CN104167476A - 一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 - Google Patents
一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104167476A CN104167476A CN201310186632.7A CN201310186632A CN104167476A CN 104167476 A CN104167476 A CN 104167476A CN 201310186632 A CN201310186632 A CN 201310186632A CN 104167476 A CN104167476 A CN 104167476A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan layer
- emitting diode
- growth
- light
- 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.)
- Pending
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 22
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 claims description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 abstract 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 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
- H01L33/12—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 stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- 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)
Abstract
一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，涉及发光二极管外延技术领域。本发明从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述U型GaN层的生长厚度为1-10um，U型GaN层中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层，其中Al的组分为0.01<X<1。同现有技术相比，本发明能有效降低位错密度，提高外延层的晶体质量，提升蓝光LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管外延技术领域，特别是能降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构。
背景技术
随着LED行业的快速发展，人们对于LED亮度的要求越来越高，不断在致力于提高LED亮度。在蓝光领域影响亮度的原因主要有以下几点：一、衬底与外延层之间有较大晶格失配；二、有源区MQW能带弯曲；三、高空穴浓度。
现有技术中，蓝光LED发光二极管结构是从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层组成，如图1所示，蓝光LED生长过程中由于衬底和外延层之间有较大的晶格失配和热失配，其位错密度达109 cm-2以上。因此，产生自发极化和压电效应，从而形成较强的内建电场，促使能带的弯曲，降低波函数的复合的几率，LED的发光效率也将明显的下降。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构。它能有效降低位错密度，提高外延层的晶体质量，提升蓝光LED的发光效率。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，它从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底、AlN缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、有源区、电子阻挡层和P型GaN层。其结构特点是，所述U型GaN层的生长厚度为1-10um，U型GaN层中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层，其中Al的组分为0.01<X<1。
在上述发光二极管结构中，所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层在氮气或者氢气环境中生长，生长温度为650-1200℃，生长压力在50-800mbar，生长周期为1-10。
在上述发光二极管结构中，所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层中AlxGa1-xN的厚度为10-5000埃，SiNx的厚度为10-5000埃。
本发明由于采用了上述结构，在U型GaN层中增加一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层，使外延层缺陷密度可以降低到101 ~107 cm3 ，极大的提高外延层的晶体质量。本发明结构不仅可以将电压降低大约0.1-0.2V，同时，还可使内量子发光效率提升5%以上。同现有技术相比，本发明通过改变应力的变化，降低衬底与外延层之间晶格失配度，从而大大减低外延层中的缺陷密度，提高外延层的晶体质量，达到降低内建电场，减缓能带的弯曲，进而降低器件内部吸光的影响，提高蓝光LED的发光效率。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是现有技术中LED外延结构的示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
参看图2，本发明从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底1、AlN缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、有源区5、电子阻挡层6和P型GaN层7。U型GaN层3的生长厚度为1-10um，U型GaN层3中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10，其中Al的组分为0.01<X<1。AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10在氮气或者氢气环境中生长，生长温度为650-1200℃，生长压力在50-800mbar，生长周期为1-10。AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10中AlxGa1-xN的厚度为10-5000埃，SiNx的厚度为10-5000埃。
实施例一：
本发明结构的制备方法是在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除蓝宝石衬底1表面的残余杂质。再缓慢降温在500℃，生长一层AlN缓冲层2。然后迅速升温，在1000℃生长U型GaN层3，生长大约10min，插入一层超晶格AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10。在氢气或者氮气的情况下，温度在650℃下生长，先生长AlxGa1-xN厚度为10埃，再生长SiNX厚度为10埃，再在1000℃的温度下继续生长U型GaN层3，生长时间为20min。之后，在器件上表面生长N型GaN层4，生长温度为1000℃，生长厚度为0.5um。
继续在器件上表面生长有源区5，在高温600℃下生长垒层，降下温度500生长阱层。在600℃下生长电子阻挡层6，厚度为50埃。再生长P型GaN层7 ，生长温度为600℃，厚度为1000埃，Mg的浓度为5x1017 cm3。
实施例二：
