CN115050866B - 极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种极化可控的量子点Micro‑LED同质外延结构及其制备方法。所述同质外延结构包括：第一导电类型的半导体层；量子阱有源区，生长在第一导电类型的半导体层上，并包括交替的阱区、垒区，阱区具有第一超晶格结构包括第一GaN层和InN层，垒区具有第二超晶格结构包括AlN层和第二GaN层；第二导电类型的半导体层，生长在量子阱有源区上。本发明提供的同质外延结构能够减少量子阱有源区的能带倾斜，以降低极化效应，增大电子和空穴波函数在空间上的重叠，提高辐射几率，最终提升微小尺寸下的Micro‑LED的内量子效率；形成的半导体材料晶体质量高、能带调控简单、量子效应提升容易，适合工业化生产。
Description
技术领域
本申请涉及一种LED外延结构，具体涉及一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构及其制备方法，属于半导体技术领域。
背景技术
Micro-LED是当前的研究热点，它作为新一代光电子器件，在新型显示、光通讯和光探测等领域得到广泛关注和应用。
由于获得非极性GaN材料非常困难，现今的商业化产品都是建立在C面生长的GaN的基础之上，而C面是极性面，存在自发极化电场，同时，有源区InGaN与GaN的晶格失配会导致压电极化电场。
上述极化电场的存在使得电子和空穴波函数在空间上重叠减小，辐射复合几率下降，从而使得micro-LED内量子效率下降。又由于micro-LED波长均匀性要求更高，电流变化更剧烈，原来的极化场效应下的峰值波长会产生偏移，导致显示色差的现象就会更加严重。
而传统的LED结构无论在晶体质量还是控制极化效应导致的效率下降等方面，都不再能够满足Micro-LED的要求。即使一些现有技术提出用AlInN材料来作为势垒层材料实现极化的调控，但是因为AlInN材料的生长异常困难，材料质量也很差，故难以实现工业商用化。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，包括：
第一导电类型的半导体层，生长在氮化物单晶衬底上；
量子阱有源区，生长在所述第一导电类型的半导体层上，并包括交替生长的一个以上阱区和一个以上垒区，所述量子阱有源区具有一个以上的循环生长周期；
其中，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构具有一个以上的第二生长周期，所述第一超晶格结构的每个周期包括依次生长的一InN层和第一GaN层，所述第一超晶格结构使所述阱区生长后的外延结构受到张应力；所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构具有一个以上的第三生长周期，所述第二超晶格结构的每个周期包括依次生长的一AlN层和一第二GaN层，所述第二超晶格结构使所述垒区生长后的外延结构受到压应力；
第二导电类型的半导体层，生长在所述量子阱有源区上。
进一步地，所述阱区和垒区的循环生长周期的数值为1-20。
进一步地，所述第一超晶格循环周期内，多个第一GaN层的厚度相同。
进一步地，所述第一超晶格循环周期内，多个InN层的厚度相同。
进一步地，所述第二超晶格循环周期内，多个第二GaN层的厚度相同。
进一步地，所述第二超晶格循环周期内，多个AlN层的厚度相同。
进一步地，在所述循环生长周期中，最先生长的第一GaN层的厚度大于等于最后生长的第一GaN层的厚度，最先生长的InN层的厚度小于最后生长的InN层的厚度；和/或，在所述循环生长周期中，最先生长的AlN层的厚度小于最后生长的AlN层的厚度，最先生长的第二GaN层的厚度大于等于最后生长的第二GaN层的厚度；其中，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。
进一步地，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。
进一步地，所述第一超晶格结构的第一超晶格循环周期的数值为1-10。
进一步地，所述第一GaN层的厚度为0.2-1.0nm。
进一步地，所述InN层的厚度为0.1-0.5nm。
进一步地，所述第二超晶格结构的第二超晶格循环周期的数值为1-20。
进一步地，所述AlN层的厚度为0.5-1.5nm。
进一步地，所述第二GaN层的厚度为1.0-5.0nm。
进一步地，所述InN层包括多个InN量子点，所述InN量子点的颗粒高度为0.1-0.5nm。
第二方面，本发明还提供一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，包括在氮化物单晶衬底上依次生长第一导电类型的半导体层、量子阱有源区、第二导电类型的半导体层；其中生长所述量子阱有源区的步骤具体包括：
