[发明专利]一种InGaN图形衬底模板及其制备方法和在红光Micro-LED芯片中的应用

说明书

本发明公开一种InGaN图形衬底模板及其制备方法和在红光Micro‑LED芯片中的应用。该图形衬底模板依次包括衬底、GaN层、模板层、GaN六棱锥阵列和InGaN六棱台阵列；其中：所述模板层内部有贯穿模板层的GaN圆台或六棱台阵列；所述GaN六棱锥阵列从GaN圆台或六棱台阵列上继续生长得到；所述InGaN六棱台与GaN六棱锥共轴线，并将GaN六棱锥完全覆盖，所述InGaN六棱台和所述GaN六棱锥侧壁均为{10‑11}晶面。该图形衬底模板的In组分含量高，可直接生长In组分含量在25～35％的铟镓氮基红光Micro‑LED，并显著增强芯片的光提取效率，适用于水平、倒装和垂直多种不同结构的芯片。

技术领域

本发明属于Micro-LED芯片技术领域，具体涉及一种InGaN图形衬底模板及其制备方法和在红光Micro-LED芯片中的应用。

背景技术

三元合金InGaN被广泛用作氮化物发光二极管中的InGaN量子阱。目前，采用低In组分的InGaN量子阱已经量产出蓝光和绿光LED芯片，而红光LED芯片主要采用GaAs材料。采用同种体系的铟镓氮材料实现红、绿、蓝三基色LED具有重要的应用价值。为使LED芯片的发光颜色达到红色，InGaN量子阱中的铟含量至少需要增加到25～35％。目前的技术中，InGaN量子阱生长在GaN薄膜的c面上。由于InGaN与GaN存在较大的晶格失配，InGaN材料中In组分含量越高晶格失配比越大。随着In组分的增加，InGaN量子阱中的压应变逐渐增强。一方面，更强的压应变导致晶体质量下降，降低了芯片的内量子效率。另一方面，压应变会引起压电极化，产生内建电场，内建极化电场使半导体的能带倾斜，电子-空穴对空间分离、波函数交叠量减少，引起发光效率下降、发光峰(吸收边)红移，这种现象被称为量子限制斯塔克效应。因此，在c面生长的InGaN材料中，In组分含量越高，压应力越大，InGaN材料的生长越困难。一般在GaN层上生长的InGaN组分中In组分最高含量约15％，无法达到红光LED的InGaN量子阱中In组分含量的要求。因此，现有技术难以实现InGaN基红光LED芯片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种InGaN图形衬底模板及其制备方法和在红光Micro-LED中的应用。该InGaN图形衬底模板的InGaN层的In组分含量约20％，与红光InGaN量子阱之间的In组分含量差小，可在该图形衬底模板上直接生长In组分含量在25～35％的铟镓氮基红光Micro-LED。同时该衬底模板中的空气间隙结构可显著增强红光Micro-LED芯片的光提取效率，适用于水平结构、倒装结构和垂直结构多种不同结构的LED芯片。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

提供一种InGaN图形衬底模板，依次包括衬底、GaN层、模板层、GaN六棱锥阵列和InGaN六棱台阵列；其中：

所述模板层内部有贯穿模板层的GaN圆台或六棱台阵列，所述GaN圆台或六棱台中上底面面积大于下底面；

所述GaN六棱锥阵列为从所述GaN圆台阵列或GaN六棱台阵列上继续生长GaN晶体得到的；

所述InGaN六棱台阵列中InGaN六棱台下底面位于模板层上，下底面面积大于上底面，轴线与所述GaN六棱锥轴线重合，高度大于所述GaN六棱锥的高度；所述InGaN六棱台下底面的外接圆直径大于所述GaN六棱锥底面外接圆直径，所述InGaN六棱台下底面的六条边平行于所述GaN六棱锥底面的六条边，且所述InGaN六棱台和所述GaN六棱锥侧壁六个面均为{10-11}晶面。

按上述方案，所述GaN六棱锥阵列中，所述GaN六棱锥底面的边长为200～300nm，高度为150～300nm。

按上述方案，所述InGaN六棱台阵列中，所述InGaN六棱台下底面边长为800～5000nm，上底面边长为100～4500nm，高度为800～5000nm。

按上述方案，所述InGaN六棱台中In的含量为15～20％。