一种MicroLED外延片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种microled外延片及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，led凭借其高亮度、长寿命、低功耗等优势，在显示、照明、通信及生物医疗等众多领域展现出广阔的应用前景。随着应用需求向微型化、集成化方向演进，芯片尺寸持续缩小至微米级别，由此催生了microled。

2、然而，器件尺寸的缩小导致器件峰值外量子效率大幅衰减，同时最佳工作电流密度被迫向高位迁移。这一变化使得在显示应用所需的低功耗驱动场景下（工作电流密度为0.01a/cm2~0.5a/cm2），microled效率明显不足，而现有的led外延结构多为针对高电流密度（如20a/cm2~40 a/cm2）下的效率峰值进行优化设计，若直接应用于microled，难以实现有效的效率提升，影响microled广泛应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种microled外延片及其制备方法。

2、本发明通过p型调控层中第一超晶格层、第二超晶格层及第三超晶格层之间的相互配合，提升空穴的注入效率，减少电子溢出，以使更多的电子与更多的空穴在发光层中进行有效复合，并降低因位错缺陷所引起的非辐射复合损耗，有效提升microled在低电流密度下的辐射复合效率。

3、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、本发明提供一种microled外延片，包括衬底及设于所述衬底上的外延层，所述外延层包括沿外延方向依次设置的缓冲层、非掺杂gan层、n型层、发光层、p型调控层及p型gan层；

5、所述p型调控层包括沿外延方向依次设置的第一超晶格层、第二超晶格层及第三超晶格层；

6、所述第一超晶格层包括周期性交替层叠的第一mg掺杂inalgan层及第一ingan层；

7、所述第二超晶格层包括周期性交替层叠的第二mg掺杂inalgan层、第一algan层及h-bn层；

8、所述第三超晶格层包括周期性交替层叠的第三mg掺杂inalgan层、第二algan层及aln层；

9、所述第一mg掺杂inalgan层、所述第二mg掺杂inalgan层及所述第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度沿外延方向依次递增。

10、在一些实施例中，所述第一超晶格层、所述第二超晶格层及所述第三超晶格层的周期数依次递增，且周期数均大于1个；

11、所述第一超晶格层中，各周期中的所述第一mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自a1递增至a2，所述第二超晶格层中，各周期中的所述第二mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自b1递增至b2，所述第三超晶格层中，各周期中的所述第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自c1递增至c2，其中，c2-c1＞b2-b1＞a2-a1。

12、在一些实施例中，所述第一超晶格层中，所述第一mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度为1.0×1018cm-3~5.0×1018cm-3，周期数为2个~3个；

13、所述第二超晶格层中，所述第二mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度为5.0×1018cm-3~1.0×1019cm-3，周期数为3个~6个；

14、所述第三超晶格层中，所述第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度为1.0×1019cm-3~8.0×1019cm-3，周期数为4个~8个。

15、在一些实施例中，所述第一mg掺杂inalgan层、所述第二mg掺杂inalgan层及所述第三mg掺杂inalgan层的ga组分含量依次递减，in组分含量依次递增。

16、在一些实施例中，所述第一mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x1，in组分含量为y1；所述第二mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x2，in组分含量为y2；所述第三mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x3，in组分含量为y3，其中，0.5≤x3＜x2＜x1≤0.8，0.01≤y1＜y2＜y3≤0.1。

17、在一些实施例中，所述第一algan层及所述第二algan层中的al组分含量依次递增。

18、在一些实施例中，所述第一超晶格层中，单层所述第一mg掺杂inalgan层的厚度为1nm~5nm，单层所述第一ingan层的厚度为1nm~5nm；

19、所述第二超晶格层中，单层所述第二mg掺杂inalgan层的厚度为1nm~5nm，单层所述第一algan层的厚度为1nm~5nm，单层所述h-bn层的厚度为1nm~5nm；

20、所述第三超晶格层中，单层所述第三mg掺杂inalgan层的厚度为3nm~10nm，单层所述第二algan层的厚度为3nm~10nm，单层所述aln层的厚度为3nm~10nm。

21、本发明还提供一种microled外延片的制备方法，包括：

22、提供衬底；

23、在所述衬底上沉积外延层；

24、所述外延层包括沿外延方向依次设置的缓冲层、非掺杂gan层、n型层、发光层、p型调控层及p型gan层；

25、所述p型调控层包括沿外延方向依次设置的第一超晶格层、第二超晶格层及第三超晶格层；

26、所述第一超晶格层包括周期性交替层叠的第一mg掺杂inalgan层及第一ingan层；

27、所述第二超晶格层包括周期性交替层叠的第二mg掺杂inalgan层、第一algan层及h-bn层；

28、所述第三超晶格层包括周期性交替层叠的第三mg掺杂inalgan层、第二algan层及aln层；

29、所述第一mg掺杂inalgan层、所述第二mg掺杂inalgan层及所述第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度沿外延方向依次递增。