S1、在第一温度及第一压力条件下，生长形成一阱区，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构的每一周期包括依次生长的一第一GaN层和一InN层。
S2、在第二温度及第二压力条件下，生长形成一垒区，所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构的每一周期包括依次生长的依次生长的一AlN层、一第二GaN层。
所述第二温度在第一温度以上，所述第一压力条件在第二压力条件以上。
进一步地，其中生长所述量子阱有源区的步骤还包括：
S3、重复步骤S1-S2的操作一次以上，以交替生长多个阱区和多个垒区。
进一步地，所述第一压力为200-500torr，第一温度为600-800℃，所述第二压力为50-200torr，第二温度为温度800-1000℃。
进一步地，所述第一超晶格结构的周期数为1-10，和/或，所述第一GaN层的厚度为0.2-1.0nm，和/或，所述InN层的厚度为0.1-0.5nm。
进一步地，所述第二超晶格结构的周期数为1-20，和/或，所述AlN层的厚度为0.5-1.5nm，和/或，所述第二GaN层的厚度为1.0-5.0nm。
进一步地，步骤S1具体包括：向生长腔室内同时或交替输入In源和氮源，从而生长形成所述InN层。
较之现有技术，本申请技术方案的有益效果至少包括：
本发明提供的一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其量子阱有源区的设计有别于传统异质外延结构中InGaN/GaN的有源区量子阱结构，基于GaN单晶衬底生长周期循环的量子能带调控型的阱区和垒区，每个循环中的阱区是由周期循环的InN/GaN超晶格组成，而每个循环中的垒区是由周期循环的AlN/GaN超晶格组成，能够减少量子阱有源区的能带倾斜，以降低极化效应，增大电子和空穴波函数在空间上的重叠，提高辐射几率，最终提升微小尺寸下的Micro-LED的内量子效率。
同时，本发明所提供的制备方法还能够通过压应力与张应力的相互匹配调控半导体层的应力，所形成的半导体材料晶体质量高、能带调控简单、量子效应提升容易，适合工业化生产。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的现有技术中的LED外延结构中极化场效应对能带结构的影响示意图。
图2是本发明一典型实施案例提供的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的结构示意图。
图3a是本发明一典型实施案例提供的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的量子点形态示意图。
图3b是本发明一典型实施案例提供的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的能带极化状态示意图。
图3c是本发明一典型实施案例提供的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的应力分布状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，现有技术中的传统外延结构的有源区量子阱InGaN/GaN结构存在很强的极化场，在界面处形成空间电荷，导带和价带发生倾斜，导致电子和空穴波函数重叠减小。因此，针对现有技术中的不足，本发明的发明人经过长期实践得以提出本发明的技术方案。
本发明实施例提供一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，包括：第一导电类型的半导体层，生长在氮化物单晶衬底上；量子阱有源区，生长在第一导电类型的半导体层上，并包括交替生长的一个以上阱区和一个以上垒区，量子阱有源区具有一个以上的循环生长周期N；其中，阱区具有第一超晶格结构，第一超晶格结构具有一个以上的第二生长周期x，第一超晶格结构的每个周期包括依次生长的一InN层和第一GaN层，所述第一超晶格结构使所述阱区生长后的外延结构受到张应力；所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构具有一个以上的第三生长周期y，所述第二超晶格结构的每个周期包括依次生长的一AlN层和一第二GaN层，所述第二超晶格结构使所述垒区生长后的外延结构受到压应力；第二导电类型的半导体层，生长在所述量子阱有源区上。
同时，本发明实施例还提供上述极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，包括如下的步骤：
在氮化物单晶衬底上依次生长第一导电类型的半导体层、量子阱有源区、第二导电类型的半导体层。
其中，生长所述量子阱有源区的步骤具体包括如下子步骤：
S1、在第一温度及第一压力条件下，生长形成一阱区，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构的每一周期包括依次生长的一第一GaN层和一InN层。
