本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域，尤其涉及一種micro-led外延片及其制備方法、micro-led。

背景技術(shù)：

1、micro-led是繼lcd、oled、mini-led之后的新一代顯示技術(shù)方案，其具有高亮度、高顯示密度、高色域、低功耗等眾多優(yōu)勢(shì)，是目前顯示技術(shù)的前沿研究方向。目前micro-led一般采用藍(lán)寶石作為襯底材料，gan材料作為外延層，藍(lán)寶石與gan之間存在高達(dá)13.3%的晶格失配和25.5%的熱失配。較大的晶格失配會(huì)使得gan基外延材料中產(chǎn)生密度約為108cm-3的位錯(cuò)。這些位錯(cuò)可充當(dāng)非輻射復(fù)合中心，使得載流子被缺陷所捕獲，降低micro-led的發(fā)光效率。而較大的熱失配在外延片降溫過(guò)程中使得外延層中存在巨大的應(yīng)力，導(dǎo)致外延片的wd?std（波長(zhǎng)均勻性）很差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)谕庋悠挟a(chǎn)生大量裂紋，導(dǎo)致外延片碎片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種micro-led外延片及其制備方法，其可提升micro-led的發(fā)光效率和波長(zhǎng)均勻性。

2、本發(fā)明還要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種micro-led，其發(fā)光效率高，波長(zhǎng)均勻性良好。

3、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種micro-led外延片，其包括襯底，依次層疊于所述襯底上的緩沖層、第一翹曲調(diào)控層、非摻雜gan層、第二翹曲調(diào)控層、n型gan層、第三翹曲調(diào)控層、多量子阱層和p型gan層；所述第一翹曲調(diào)控層為三維gan層，所述第二翹曲調(diào)控層包括交替層疊的第一si摻gan層和si摻algan層，所述第三翹曲調(diào)控層包括依次層疊于所述n型gan層上的si摻alingan層和超晶格層，所述超晶格層包括交替層疊的第二si摻gan層和ingan層。

4、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述第二翹曲調(diào)控層的周期數(shù)為3~20，其厚度為10nm~200nm；

5、所述第一si摻gan層的厚度與所述si摻algan層的厚度之比為1:1~10:1；所述si摻algan層中al組分占比小于等于0.2。

6、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述第二翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度比所述非摻雜gan層的生長(zhǎng)溫度低50℃~200℃。

7、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述si摻alingan層中al組分占比≤0.2，in組分占比≤0.1；

8、所述ingan層中in組分占比≤0.15；

9、所述si摻alingan層的晶格常數(shù)大于所述n型gan層的晶格常數(shù)，所述si摻alingan層的晶格常數(shù)小于所述ingan層的晶格常數(shù)。

10、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述第三翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度比所述n型gan層的生長(zhǎng)溫度低50℃~200℃。

11、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述第一翹曲調(diào)控層的厚度為10nm~100nm；

12、所述第二翹曲調(diào)控層的周期數(shù)為5~20，其厚度為100nm~200nm；所述第一si摻gan層的si摻雜濃度為1×1017cm-3~1×1019cm-3；所述si摻algan層的si摻雜濃度為1×1017cm-3~1×1019cm-3，其al組分占比為0.1~0.15；

13、所述si摻alingan層中al組分占比為0.01~0.2，in組分占比為0.01~0.1，其厚度為10nm~100nm，si摻雜濃度為1×1017cm-3~1×1019cm-3；

14、所述超晶格層的周期數(shù)為3~15，所述第二si摻gan層的厚度為5nm~15nm，其si摻雜濃度為1×1017cm-3~1×1019cm-3；所述ingan層的厚度為1nm~8nm，其in組分占比為0.01~0.1。

15、相應(yīng)地，本發(fā)明還公開(kāi)了一種micro-led外延片的制備方法，用于制備上述的micro-led外延片，其包括：

16、提供襯底，在襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、第一翹曲調(diào)控層、非摻雜gan層、第二翹曲調(diào)控層、n型gan層、第三翹曲調(diào)控層、多量子阱層和p型gan層；

17、其中，所述第一翹曲調(diào)控層為三維gan層，所述第二翹曲調(diào)控層包括交替層疊的第一si摻gan層和si摻algan層，所述第三翹曲調(diào)控層包括依次層疊于所述n型gan層上的si摻alingan層和超晶格層，所述超晶格層包括交替層疊的第二si摻gan層和ingan層。

18、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，在1000℃~1100℃、第一混合氣體的氣氛下進(jìn)行熱處理；

19、其中，所述第一混合氣體為n2、h2和nh3的混合氣體，且n2、h2和nh3的體積比為1:（1~20）:（1~10）。

20、作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述第一翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度為800℃~900℃，生長(zhǎng)氣氛為第二混合氣體，所述第二混合氣體為n2、h2和nh3的混合氣體，且n2、h2和nh3的體積比為1:（1~20）:（1~10）；

21、所述第二翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度為950℃~1050℃，生長(zhǎng)氣氛為第三混合氣體，所述第三混合氣體為n2、h2和nh3的混合氣體，且n2、h2和nh3的體積比為1:（1~20）:（1~10）；

22、所述第三翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度為800℃~1000℃，生長(zhǎng)氣氛為第四混合氣體，所述第四混合氣體為n2和nh3的混合氣體，n2和nh3的體積比為1:1~1:10。