本发明结构的制备方法是在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除蓝宝石衬底1表面的残余杂质。再缓慢降温在700℃，生长一层AlN缓冲层2。然后迅速升温，在1100℃生长U型GaN层3，生长大约40min，插入一层超晶格AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10。在氢气或者氮气的情况下，温度在850℃下生长，先生长AlxGa1-xN厚度为1000埃，再生长SiNX厚度为300埃，再在1100℃的温度下继续生长U型GaN层3，生长时间为40min。之后，在器件上表面生长N型GaN层4，生长温度为1100℃，生长厚度为3um。
继续在器件上表面生长有源区5，在高温800℃下生长垒层，降下温度700生长阱层。在800℃下生长电子阻挡层6，厚度为5000埃。再生长P型GaN层7 ，生长温度为800℃，厚度为3000埃，Mg的浓度为5x1019 cm3。
实施例三：
本发明结构的制备方法是在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应炉里进行高温烘烤，去除蓝宝石衬底1表面的残余杂质。再缓慢降温在900℃，生长一层AlN缓冲层2。然后迅速升温，在1200℃生长U型GaN层3，生长大约80min，插入一层超晶格AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层10。在氢气或者氮气的情况下，温度在1200℃下生长，先生长AlxGa1-xN厚度为5000埃，再生长SiNX厚度为5000埃，再在1200℃的温度下继续生长U型GaN层3，生长时间为90min。之后，在器件上表面生长N型GaN层4，生长温度为1200℃，生长厚度为10um。
继续在器件上表面生长有源区5，在高温1000℃下生长垒层，降下温度900生长阱层。在1000℃下生长电子阻挡层6，厚度为10000埃。再生长P型GaN层7 ，生长温度为1000℃，厚度为5000埃，Mg的浓度为1x1023 cm3。
按照上述各实施例中的方式生长本发明LED外延结构，还可做进一步改进，包括在U型GaN层、U型InxGa1-xN层和U型AlxGa1-xN层(0<X<1)中，N型GaN层、N型InxGa1-xN层和N型AlxGa1-xN层(0<X<1)中，P型GaN层、P型InxGa1-xN层和P型AlxGa1-xN层(0<X<1)中插入AlxGa1-xN/SiNX(0<X<1)缺陷阻挡层，均属于本发明的改进。同时，插入层材料也可为(AlxGa1-x)y In1-y （0<x<1,0<y<1）、InxGa1-xN(0<x<1)、AlxIn1-xN(0<x<1)GaN与MgN、SiN或其任意组合。
以上所述发光二极管结构仅为本发明较佳实施方案，并不用以限制本发明，凡在本发明技术方案的原则之内，所作任何修改、等同替换、改进等，均应属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，它从下至上依次包括图形化的蓝宝石衬底（1）、AlN缓冲层（2）、U型GaN层（3）、N型GaN层（4）、有源区（5）、电子阻挡层（6）和P型GaN层（7），其特征在于：所述U型GaN层（3）的生长厚度为1-10um，U型GaN层（3）中间插入一层AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层（10），其中Al的组分为0.01<X<1。
2.根据权利要求1所述的降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于：所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层（10）在氮气或者氢气环境中生长，生长温度为650-1200℃，生长压力在50-800mbar，生长周期为1-10。
3.根据权利要求1或2所述的降低蓝光LED缺陷密度的发光二极管结构，其特征在于：所述AlxGa1-xN/SiNx缺陷阻挡层（10）中AlxGa1-xN的厚度为10-5000埃，SiNx的厚度为10-5000埃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310186632.7A CN104167476A (zh) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | 一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310186632.7A CN104167476A (zh) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | 一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104167476A true CN104167476A (zh) | 2014-11-26 |
Family
ID=51911214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310186632.7A Pending CN104167476A (zh) | 2013-05-20 | 2013-05-20 | 一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104167476A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104681676A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN106711303A (zh) * | 2015-07-27 | 2017-05-24 | 南通同方半导体有限公司 | 一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构 |
| CN107978661A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-05-01 | 吉林大学 | 一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法 |
| CN110767785A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-07 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种高质量外延结构及其制作方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002043233A (ja) * | 2000-07-28 | 2002-02-08 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| EP1271627A2 (en) * | 2001-05-21 | 2003-01-02 | Nec Corporation | Method of forming an epitaxially grown nitride-based compound semiconductor crystal substrate structure and respective substrate structure |
| CN1697134A (zh) * | 2004-05-14 | 2005-11-16 | 中国科学院物理研究所 | 一种利用SiN膜原位制备图形衬底的方法 |
| CN101859830A (zh) * | 2009-04-07 | 2010-10-13 | 璨扬投资有限公司 | 发光二极管芯片 |
| WO2012066269A1 (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Colin Humphreys | Semiconductor wafer comprising gallium nitride layer having one or more silicon nitride interlayer therein |
| CN102851734A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-02 | 程凯 | 半导体外延结构及其生长方法 |