S2、在第二温度及第二压力条件下，生长形成一垒区，所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构的每一周期包括依次生长的依次生长的一AlN层、一第二GaN层。
所述第二温度在第一温度以上，所述第一压力条件在第二压力条件以上。
在一些实施方式中，还可以包括：S3、重复步骤S1-S2的操作一次以上，以交替生长多个阱区和多个垒区。
作为上述技术方案的一种典型示例，如图2所示，本发明实施例提供的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构在N型GaN单晶衬底上，生长N型和P型GaN区域，其中的量子阱有源区为量子能带调控结构，具体为N个循环，每个循环中包含了超晶格结构的阱区和垒区。阱区的半导体层的材料依次为InN和GaN，厚度分别为a和b，周期数为x个；垒区的半导体层的材料依次为AlN和GaN，厚度分别为c和d，周期数为y个。各个循环所对应的各结构层的厚度从a1，b1，c1，d1至a2，b2，c2，d2到an，bn，cn，dn，每个循环周期的相应半导体层的厚度数值可以相同、也可以不同。以上参数是否相同以及变化程度由量子点、能带和极化调控所共同决定。
基于上述技术方案，本发明实施例提出一种量子能带调控的Micro-LED同质外延结构，其创新性在于有源区的设计，有别于传统异质外延结构中InGaN/GaN的有源区量子阱结构，本发明提出基于GaN单晶衬底，生长多循环量子能带调控型阱垒的技术方案，每个循环中的阱区是由多周期InN/GaN超晶格组成，而每个循环中的垒区是由多周期AlN/GaN超晶格组成。
本发明可以通过调节阱区的InN/GaN超晶格的厚度a和b，实现量子点的不同生长模式，如图3a中所示。选择InN而非InGaN的作用是最大化In的局域效应，提高发光效率。而InGaN生长为连续薄膜态，InN则为量子点态。这里InN的厚度a，决定了形成阱区的能带高低，进而决定发光波长，同时控制了其量子点生长的形态，及其量子点的间距和密度。GaN的厚度b由a来决定，起到覆盖和保护InN的作用，例如a/b×量子点InN的密度（该密度一般由生长压力和温度控制，为定值）得到实际In含量，也就可以是用于指示目标波长，所以可以通过设计波长反推出b厚度，最终形成设计InN浓度和较好质量的阱区，同时起到最终阱区的能带形态的调整，能带形态的调整如图3b中阱区部分对应的虚线所示。
类似的，垒区的AlN/GaN超晶格厚度c和d，通过这两者的厚度搭配，一方面可以通过AlN厚度c来调节势垒的高度，起到对阱区的量子限制作用，另一方面，同样可以对能带进行调节，例如，在能带计算中可以近似为AlGaN来处理，通过c/d的值，得到Al组分含量，得到相应的能带宽度，从而进行能带的调节；如图3b中垒区对应的虚线所示，最终结合阱区实现与GaN的零极化的动态匹配，以此消除传统结构中极化效应带来的电子空穴间波函数的不重叠。
此外，本发明实施例所提供的量子点Micro-LED同质外延结构还可以对外延层的应力进行调节，具体表现在：由于InN的晶格常数大，阱区生长后外延层会产生较大的张应力，此时进入垒区的生长。垒区的材料为AlN/GaN超晶格，可以给外延层引入压应力来抵消阱区的张应力。通过两层超晶格的交替生长，在保证晶体质量的同时，可以进行应力的调控，在其中一个生长周期内，其应力调控的状态如图3c所示。
本发明实施例所提供的外延结构的能带极化图与应力调控图所对应。如图3b所示，由于张应力和压应力的交替，从而调整了阱区和垒区的能带形态，减少或避免了能带的倾斜，相对于现有技术中的图1而言，能带调整后，可减小或消除电子和空穴波函数的不重叠的现象，从而提高辐射复合几率。
上述外延结构中的各个循环中的各层厚度值a，b，c，d不一定一致，可以不同的量子点形态、能带极化和应力控制的匹配，实现同一结构中不同量子阱的发光波长、高质量的发光阱区，以及不同工况下的灵活设计。具体的调节匹配的方法可以如下示例，但并不局限于下述的具体示例方式。
在更为具体的一些实施案例中，本发明实施例可以通过上述极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法结合其结构组成进行进一步示例：
本发明实施例基于GaN单晶衬底，在其上生长完N型GaN区后进入量子能带调控有源区。先进入阱区生长，压力升至200-500torr，温度600-800度，先生长GaN层，厚度b1为0.2-1.0nm，接着生长InN层，可以分两种方式，一种是传统的同时通TMIn和NH3，另一种为TMIn和NH3交替通入，控制InN层的厚度a1（其材料层的厚度即InN量子点颗粒的高度）为0.1-0.5nm，超晶格周期数x为1-10个，最后以GaN层结尾，上述压力用于控制InN量子点的大小，温度用于控制InN量子点的分布间距和密度。一般的规律是，当压力增大时，InN量子点的尺寸变大，优选控制其尺寸在10-100nm范围内；而温度越高，InN量子点的间距变小，优选控制其间距在0.1-1um范围内。
