集成有含铝层的发光二极管和相关方法技术

一种发光二极管(LED)结构，包括有源区，该有源区具有至少一个含铝量子阱(QW)堆叠，该至少一个含铝量子阱(QW)堆叠在被激活时从该LED结构发射光。该LED结构显示出改良的内部量子效率值，该改良的内部量子效率值高于在QW堆叠内不包括铝的LED结构的内部量子效率值。该LED结构还显示出改良的峰值波长，该改良的峰值波长比未改良的LED结构的未改良的峰值波长长。长比未改良的LED结构的未改良的峰值波长长。长比未改良的LED结构的未改良的峰值波长长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成有含铝层的发光二极管和相关方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年5月4日提交的、名称为“Additional Layers Below Quantum Wells in LED Structures for Enhanced Performance and Directionality”的美国专利申请序号63/019,765和2021年1月8日提交的、名称为“Light Emitting Diodes with Aluminum
‑
Containing Layers Integrated Therein and Associated Methods”的美国专利申请序号63/135,288的优先权，这两个美国专利申请通过引用整体地并入本文。

技术介绍

[0003]本公开的各方面一般涉及发光元件，诸如各种类型的显示器中使用的那些，并且更具体地，涉及改进的有源元件在发光元件中的有源层中的并入。
[0004]虽然需要在显示器中不断增加光发射器(例如，像素)的数目以提供更好的用户体验并且使得能实现新应用，但是在显示格式方面增加光发射器的数目已成为挑战。为了实现越来越小的光发射器以增加光发射器的计数和密度两者，诸如microLED结构或纳米发射器的小型发光二极管(LED)的潜在使用是有吸引力的。然而，用于制造大量、高密度并且能够产生不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色)的microLED结构的当前可用技术是繁琐的、耗时的、昂贵的，或者导致具有性能限制的LED结构。
[0005]诸如基于氮化铟镓(InGaN)量子阱(QW)结构的高效率LED的高级LED结构需要精确形成各种材料层，这些各种材料层被设计成合作以产生具有期望发射特性的光发射。
[0006]图1示出通常实现的现有技术的外延层LED结构100。LED结构100包括半导体模板110，也称为半导体衬底，以用于支撑一个或多个块体或准备层120。有源多量子阱(MQW)区130形成在块体或准备层120上。块体或准备层120例如是被配置用于提供晶格失配和/或热膨胀系数失配的减少效果和/或从半导体模板110到有源MQW区130的缺陷过滤的材料的厚层或两种或更多种材料的结构。块体或准备层120的材料组分被调整以在针对有源MQW区130的材料选择中获得更多灵有源，从而使得能够形成具有期望光发射特性的有源区。最后，在有源QW上沉积一个或多个p层140以形成向LED结构100提供电子连接的p
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n二极管。P层140包括p掺杂层和/或接触层。LED结构100然后被蚀刻或者以其他方式成形以为指定应用形成所期望的microLED形状因数。

