发光芯片及其外延结构制造技术

本发明专利技术涉及一种发光芯片及其外延结构，发光芯片的外延结构中，最后生长的量子垒层包括基础量子垒层，生长于基础量子垒层上用于防止电子越过电子阻挡层的附加量子垒层，其可避免电子严重泄露，保证多量子发光区的空穴供应，提升内量子效率，改善发光芯片的反向特性，保证发光芯片的可靠性和寿命。证发光芯片的可靠性和寿命。证发光芯片的可靠性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
发光芯片及其外延结构


[0001]本专利技术涉及半导体器件领域，尤其涉及一种发光芯片及其外延结构。

技术介绍

[0002]近年来Micro LED和Mini LED发光芯片的迅速崛起，因其高亮度和高稳定性等优势，被广泛用于室内外大型显示场所，也包括虚拟现实(VirtualReality,VR)、增强现实(Augmented Reality,AR)等领域。
[0003]蓝光、绿光等Micro LED和Mini LED发光芯片都是基于氮化镓GaN材料并采用多量子阱发光层实现发光，多量子阱发光层包括交替生长的量子阱层(即氮化铟镓InGaN层)和量子垒层(即GaN层)；对于最后一层量子垒层(Last Barrier Layer,LBL)为GaN层的LBL器件，在[0001]取向的 InGaN/GaN外延结构中，GaN LBL和p
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AlGaN电子阻挡层(Electron BlockingLayer，p
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EBL)界面上的正电荷是由自发极化效应和压电效应极化效应引起的，GaN LBL区域和p
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EBL区域结合后在一定程度上削弱了导带中的有效势垒高度，导致电子从GaN LBL区域越过p
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EBL流向p
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GaN与空穴结合(也即电子严重泄漏)，导致多量子发光区的空穴供应不足，内量子效率严重下降；同时电子泄露到p
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GaN层也会使得LED的反向特性变差，LED的可靠性和寿命也会相应降低。
[0004]因此，如何解决发光芯片的外延结构中存在的电子严重泄漏，导致多量子发光区的空穴供应不足，内量子效率严重下降，以及发光芯片的反向特性、可靠性及寿命差，是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述相关技术的不足，本申请的目的在于提供一种发光芯片及其外延结构，旨在解决现有发光芯片的外延结构中存在的电子严重泄漏，导致多量子发光区的空穴供应不足，内量子效率严重下降，以及发光芯片的反向特性、可靠性及寿命差的问题。
[0006]本申请提供一种发光芯片的外延结构，包括多量子阱发光层和电子阻挡层，所述多量子阱发光层包括交替生长的量子阱层和量子垒层；
[0007]所述量子垒层中，最后生长的量子垒层包括基础量子垒层，以及生长于所述基础量子垒层上用于防止电子越过所述电子阻挡层的附加量子垒层。
[0008]上述发光芯片的外延结构中，最后生长的量子垒层(也即最后量子垒层) 除了包括基础量子垒层外，还包括生长于基础量子垒层上，用于防止电子越过所述电子阻挡层的附加量子垒层；其中，基础量子垒层的设置可以保证好晶体质量，增加发光效率的同时也增加了空穴注入效率；而附加量子垒层的设置可防止(即避免或尽量减少)电子越过电子阻挡层而造成电子严重泄露，从而可保证多量子发光区的空穴供应，提升内量子效率，并可改善发光芯片的反向特性，提升发光芯片的可靠性，以及延长发光芯片的寿命。
[0009]可选地，所述基础量子垒层包括GaN层，所述附加量子垒层包括生长在所述GaN层上的AlN层。
[0010]基础量子垒层包括的GaN层可以维持发光芯片的量子阱中铟In的稳定性和均匀性，保证良好晶体质量，增加发光效率的同时也增加空穴隧穿几率，从而可增加空穴注入效率；而生长在GaN层上的AlN层一方面可以在导带中引入高于GaN的势垒高度，也即提升导带中电子的势垒高度，另一方面还可延缓电子穿越的速率将电子约束在电子阻挡层之前，从而能够防止电子越过电子阻挡层造成电子泄露；且AlN层还可以阻挡p层镁Mg扩散，进一步提升发光芯片的内量子效率和可靠性。
[0011]可选地，所述附加量子垒层还包括生长在所述AlN层上的InGaN层。
[0012]可选地，所述基础量子垒层包括GaN层，所述附加量子垒层包括生长在所述GaN层上的InGaN层。