接着进入垒区生长，压力降至50-200torr，生长温度800-1000度，根据阱区的InN/GaN比值，计算能带得到相匹配的AlN/GaN生长厚度和周期。先生长AlN材料，厚度c1为0.5-1.5nm，接着生长GaN材料，厚度d1为1.0-5.0nm，超晶格周期数y为1-20个。在该步骤中，通过控制相比于阱区生长更低的压力以及更高的温度，来保证AlN层的致密度和连续性，以形成较优的量子能带配合。本发明的优选实施例中，上述参数的选择是息息相关的，c，d的值的大小由a，b的取值决定，本发明人发现，适宜的经验关系为：（c+d）×y：（a+b）×x =5~10，2~3×d/c=a/b，基于上述公式计算得出的量子能带配合总能获得较优的能带和极化调控效果。
在一般情况下，各循环生长周期中的阱区和垒区内的各层厚度优选为不变，这能够减小工艺复杂度，有利于工艺稳定。但在制备特别长的发光波较长的外延结构（例如主波长>600nm）时，由于此时的极化效应相比于一般情况下更为严重，此时设置为阱区厚度an>a1，bn≤b1，垒区厚度cn>c1，dn≤d1的设置更为合适（n=2，3，……）。可以理解为，对于上述主波长较长导致的极化效应较为严重的情况，通过逐渐增加循环生长周期中的InN的厚度及逐渐增加AlN的厚度，增大应力的调控，以减小或避免更大的能带倾斜；更具体的，优选可以按阱区InN加厚、GaN减薄，垒区AlN增厚、GaN减薄的变化趋势来设置，优选的，其每个所述循环生长周期中的各层的优选变化率应当设置为4%-12%，最为优选的，阱区的厚度参数a的变化率为10%左右，例如8-12%，垒区的厚度值c的变化率为5%左右，例如4-6%，b和d可以不变，也可以优选为b对应a或d对应c的等同比例减小，以此产生对于发光波较长的外延结构的最优极化控制。
不论上述各循环的阱区和垒区内的厚度是否变化以及如何变化，整个量子能带调控有源区的循环数N为1-20个不等。
如下通过若干更加具体的实施例来进一步说明本发明的技术方案，然而可以理解的，下述各实施例仅为本发明众多实施方案中较为优选和有代表性的部分实施例，不应将下述实施例理解为本发明的全部实施例，即下述实施例不构成对本发明保护范围的限制。
实施例1：
本实施例示例一极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备过程，具体如下所示：
（1）在氮化物单晶衬底上在温度1060℃、生长压力200torr条件下，生长N型氮化镓层，其厚度为0.5μm，Si的掺杂浓度8×1018cm-3，生长所需的Ga源为TMG源，生长气氛为H2气氛。
（2）量子阱有源区的生长，包括步骤S1-S3。
S1：在400torr、700℃条件下，先通入TMGa源和NH3生长一层0.7nm厚度的GaN层打底，然后通入TMIn和NH3生长InN层，厚度a1为0.1nm，再采用通入TMGa源和NH3生长GaN层，其厚度b1为0.7nm，周期数x为3个，完成阱区的生长。
S2：接着在100torr、900℃条件下，生长AlN层，其厚度c1为0.5nm，再生长GaN层厚度d1为3.5nm，周期数y为3个，完成垒区的生长。
S3：重复上述阱区和垒区的生长步骤，循环生长10个周期。
（3）在温度930℃、生长压力200torr条件下，生长150nm的p型氮化镓层，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3，生长所需的Ga源为TMG源，Mg源为Cp2Mg，生长气氛为H2气氛。
对比例1-1：
本对比例属于现有技术中的一种典型生长示例，与实施例1大体相同，区别主要在于步骤（2）中量子阱有源区的生长的不同：
S1：在200torr、750度下，同时通入TMIn、TMGa和NH3生长InGaN阱层材料2.5nm。
S2：在200torr、850度下，生长GaN垒层12.5nm。
S3：重复上述阱垒循环生长的步骤10个周期。
将上述实施例1与对比例1所提供的外延结构连接电极制备成发光器件，保证实施例1和对比例1对应器件的其他结构，包括N型GaN层和P型GaN层以及连接电极的结构完全一致，进行发光测试，测试得到如下结果，其中的波长偏移为1-1000A/cm2电流密度下的波长偏移量。
表1 实施例1与对比例1-1所制得的发光器件的发光性能测试
从上述测试结果可见，采用本发明的技术方案的实施例1，由于极化可控且能够技术设计，得到的主波长与传统方法基本无异，在发光强度和量子效率方面，都有不同程度的提升，表明量子阱中的电子和空穴的波函数重叠加大，辐射复合加强。最后在电流密度增加的情况下，实施例1的偏移量几乎仅有对比例1的蓝移偏移量的一半，这说明了本发明很好的调控了极化效应，降低了量子限制斯塔克效应（QCSE）。
对比例1-2：
