,在溫度為700~900℃的環境下生長一阱層534,其生長速率介於0.01~1 Å/s。較佳地,該阱層534材料為InGaN,生長該阱層534時通入TMIN 900sccm,生長速率約為0.2 Å /s,厚度約為5~50 Å,更佳地為20Å, 該阱層534的平均In莫耳百分比約為19%。
較佳地,在溫度為800~900℃的環境下生長該第一勢壘層531,該第一勢壘層531生長結束後,升溫10~50℃以生長該第二勢壘層532,該第二勢壘層532生長結束後,降溫10~50℃以生長該第三勢壘層533,該第三勢壘層533生長結束後,最後降溫至700~800℃以生長該阱層534。
較佳地,所述第三發光區53之量子阱結構的的週期數為1~5,且每一週期內的量子阱結構的材料組成相同。更佳地,所述第三發光區53之量子阱結構的的週期數為2。
在所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構中,該阱層534材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,該第一勢壘層531、該第二勢壘層532,及該第三勢壘層533材料為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
所述第三發光區53之該至少一週期結構的該等勢壘層的平均能隙大於第所述第一發光區51之該至少一週期結構的該等勢壘層的平均能隙,且所述第三發光區53之該至少一週期結構的該阱層534的平均能隙小於所述第一發光區51之該至少一週期結構的該阱層514的平均能隙,其目的是有效保證該發光層5靠近該P型層6一側的載流子溢流得到有效抑制,同時又保證該發光層5材料的應力得以有效釋放,進而改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為。
所述第三發光區53之該至少一週期結構的該等勢壘層的生長速率,小於等於所述第一發光區51之該至少一週期結構的該等勢壘層的生長速率,而所述第三發光區53之該至少一週期結構的該阱層534的生長速率,小於等於所述第一發光區51之該至少一週期結構的該阱層514的生長速率,其目的是為了通過使該發光層5靠近該P型層6的一側有較低的生長速率,以得到更好的晶體品質。
(7)在所述第三發光區53上成長所述第二發光區52,所述第二發光區52具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構的生長方法如下:
在溫度為700~950℃的環境下生長一第一勢壘層521,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第一勢壘層521的材料為非故意摻雜的GaN,其生長速率約為0.3 Å /s,厚度約為5~50 Å。
該第一勢壘層521生長結束後,在溫度為700~950℃的環境下生長一第二勢壘層522,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第二勢壘層522的材料為摻雜Si的 AlGaN,所述摻雜濃度約為1017
~1019
cm-3
,其厚度約為30~100 Å,生長時通入TMAL 3sccm,生長速率約為0.5 Å /s,Al的莫耳百分比約為1~10%,更佳地為2.5%。
該第二勢壘層522生長結束後,停止通入TMAL,在溫度為700~950℃的環境下生長一第三勢壘層523,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第三勢壘層523材料為摻雜Si的 GaN材料,生長速率約為0.3 Å /s,厚度約為5~50 Å。
該第三勢壘層523生長結束後,在溫度為700~900℃的環境下生長一阱層524,其生長速率介於0.01~1 Å/s。較佳地,該阱層524的材料為InGaN,其平均In莫耳百分比約為20%,生長時通入TMIN 1000sccm,生長速率約為0.1 Å /s,厚度約為5~50 Å,更佳地為20 Å。
該阱層524生長結束後,在溫度為700~950℃的環境下生長一第四勢壘層525,其生長速率介於0.1~10 Å /s。較佳地,該第四勢壘層525的材料為GaN/AlGaN,生長速率為0.5 Å /s,厚度約為50~100 Å, Al的平均莫耳百分比約為5~50%,更佳地為15%。
較佳地,在溫度為800~900℃的環境下生長該第一勢壘層521,該第一勢壘層521生長結束後,升溫10~50℃以生長該第二勢壘層522,該第二勢壘層522生長結束後,降溫10~50℃以生長該第三勢壘層523,該第三勢壘層523生長結束後,降溫至700~800℃以生長該阱層524,最後,升溫至800~900℃生長該第四勢壘層525。
