极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构及其制备方法技术

本申请公开了一种极化可控的量子点Micro

【技术实现步骤摘要】
极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构及其制备方法


[0001]本申请涉及一种LED外延结构，具体涉及一种极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构及其制备方法，属于半导体


技术介绍

[0002]Micro
‑
LED是当前的研究热点，它作为新一代光电子器件，在新型显示、光通讯和光探测等领域得到广泛关注和应用。
[0003]由于获得非极性GaN材料非常困难，现今的商业化产品都是建立在C面生长的GaN的基础之上，而C面是极性面，存在自发极化电场，同时，有源区InGaN与GaN的晶格失配会导致压电极化电场。
[0004]上述极化电场的存在使得电子和空穴波函数在空间上重叠减小，辐射复合几率下降，从而使得micro
‑
LED内量子效率下降。又由于micro
‑
LED波长均匀性要求更高，电流变化更剧烈，原来的极化场效应下的峰值波长会产生偏移，导致显示色差的现象就会更加严重。
[0005]而传统的LED结构无论在晶体质量还是控制极化效应导致的效率下降等方面，都不再能够满足Micro
‑
LED的要求。即使一些现有技术提出用AlInN材料来作为势垒层材料实现极化的调控，但是因为AlInN材料的生长异常困难，材料质量也很差，故难以实现工业商用化。

