一种Micro-LED的器件结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种Micro

【技术实现步骤摘要】
一种Micro
‑
LED的器件结构


[0001]本技术涉及一种在图案化石墨烯上生长的极小Micro
‑
LED结构，属于半导体发光二极管


技术介绍

[0002]对于GaN的显示照明应用方面，Micro
‑
LED以高亮度、能耗低、宽色域等优点具备了十分广阔的应用前景，目前主要通过干法刻蚀的方式获得较小尺寸的Micro
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LED芯片，但是在器件制备过程中会不可避免的对芯片的侧壁造成损伤，破坏晶体结构，导致芯片表面非辐射复合比例上升，辐射复合下降，从而使得内量子效率下降，外量子效率也下降。深紫外LED的外量子效率与器件中的辐射复合效率、载流子注入效率和光提取效率有关，其中辐射复合效率主要受材料内部的位错密度等影响，材料内部的位错会形成非辐射复合中心，降低LED的辐射复合效率。通过直接外延的方法可以避免上述影响，外延Micro
‑
LED的方法主要是：首先在衬底上的介质层开口，通过刻蚀获得较小的圆形或者方形窗口；然后外延会在窗口区域发生，最终得到器件结构。但是这样得到的器件位错密度仍然较高；侧向外延技术（ELOG）是降低外延层内位错的有效方式之一，与选择性外延一样，外延生长首先发生在窗口区域，所以在窗口生长器件结构的过程并不能降低位错密度。
[0003]因此，有必要提供一种结构直接外延生长较低位错密度器件，以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]本技术针对现有技术存在的不足，提供一种能有效降低Micro
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LED不同层内的位错密度，提高器件性能的Micro
‑
LED的器件结构。
[0005]实现本技术专利技术目的的技术方案是提供一种Micro
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LED的器件结构，它依次包括衬底、石墨烯层、u
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GaN层、n
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GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
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GaN层，所述的石墨烯层为沉积于衬底上，刻蚀形成的呈矩阵排列的方块形石墨烯掩膜结构，石墨烯层上生长覆盖u
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GaN层。
[0006]本技术的一个优选方案是所述的方块形石墨烯掩膜结构，其方块的边长为1～5μm，相邻方块的间隔为5～30μm。
[0007]本技术采用在图案化石墨烯上生长的Micro
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LED结构，其石墨烯层直接在衬底上通过PECVD沉积得到，刻蚀得到边长为1
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5微米的方块形矩阵图案；再利用MOCVD直接外延得到厚度为3
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5微米的u
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GaN层，将石墨烯掩盖在u
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GaN下方；改变生长气体源，依次沉积n
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GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
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GaN层，得到了直接外延的极小Micro
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LED的器件结构。
[0008]由于石墨烯对Ga原子的吸附能力较差，所以Ga原子不会直接成核在方块形的石墨烯结构上，更容易直接长在没有石墨烯覆盖的GaN衬底上，为了避免GaN直接在没有石墨烯的衬底区域成核生长，通过设置1000℃、较高的V/III（约7000）等条件可以使Ga原子获得极强的迁移能，从而迫使Ga原子迁移至方形石墨烯的四个边界的台阶处进行反应成核，得到了沿边界生长的GaN岛，之后改变生长参数，促使GaN岛横向二维生长，直接将石墨烯覆盖。
由于成核在方形石墨烯四周的GaN岛与衬底接触面较小，所以从衬底穿透至外延层的位错较少，另外在GaN横向生长过程中，晶体内部的位错会发生弯曲变为水平位错，这部分位错会有较大的几率相遇并反应，从而降低外延层中的位错密度，得到质量较好的u
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GaN层，之后再沉积的n
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GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
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GaN层中的位错密度也会在此基础上降低。此外，由于整个过程中，没有利用干法刻蚀等手段处理器件结构，所以器件的侧壁具有良好的晶体结构，有利于提高Micro
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LED的出光效率。
[0009]与现有技术相比，本技术的有益效果在于：由于石墨烯对Ga原子的吸附能力较差，本专利技术采用在衬底上沉积石墨烯层，刻蚀形成方块形石墨烯掩膜结构，Ga原子不会直接成核在方块形的石墨烯结构上，通过控制生长工艺，GaN也不会成核在没有石墨烯覆盖的衬底上，而是沿着方形石墨烯四周台阶成核，得到了较小尺寸的Micro
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LED芯片结构，其侧壁较为光滑，每个器件单元均独立存在，选择性生长完好，器件内部位错密度较低。
附图说明
[0010]图1是本技术实施例提供的一种Micro
‑
LED器件的横截面结构示意图；
[0011]图2是本技术实施例提供的呈矩阵排列的方块形石墨烯掩膜结构的示意图；
[0012]图3是本技术实施例提供的GaN沿着方块形石墨烯边界成核的MOCVD生长示意图；
[0013]图中：1为方块形石墨烯掩膜；2为氮化镓模板； 3为窗口（凹槽）；4为在方块形石墨烯四周形成的GaN岛；5为u
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GaN层；6为micro
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LED其余的层结构。
实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本技术技术方案作进一步的阐述。
实施例
[0015]参见附图1，它是本实施例提供的一种Micro
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LED器件的横截面结构示意图； Micro
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LED结构自下而上依次包括衬底、石墨烯层、u
‑
GaN层、n
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GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
‑
GaN层。
[0016]参见附图2，利用PECVD沉积石墨烯至氮化镓衬底，通过光刻和等离子体刻蚀得到方块形石墨烯掩膜1结构，方块形石墨烯的边长为3微米，呈矩阵排列，每个结构之间相距7微米，形成氮化镓模板2。
[0017]参见附图3，为采用本实施例提供的方块形石墨烯结构，GaN沿着方块形石墨烯边界成核的MOCVD生长的示意图；在1000℃、较高的V/III（约7000）等条件下生长u
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GaN层，可使Ga原子获得极强的迁移能力，从而迫使Ga原子迁移至方块形石墨烯的四个边界的台阶处进行反应成核，得到了沿边界生长的GaN岛4，再改变生长参数，促使GaN岛横向二维生长，直接将石墨烯覆盖，得到完整的u
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GaN层5，之后通入其他生长源，在u
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GaN生长其他层结构6，包括n
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GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
‑
GaN层。
[0018]采用本实施例提高的技术方案，得到了较小尺寸的Micro
‑
LED芯片结构，其侧壁较为光滑，每个器件单元均独立存在，选择性生长完好，器件内部位错密度较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Micro
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LED的器件结构，其特征在于：它依次包括衬底、石墨烯层、u
‑
GaN层、n
‑
GaN层、量子阱层、AlGaN层、P
‑
GaN层，所述的石墨烯层为沉积于衬底上，刻蚀形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建洁，曹冰，蔡鑫，陶佳豪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：