[发明专利]一种复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro-LED通信性能的方法及器件

说明书

本发明公开了一种复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro‑LED通信性能的方法及器件。该蓝绿光Micro‑LED器件包括：衬底、AlN缓冲层、u‑GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、InGaN/GaN晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、复合p型空穴注入层、p型欧姆接触层和接触电极，其中复合p型空穴注入层由p‑AlGaN/p‑GaN超晶格和极化诱导p‑AlGaN组成。相比于传统p‑GaN，复合p型空穴注入层可以提高膜层空穴浓度和电导率，且空穴浓度的增加可以加速电子空穴复合速率，降低量子阱中的载流子寿命，从而增大Micro‑LED的调制带宽。此外，输出光功率及调制带宽的增加进一步提高了Micro‑LED的数据传输速率。

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种采用复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro-LED通信性能的方法及相应器件。

背景技术

截至目前，GaN基蓝绿光Micro-LED通常采用p-GaN作为空穴注入层，但是由于膜内Mg受主杂质具有较高的电离激活能(～130meV)，导致p-GaN具有较低的空穴浓度和电导率，不仅增加了器件的微分电阻，影响散热性能及稳定性。此外，量子阱中强极化电场引起的量子限制斯塔克效应进一步降低器件的发光效率，综合以上，Micro-LED具有较低的调制带宽和光效。其中，Micro-LED调制带宽反比于载流子寿命(τ_r)，较低的空穴浓度降低了量子阱中电子空穴的复合速率，从而增加了载流子寿命(τ_r)，降低了Micro-LED的调制带宽，与此同时降低了器件的数据传输速率。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明为Micro-LED提出一种复合p型空穴注入层，主要包括p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和极化诱导p-AlGaN层，相比于传统p-GaN层，复合p型空穴注入层不仅可以有效提高膜层空穴浓度和电导率，降低器件微分电阻，与此同时空穴浓度的增加可以提升电子空穴复合速率，降低量子阱中的载流子寿命，从而增大Micro-LED的调制带宽。此外，输出光功率及调制带宽的增加进一步提高了Micro-LED的数据传输速率。

本发明的技术方案如下：

一种改善蓝绿光Micro-LED通信性能的方法，在蓝绿光Micro-LED器件的制备过程中，在p型电子阻挡层上依次外延生长p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和极化诱导p-AlGaN层，组成复合p型空穴注入层，利于提高p型层空穴浓度和电导率，进而改善器件通信性能。其中，所述p-AlGaN/p-GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p-AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。

基于上述复合p型空穴注入层改善蓝绿光Micro-LED通信性能的方法，本发明提供了一种蓝绿光Micro-LED器件，其特征在于，该器件的空穴注入层是由p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和极化诱导p-AlGaN层组成的复合p型空穴注入层，其中，所述p-AlGaN/p-GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，所述极化诱导p-AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。

具体的，上述蓝绿光Micro-LED器件包括蓝宝石衬底或SiC衬底，从下到上依次在衬底上层叠生长AlN缓冲层、u-GaN外延层、n型电子提供层、n型电子传输层、InGaN/GaN晶格过渡层、量子阱发光层、spacer外延层、电子阻挡层、复合p型空穴注入层(p-AlGaN/p-GaN超晶格结构和极化诱导p-AlGaN层)、p型欧姆接触层和接触电极，其中，所述p-AlGaN/p-GaN超晶格结构中Al组分可调范围为10％～25％，极化诱导p-AlGaN层中Al组分自下向上由30％～35％线性渐变至0％。