技术实现思路

[0007]虽然现有技术的LED结构100提供用于设计microLED的框架，但是一系列材料选择、特定外延沉积条件以及两者的组合是可能的。例如，在microLED结构内包括某些材料层已知提供有利的光学和电气特性，诸如减少的给出更高辐射效率的缺陷和减少的发射波长偏移。然而，迄今为止，具有在红色波长中的高效率和发光率的microLED，特别是基于氮化铟镓(InGaN)或磷化铟镓(InGaP)的microLED一直难以生产。
[0008]下文呈现一个或多个方面的简化概要以提供对此类方面的基本理解。本
技术实现思路
不是对所有设想方面的广泛概述，并且既不旨在标识所有方面的关键或决定性要素，也不
旨在刻划任何或所有方面的范围。其目的是为了以简化形式呈现一个或多个方面的一些构思作为稍后呈现的更详细描述的序言。
[0009]本公开的各方面提供改进发光元件的性能的技术和结构。
[0010]在某些实施例中，一种发光二极管(LED)结构包括：块体或准备层，该块体或准备层形成在半导体模板上；有源区，该有源区形成在块体或准备层上并且包括：形成在块体或准备层上的第一屏障层；形成在第一屏障层上的至少一个含铝有源量子阱(QW)堆叠；以及形成在有源QW堆叠上的第二屏障层；以及至少一个p层，该至少一个p层形成在有源区上；其中，当至少一个有源QW堆叠被注入电流驱动时，有源区从LED结构发射光。
[0011]在其他实施例中，一种发光二极管(LED)结构包括：半导体模板；第一准备层，该第一准备层形成在半导体模板上；第二准备层，该第二准备层形成在第一准备层上；至少一个有源量子阱(QW)层，该至少一个有源量子阱(QW)层形成在第二准备层上方；以及至少一个p层，该至少一个p层形成在有源QW层上；其中，有源QW层在被激活时从LED结构发射光。
[0012]在其他实施例中，一种方法在半导体衬底上形成发光二极管(LED)结构。该方法包括：在半导体衬底上沉积至少一个准备层；在至少一个准备层上形成有源多量子阱(MQW)区；以及在有源MQW区上沉积p层；其中，形成有源MQW区包括：沉积第一屏障材料，沉积有源QW材料，以及沉积第二屏障材料；其中，形成有源MQW区可选地包括：在第一屏障材料与有源QW材料之间沉积底层，在底层与有源QW材料之间沉积中间层，以及在有源QW材料与第二屏障材料之间沉积盖层；其中，沉积有源QW材料、沉积底层、沉积中间层和沉积盖层中的至少一者包括并入铝。
附图说明
[0013]附图仅图示一些实现方式并且因此不应被认为限制范围。
[0014]图1图示通常实现的现有技术的microLED结构。
[0015]图2是在实施例中图示具有由单个衬底支撑的多个microLED结构以供在显示器中使用的一个示例LED阵列的一部分的顶视图。
[0016]图3是在实施例中图示具有改进的形态和应变特性的具有第一准备层和第二准备层的一个示例microLED结构的示意横截面。
[0017]图4是在实施例中图示具有改进的形态和应变特性的具有非有源QW层和AlGaN层的一个示例LED结构的示意横截面。
[0018]图5是在实施例中图示具有改进的方向性的一个示例LED结构的示意横截面。
[0019]图6是在实施例中图示通过减少空穴泄漏具有改进的性能的一个示例LED结构的示意横截面。
[0020]图7是在实施例中图示在有源多量子阱(MQW)区内包括铝的一个示例microLED结构的示意横截面。
[0021]图8A和图8B是在实施例中图示在有源MQW区内包括含铝底层的示例microLED结构的示意横截面。
[0022]图9是在实施例中图示在有源MQW区内包括定位在有源QW上方的含铝盖层的一个示例microLED结构的示意横截面。
[0023]图10是在实施例中图示包括在至少一个有源QW层内并入的铝的一个示例
microLED结构的示意横截面。
[0024]图11是在实施例中图示类似于图10的microLED结构并且进一步包括含铝底层的一个示例microLED结构的示意横截面。
[0025]图12是在实施例中图示类似于图10的microLED结构并且进一步包括含铝盖层的一个示例microLED结构的示意横截面。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种发光二极管LED结构，包括：块体或准备层，所述块体或准备层形成在半导体模板上；有源区，所述有源区形成在所述块体或准备层上并且包括：形成在所述块体或准备层上的第一屏障层；形成在所述第一屏障层上的至少一个含铝有源量子阱QW堆叠；以及形成在所述有源QW堆叠上的第二屏障层；以及至少一个p层，所述至少一个p层形成在所述有源区上；其中，当所述至少一个有源QW堆叠被注入电流驱动时，所述有源区从所述LED结构发射光。2.根据权利要求1所述的LED结构，其中，所述有源区被配置成从所述LED结构以红色波长发射光。3.根据权利要求1所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠包括：(a)形成在所述第一屏障层上的含铝底层；以及(b)形成在所述含铝底层上的有源QW层。4.根据权利要求3所述的LED结构，所述含铝底层包括选自包括AlGa(In)N、AlGaN、AlInN和InAlGaN的组中的合金。5.根据权利要求3所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠进一步包括：(c)形成在所述有源QW层上的含铝盖层。6.根据权利要求5所述的LED结构，所述含铝盖层包括1nm厚的AlGaN材料。7.根据权利要求1所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠包括：(a)形成在所述第一屏障层上的含铝底层；(b)形成在所述含铝底层上的中间层；以及(c)形成在所述中间层上的有源QW层。8.根据权利要求7所述的LED结构，所述中间层包括选自包括GaN、AlGaN、InGaN和AlInGaN的组中的材料。9.根据权利要求1所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠包括形成在所述第一屏障层上的含铝QW层。10.根据权利要求9所述的LED结构，其中，所述含铝QW层包括假合金、数字合金和短周期超晶格中的一种。11.根据权利要求1所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠包括：(a)形成在所述第一屏障层上的含铝底层；以及(b)形成在所述含铝底层上的含铝有源QW层。12.根据权利要求1所述的LED结构，所述至少一个有源QW堆叠包括：(a...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英兰，本杰明，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：