較佳地,所述第二發光區52之量子阱結構的週期數為1~5,且每一週期內的量子阱結構的材料組成相同。更佳地,所述第二發光區52之量子阱結構的的週期數為1。
在所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該阱層材料為Alx
Iny
Ga1-x-y
N,該第一勢壘層521、該第二勢壘層522、該第三勢壘層523及該第四勢壘層525材料分別為Alp
Inq
Ga1-p-q
N,其中,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
較佳地,在所述第二發光區52之該至少一週期結構中,該第四勢壘層525材料的能隙大於等於該第一勢壘層521材料的能隙、該第二勢壘層522材料的能隙,及該第三勢壘層523材料的能隙,設計該第四勢壘層525的材料能隙最高,是為了有效阻擋電子溢流,改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為。
如圖6所示,所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,大於所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,和所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該等勢壘層的平均能隙,且所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該阱層524的平均能隙,小於所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該等阱層534的平均能隙,和所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514的平均能隙,其目的同樣是有效保證該發光層5靠近該P型層6一側的載流子溢流得到有效抑制,同時又保證該發光層5材料的應力得以有效釋放,進而改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為。
所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該阱層524的生長速率,小於等於所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該阱層534的生長速率和所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該阱層514的生長速率,目的是為了通過控制該發光層5靠近該P型層6的一側有較低的生長速率,以得到更好的晶體品質,從而改善小電流注入下的載流子複合行為,進而提升小電流注入下的發光效率。
(8)在該發光層5上生長一P型層6。該P型層6依序包括一低溫部(圖未示)、一第一高溫部(圖未示)及一第二高溫部(圖未示)。設置該低溫部的目的是為保護該發光層5不被後續的高溫生長環境破壞,一方面該低溫部可提供較高的空穴注入。該第一高溫部與該第二高溫部用以填平該低溫部的表面。較佳地,該第一高溫部材料為P-AlGaN,該第二高溫部材料為P-GaN。
本第五實施例之該等勢壘層與該等阱層是以連續生長的方式生長,但在實施時,在本發明之其他實施態樣中,該等勢壘層與該等阱層也可以用中斷生長的方式生長,所述連續生長與所述中斷生長之區別簡述如下:
所述連續生長是在勢壘層或阱層生長過程中不間斷地通入III族生長源(例如三甲基鋁、三甲基鎵或三甲基銦),而持續地進行勢壘層或阱層的生長。所述連續生長包含兩種形式:(1) 在切換生長溫度的升溫或降溫過程中,即通入III族生長源以進行下一勢壘層或阱層的生長,直到生長至預定的厚度才停止通入III族生長源;(2) 在切換生長溫度的升溫或降溫過程中停止通入III族生長源,直到抵達預定生長溫度才通入III族生長源,並持續到生長至預定厚度才中斷。
所述中斷生長是在勢壘層或阱層生長的過程中,有部分時間中止III族生長源的供應,以所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構為例:當該阱層524結束生長後,接著生長部分厚度的該第四勢壘層525(例如10 Å)作為該阱層524的保護層,之後停止III族生長源的供應並升溫至該第四勢壘層525的生長溫度,再通入III族生長源以成長該第四勢壘層525至預定的厚度(例如50 Å),這種分段生長的方式,可以讓部分厚度的該第四勢壘層524作為該阱層524的保覆層而不讓該阱層中的III族元素在升溫過程中脫附,且升至高溫後再進行餘下的勢壘層生長,還能得到更優質的勢壘層質量。