技术实现思路

[0006]本申请的主要目的在于提供一种极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构，包括：第一导电类型的半导体层，生长在氮化物单晶衬底上；量子阱有源区，生长在所述第一导电类型的半导体层上，并包括交替生长的一个以上阱区和一个以上垒区，所述量子阱有源区具有一个以上的循环生长周期；其中，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构具有一个以上的第二生长周期，所述第一超晶格结构的每个周期包括依次生长的一InN层和第一GaN层，所述第一超晶格结构使所述阱区生长后的外延结构受到张应力；所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构具有一个以上的第三生长周期，所述第二超晶格结构的每个周期包括依次生长的一AlN层和一第二GaN层，所述第二超晶格结构使所述垒区生长后的外延结构受到压应力；第二导电类型的半导体层，生长在所述量子阱有源区上。
[0008]进一步地，所述阱区和垒区的循环生长周期的数值为1
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20。
[0009]进一步地，所述第一超晶格循环周期内，多个第一GaN层的厚度相同。
[0010]进一步地，所述第一超晶格循环周期内，多个InN层的厚度相同。
[0011]进一步地，所述第二超晶格循环周期内，多个第二GaN层的厚度相同。
[0012]进一步地，所述第二超晶格循环周期内，多个AlN层的厚度相同。
[0013]进一步地，在所述循环生长周期中，最先生长的第一GaN层的厚度大于等于最后生长的第一GaN层的厚度，最先生长的InN层的厚度小于最后生长的InN层的厚度；和/或，在所述循环生长周期中，最先生长的AlN层的厚度小于最后生长的AlN层的厚度，最先生长的第二GaN层的厚度大于等于最后生长的第二GaN层的厚度；其中，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。
[0014]进一步地，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。
[0015]进一步地，所述第一超晶格结构的第一超晶格循环周期的数值为1
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10。
[0016]进一步地，所述第一GaN层的厚度为0.2
‑
1.0nm。
[0017]进一步地，所述InN层的厚度为0.1
‑
0.5nm。
[0018]进一步地，所述第二超晶格结构的第二超晶格循环周期的数值为1
‑
20。
[0019]进一步地，所述AlN层的厚度为0.5
‑
1.5nm。
[0020]进一步地，所述第二GaN层的厚度为1.0
‑
5.0nm。
[0021]进一步地，所述InN层包括多个InN量子点，所述InN量子点的颗粒高度为0.1
‑
0.5nm。
[0022]第二方面，本专利技术还提供一种极化可控的量子点Micro
‑
LED同质外延结构的制备方法，包括在氮化物单晶衬底上依次生长第一导电类型的半导体层、量子阱有源区、第二导电类型的半导体层；其中生长所述量子阱有源区的步骤具体包括：S1、在第一温度及第一压力条件下，生长形成一阱区，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构的每一周期包括依次生长的一第一GaN层和一InN层。
[0023]S2、在第二温度及第二压力条件下，生长形成一垒区，所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构的每一周期包括依次生长的依次生长的一AlN层、一第二GaN层。
[0024]所述第二温度在第一温度以上，所述第一压力条件在第二压力条件以上。
[0025]进一步地，其中生长所述量子阱有源区的步骤还包括：S3、重复步骤S1
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S2的操作一次以上，以交替生长多个阱区和多个垒区。
[0026]进一步地，所述第一压力为200
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500torr，第一温度为600
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800℃，所述第二压力为50
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200torr，第二温度为温度800
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1000℃。
[0027]进一步地，所述第一超晶格结构的周期数为1
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10，和/或，所述第一GaN层的厚度为0.2
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1.0nm，和/或，所述InN层的厚度为0.1
‑
0.5nm。
[0028]进一步地，所述第二超晶格结构的周期数为1
‑
20，和/或，所述AlN层的厚度为0.5
‑
1.5nm，和/或，所述第二GaN层的厚度为1.0
‑
5.0nm。
[0029]进一步地，步骤S1具体包括：向生长腔室内同时或交替输入In源和氮源，从而生长形成所述InN层。
[0030]较之现有技术，本申请技术方案的有益效果至少包括：本专利技术提供的一种极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构，其量子阱有源区的设计有别于传统异质外延结构中InGaN/GaN的有源区量子阱结构，基于GaN单晶衬底生长周期循环的量子能带调控型的阱区和垒区，每个循环中的阱区是由周期循环的InN/GaN超晶格组成，而每个循环中的垒区是由周期循环的AlN/GaN超晶格组成，能够减少量子阱有源
区的能带倾斜，以降低极化效应，增大电子和空穴波函数在空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构，其特征在于包括：第一导电类型的半导体层，生长在氮化物单晶衬底上；量子阱有源区，生长在所述第一导电类型的半导体层上，并包括交替生长的一个以上阱区和一个以上垒区，所述量子阱有源区具有一个以上的循环生长周期；其中，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构具有一个以上的第一超晶格循环周期，所述第一超晶格结构的每个周期包括依次生长的一InN层和第一GaN层，所述第一超晶格结构使所述阱区生长后的外延结构受到张应力；所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构具有一个以上的第二超晶格循环周期，所述第二超晶格结构的每个周期包括依次生长的一AlN层和一第二GaN层，所述第二超晶格结构使所述垒区生长后的外延结构受到压应力；第二导电类型的半导体层，生长在所述量子阱有源区上。2.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro
‑
LED同质外延结构，其特征在于：所述阱区和垒区的循环生长周期的数值为1
‑
20。3.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro
‑
LED同质外延结构，其特征在于：所述第一超晶格循环周期内，多个第一GaN层的厚度相同，和/或，多个InN层的厚度相同；和/或，所述第二超晶格循环周期内，多个第二GaN层的厚度相同，和/或，多个AlN层的厚度相同。4.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro
‑
LED同质外延结构，其特征在于：在所述循环生长周期中，最先生长的第一GaN层的厚度大于等于最后生长的第一GaN层的厚度，最先生长的InN层的厚度小于最后生长的InN层的厚度；和/或，在所述循环生长周期中，最先生长的AlN层的厚度小于最后生长的AlN层的厚度，最先生长的第二GaN层的厚度大于等于最后生长的第二GaN层的厚度；其中，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。5.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro
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LED同质外延结构，其特征在于：所述第一超晶格结构的第一超晶格循环周期的数值为1
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10，和/或，所述第一GaN层的厚度为0.2
‑
1.0nm，和/或，所述InN层的厚度为0.1
‑
0.5nm；和/或，所述第二超晶格结构的第二超晶格循环周期的数值为1
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20，和/或，所述AlN层的厚度为0.5
‑
1.5nm，和/或，所述第二GaN层的厚度为1.0
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【专利技术属性】
技术研发人员：王国斌，闫其昂，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：