一种绿光mini-LED及其制备方法

本发明属于mini-led显示，具体涉及一种绿光mini-led及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，基于氮化镓的绿光微型发光二极管(mini-led)，尺寸范围从100到200μm，以其发光效率高、亮度高、光学设计简单、寿命长、功耗低等优点受到越来越多的关注，已经成为许多应用中最有前途的光源之一，例如高分辨率显示器、可见光通信和背光系统等。

2、随着器件尺寸的减小，由于表面积比、电流分布、非辐射复合等因素的变化，绿色微型led的性能会下降。其中，电流拥挤效应也是绿色led发光效率降低的问题之一。横向结构led芯片的p电极和n电极位于同一侧，n-gan和p-gan的电导率不同，导致载流子分布不均匀，局部过热，导致led内部量子效率(iqe)下降。电流拥挤提高了led芯片的正向电压，从而降低了壁插效率(wpe)。

3、在led外延的生长过程中，低电阻率的n型层起着举足轻重的作用。因为常用的氮化镓基led需要电流扩展层和简单接触。n型层电阻率的降低，可以减小差分电阻，降低正向电压，提高wpe，以满足如今低功耗显示应用的需求。然而，对于传统的n-gan，当载流子浓度(ne)达到2×1019cm-3时已接近饱和。由于过量的si掺杂会导致三维岛状生长和表面粗糙，si掺杂gan的n型层电阻率难以再降低。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种绿光mini-led及其制备方法。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种绿光mini-led，其外延结构由下至上包括衬底、aln缓冲层、无意掺杂u-gan层、n-alxga1-xn层、ingan/gan超晶格层、绿光多量子阱发光层和p型层；所述外延结构通过台面蚀刻至裸露n-alxga1-xn层，n电极和p电极分别设于n-alxga1-xn层和p型层上；其中所述n-alxga1-xn层的al含量为0.02≤x≤0.05，si掺杂的载流子浓度为3×1019cm-3～6.3×1019cm-3。

4、可选的，所述n-alxga1-xn层的厚度为2～3μm。

5、可选的，所述ingan/gan超晶格层由下至上包括2～4对in0.05ga0.95n/gan和5～8对in0.1ga0.9n/gan。

6、可选的，所述2～4对in0.05ga0.95n/gan总厚度为10～30nm，5～8对in0.1ga0.9n/gan总厚度为45～90nm。

7、可选的，所述多量子阱发光层为8～10对in0.25ga0.75n/gan，其中in0.25ga0.75n单层厚度为2～4nm，gan单层厚度为8～10nm。

8、可选的，所述n-alxga1-xn层的si掺杂浓度为4×1019cm-3～5.6×1019cm-3。

9、可选的，所述p型层由下至上包括p-algan电子阻挡层、p-gan层和p+gan接触层，其中所述p-gan层的mg掺杂浓度为1.0×1020～2.0×1020cm-3。

10、一种上述的绿光mini-led的制备方法，包括以下步骤：

11、1)在衬底上先磁控溅射aln缓冲层，接着采用mocvd工艺依次生长无意掺杂u-gan层、n-alxga1-xn层、ingan/gan超晶格层、绿光多量子阱发光层和p型层，得到外延结构；

12、2)对外延结构进行台面蚀刻，蚀刻深度至使n-alxga1-xn层裸露；

13、3)分别于n-alxga1-xn层和p型层上制作欧姆接触金属形成n电极和p电极。

14、可选的，所述n-alxga1-xn层在mocvd反应室生长时，温度为1000～1100℃，tmga、tmal源流量分别为300～400sccm和150～170sccm，生长速率2～3μm/h。

15、可选的，所述ingan/gan超晶格层的生长温度为700℃～800℃；所述绿光多量子阱发光层中，多量子阱gan势垒层在800～900℃下生长；ingan量子阱在700℃～750℃下生长，压力设置为30～50torr，nh3流量800～1200sccm，tmga、tmin源流量分别为140～160sccm、160～180sccm。

16、本发明的有益效果为：

17、通过设计优化合适的al、si掺杂浓度，生长得到表面光滑的低电阻率n-algan层，在不影响绿光多量子阱质量以及内量子效率(iqe)的前提下，由于串联电阻的减小以及电流分布更加均匀，采用n-algan层的绿色微型led的正向电压降低，而lop和wpe得到了显著提高。

技术特征：

1.一种绿光mini-led，其特征在于：外延结构由下至上包括衬底、aln缓冲层、无意掺杂u-gan层、n-alxga1-xn层、ingan/gan超晶格层、绿光多量子阱发光层和p型层；所述外延结构通过台面蚀刻至裸露n-alxga1-xn层，n电极和p电极分别设于n-alxga1-xn层和p型层上；其中所述n-alxga1-xn层的al含量为0.02≤x≤0.05，si掺杂的载流子浓度为3×1019cm-3～6.3×1019cm-3。

2.根据权利要求1所述的绿光mini-led，其特征在于：所述n-alxga1-xn层的厚度为2～3μm。

3.根据权利要求1所述的绿光mini-led，其特征在于：所述ingan/gan超晶格层由下至上包括2～4对in0.05ga0.95n/gan和5～8对in0.1ga0.9n/gan。

4.根据权利要求3所述的绿光mini-led，其特征在于：所述2～4对in0.05ga0.95n/gan总厚度为10～30nm，5～8对in0.1ga0.9n/gan总厚度为45～90nm。

5.根据权利要求1所述的绿光mini-led，其特征在于：所述绿光多量子阱发光层为8～10对in0.25ga0.75n/gan，其中in0.25ga0.75n单层厚度为2～4nm，gan单层厚度为8～10nm。

6.根据权利要求1所述的绿光mini-led，其特征在于：所述n-alxga1-xn层的si掺杂浓度为4×1019cm-3～5.6×1019cm-3。

7.根据权利要求1所述的绿光mini-led，其特征在于：所述p型层由下至上包括p-algan电子阻挡层、p-gan层和p+gan接触层，其中所述p-gan层的mg掺杂浓度为1.0×1020～2.0×1020cm-3。

8.一种权利要求1～7任一项所述的绿光mini-led的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的绿光mini-led的制备方法，其特征在于：所述n-alxga1-xn层在mocvd反应室生长时，温度为1000～1100℃，tmga、tmal源流量分别为300～400sccm和150～170sccm，生长速率2～3μm/h。

10.根据权利要求8所述的绿光mini-led的制备方法，其特征在于：所述ingan/gan超晶格层的生长温度为700℃～800℃；所述绿光多量子阱发光层中，gan势垒层在800～900℃下生长，ingan量子阱在700℃～750℃下生长，压力设置为30～50torr，nh3流量800～1200sccm，tmga、tmin源流量分别为140～160sccm、160～180sccm。

技术总结
本发明公开了一种绿光mini‑LED及其制备方法，外延结构由下至上包括衬底、AlN缓冲层、无意掺杂u‑GaN层、n‑Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N层、InGaN/GaN超晶格层、绿光多量子阱发光层和p型层；所述外延结构通过台面蚀刻至裸露n‑Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N层，n电极和p电极分别设于n‑Al<subgt;x</subgt;Ga<subgt;1‑x</subgt;N层和p型层上。本发明通过低电阻率n‑AlGaN层的设计，在不影响绿光多量子阱质量以及内量子效率(IQE)的前提下，由于串联电阻的减小以及更加均匀的电流分布，采用n‑AlGaN层的绿光微型led的正向电压降低，而LOP和WPE得到了显著提高。

技术研发人员：徐畅,林岳
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27