本第五實施例通過該發光層5的複合結構設計,提高載流子注入效率和複合效率,可有效抑制載流子溢流,增加電子空穴波函數交疊,從而改善小電流注入下的載流子輸運和複合行為。另一方面,藉由控制不同發光區之勢壘層與阱層的厚度與生長速度,可減小該發光層5與位於其下方外延結構間的晶格失配,和減緩該發光層5中每一發光區中該等勢壘層與該阱層間的晶格失配,並減小應力而改善量子阱結構的生長品質,使得峰值效率向小電流密度移動,以提升低電流下發光效率。
本發明的第六實施例第至與該第五實施例大致相同,不同之處在於步驟(5)的所述第一發光區51、步驟(6)所述第二發光區52,及步驟(7)所述第三發光區53,分別具有多個阱層,以下僅針對該第六實施例與該第五實施例的不同之處說明如下:
於步驟(5)中,所述第一發光區51之該至少一週期量子阱結構的該第三勢壘層513生長結束後,降溫至該阱層514的生長溫度(700~800℃)過程中即開始生長一第一阱層514A,通入TMIN 1000sccm,較佳地,該第一阱層514A的材料為InGaN,生長速率約為0.6Å/s,厚度約為3~8Å,該第一阱層514A生長結束後,生長一第二阱層514B,較佳地,該第二阱層514B的材料為InGaN,生長速率約為0.3Å/s,厚度約為5~15Å,該第二阱層514B生長結束後,升溫至該第一勢壘層511生長溫度(800~900℃)過程中即開始生長一第三阱層514C,較佳地,該第三阱層514C的材料為InGaN,生長速率約為0.6Å/s,厚度約為3~8Å,平均In莫耳百分比約為20%。
於步驟(6)中,所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構的該第三勢壘層533生長結束後,降溫至該阱層534的生長溫度(700~800℃)過程中即開始生長一第一阱層534A,較佳地,該第一阱層534A的材料為InGaN,通入TMIN 1000sccm,生長速率約為0.4Å/s,厚度約為3~8Å,該第一阱層534A生長結束後,生長一第二阱層534B,較佳地,該第二阱層534B的材料為InGaN,生長速率約為0.2Å/s,厚度約為5~15Å,該第二阱層534B生長結束後,升溫至該第一勢壘層531生長溫度(800~900℃)過程中即開始生長一第三阱層534C,較佳地,該第三阱層534C的材料為InGaN,生長速率約為0.4Å/s,厚度約為3~8Å。平均In莫耳百分比約為20%。
於步驟(7)中,所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該第三勢壘層523生長結束後,降溫至該阱層524的生長溫度(700~800℃)過程中,即開始生長一第一阱層524A,較佳地,該第一阱層524A的材料為InGaN,通入TMIN 1000sccm,速率約為0.2Å/s,厚度約為3~8Å,該第一阱層524A生長結束後,生長一第二阱層524B,較佳地,該第二阱層524B的材料為InGaN,速率約為0.1Å/s,厚度約為5~15Å,該第二阱層524B生長結束後,升溫至該第一勢壘層521生長溫度(800~900℃)過程中即開始生長一第三阱層524C,較佳地,該第三阱層524C的材料為InGaN,速率約為0.1Å/s,厚度約為3~8Å,平均In莫耳百分比約為20%。該第三阱層524C生長結束後,升溫至800~900℃以生長該第四勢壘層525。
本第六實施例之所述第一發光區51、所述第二發光區52及所述第三發光區53之該至少一週期量子阱結構分別具有多個阱層的設計,是為了進一步減小高In莫耳百分比之阱層與該等勢壘層的晶格失配應力,此設計通過調整不同生長溫度區間之阱層的生長速率,可以進一步改善週期內的每一阱層與每一勢壘層的失配應力,並改善MQW晶體品質,從而改善元件的低電流特性。
本發明的第七實施例第至與該第五實施例大致相同,不同之處在於本第七實施例之該發光層5不具有所述第三發光區53,也就是說,該發光層5只具有所述第一發光區51與所述第二發光區52。
本發明的第八實施例第至與該第五實施例大致相同,不同之處在於所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構的該第四勢壘層525的材料,具體說明如下:
所述第二發光區52之該至少一週期量子阱結構中,該第四勢壘層525為GaN、AlGaN及AlN中的兩種材料以任意順序交疊的組合結構,或者為GaN、AlGaN及AlN以任意順序交疊的組合結構,例如以一層GaN、一層AlGaN及一層AlN的排列順序交疊N次、或以一層GaN與一層AlGaN交疊N次再加上一層AlN,或者是在一層GaN的基礎上以一層AlGaN和一層AlN相互交疊N次等,其中,1≤N≤20,且Al平均莫耳百分比為5%~50%,其目的是為了進一步降低電子溢流,增加電子空穴波函數交疊,改善小電流注入下的載流子複合行為,提升低電流密度下亮度。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1:襯底
2:緩衝層
