[發明專利]一種面向紫外通訊的Micro紫外發光二極管芯片

有效

• 申請號: 202110602777.5
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113345989B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 張紫輝;車佳漭;李青;張勇輝;楚春雙;鄭權
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;東旭集團有限公司
• 主分類號: H01L33/14
• 分類號: H01L33/14;H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種面向紫外通訊的Micro紫外發光二極管芯片。該二極管芯片沿著外延生長方向依次包括：襯底、緩沖層、n型電子注入層，所述的n型電子注入層為二級臺階結構，第二級臺階沿外延生長方向依次為多量子阱層、p型電子阻擋層、第一p型空穴注入層；所述的第一p型空穴注入層為另一個二級臺階結構，其第二級臺階上沿外延生長方向依次為p型空穴加速層、第二p型空穴注入層、p型重摻雜空穴注入層、電流擴展層；電流擴展層上設置有p型歐姆電極，n型電子注入層的暴露部分上設置有n型歐姆電極。本發明提升了器件的光效和器件的響應速度，滿足了高速數據傳輸的需要。

技術領域

本發明涉及Micro LED發光技術領域，具體地說涉及到了一種面向紫外通訊的Micro紫外發光二極管芯片及其制備方法。

背景技術

發光二極管(light-emitting diode)相比于傳統光源具有能耗低、體積小、使用壽命長、顯示色域廣、環保等優點。目前被廣泛應用于照明、顯示、醫學、軍事、生物化學檢測等領域。隨著LED器件尺寸的逐漸縮小，Micro LED作為新一代的顯示技術正受到廣泛的關注和研究。相比于當前應用于顯示領域的LCD(liquid crystal display)和OLED(organiclight-emitting diode)技術,Micro LED具有光電轉化效率高、能耗更低、響應速度快等優勢，且Micro LED能夠有效規避OLED半導體材料在高溫下易發生分解的缺陷，從而提升了器件的使用壽命。不僅在顯示領域，由于Micro LED具有較高的響應速度，其在可見光通訊(visible light communication,VLC)中的應用也被給予了較高的期望并于近期得到了顯著的發展。

然而，目前VLC技術的應用仍受到一定的限制。例如，室內VLC設備在進行信息交換的同時還需對室內進行照明，這樣就對建立有效的上行鏈路造成了困難；另外，包括熒光燈在內的自然光源和人造光源也會產生干擾，并可能導致接收器飽和。為規避以上VLC技術存在的缺陷，紫外光通訊(ultraviolet-based communication)技術應運而生。這主要是因為大氣對波長為200～300nm的紫外光具有強烈的吸收作用，這一波段稱為日盲區，采用這一波段進行紫外光通訊能夠有效避免自然光源和人造光源的干擾，同時紫外光通訊還具有安全性能高、保密性好等優點。Micro LED作為一種可實現高速響應的紫外通訊發射設備引起了相關研究者的廣泛興趣。Micro LED器件能夠有效地提升電流擴展效應、降低結溫并提高光提取率；盡管優勢顯著，然而目前急需解決主要問題之一是在較小尺寸的Micro LED器件中，由側壁缺陷引起的Shockley-Read-Hall(SRH)非輻射復合會對器件的光功率和外量子效率(EQE)產生嚴重的影響。相關研究機構已提出諸如通過原子層沉積(ALD)生長鈍化層、化學腐蝕去除表面缺陷等方法來降低側壁缺陷對器件性能的影響。著眼于側壁缺陷處理層面，以上方法有助于提升Micro LED的發光效率，如果將上述方法與器件架構設計與制備相結合，則有望進一步抑制Micro LED的側壁非輻射復合，提高發光效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于紫外通訊的Micro紫外發光二極管芯片及其制備方法。該器件通過在Micro紫外LED芯片的p型空穴注入層中插入一層p型空穴加速層，所形成的p型空穴注入層/p型空穴加速層結構將構成空穴加速器，在極化效應作用下，內部所產生的極化電場能夠增加空穴在沿電流輸運方向的速度分量，減緩空穴在器件內部的橫向輸運，對空穴注入有源區起到促進作用。為減緩器件有源區因側壁刻蝕引起非輻射復合效應，對本器件進行了二次刻蝕，刻蝕深度將延伸至介于p型電子阻擋層和p型空穴加速層之間的p型空穴注入層中。本發明所述的Micro紫外LED芯片在促進空穴注入的同時，減緩了側壁刻蝕引起的非輻射復合效應，從而提升了器件的光效和器件的響應速度，滿足了高速數據傳輸的需要。

本發明解決該技術問題所提出的技術方案是：