一种复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro-LED通信性能的方法及器件技术

本发明专利技术公开了一种复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro

【技术实现步骤摘要】
一种复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro
‑
LED通信性能的方法及器件


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种采用复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro
‑
LED通信性能的方法及相应器件。

技术介绍

[0002]截至目前，GaN基蓝绿光Micro
‑
LED通常采用p
‑
GaN作为空穴注入层，但是由于膜内Mg受主杂质具有较高的电离激活能(～130meV)，导致p
‑
GaN具有较低的空穴浓度和电导率，不仅增加了器件的微分电阻，影响散热性能及稳定性。此外，量子阱中强极化电场引起的量子限制斯塔克效应进一步降低器件的发光效率，综合以上，Micro
‑
LED具有较低的调制带宽和光效。其中，Micro
‑
LED调制带宽反比于载流子寿命(τ
r
)，较低的空穴浓度降低了量子阱中电子空穴的复合速率，从而增加了载流子寿命(τ
r
)，降低了Micro
‑
LED的调制带宽，与此同时降低了器件的数据传输速率。

技术实现思路

[0003]针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术为Micro
‑
LED提出一种复合p型空穴注入层，主要包括p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层，相比于传统p
‑
GaN层，复合p型空穴注入层不仅可以有效提高膜层空穴浓度和电导率，降低器件微分电阻，与此同时空穴浓度的增加可以提升电子空穴复合速率，降低量子阱中的载流子寿命，从而增大Micro
‑
LED的调制带宽。此外，输出光功率及调制带宽的增加进一步提高了Micro
‑
LED的数据传输速率。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种改善蓝绿光Micro
‑
LED通信性能的方法，在蓝绿光Micro
‑
LED器件的制备过程中，在p型电子阻挡层上依次外延生长p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层，组成复合p型空穴注入层，利于提高p型层空穴浓度和电导率，进而改善器件通信性能。其中，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p
‑
AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。
[0006]基于上述复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro
‑
LED通信性能的方法，本专利技术提供了一种蓝绿光Micro
‑
LED器件，其特征在于，该器件的空穴注入层是由p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层组成的复合p型空穴注入层，其中，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p
‑
AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。
[0007]具体的，上述蓝绿光Micro
‑
LED器件包括蓝宝石衬底或SiC衬底，从下到上依次在衬底上层叠生长AlN缓冲层、u
‑
GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、InGaN/GaN晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、复合p型空穴注入层(p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层)、p型欧姆接触层和接触电极，其中，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超
晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，极化诱导p
‑
AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。
[0008]上述蓝绿光Micro
‑
LED器件采用复合p型空穴注入层(p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层)提高膜层空穴浓度和电导率，增强有源区载流子复合速率，降低载流子寿命，从而提升器件的调制带宽，与此同时，增强的发光功率进一步提升器件的数据传输速率。
[0009]上述蓝绿光Micro
‑
LED器件在制备过程中，利用MOCVD系统首先对蓝宝石衬底或SiC衬底进行氢气热处理，目的在于去除表面氧化层及修复机械损伤。然后依次外延生长AlN缓冲层、u
‑
GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、InGaN/GaN晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、复合p型空穴注入层(p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层)、p型欧姆接触层和接触电极。
[0010]优选的，上述蓝绿光Micro
‑
LED器件在制备过程中，通过磁控溅射(Sputter)方法生长15～35纳米厚度的AlN缓冲层，其次外延生长3～4微米厚度的GaN未掺杂层，生长温度为1000℃～1060℃，随后1000℃～1060℃外延生长2～3微米厚度的n
‑
GaN重掺杂层作为n型电子提供层，SiH4作为n型掺杂剂，掺杂浓度为5
×
10
18
～6
×
10
18
cm
‑3。其中n型电子提供层还可以可以采用低Al组分n
‑
AlGaN/n
‑
GaN超晶格结构，其生长温度为1020℃～1060℃，Al组分可调范围为2％～5％，n
‑
AlGaN生长厚度为2.5～3.5纳米，n
‑
GaN生长厚度为2.5～10纳米，超晶格n型掺杂浓度为5
×
10
18
～6
×
10
18
cm
‑3。所述n型电子传输层优选厚度为200～500纳米的n
‑
GaN轻掺杂层，生长温度为1000℃～1060℃，n型掺杂浓度为1
×
10
17
～5
×
10
17
cm
‑3。
[0011]上述蓝绿光Micro
‑
LED器件中，所述InGaN/GaN晶格过渡层的生长目的是降低后续量子阱生长过程中的晶格失配，提升其发光性能。该过渡层可以采用非掺杂或低n型掺杂的外延结构，其中非掺杂InGaN/GaN中，生长温度为720℃～800℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改善蓝绿光Micro
‑
LED通信性能的方法，在蓝绿光Micro
‑
LED器件的制备过程中，在p型电子阻挡层上依次外延生长p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层，组成复合p型空穴注入层，其中，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p
‑
AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构包括10～15个生长周期，每个生长周期中p
‑
AlGaN生长厚度为2.5～3.5纳米，p
‑
GaN生长厚度为2.5～7.5纳米；所述极化诱导p
‑
AlGaN层的厚度为60～75纳米。3.一种蓝绿光Micro
‑
LED器件，其特征在于，该器件的空穴注入层是由p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和极化诱导p
‑
AlGaN层组成的复合p型空穴注入层，其中，所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p
‑
AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。4.如权利要求3所述的蓝绿光Micro
‑
LED器件，其特征在于，该器件包括蓝宝石衬底或SiC衬底，以及从下到上依次在衬底上层叠生长的AlN缓冲层、u
‑
GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、InGaN/GaN晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、复合p型空穴注入层、p型欧姆接触层和接触电极。5.如权利要求4所述的蓝绿光Micro
‑
LED器件，其特征在于，所述复合p型空穴注入层由包括10～15个生长周期的p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构和60～75纳米厚度的极化诱导p
‑
AlGaN层组成；所述p
‑
AlGaN/p
‑
GaN超晶格结构的每个生长周期中，p
‑
AlGaN生长厚度为2.5～3.5纳米，p
‑
GaN生长厚度为2.5～7.5纳米。6.如权利要求4所述的蓝绿光Micro
‑
LED器件，其特征在于，所述AlN缓冲层通过磁控溅射方法生长而成，厚度为15～35纳米；所述u
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新强，黄振，杨嘉嘉，李铎，陈兆营，陶仁春，沈波，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：