3:N型層
4:應力釋放層
5:發光層
51:第一發光區
511:第一發光區的第一勢壘層
512:第一發光區的第二勢壘層
513:第一發光區的第三勢壘層
514:第一發光區的阱層
514A:第一發光區的第一阱層
514B:第一發光區的第二阱層
514C:第一發光區的第三阱層
52:第二發光區
521:第二發光區的第一勢壘層
522:第二發光區的第二勢壘層
523:第二發光區的第三勢壘層
524:第二發光區的阱層
524A:第二發光區的第一阱層
524B:第二發光區的第二阱層
524C:第二發光區的第三阱層
525:第二發光區的第四勢壘層
53:第三發光區
531:第三發光區的第一勢壘層
532:第三發光區的第二勢壘層
533:第三發光區的第三勢壘層
534:第三發光區的阱層
534A:第三發光區的第一阱層
534B:第三發光區的第二阱層
534C:第三發光區的第三阱層
6:P型層
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現,其中:
圖1是一示意圖,說明本發明微發光二極體外延結構之第一實施例;
圖2是一示意圖,說明該第一實施例之一第一發光區的單一週期量子阱結構;
圖3是一示意圖,說明該第一實施例之一第二發光區的單一週期量子阱結構;
圖4是一示意圖,說明本發明微發光二極體外延結構之第二實施例;
圖5是一示意圖,說明該第二實施例之一第三發光區的單一週期量子阱結構;
圖6是一示意圖,說明該第二實施例之一發光層的能帶結構;圖7是一示意圖,說明本發明微發光二極體外延結構之第三實施例的一第一發光區的單一週期量子阱結構;
圖8是一示意圖,說明該第三實施例之一第三發光區的單一週期量子阱結構;
圖9是一示意圖,說明該第三實施例之一第二發光區的單一週期量子阱結構;
圖10是一流程圖,說明本發明第四實施例的微發光二極體外延結構製備方法;
圖11是一分佈圖,說明一傳統外延結構發光二極體的光電轉換效率對電流密度的分佈關係;
圖12是一分佈圖,說明該第一實施例與該傳統外延結構發光二極體,在電流密度0.5A/cm2
下亮度對波長的分佈關係;及
圖13是一分佈圖,說明該第一實施例與該傳統外延結構發光二極體,光電轉換效率對電流密度的分佈關係。
1:襯底
2:緩衝層
3:N型層
4:應力釋放層
5:發光層
51:第一發光區
52:第二發光區
6:P型層
Claims (38)
- 一種微發光二極體外延結構,包含 一N型層: 一P型層;及 一發光層,位在該N型層與該P型層間,並包括一第一發光區與一第二發光區,所述第一發光區與所述第二發光區各自具有至少一週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構具有一阱層和至少一勢壘層,所述第一發光區比所述第二發光區更接近該N型層,所述第一發光區之該至少一週期量子阱結構的所述勢壘層材料的平均能隙,小於所述第二發光區之該至少一週期量子阱結構的所述勢壘層材料的平均能隙,且所述第一發光區之該至少一週期量子阱結構的該阱層材料的平均能隙,大於等於所述第二發光區之該至少一週期量子阱結構的該阱層材料的平均能隙。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第一發光區內,該至少一週期的量子阱結構具有多個勢壘層,該等勢壘層區分為一第一勢壘層、一第二勢壘層,及一第三勢壘層,該第二勢壘層位於該第一勢壘層和該第三勢壘層之間,該第二勢壘層材料的能隙大於該第一勢壘層材料的能隙與該第三勢壘層材料的能隙。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第二發光區內,該至少一週期之量子阱結構具有多個勢壘層,該等勢壘層區分為一第一勢壘層、一第二勢壘層、一第三勢壘層,及一第四勢壘層,該第二勢壘層材料的能隙大於該第一勢壘層材料的能隙與該第三勢壘層材料的能隙,該第四勢壘層材料的能隙大於該第二勢壘層材料的能隙。
- 如請求項2所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第一發光區之該至少一週期結構的該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層的厚度為10~1000Å,且該阱層的厚度為1~100Å。
- 如請求項3所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第二發光區之該至少一週期結構的該第一勢壘層、該第二勢壘層、該第三勢壘層,及該第四勢壘層的厚度為10~1000Å,且該阱層的厚度為1~100Å。
- 如請求項2或3所述的微發光二極體外延結構,其中,該至少一週期的量子阱結構中,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層的總厚度與該阱層的厚度比在5:1~20:1之間。