[0013]基础量子垒层包括的GaN层可以维持发光芯片的量子阱中铟In的稳定性和均匀性，保证良好晶体质量，增加发光效率和空穴隧穿几率；此外，GaN 层或AlN层上设置的InGaN层一方面可延缓电子穿越的速率将电子约束在电子阻挡层之前，另一方面在靠近电子阻挡层界面处采用含In组分的InGaN 层，能够有效的降低价带中空穴的有效势垒高度，增加空穴隧穿到量子阱的几率，从而达到有效增加空穴注入效率的目的，即注入到量子阱中的空穴数显著增加，电子和空穴的辐射复合效率得到提高，从而能够防止电子越过电子阻挡层造成电子泄露，最终发光芯片的内量子效率显著提升。
[0014]基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种发光芯片，所述发光芯片包括如上所述的外延结构。
[0015]由于该发光芯片采用了上述外延结构，因此其电子泄露得以遏制，多量子发光区的空穴供应得到保障，因此其内量子效率得到提升，反向特性也得以改善，且其可靠性和使用寿命更高。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图一；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图二；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图三；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图四；
[0020]图5为本专利技术另一可选实施例提供的InGaN层结构示意图；
[0021]图6为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图五；
[0022]图7为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图六；
[0023]图8为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图七；
[0024]图9为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层结构示意图八；
[0025]图10为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层制作流程示意图一；
[0026]图11为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层组分示意图；
[0027]图12为本专利技术另一可选实施例提供的发光芯片示意图；
[0028]图13为本专利技术另一可选实施例提供的发光芯片的外延层结构示意图；
[0029]图14为本专利技术另一可选实施例提供的最后生长的量子垒层制作流程示意图二；
[0030]附图标记说明：
[0031]1，341
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量子阱层，2，342
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量子垒层，11
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GaN层，21
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AlN层，22
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InGaN 层，221
‑
第一
InGaN子层，222
‑
第二InGaN子层，223
‑
第三InGaN子层，224
‑ꢀ
第四InGaN子层，22n
‑
第N层InGaN子层，24
‑
第四势垒子层，25
‑
第五势垒子层，31
‑
衬底，32
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光芯片的外延结构，包括多量子阱发光层和电子阻挡层，其特征在于，所述多量子阱发光层包括交替生长的量子阱层和量子垒层；所述量子垒层中，最后生长的量子垒层包括基础量子垒层，以及生长于所述基础量子垒层上用于防止电子越过所述电子阻挡层的附加量子垒层。2.如权利要求1所述的发光芯片的外延结构，其特征在于，所述基础量子垒层包括GaN层，所述附加量子垒层包括生长在所述GaN层上的AlN层。3.如权利要求2所述的发光芯片的外延结构，其特征在于，所述附加量子垒层还包括生长在所述AlN层上的InGaN层。4.如权利要求1所述的发光芯片的外延结构，其特征在于，所述基础量子垒层包括GaN层，所述附加量子垒层包括生长在所述GaN层上的InGaN层。5.如权利要求3或4所述的发光芯片的外延结构，其特征在于，所述InGaN层包括至少两层In组分不同的InGaN子层，所述至少两层InGaN子层中，In组分最低的InGaN子层靠近所述GaN层，In组分最高的InGaN子层远离所述GaN层。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨顺贵，
申请(专利权)人：重庆康佳光电技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：