一种微发光二极管制造技术

本发明专利技术提供了一种微发光二极管，包括有源层和P型层，其中有源层包括5个周期以下的量子阱结构，还包括过渡层，过渡层至少依次由第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成，单周期的阱层的厚度不大于25埃，第三垒层的铝含量为量子阱垒层铝含量的1.2倍至3倍，第三阱层的周期数之和为为5至15对，有源层和P型层之间设置有空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接，空穴注入层的铝含量不高于垒层的铝含量，提升小尺寸微发光二极管的光电转换效率。提升小尺寸微发光二极管的光电转换效率。提升小尺寸微发光二极管的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种微发光二极管


[0001]本申请涉及半导体相关
，尤其涉及一种微发光二极管。

技术介绍

[0002]LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，LED正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。
[0003]微型发光二极管MicroLED，即LED微缩化和矩阵化，指的是在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的LED阵列。Micro LED像素要求是微米级。Micro LED优点继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，并且具自发光无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。但是在小电流密度下，如何保持高水平的内量子效率，成为业内需要攻克的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决
技术介绍
的问题，本专利技术提供了一种微发光二极管，至少依次包括N型层、过渡层、有源层和P型层，在微发光半导体芯片中，P型半导体材料提供空穴，N型半导体材料提供电子，空穴和电子向有源层聚集，并产生空穴电子复合产生激发出光。
[0005]其中有源层包括M个周期的量子阱结构，量子阱包括垒层和阱层，还包括过渡层，过渡层从N型层至P型层的方向上，至少依次由第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成。
[0006]在本专利技术减薄和对数减少的量子阱的结构设计中，垒层的材料为Al
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N，阱层的材料包括Al
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N，其中0≤x2＜x1≤1，0≤y1＜y2≤1，M值不大于5，单周期的阱层的厚度不大于25埃。
[0007]第三过渡层包括若干周期的第三垒层Al
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N层和第三阱层Al
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N层，0≤m2≤m1≤1，0≤n1≤n2，第三垒层的铝含量为量子阱垒层铝含量的1.2倍至3倍，第三过渡层中第三阱层和第三垒层的周期数之和为为5至15对，足够周期的第三过渡层起到电子减速作用，由N型层提供的电子通过第三过渡层流入量子阱，如对数小于5对，电子易于穿过有源层，有源层内的电子浓度明显下降，如对数大于15对，电子进入有源层的数量下降，均不利于内量子效率提升。
[0008]有源层和P型层之间设置有促进空穴注入量子阱的空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接，空穴注入层上侧与P型层接触，空穴通过P型层产生并移动至空穴注入层，空穴注入层的下侧与有源层相接，空穴注入层的铝含量低于垒层的铝含量。空穴注入层相对垒层的铝含量降低。在微发光二极管中，由于相对常规发光二极管，芯片单边尺寸缩小至50微米以下，此时在芯粒侧壁产生非辐射复合影响力上升，热效应增加，会严重影响微型发光二极管的发光效率，降低空穴注入层的铝含量，有助于降低半导体层序列横截面上的二维电子气，增大空穴在空穴注入层中心区域的含量，避免空穴移动至半导体层序列边缘无效发光区，从而由有源层的中心区域注入，增大电流的利用率。
[0009]过渡层兼顾了对流向有源层的电子进行减速、控制铟含量逐步提升减少晶格失配的作用。
[0010]根据本专利技术，优选的，第二过渡层包括若干周期的第二垒层Al
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N层和第二阱层Al
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In
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N层，0≤e2≤e1≤1，0≤f1≤f2≤1，第三阱层的铟含量与第一过渡层的铟含量的比值为K1，第三阱层与第二阱层的铟含量的比值为K2，K1：K2不小于30，第二过渡层的铟含量显著减少，起到调整有源层生长应力的作用，调整晶格失配和降低生长应力的作用。
[0011]根据本专利技术，作为更优的方案，第二垒层的铝含量为第三垒层的五分之一至十分之一，或者十分之一以下。
[0012]根据本专利技术，优选的，第二阱层的铟含量4E19/cm3至8E19/cm3。