- 如請求項3所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構中,該第四勢壘層的厚度與該阱層的厚度比在5:1~20:1之間。
- 如請求項2或3所述的微發光二極體外延結構,其中,該至少一週期的量子阱結構中,該第二勢壘層的厚度分別大於該第一勢壘層的厚度與該第三勢壘層的厚度。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第二發光區的該至少一週期的量子阱結構中,該第四勢壘層的厚度分別大於該第一勢壘層的厚度與該第三勢壘層的厚度。
- 如請求項2所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第一發光區之該至少一週期量子阱結構中,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層為全部或部分n型摻雜。
- 如請求項3所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構中,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層為全部或部分n型摻雜,該第四勢壘層為非故意摻雜層。
- 如請求項10或11所述的微發光二極體外延結構,其中,該至少一週期的量子阱結構中,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層為全部或部分n型摻雜,且所述摻雜的濃度為1017 ~1019 cm-3 。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第一發光區之量子阱結構的週期數為1~5,所述第二發光區之量子阱結構的週期數為1~5。
- 如請求項2所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第一發光區之該至少一週期的量子阱結構中,該阱層由Alx Iny Ga1-x-y N材料組成,該第一勢壘層、該第二勢壘層及該第三勢壘層由Alp Inq Ga1-p-q N材料組成,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
- 如請求項3所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構中,該阱層由Alx Iny Ga1-x-y N材料組成,該第一勢壘層、該第二勢壘層、該第三勢壘層,及該第四勢壘層由Alp Inq Ga1-p-q N材料組成,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第一發光區之該至少一週期量子阱結構的所述勢壘層材料的平均Al莫耳百分比小於所述第二發光區之該至少一週期量子阱結構的所述勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,所述第一發光區之該至少一週期量子阱結構的該阱層材料的平均In莫耳百分比,小於等於所述第二發光區之該至少一週期量子阱結構的該阱層材料的平均In莫耳百分比。
- 如請求項2或3所述的微發光二極體外延結構,其中,該至少一週期的量子阱結構中,該第二勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層與該第三勢壘層材料的平均Al莫耳百分比。
- 如請求項3所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第二發光區之該至少一週期的量子阱結構內,該第四勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層材料的平均Al莫耳百分比、該第二勢壘層材料的平均Al莫耳百分比及該第三勢壘層材料的平均Al莫耳百分比。
- 如請求項1所述的微發光二極體外延結構,其中,所述發光層還包括一位於所述第一發光區與所述第二發光區間的第三發光區,所述第三發光區具有至少一個週期的量子阱結構,該至少一週期的量子阱結構具有多個勢壘層及一阱層,該等勢壘層區分為一第一勢壘層、一第二勢壘層,及一第三勢壘層,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層之材料的能隙,介於所述第一發光區之該等勢壘層材料的能隙和所述第二發光區之該等勢壘層材料的能隙間,該阱層材料的能隙介於所述第一發光區之所述阱層材料的能隙和所述第二發光區之所述阱層材料的能隙間。