30、在一些实施例中，所述第一超晶格层、所述第二超晶格层及所述第三超晶格层的周期数依次递增，且周期数均大于1个；所述第一超晶格层中，各周期中的所述第一mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自a1递增至a2，所述第二超晶格层中，各周期中的所述第二mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自b1递增至b2，所述第三超晶格层中，各周期中的所述第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度整体自c1递增至c2，其中，c2-c1＞b2-b1＞a2-a1。

31、在一些实施例中，所述第一mg掺杂inalgan层、所述第二mg掺杂inalgan层及所述第三mg掺杂inalgan层的ga组分含量依次递减，in组分含量依次递增；和/或，

32、所述第一mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x1，in组分含量为y1；所述第二mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x2，in组分含量为y2；所述第三mg掺杂inalgan层的ga组分含量为x3，in组分含量为y3，其中，0.5≤x3＜x2＜x1≤0.8，0.01≤y1＜y2＜y3≤0.1。

33、本发明的有益效果在于：

34、本发明中，在发光层与p型gan层之间设置由第一超晶格层、第二超晶格层及第三超晶格层组成的p型调控层，其中，在p型调控层靠近发光层的一侧，设置由第一mg掺杂inalgan层及第一ingan层周期性交替层叠而成的第一超晶格层，在p型调控层靠近p型gan层的一侧，设置由第三mg掺杂inalgan层、第二algan层及aln层周期性交替层叠而成的第三超晶格层，在第一超晶格层与第三超晶格层之间设置由第二mg掺杂inalgan层、第一algan层及h-bn层周期性交替层叠而成的第二超晶格层，并使第一mg掺杂inalgan层、第二mg掺杂inalgan层及第三mg掺杂inalgan层的mg掺杂浓度沿外延方向依次递增，多层超晶格层之间相互配合，具体的：

35、一方面，本发明在p型调控层靠近发光层（采用ingan/gan超晶格结构）的一侧，设置由第一mg掺杂inalgan层及第一ingan层周期性交替层叠而成的第一超晶格层，以提升发光层与p型调控层之间的晶格匹配度，减少位错缺陷的向上延伸；随后，在第一超晶格层上，引入由第二mg掺杂inalgan层、第一algan层及h-bn层周期性交替层叠而成的第二超晶格层，h-bn层以微弱的范德华力结合，能够有效阻断来自底层生长累积的位错；接着，在第二超晶格层上，沉积由第三mg掺杂inalgan层、第二algan层及aln层周期性交替层叠而成的第三超晶格层，aln的致密度更好，能够通过高密度界面对位错进行弯曲与合并；同时，p型调控层利用多层超晶格层的周期性堆叠，对残余穿透位错进行反复弯曲、相互作用与湮灭，使位错密度在传播过程中逐层递减，由此，本发明的p型调控层通过多层超晶格层之间的相互配合，有效提升整体晶体质量，减少p型调控层的位错缺陷，减少低电流密度下的载流子非辐射复合，进而提升低电流密度下的辐射复合效率。

36、另一方面，本发明在p型调控层的各超晶格层中均引入掺杂有mg的inalgan材料层（第一mg掺杂inalgan层、第二mg掺杂inalgan层、第三mg掺杂inalgan层），以补充空穴，相比于algan材料层及gan材料层，inalgan材料层中含in，有利于提高mg的掺入效率，提升空穴浓度，结合mg掺杂浓度沿外延方向的递增设置，降低压电极化带来的价带势垒尖峰，减少空穴注入阻碍，提升空穴注入于发光层的数量及注入效率。同时，在p型调控层靠近发光层的一侧的第一超晶格层相比于其他超晶格层势垒较低，进一步降低空穴注入难度，提升空穴注入于发光层的数量及注入效率。而在p型调控层靠近p型gan层一侧的第三超晶格层中，在aln层与第三mg掺杂inalgan层、第二algan层界面处的极化效应、与高浓度mg（p型调控层中，第三超晶格层的mg掺杂浓度最高）电离受主形成的空间电荷区，共同对电子产生库仑排斥力，结合第三超晶格层相比于其他超晶格层的高势垒，将电子限制在发光层中，由此使得p型调控层能够提升空穴注入浓度的同时，减少电子溢出发光层，由此更多的电子与更多的空穴在发光层中进行有效复合，进而提升低电流密度下的辐射复合效率。

37、由此，本发明通过p型调控层中第一超晶格层、第二超晶格层及第三超晶格层之间的相互配合，提升空穴的注入效率，减少电子溢出，以使更多的电子与更多的空穴在发光层中进行有效复合，并降低因位错缺陷所引起的非辐射复合损耗，有效提升microled在低电流密度下的辐射复合效率。