[实用新型]RGB全彩InGaN基LED

说明书

本实用新型公开一种RGB全彩InGaN基LED，在基板材料表面覆盖晶格匹配的2D材料超薄层作为中介层，InGaN系材料外延层成长于2D材料超薄层上，此2D材料超薄层由单一材料构成或者一种以上材料迭层形成。本实用新型采用2D材料覆盖基板材料表面作为In_xGa_1‑xN外延的中介层，进行范德华外延或准范德华外延技术应用，使得来自于外延工序中晶格以及热膨胀不匹配的应力或应变能获得一定程度的舒缓，能在目前可用的基板表面实现高质量的高In含量In_xGa_1‑xN外延，并实现高效能的直接绿光/红光发光二极管，将外延及组件工序简化，使得采用的基板材料选择可能性更为宽广，制造成本低，有利于市场推广应用。

技术领域

本实用新型涉及LED的技术领域，特别涉及应用2D材料超薄中层导入制备的RGB全彩InGaN基LED。

背景技术

在Micro-LED的显示器(Displays)制造过程中，需采用红绿蓝 (RGB)三原色发光二极管来构成单元的像素(pixels)，目前主要的制造技术需混和采用氮化物(Nitrides)系和磷化物(Phosphides)系的发光二极管，才能满足三原色的需求。不同材料系统发光二极管混用时，不同的发热及衰减特性直接影响了影像呈现的质量；不同的电气驱动特性，则直接导致了显示模块驱动设计上的复杂度。因此，如果在同一材料系统上，实现直接发光RGB(红绿蓝)三原色发光二极管，除了有利于上述问题解决外，也同时因为省去荧光物等色光转换机制将降低工序复杂度以及转换所致能效损失，将对Micro LED技术的发展有利。

氮化铟镓In_xGa_1-xN系磊晶材料是目前制作主流蓝光发光二极管的材料系统之一，理论上可藉由铟镓固溶比例调控覆盖整个可见光发光范围，氮化铟镓受益于具有直接能隙(energy gap)特性也预期将有较佳的发光效能，尤其蓝光量产技术纯熟，因此受到比其他材料系统更多的关注，在制作具有近似控制条件同时效能佳的直接红绿蓝发光二极管(RGBdirect LED)深具潜能。然而，目前在In_xGa_1-xN系磊晶材料的绿光及红光发光二极管却面临技术瓶颈，由于要达到绿光及红光合适的发光波段时，需增加In_xGa_1-xN系磊晶的In含量比例，却面临外延质量不佳等阻碍，其主因在于In_xGa_1-xN虽然具有整个成分(x) 范围的固溶性，但In、Ga离子半径差距较大，使得固溶性对应力状况较为敏感而发生相分离(phaseseparation)的机率较高，In含量增加时外延层晶格常数(lattice constant)随之增大，与基板材料不匹配所致的应变(strain)也同时增大，导致In_xGa_1-xN固溶性受影响而发生InN的相分离，原本预期的发光特性则因此受到严重冲击，因此，解决绿光及红光直接发光二极管direct LED技术发展主要办法之一是要找出晶格常数合适的外延基板材料。参见图1，是氮化铟镓带隙能量－晶格常数－波长关系图。

氧化锌(ZnO)单晶材料以结晶构造、热性质和晶格常数而言都是前项中较为合适的基板材料选择，因此吸引了技术开发者投入研究。不过氧化锌今日在技术领域中并不被广泛采用，其中主要的原因包括氧化锌的化学活性高，容易在随后的外延过程中受到含氢物质的侵蚀导致外延层质量低劣，如图2所示，在外延工序时会发生氢蚀刻氧化锌基板同时锌快速扩散进入外延层导致外延品质不佳，调整制程改善外延质量却仍然发生锌与氧扩散、掺杂入发光二极管的晶粒中，造成发光特性不符合预期，使得该种结构无法符合实际市场需求。

表1