CN104157764B - 一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 - Google Patents
一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104157764B CN104157764B CN201410426072.2A CN201410426072A CN104157764B CN 104157764 B CN104157764 B CN 104157764B CN 201410426072 A CN201410426072 A CN 201410426072A CN 104157764 B CN104157764 B CN 104157764B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan layer
- gan
- doping
- layer
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 88
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 167
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 20
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 20
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 19
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000007773 growth pattern Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
Abstract
本申请公开了降低驱动电压的外延片，生长方法及LED结构，该外延片，其结构从下至上依次为：基板，GaN缓冲层，U型GaN层，n型GaN层，MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层，所述的U型GaN层的厚度为U型GaN层形成平整表面时的厚度；所述的n型GaN层包括：掺杂Si的第一GaN层，在所述的第一GaN层上是掺杂Si的第二GaN层。本发明降低了驱动电压，将不掺杂的GaN层掺入Si或In元素，改变LED整体的电流扩展效果，使得N层、P层的阻值得到下降，从而降低驱动电压。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种降低驱动电压的外延片，生长方法及LED结构。
背景技术
氮化镓基材料，包括InGaN、GaN、AlGaN合金，为直接带隙半导体，且带隙从1.8-6.2eV连续可调，具有宽直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，是生产短波长高亮度发光器件、紫外光探测器和高温高频微电子器件的理想材料，广泛应用于全彩大屏幕显示，LCD背光源、信号灯、照明等领域。图1示意了一种传统的LED结构，其结构从下至上依次为：基板，GaN缓冲层，U型GaN层，n型GaN层，MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层。
现有技术的这种LED结构的外延生长方法一般包括：在900～1000℃的的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底4～5分钟；降温至530～560℃下，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～30nm的低温缓冲层GaN；升高温度到1100～1200℃下，持续生长厚度为4～5um的不掺杂GaN；然后首先生长厚度为4～5μm持续掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3；周期性生长有发光层MQW，低温700～750℃生长掺杂In的厚度为2.5～3nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.22，高温800～850℃生长厚度为11～12nm的GaN层.InxGa(1-x)N/GaN的周期数为14～15个；再升高温度到940～950℃持续生长厚度为30～50nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为3E+19～4E+19atom/cm3；再升高温度到1000～1100℃，持续生长厚度为150～200nm的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～1E+20atom/cm3；最后降温至750～780℃，保温20～30min，接着炉内冷却。其显著缺点是：LED的驱动电压较高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种降低驱动电压的外延片，其能够加强LED的电流扩展，降低LED的驱动电压。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种降低驱动电压的外延片，其结构从下至上依次为：基板，GaN缓冲层，U型GaN层，n型GaN层，MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层，其特征在于：
所述的U型GaN层的厚度为U型GaN层形成平整表面时的厚度；
所述的n型GaN层包括：掺杂Si的第一GaN层，在所述的第一GaN层上是掺杂Si的第二GaN层。
优选地，其中，所述的U型GaN层的厚度为1.5～1.6μm。
优选地，其中，所述的第一GaN层还掺杂In。
优选地，其中，所述的第二GaN层还掺杂In。
一种降低驱动电压的外延片的生长方法，依次包括处理基板，GaN缓冲层的步骤，其特征在于，还包括：
在所述的GaN缓冲层上生长U型GaN层，所述的U型GaN层的厚度为U型GaN层形成平整表面时的厚度；
保持温度不变，在U型GaN层上生长掺杂Si的第一GaN层，然后，在所述的第一GaN层上生长掺杂Si的第二GaN层；
在所述的第二GaN层上依次生长MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层。
优选地，其中，所述的第一GaN层掺杂Si的浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；
所述的第二GaN层掺杂Si的浓度为8E+18～1E+19atom/cm3。
优选地，其中，
所述的第一GaN层还掺杂In，掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
优选地，其中，
所述的第一GaN层还掺杂In，掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
优选地，其中，
所述的U型GaN层的生长温度在1100～1200℃，生长厚度为1.5～1.6μm；
所述的第一GaN层的生长厚度为2.5～3.0μm；
所述的第二GaN层的生长厚度为4～5μm。
一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，其特征在于，所述的外延片为权利要求1至3中任何一项所述的外延片。
本发明的有益效果为：
第一，降低了驱动电压，将不掺杂的GaN层掺入Si或In元素，改变LED整体的电流扩展效果，使得N层、P层的阻值得到下降，从而降低驱动电压。
第二，改善结晶质量，靠近N电极的电流密度高，造成电流拥挤，增加N层的导电厚度，能引导电流更好的向下扩展，掺杂Si或In还可以改善晶体质量，减少缺陷的出现，使得N层、发光层、P层的结晶质量都得到改善。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是现有技术的LED结构示意图；
