本申请涉及一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构及其制备方法，涉及半导体光电器件的领域，其包括包括外延衬底，外延衬底上依次生长有GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区、p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN层，InGaN/GaN多量子阱有源区包括交错堆叠的GaN量子势垒层和InGaN量子阱层，InGaN/GaN多量子阱有源区和n型GaN层之间设置有第一二维材料层，相邻GaN量子势垒层和InGaN量子阱层之间均穿插有第二二维材料层，InGaN/GaN多量子阱有源区和p型AlGaN电子阻挡层之间设置有第三二维材料层。本申请具有阻挡穿透位错的生长还可以降低量子势垒层与量子阱层之间的晶格失配，进而减弱微型LED器件的极化电场，提高电子空穴的空间重叠率，从而提升微型LED器件的调制带宽以及发光效率的效果。带宽以及发光效率的效果。带宽以及发光效率的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构及其制备方法
[0001]本申请涉及半导体光电器件的领域，尤其是涉及一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构及其制备方法。
技术介绍
[0002]可见光通信技术是指利用可见光光波段的光作为信息载体，在自由空间内便可实现信息传输功能的技术。具备频谱丰富、安全可靠、绿色环保以及高保密性的优点。
[0003]相关技术中，如公告号为CN111816742A的中国专利公开了一种用于可见光通信的GaN基LED外延结构及其制备方法，包括衬底；缓冲层，位于所述衬底上；n型GaN层，位于所述缓冲层上；n型AlGaN电子阻挡层，位于所述n型GaN层上；InGaN/GaN多量子阱有源区，位于所述n型AlGaN电子阻挡层上；p型GaN层，位于所述InGaN/GaN多量子阱有源区上。本专利技术提供的LED外延结构降低了电子阻挡层对空穴注入量子阱的阻碍作用，提高了空穴注入效率；并且该LED外延结构还可以提高辐射复合系数，从而同时提高最高光功率和最大调制带宽。
[0004]针对上述中的相关技术，专利技术人认为通过使用新型外延结构，消除了p型电子阻挡层对空穴注入的阻碍作用，但是这也加剧了电子从n型GaN侧到p型GaN侧的泄漏，降低了器件的发光效率，尚有改进的空间。
技术实现思路
[0005]为了改善使用新型外延结构加剧了电子从n型GaN侧到p型GaN侧的泄漏，降低了器件的发光效率，本申请提供一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构及其制备方法。
[0006]第一方面，本申请提供的一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构采用如下的技术方案：一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构，包括外延衬底，所述外延衬底上依次生长有GaN缓冲层、n型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区、p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN层，所述InGaN/GaN多量子阱有源区包括交错堆叠的GaN量子势垒层和InGaN量子阱层，所述InGaN/GaN多量子阱有源区和n型GaN层之间设置有第一二维材料层，相邻所述GaN量子势垒层和InGaN量子阱层之间均穿插有第二二维材料层，所述InGaN/GaN多量子阱有源区和p型AlGaN电子阻挡层之间设置有第三二维材料层。
[0007]通过采用上述技术方案，由于二维材料层的存在，阻挡穿透位错的生长还可以降低量子势垒层与量子阱层之间的晶格失配，进而减弱微型LED器件的极化电场，提高电子空穴的空间重叠率，从而提升微型LED器件的调制带宽以及发光效率；另一方面，二维材料易于机械剥离，也能够大大降低生产成本。
[0008]可选的，所述外延衬底和GaN缓冲层之间设置有第四二维材料层。
[0009]通过采用上述技术方案，通过在外延衬底上先生长一层二维材料层，然后再生长GaN缓冲层，从而可以使得GaN薄膜层内的压应力得到释放，提高了微型LED器件的调制带宽以及发光效率。
[0010]可选的，所述第一二维材料层和n型GaN层之间设置有二维材料薄膜，所述二维材料薄膜和所述n型GaN层上均开设有图案化孔。
[0011]通过采用上述技术方案，通过在二维材料薄膜和n型GaN层上进行开孔，使得第一二维材料层可以进行选择性外延生长，制备的微型LED器件可以避免由于干法刻蚀引起的侧壁缺陷的影响，进而提高了发光效率。
[0012]可选的，所述二维材料薄膜可以替换为SiO2薄膜。
[0013]通过采用上述技术方案，通过设置SiO2薄膜，方便在此材料上进行开孔，使得第一二维材料层可以进行选择性外延生长，制备的微型LED器件可以避免由于干法刻蚀引起的侧壁缺陷的影响，进而提高了发光效率。