-
2013
- 2013-05-20 CN CN201310186632.7A patent/CN104167476A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002043233A (ja) * | 2000-07-28 | 2002-02-08 | Shiro Sakai | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| EP1271627A2 (en) * | 2001-05-21 | 2003-01-02 | Nec Corporation | Method of forming an epitaxially grown nitride-based compound semiconductor crystal substrate structure and respective substrate structure |
| CN1697134A (zh) * | 2004-05-14 | 2005-11-16 | 中国科学院物理研究所 | 一种利用SiN膜原位制备图形衬底的方法 |
| CN101859830A (zh) * | 2009-04-07 | 2010-10-13 | 璨扬投资有限公司 | 发光二极管芯片 |
| WO2012066269A1 (en) * | 2010-11-15 | 2012-05-24 | Colin Humphreys | Semiconductor wafer comprising gallium nitride layer having one or more silicon nitride interlayer therein |
| CN102851734A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-02 | 程凯 | 半导体外延结构及其生长方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| M.J.KAPPER等: ""Interlayer method for reducing the dislocation density in gallium nitride"", 《PHYSICA B》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104681676A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN104681676B (zh) * | 2015-01-29 | 2018-02-09 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN106711303A (zh) * | 2015-07-27 | 2017-05-24 | 南通同方半导体有限公司 | 一种在GaAs衬底上生长的蓝光LED外延结构 |
| CN107978661A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-05-01 | 吉林大学 | 一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法 |
| CN110767785A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-07 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种高质量外延结构及其制作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102185056B (zh) | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 | |
| CN101488550B (zh) | 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法 | |
| CN101488548B (zh) | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED | |
| CN103022285B (zh) | 一种提高led亮度的多量子阱层生长方法 | |
| CN104409587B (zh) | 一种InGaN基蓝绿光发光二极管外延结构及生长方法 | |
| CN102664145B (zh) | 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 | |
| CN102185052B (zh) | 调制掺杂的氮化镓系发光二极管的制作方法 | |
| CN105552186A (zh) | 一种具有抑制极化效应垒层蓝光led外延结构 | |
| CN102881788A (zh) | 一种改善GaN基LED量子阱结构提高载子复合效率的外延生长方法 | |
| CN103165777B (zh) | 具有梯形结构的n型插入层的led外延片及其生长方法 | |
| CN103730552A (zh) | 一种提高led发光效率的外延生长方法 | |
| CN106159048B (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
| CN101834248A (zh) | 氮化镓系发光二极管 | |
| CN104051586A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| CN106057990B (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法 | |
| CN104253181A (zh) | 一种具有多重垒层led外延结构 | |
| CN203339208U (zh) | 具有多重垒层led外延结构 | |
| CN103904177A (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN106972085A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN105047776A (zh) | 具有AlGaN导电层的发光二极管外延结构及其制法 | |
| CN103824908A (zh) | 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法 | |
| CN103178178A (zh) | 一种提高氮化镓基发光二极管电子迁移率的结构及其生产方法 | |
| CN204741026U (zh) | 具有发光层多量子阱过渡层的led外延结构 | |
| CN104167476A (zh) | 一种降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 | |
| CN203445143U (zh) | 降低蓝光led缺陷密度的发光二极管结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 226015 Nantong economic and Technological Development Zone, Jiangsu, Oriental Avenue, No. 499 Applicant after: Nantong Tongfang Semiconductor Co.,Ltd. Applicant after: Tongfang Co., Ltd. Address before: 100083 Haidian District Tsinghua Tongfang Technology Plaza, block A, floor 29, Beijing Applicant before: Nantong Tongfang Semiconductor Co.,Ltd. Applicant before: Tongfang Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141126 |