- 如請求項19所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期量子結構的該等勢壘層材料平均Al莫耳百分比,介於所述第一發光區之該至少一週期量子結構的所述勢壘層材料平均Al莫耳百分比,和所述第二發光區之該至少一週期量子結構的所述勢壘層材料平均Al莫耳百分比間,所述第三發光區之至少一週期量子結構的該阱層材料平均In莫耳百分比,介於所述第一發光區之該至少一週期量子結構的該阱層材料平均In莫耳百分比,和所述第二發光區之該至少一週期量子結構的該阱層材料平均In莫耳百分比間。
- 如請求項19所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期的量子阱結構的該第二勢壘層材料的能隙大於該第一勢壘層材料的能隙與該第三勢壘層材料的能隙。
- 如請求項21所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期的量子阱結構的該第二勢壘層的厚度分別大於該第一勢壘層的厚度與該第三勢壘層的厚度。
- 如請求項21所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期的量子阱結構的該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層的厚度範圍為10~1000 Å,該阱層的厚度範圍為1~100 Å。
- 如請求項21所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期的量子阱結構的該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層的總厚度與阱層的厚度比在5:1~20:1之間。
- 如請求項21所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之該至少一週期的量子阱結構的該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層為全部或部分n型摻雜,n型摻雜的濃度為1017 ~1019 cm-3 。
- 如請求項19所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區之量子阱結構的週期數為1~5。
- 如請求項19所述的微發光二極體外延結構,其中,所述第三發光區的該至少一週期的量子阱結構中,該阱層材料為Alx Iny Ga1-x-y N,該第一勢壘層、該第二勢壘層,及該第三勢壘層材料為Alp Inq Ga1-p-q N,0≤x<p<1,0≤q<y<1。
- 如請求項19所述的微發光二極體外延結構,其中,在所述第三發光區的該至少一週期的量子阱結構內,該第二勢壘層材料的平均Al莫耳百分比,大於該第一勢壘層的平均Al莫耳百分比與該第三勢壘層材料的平均Al莫耳百分比。
- 一種如請求項1~28任一項所述的微發光二極體外延結構的製備方法,包含: (1)提供一襯底; (2)在所述襯底上生長一成核層、一N型層,及一發光層;及 (3)在所述發光層上生長一P型層。
- 如請求項29所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,所述第一發光區的所述勢壘層的平均生長速率,大於所述第二發光區的所述勢壘層的平均生長速率。
- 如請求項29所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,所述第一發光區的所述阱層的平均生長速率,大於所述第二發光區的所述阱層的平均生長速率。
- 如請求項29所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,每一週期的量子阱結構內,該第一勢壘層的平均生長速率和該第三勢壘層的平均生長速率,小於等於該第二勢壘層的平均生長速率。
- 如請求項29所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,每一勢壘層的生長速率範圍0.1~10Å /s,且每一阱層的生長速率範圍0~1Å /s。
- 如請求項26所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,每一勢壘層的生長溫度為700~950℃,且每一阱層的生長溫度為700~900℃。
- 如請求項29所述的微發光二極體外延結構的製備方法,其中,該發光區之該等勢壘層與該等阱層的生長方式為連續生長或者中斷生長。
- 一種微發光二極體,包括前述請求項1至28中任一項所述的微發光二極體外延結構。
- 如請求項36所述的微發光二極體,其中,所述微發光二極體的水平尺寸在1μm×1μm ~300μm×300μm之間。
- 一種發光裝置,包含如請求項37所述的微發光二極體。
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