[0013]根据本专利技术，优选的，第三垒层的铝含量为2.4E19/cm3至3E19/cm3，第三阱层的铟含量为1E20/cm3至3E20/cm3，第三垒层与有源层的成分匹配，减少第三过渡层有源层的应力影响。
[0014]根据本专利技术，优选的，过渡层的厚度为2000~5000埃，其中第一过度层厚度2000埃
±
50%，第二过度层厚度600埃
±
50%，第三过度层厚度900埃
±
50%。
[0015]根据本专利技术，优选的，第三过渡层为8至10对，每周期的第三过渡层厚度为100至150埃，第二过渡层为2至5对，每周期的第二过渡层厚度为150至200埃。
[0016]根据本专利技术，优选的，空穴注入层的材料包括Al
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In
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j1
‑
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N，其中0≤j1≤0.05，且0≤k1≤0.05。
[0017]根据本专利技术，优选的，空穴注入层与垒层相接，空穴注入层的厚度为200~2000埃，通过足够的宽度，保证注入有源层时，空穴集中在有源层横截面的中心区域，低于200埃阻挡电子效率变差。
[0018]根据本专利技术，优选的，适用于不大于1安培/cm2的应用电流密度。
[0019]根据本专利技术，优选的，还包括衬底，衬底的材料包括硅或者蓝宝石，特别是蓝宝石。
[0020]根据本专利技术，优选的，微发光二极管的面积不大于5000平方微米，例如在矩形芯片中，最小单边长度不大于50微米。
[0021]根据本专利技术，优选的，波长短于600nm，其中0.2≤y2≤0.3，特别是适合蓝光或者绿光波长。
[0022]根据本专利技术，优选的，第三垒层厚度为第三阱层厚度的3倍至8倍，第二垒层厚度为第二阱层厚度的4倍至20倍。
[0023]根据本专利技术，优选的，垒层的厚度为80埃至150埃，阱层为10埃至20埃，垒层的铝含量为1.5E19至3E19，阱层的铟含量为2E20/cm3至3.5E20/cm3。
[0024]根据本专利技术，优选的，微发光二极管为氮化镓基半导体，其中N型层为掺硅的氮化镓基半导体层，P型层为掺镁的氮化镓基半导体。
[0025]根据本专利技术，优选的，有源层包括碳，碳含量低于1E17/cm3，减少量子阱的非辐射复合占比，在超薄量子阱结构中，碳含量减少可有效降低量子阱的非辐射复合比例。
[0026]根据本专利技术，优选的，在空穴注入层中，靠近P型层一侧的铝含量低于量子阱层一侧的铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微发光二极管，至少依次包括N型层、过渡层、有源层和P型层，其中有源层包括量子阱结构，量子阱包括垒层和阱层，其特征在于：还包括设置在有源层和P型层之间的空穴注入层，空穴注入层包括Al
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N，其中0≤j1≤0.05，且0≤k1≤0.05，有源层和P型层之间设置有空穴注入层，空穴注入层分别与P型层、有源层相接。2.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于，在空穴注入层中，靠近P型层一侧的铝含量低于量子阱层一侧的铝含量。3.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于，过渡层包括超晶格结构，过渡层从N型层至P型层的方向上，至少依次由铟含量逐步提升的第一过渡层、第二过渡层和第三过渡层组成，第三过渡层包括若干周期的第三垒层Al
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N层和第三阱层Al
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N层，0≤m2≤m1≤1，0≤n1≤n2≤1，第三阱层的周期数之和为5至15对。4.根据权利要求1所述的一种微发光二极管，其特征在于，有源层包括M个周期的量子阱结构，垒层的材料为Al
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In
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Ga1‑
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N，阱层的材料包括Al
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N，其中0≤x2＜x1≤1，0≤y1＜y2≤1，M值不大于5，单周期的阱层的厚度不大于25埃。5.根据权利要求3所述的一种微发光二极管，其特征在于，第二过渡层包括若干周期的第二垒层Al
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N层和第二阱层Al
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N层，0≤e2≤e1≤1，0≤f1≤f2≤1，第三阱层的铟含量与第一过渡层的铟含量的比值为K1，第三阱层与第二阱层的铟含量的比值为K2，K1：K2不小于30。6.根据权利要求3所述的一种微发光二极管，其特征在于，第二垒...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖昭序，张中英，刘信佑，
申请(专利权)人：厦门三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：