[0014]第二方面，本申请提供的一种用于制备上述外延结构的制备方法，采用如下的技术方案：一种制备方法，包括：步骤S1，在外延衬底上依次沉积生长第四二维材料层、GaN缓冲层、n型GaN层；步骤S2，在n型GaN层上沉积二维材料薄膜或者SiO2薄膜；步骤S3，将二维材料薄膜或者SiO2薄膜图案化开孔，同时开孔延伸至n型GaN层；步骤S4，于开孔后的二维材料薄膜或者SiO2薄膜上生长第一二维材料层；步骤S5，于第一二维材料层上生长GaN量子势垒层；步骤S6，于GaN量子势垒层上生长第二二维材料层；步骤S7，于第二二维材料层上生长InGaN量子阱层；步骤S8，于InGaN量子阱层上生长第一二维材料层；步骤S9，于InGaN/GaN多量子阱有源区上生长第三二维材料层；步骤S10，于第三二维材料层上依次生长p型AlGaN电子阻挡层和p型GaN层；步骤S11，将成型后的外延结构进行光刻、刻蚀和沉积工艺，制备金属电极。
[0015]通过采用上述技术方案，一方面通过引入二维材料层外延生长GaN薄膜，由于二维材料层与GaN的晶格失配只有0.86%，因此，使得GaN薄膜内的压应力可以释放，减少了由于晶格失配引起的位错与电场。此外，采用新型的量子阱结构，将二维材料层插入到量子势垒层与InGaN量子阱层之间，不仅可以进一步阻挡穿透位错的延伸，提高发光效率，也能进一步降低GaN与InGaN之间的晶格失配，进而达到减弱微型LED器件内的极化电场。另一方面，通过选择性外延生长的方法，制备的微型LED器件可以完全避免由于干法刻蚀引起的侧壁缺陷的影响，进而提高了发光效率，在提高微型LED器件调制带宽的同时，仍然能够保持微型LED器件拥有良好的发光效率，进而满足可见光通信系统高带宽、长距离的要求，并且由于二维材料易于机械剥离，也能够大大降低生产成本。
[0016]可选的，在步骤S9之前，重复步骤S5~8，完成InGaN/GaN多量子阱有源区的生长。
[0017]通过采用上述技术方案，重复步骤之后，由于二维材料的存在，在使得量子阱有源区的发光效率大大提高，阻挡穿透位错的生长还可以降低量子势垒层与量子阱层之间的晶格失配，进而减弱微型LED器件的极化电场，提高电子空穴的空间重叠率。
[0018]可选的，在第四二维材料层生长完成后，使用MOCVD设备，在1205℃范围内，生长非故意掺杂的GaN缓冲层，所述GaN缓冲层厚度在2μm到5μm之间。
[0019]可选的，在步骤S3中，通过光刻和刻蚀工艺，图案化开孔二维材料，其中开孔尺寸
为微米级别，开孔间距也为微米级别。
[0020]可选的，步骤S7中，在生长量子阱层时，InGaN量子阱层包含从蓝光到红光的全波段发光。
[0021]可选的，步骤S10中，在InGaN/GaN多量子阱有源区层上，在温度830℃范围内，生长p型AlGaN电子阻挡层，所述p型AlGaN电子阻挡层的厚度在20nm到30nm之间；在p型AlGaN电子阻挡层上，在温度1140℃范围内 ，生长p型GaN层，所述p型GaN层厚度为150nm到200nm之间。
[0022]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：1.由于二维材料层的存在，阻挡穿透位错的生长还可以降低量子势垒层与量子阱层之间的晶格失配，进而减弱微型LED器件的极化电场，提高电子空穴的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构，包括外延衬底（1），所述外延衬底（1）上依次生长有GaN缓冲层（3）、n型GaN层（4）、InGaN/GaN多量子阱有源区（8）、p型AlGaN电子阻挡层（13）和p型GaN层（14），其特征在于：所述InGaN/GaN多量子阱有源区（8）包括交错堆叠的GaN量子势垒层（9）和InGaN量子阱层（10），所述InGaN/GaN多量子阱有源区（8）和n型GaN层（4）之间设置有第一二维材料层（7），相邻所述GaN量子势垒层（9）和InGaN量子阱层（10）之间均穿插有第二二维材料层（11），所述InGaN/GaN多量子阱有源区（8）和p型AlGaN电子阻挡层（13）之间设置有第三二维材料层（12）。2.根据权利要求1所述的一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构，其特征在于：所述外延衬底（1）和GaN缓冲层（3）之间设置有第四二维材料层（2）。3.根据权利要求2所述的一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构，其特征在于：所述第一二维材料层（7）和n型GaN层（4）之间设置有二维材料薄膜（5），所述二维材料薄膜（5）和所述n型GaN层（4）上均开设有图案化孔（6）。4.根据权利要求3所述的一种用于提高微型LED调制带宽的外延结构，其特征在于：所述二维材料薄膜（5）可以替换为SiO2薄膜。5.一种用于制备权利要求4中的一种外延结构的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，在外延衬底（1）上依次沉积生长第四二维材料层（2）、GaN缓冲层（3）、n型GaN层（4）；步骤S2，在n型GaN层（4）上沉积二维材料薄膜（5）或者SiO2薄膜；步骤S3，将二维材料薄膜（5）或者SiO2薄膜图案化开孔，同时开孔延伸至n型GaN层（4）；步骤S4，于开孔后的二维材料薄膜（5）或者SiO2薄膜上生长第一二维材料层（...
【专利技术属性】
技术研发人员：田朋飞，袁泽兴，崔旭高，顾而丹，
申请(专利权)人：复旦大学义乌研究院，
类型：发明
国别省市：
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