本对比例属于现有技术中的一种典型生长示例，与实施例1大体相同，区别主要在于步骤（2）中量子阱有源区的生长的不同：
将步骤S1中生长的InN替换为通入TMIn、TMG和NH3，生长形成InGaN替代InN，其余条件及各层厚度均不变。
所形成的发光器件的发光强度为90%，略低于实施例1。
对比例1-3：
本对比例属于现有技术中的一种典型生长示例，与实施例1大体相同，区别主要在于步骤（2）中量子阱有源区的生长的不同：
步骤S1中，InN层形成时，超出压力为600torr，温度为900℃，其余条件以及各层厚度均不变。
所形成的发光器件无法在可见光范围内发光，这应是由于InN量子点的颗粒尺寸及分布密度不符合可见光发光要求导致的。
实施例2：
本实施例示例一极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于量子阱有源区的形成过程的不同：
S1：在200torr、800℃条件下，同时通入TMIn和NH3生长InN层，厚度a1为0.3nm，再采用相同的GaN生长工艺生长GaN层，其厚度b1为0.2nm，周期数x为1个，完成阱区的生长。
S2：接着在50torr、1000℃条件下，生长AlN层，其厚度c1为1.5nm，再生长GaN层厚度d1为1.0nm，周期数y为2个，完成垒区的生长。
S3：重复上述阱区和垒区的生长步骤，循环生长20个周期。
本实施例所制备的同质外延结构在1-1000A/cm2电流密度下具有与实施例1同样水平的波长偏移量。
实施例3
本实施例示例一极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于量子阱有源区的形成过程的不同：
S1：在500torr、600℃条件下，同时通入TMIn和NH3生长InN层，厚度a1为0.2nm，再采用相同的GaN生长工艺生长GaN层，其厚度b1为1.0nm，周期数x为10个，完成阱区的生长。
S2：接着在200torr、800℃条件下，生长AlN层，其厚度c1为0.9nm，再生长GaN层厚度d1为5.0nm，周期数y为20个，完成垒区的生长。
S3：不再重复上述阱区和垒区的生长步骤，总计循环生长1个周期。
本实施例所制备的同质外延结构在1-1000A/cm2电流密度下也具有与实施例1同样水平的波长偏移量。
实施例4
本实施例示例一极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备过程，与实施例1大体相同，区别主要在于量子阱有源区的形成过程的不同：
S1：在500torr、580℃条件下，同时通入1000sccm流量的TMIn和70slm流量的NH3生长InN层，厚度a1为0.4nm，再采用常规的GaN生长工艺生长GaN层，其厚度b1为1.0nm，周期数x为10个，完成阱区的生长。其中控制生长工艺以使得发光波长为650nm。
S2：接着在200torr、760℃条件下，生长AlN层，其厚度c1为1.5nm，再生长GaN层厚度d1为5.0nm，周期数y为20个，完成垒区的生长。
S3：不再重复上述阱区和垒区的生长步骤，总计循环生长2个周期。并且，每个周期，上述a的厚度增加10%，c厚度增加5%，b和d的厚度不变。
对比例2
本实施例示例一极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备过程，与实施例4大体相同，区别主要在于：
步骤S3中，每个周期，上述a，b，c，d的参数与第一周期一致，而未发生变化。
表2 实施例1与对比例1-1所制得的发光器件的发光性能测试
其中，对比例1-3由于未产生可见光，因此并未测定其主波长、发光强度、量子效率以及波长偏移等参数。
对比上述实施例4与对比例2在1-1000A/cm2电流密度下的波长偏移量，实施例4的波长偏移量为48nm，对比例2的波长偏移量为70nm，显著大于实施例4。可以发现，对于波长较长，尤其是主发光波长大于600nm的外延结构，优选应采用不同周期内厚度参数进行变化调控的方式进行生长，来获得更高的发光强度、更低的波长偏移量，以产生较小的色差。
通过上述实施例以及对比例，可以明确，本发明实施例提出的一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其量子阱有源区的设计有别于传统异质外延结构中InGaN/GaN的有源区量子阱结构，基于GaN单晶衬底生长周期循环的量子能带调控型的阱区和垒区，每个循环中的阱区是由周期循环的InN/GaN超晶格组成，而每个循环中的垒区是由周期循环的AlN/GaN超晶格组成，能够减少量子阱有源区的能带倾斜，以降低极化效应，增大电子和空穴波函数在空间上的重叠，提高辐射几率，最终提升微小尺寸下的Micro-LED的内量子效率。
同时，本发明实施例所提供的制备方法还能够通过压应力与张应力的相互匹配调控半导体层的应力，所形成的半导体材料晶体质量高、能带调控简单、量子效应提升容易，适合工业化生产。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于包括：