图2是本发明的降低驱动电压的LED结构示意图；
图3是本发明的温度曲线和反射曲线示意图；
图4是本发明与现有技术对比试验的LED亮度试验数据分布示意图；
图5是本发明与现有技术对比试验的LED电压试验数据分布示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
请参照图2，本发明的降低驱动电压的LED外延片结构从下至上依次为：基板100，GaN缓冲层200，U型GaN层300，n型GaN层，MQW发光层500，p型AlGaN层600，高温p型GaN层700。所述的U型GaN层300的厚度为U型GaN层形成平整表面时的厚度；所述的n型GaN层包括：掺杂Si的第一GaN层410，在所述的第一GaN层410上是掺杂Si的第二GaN层420。以及设置在所述外延片上的P电极800和N电极900。
本实施例的运用Aixtron MOCVD来生长：采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力在100mbar到800mbar之间。具体生长方式如下：
a.在900～1000℃的的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底4～5分钟；
b.降温至530～560℃下，在蓝宝石衬底上生长厚度为20～30nm的低温缓冲层GaN；
c.升高温度到1100℃下，(1)持续生长1.5μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.5μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3；
e.周期性生长有发光层MQW，低温700～750℃生长掺杂In的2.5～3nm的InxGa(1-x)N层，x＝0.20-0.22，高温800～850℃生长11～12nm的GaN层.InxGa(1-x)N/GaN的周期数为14～15个；
f.再升高温度到940～950℃持续生长30～50nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度2E+20～3E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度3E+19～4E+19atom/cm3；
g.再升高温度到1000～1100℃持续生长150～200nm的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～1E+20atom/cm3；
h.最后降温至750～780℃，保温20～30min，接着炉内冷却。
图3示意本发明的温度曲线和反射曲线，如图所示，(1)高温处理工艺，(2)降温不生长(3)低温缓冲层，(4)升温不生长，(5)不掺杂GaN，(6)和(7)掺杂In或不掺杂In的第一GaN层与第二GaN层。
实施例2
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1200℃下，(1)持续生长1.6μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长3.0μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例3
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例4
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1170℃下，(1)持续生长1.58μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.6μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.1μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例5
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1100℃下，(1)持续生长1.5μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.5μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3。
实施例6
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1200℃下，(1)持续生长1.6μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长3.0μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长5μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3。
实施例7
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3。
实施例8
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1170℃下，(1)持续生长1.58μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.6μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.1μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3。
实施例9
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si的第一GaN层，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例10
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1200℃下，(1)持续生长1.6μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长3.0μm掺杂Si的第一GaN层，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；Si必须掺杂(In元素可以不掺，但是效果欠佳)；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例11
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1170℃下，(1)持续生长1.58μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.6μm掺杂Si的第一GaN层，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.1μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3；
实施例12
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1100℃下，(1)持续生长1.5μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.5μm掺杂Si的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18～1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3。
实施例13
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1200℃下，(1)持续生长1.6μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长3.0μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18atom/cm3，In的掺杂浓度为1E+18atom/cm3。