23、相應(yīng)地，本發(fā)明還公開(kāi)了一種micro-led，其包括上述的micro-led外延片。

24、實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：

25、本發(fā)明一實(shí)施例中的micro-led外延片包括襯底，依次層疊于襯底上的緩沖層、第一翹曲調(diào)控層、非摻雜gan層、第二翹曲調(diào)控層、n型gan層、第三翹曲調(diào)控層、多量子阱層和p型gan層；第一翹曲調(diào)控層為三維gan層，通過(guò)三維結(jié)構(gòu)可釋放位錯(cuò)，降低位錯(cuò)密度。第二翹曲調(diào)控層包括交替層疊的第一si摻gan層和si摻algan層，其可引入壓應(yīng)力，平衡降溫過(guò)程帶來(lái)的張應(yīng)力，降低晶圓翹曲量，提升發(fā)光效率和波長(zhǎng)均勻性。同時(shí)，由于通過(guò)第一翹曲調(diào)控層和非摻雜gan層大幅降低了位錯(cuò)密度，也使得第二翹曲調(diào)控層中的壓應(yīng)力不被位錯(cuò)弛豫，得以積累，進(jìn)而在后續(xù)冷卻過(guò)程中起到平衡張應(yīng)力的效果。第三翹曲調(diào)控層包括依次層疊于n型gan層上的si摻alingan層和超晶格層，超晶格層包括交替層疊的第二si摻gan層和ingan層。其中，si摻alingan層不僅能夠進(jìn)一步降低位錯(cuò)密度，而且能拉高能帶，使得電子更加均勻地進(jìn)入多量子阱層與空穴復(fù)合，提升了波長(zhǎng)均勻性及發(fā)光效率。超晶格層則實(shí)現(xiàn)了前序各層與多量子阱層的過(guò)渡，進(jìn)一步降低了進(jìn)入多量子阱層的位錯(cuò)密度，改善其晶體質(zhì)量，提升了micro-led的波長(zhǎng)均勻性、發(fā)光效率。

技術(shù)特征：

1.一種micro-led外延片，其特征在于，包括襯底，依次層疊于所述襯底上的緩沖層、第一翹曲調(diào)控層、非摻雜gan層、第二翹曲調(diào)控層、n型gan層、第三翹曲調(diào)控層、多量子阱層和p型gan層；所述第一翹曲調(diào)控層為三維gan層，所述第二翹曲調(diào)控層包括交替層疊的第一si摻gan層和si摻algan層，所述第三翹曲調(diào)控層包括依次層疊于所述n型gan層上的si摻alingan層和超晶格層，所述超晶格層包括交替層疊的第二si摻gan層和ingan層。

2.如權(quán)利要求1所述的micro-led外延片，其特征在于，所述第二翹曲調(diào)控層的周期數(shù)為3~20，其厚度為10nm~200nm；

3.如權(quán)利要求1所述的micro-led外延片，其特征在于，所述第二翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度比所述非摻雜gan層的生長(zhǎng)溫度低50℃~200℃。

4.如權(quán)利要求1所述的micro-led外延片，其特征在于，所述si摻alingan層中al組分占比≤0.2，in組分占比≤0.1；

5.如權(quán)利要求1所述的micro-led外延片，其特征在于，所述第三翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度比所述n型gan層的生長(zhǎng)溫度低50℃~200℃。

6.如權(quán)利要求1~5任一項(xiàng)所述的micro-led外延片，其特征在于，所述第一翹曲調(diào)控層的厚度為10nm~100nm；

7.一種micro-led外延片的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的micro-led外延片，其特征在于，包括：

8.如權(quán)利要求7所述的micro-led外延片的制備方法，其特征在于，所述緩沖層生長(zhǎng)結(jié)束后，在1000℃~1100℃、第一混合氣體的氣氛下進(jìn)行熱處理；

9.如權(quán)利要求7所述的micro-led外延片的制備方法，其特征在于，所述第一翹曲調(diào)控層的生長(zhǎng)溫度為800℃~900℃，生長(zhǎng)氣氛為第二混合氣體，所述第二混合氣體為n2、h2和nh3的混合氣體；

10.一種micro-led，其特征在于，包括如權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的micro-led外延片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種Micro?LED外延片及其制備方法、Micro?LED，涉及半導(dǎo)體光電器件領(lǐng)域。其中，Micro?LED外延片依次包括襯底、緩沖層、第一翹曲調(diào)控層、非摻雜GaN層、第二翹曲調(diào)控層、N型GaN層、第三翹曲調(diào)控層、多量子阱層和P型GaN層；所述第一翹曲調(diào)控層為三維GaN層，所述第二翹曲調(diào)控層包括交替層疊的第一Si摻GaN層和Si摻AlGaN層，所述第三翹曲調(diào)控層包括依次層疊于所述N型GaN層上的Si摻AlInGaN層和超晶格層，所述超晶格層包括交替層疊的第二Si摻GaN層和InGaN層。實(shí)施本發(fā)明，可提升Micro?LED的發(fā)光效率和波長(zhǎng)均勻性。

技術(shù)研發(fā)人員：胡加輝,鄭文杰,高虹,劉春楊,金從龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江西兆馳半導(dǎo)體有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28