第一导电类型的半导体层，生长在氮化物单晶衬底上；
量子阱有源区，生长在所述第一导电类型的半导体层上，并包括交替生长的一个以上阱区和一个以上垒区，所述量子阱有源区具有一个以上的循环生长周期；
其中，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构具有一个以上的第一超晶格循环周期，所述第一超晶格结构的每个周期包括依次生长的一InN层和第一GaN层，所述第一超晶格结构使所述阱区生长后的外延结构受到张应力；所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构具有一个以上的第二超晶格循环周期，所述第二超晶格结构的每个周期包括依次生长的一AlN层和一第二GaN层，所述第二超晶格结构使所述垒区生长后的外延结构受到压应力；
第二导电类型的半导体层，生长在所述量子阱有源区上。
2.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于：所述阱区和垒区的循环生长周期的数值为1-20。
3.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于：所述第一超晶格循环周期内，多个第一GaN层的厚度相同，和/或，多个InN层的厚度相同；
和/或，所述第二超晶格循环周期内，多个第二GaN层的厚度相同，和/或，多个AlN层的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于：在所述循环生长周期中，最先生长的第一GaN层的厚度大于等于最后生长的第一GaN层的厚度，最先生长的InN层的厚度小于最后生长的InN层的厚度；
和/或，在所述循环生长周期中，最先生长的AlN层的厚度小于最后生长的AlN层的厚度，最先生长的第二GaN层的厚度大于等于最后生长的第二GaN层的厚度；
其中，所述量子阱有源区的发光波长>600nm。
5.根据权利要求1所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于：所述第一超晶格结构的第一超晶格循环周期的数值为1-10，和/或，所述第一GaN层的厚度为0.2-1.0nm，和/或，所述InN层的厚度为0.1-0.5nm；
和/或，所述第二超晶格结构的第二超晶格循环周期的数值为1-20，和/或，所述AlN层的厚度为0.5-1.5nm，和/或，所述第二GaN层的厚度为1.0-5.0nm。
6.根据权利要求5所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构，其特征在于：所述InN层包括多个InN量子点，所述InN量子点的颗粒高度为0.1-0.5nm。
7.一种极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，包括在氮化物单晶衬底上依次生长第一导电类型的半导体层、量子阱有源区、第二导电类型的半导体层；
其特征在于，其中生长所述量子阱有源区的步骤具体包括：
S1、在第一温度及第一压力条件下，生长形成一阱区，所述阱区具有第一超晶格结构，所述第一超晶格结构的每一周期包括依次生长的一第一GaN层和一InN层；
S2、在第二温度及第二压力条件下，生长形成一垒区，所述垒区具有第二超晶格结构，所述第二超晶格结构的每一周期包括依次生长的一AlN层、一第二GaN层；
所述第二温度在第一温度以上，所述第一压力条件在第二压力条件以上。
8.根据权利要求7所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，其特征在于，其中生长所述量子阱有源区的步骤还包括：
S3、重复步骤S1-S2的操作一次以上，以交替生长多个阱区和多个垒区。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，其特征在于：
所述第一压力条件为200-500torr，第一温度为600-800℃，所述第二压力条件为50-200torr，第二温度为800-1000℃；
和/或，所述第一超晶格结构的周期数为1-10，和/或，所述第一GaN层的厚度为0.2-1.0nm，和/或，所述InN层的厚度为0.1-0.5nm；
和/或，所述第二超晶格结构的周期数为1-20，和/或，所述AlN层的厚度为0.5-1.5nm，和/或，所述第二GaN层的厚度为1.0-5.0nm。
10.根据权利要求7-8中任一项所述的极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：向生长腔室内同时或交替输入In源和氮源，从而生长形成所述InN层。
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