实施例14
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为5E+18atom/cm3。
实施例15
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1170℃下，(1)持续生长1.58μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.6μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为2E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.1μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为2E+18atom/cm3。
实施例16
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1100℃下，(1)持续生长1.5μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.5μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18atom/cm3。
实施例17
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1200℃下，(1)持续生长1.6μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长3.0μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为1E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长5μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度8E+18atom/cm3。
实施例18
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3。
实施例19
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1170℃下，(1)持续生长1.58μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.6μm掺杂Si、In的第一GaN层，In掺杂浓度为3E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.1μm持续掺杂Si的第二GaN层，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3。
实施例20
本实施例的降低驱动电压的外延片的生长方法的步骤a、b、e、f、g、h与实施例1相同，步骤c和d分别为：
c.升高温度到1150℃下，(1)持续生长1.55μm的GaN，不掺杂任何元素，这一层为U型覆盖层，(2)然后保持温度不变生长2.8μm掺杂Si的第一GaN层，Si的掺杂浓度为6E+18atom/cm3；(1)的厚度把握的原则是GaN晶体必须生长成平整的表面即，参考图3，反射曲线第一次达到最大值为GaN生长平整后在进行(2)的生长；
d.然后首先生长4.5μm持续掺杂Si、In的第二GaN层，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，In的掺杂浓度为3E+18atom/cm3。
试验
根据传统方法制备样品1，根据本申请描述的方法制备样品2、3；样品1和样品2、3外延生长方法参数不同点在于生长不掺杂GaN和第一GaN层、第二GaN层的生长条件不一样，其它外延层生长条件完全一样。
请参考表1至3，样品1和样品2、3在XRD设备上测试GaN[102]面，然后相同的工艺条件下镀ITO层约150nm，镀Cr/Pt/Au电极约70nm，相同的条件下镀保护层SiO2约30nm，然后在相同的条件下将样品研磨切割成762μm*762μm(30mi*30mil)的芯片颗粒，然后样品1和样品2、3在相同位置各自挑选150颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED。然后采用积分球在驱动电流350mA条件下测试样品1和样品2、3的光电性能。
表1生长参数的对比
表2生长参数的对比
表3[102]面参数的对比
| 样品 | [102]面 |
| 样品1 | 300弧度/秒 |
| 样品2 | 270弧度/秒 |
| 样品3 | 250弧度/秒 |
试验结果：
(1)通过XRD的测试对比GaN[102]面数值越小代表晶格结晶质量越好，通过表3，得出样品2、3的晶体质量比样品1好10％～15％。
(2)将积分球获得的数据进行分析对比，请参考图四和图五，从图四数据得出样品2、3较样品1亮度输出保持不变，从图五数据得出样品2、3较样品1驱动电压降低约0.15～0.2v。
本发明的有益效果为：
第一，降低了驱动电压，将不掺杂的GaN层掺入Si或In元素，改变LED整体的电流扩展效果，使得N层、P层的阻值得到下降，从而降低驱动电压。
第二，改善结晶质量，靠近N电极的电流密度高，造成电流拥挤，增加N层的导电厚度，能引导电流更好的向下扩展，掺杂Si或In还可以改善晶体质量，减少缺陷的出现，使得N层、发光层、P层的结晶质量都得到改善。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (3)
1.一种降低驱动电压的外延片，其结构从下至上依次为：基板，GaN缓冲层，U型GaN层，n型GaN层，MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层，其特征在于：
所述U型GaN层形成平整表面，且形成平整表面的所述U型GaN层的厚度为1.55～1.6μm；
所述n型GaN层包括：掺杂Si、In的第一GaN层，所述第一GaN层中In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3，在所述第一GaN层上是掺杂Si、In的第二GaN层，所述第二GaN层中In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为8E+18～1E+19atom/cm3，
所述第一GaN层的生长厚度为2.5～3.0μm，所述第二GaN层的生长厚度为4～5μm。
2.一种降低驱动电压的外延片的生长方法，依次包括处理基板，生长GaN缓冲层的步骤，其特征在于，还包括：
升高温度到1100℃～1200℃，持续生长U型GaN层，所述U型GaN层形成平整表面，且形成平整表面的所述U型GaN层的厚度为1.55～1.6μm；
保持生长温度不变，生长厚度为2.5～3.0μm的掺杂Si、In的第一GaN层，其中，所述第一GaN层中In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为5E+18～6E+18atom/cm3；
保持生长温度不变，生长厚度为4～5μm的掺杂Si、In的第二GaN层，其中，所述第二GaN层中In掺杂浓度为1E+18～5E+18atom/cm3，Si的掺杂浓度为8E+18～1E+19atom/cm3，
在所述第二GaN层上依次生长MQW发光层，p型AlGaN层，高温p型GaN层。
