[实用新型]一种micro-LED外延结构

说明书

本实用新型提供了一种micro‑LED外延结构，其中micro‑LED外延结构包括衬底，以及所述衬底表面的n型半导体层、发光层、以及p型半导体层，所述发光层包括电子减速层、超晶格有源区、和空穴聚集层。上述结构能够简化外延生长结构并提高micro‑LED的出光效率，推进其在显示领域的应用。

技术领域

本实用新型涉及发光二极管领域，尤其涉及一种micro-LED外延结构。

背景技术

GaN基的发光二极管(LED)因其发光层可以混合窄禁带的InGaN材料(对应长波长光)和宽禁带的AlGaN材料(对应短波长)，从而可实现全光谱的发光，被广泛应用于照明显示及其相关应用。随着技术的发展，LED芯片越来越趋向于微型化和集成化，Micro-LED随之诞生。附图1所示是现有技术外延结构示意图，主要由衬底、n型区、发光有源区和p型区组成。其中发光有源区用的是In(Al)GaN的多量子阱结构(MQW)，通过调制In(Al)组分，理论上可以实现整个可见光范围内的波长。具体的结构包括：蓝宝石等异质衬底、非掺杂GaN层、n型GaN层、前垒层(FB)、应力释放层(SRL)、影子量子阱(SMQW)、量子阱有源区(MQW-SZ)、电子阻挡层(EBL)和p型GaN层等。上述结构往往可以得到较高的出光效率，但是生长工序复杂多变，稳定性较难控制；由于多量子阱的阱垒厚度差异大，想要生长质量高，需要高低温分段生长，这样也会增加生长时间和成本；并且，在100微米以下的Micro-LED芯片尺寸，位错密度会急剧上升1～2个数量级，此时的缺陷密度引起的Shock-Read-Hall (SRH)非辐射复合将不容忽视，而多量子阱结构其本身开V型坑的特点，决定了其缺陷密度只会上升不会下降。

实用新型内容

本申请实用新型目的在于克服当前GaN基Micro-LED在以多量子阱为有源区、复杂的辅助外延层的结构，其生长工序复杂生长成本高、晶体质量差等弊端，造成对位错密度要求较高的Mirco-LED(特别是100微米以下芯片尺寸) 非辐射复合增加等不利因素。为解决上述问题，本实用新型涉及以超晶格(SL) 为发光有源区的相关外延结构，用电子减速层和空穴聚集层取代传统结构中以多量子阱为有源区的前后复杂的应力释放层和电子阻挡层，旨在简化外延生长结构，降低因芯片尺寸急剧变小、缺陷密度急剧上升引起的SRH非辐射复合和消弱极化场效应、增加载流子匹配，从而提高新型Micro-LED(特别100微米芯片尺寸以下)的出光效率，推进其在显示等领域的应用。

本实用新型提供了一种micro-LED外延结构，包括衬底，以及所述衬底表面的n型半导体层、发光层、以及p型半导体层，所述发光层包括电子减速层、超晶格有源区、和空穴聚集层。

进一步的，所述超晶格有源区包括多层交替生长的发光阱层和发光垒层。包括不少于30层彼此交替的InGaN发光阱层和GaN发光垒层，发光阱层的单层厚度区间为2～4nm，发光垒层的单层厚度区间为2～8nm，以形成小电流密度下的电子空穴的隧穿效应。

可选的，所述电子减速层的厚度大于100nm，空穴聚集层厚度小于30nm。

可选的，所述n型半导体层以及p型半导体层依次为n型GaN层以及p 型GaN层。

所述电子减速层为AlGaN材料或AlGaN/GaN的循环多层复合结构。所述空穴聚集层为InGaN材料或InGaN/GaN循环多层复合结构。

所述电子减速层为n型掺杂，掺杂浓度的范围在1×10¹⁷～1×10¹⁸cm^-3，优选为5×10¹⁷cm^-3。

所述空穴聚集层为P型掺杂，掺杂浓度范围在1×10²¹～5×10²¹cm^-3，优选为1×10²¹cm^-3。