3.一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，其特征在于，所述的外延片为权利要求1中所述的外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410426072.2A CN104157764B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410426072.2A CN104157764B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104157764A CN104157764A (zh) | 2014-11-19 |
| CN104157764B true CN104157764B (zh) | 2017-06-16 |
Family
ID=51883218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410426072.2A Expired - Fee Related CN104157764B (zh) | 2014-08-27 | 2014-08-27 | 一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104157764B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107331738B (zh) * | 2017-05-12 | 2019-12-06 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管外延片的制造方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6667498B2 (en) * | 2001-06-07 | 2003-12-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Nitride semiconductor stack and its semiconductor device |
| CN100392881C (zh) * | 2005-06-23 | 2008-06-04 | 华南师范大学 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| CN102664145A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-09-12 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 采用金属有机化合物气相外延技术生长非对称电子储蓄层高亮度发光二极管的方法 |
| CN103107256A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-05-15 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延片 |
| CN103346226A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延结构及其生长方法 |
-
2014
- 2014-08-27 CN CN201410426072.2A patent/CN104157764B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6667498B2 (en) * | 2001-06-07 | 2003-12-23 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Nitride semiconductor stack and its semiconductor device |
| CN100392881C (zh) * | 2005-06-23 | 2008-06-04 | 华南师范大学 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| CN102664145A (zh) * | 2012-05-16 | 2012-09-12 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 采用金属有机化合物气相外延技术生长非对称电子储蓄层高亮度发光二极管的方法 |
| CN103107256A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-05-15 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延片 |
| CN103346226A (zh) * | 2013-07-02 | 2013-10-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延结构及其生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104157764A (zh) | 2014-11-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103474538B (zh) | Led外延片、其制作方法及包含其的led芯片 | |
| CN103996759A (zh) | Led外延层生长方法及led外延层 | |
| CN108987538B (zh) | Led外延结构及其制备方法和半导体器件 | |
| CN105206722B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
| CN105206723B (zh) | 一种提高led亮度的外延生长方法 | |
| CN100470865C (zh) | 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法 | |
| CN106328777B (zh) | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 | |
| CN105244424B (zh) | 一种提高led器件光效的外延生长方法 | |
| CN105023976B (zh) | 一种led外延生长方法 | |
| CN107452841B (zh) | 基于石墨烯的led外延生长方法 | |
| CN105070653B (zh) | 一种增强器件抗静电能力的led外延生长方法 | |
| CN104091872A (zh) | Mg扩散的LED外延片、生长方法及LED结构 | |
| CN105789388A (zh) | 提高外延晶体质量的led生长方法 | |
| CN103560187A (zh) | 含有超晶格势垒层的led结构外延生长方法及其结构 | |
| CN104103721B (zh) | P型led外延结构、生长方法 | |
| CN105895753B (zh) | 提高led发光效率的外延生长方法 | |
| CN103441194A (zh) | Led外延片、其制作方法及包括其的led芯片 | |
| CN104103724B (zh) | 渐变量子阱的led外延片、生长方法及led结构 | |
| CN103594570B (zh) | 含有超晶格势垒层的led结构外延生长方法及其结构 | |
| CN106374021A (zh) | 基于蓝宝石图形化衬底的led外延生长方法 | |
| CN106328780A (zh) | 基于AlN模板的发光二极管衬底外延生长的方法 | |
| CN104201257B (zh) | 通过缓冲层调节控制led外延片波长均匀性的方法 | |
| CN109830578A (zh) | 一种led外延结构的生长方法 | |
| CN112941490A (zh) | Led外延量子阱生长方法 | |
| CN104157764B (zh) | 一种降低驱动电压的外延片，生长方法及led结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170616 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |