CN104505443B - 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 - Google Patents

一种GaN基LED外延结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104505443B
CN104505443B CN201410831198.8A CN201410831198A CN104505443B CN 104505443 B CN104505443 B CN 104505443B CN 201410831198 A CN201410831198 A CN 201410831198A CN 104505443 B CN104505443 B CN 104505443B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layers
gan
layer
aln
quantum well
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.)
Active
Application number
CN201410831198.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104505443A (zh
Inventor
冯猛
陈立人
蔡睿彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201410831198.8A priority Critical patent/CN104505443B/zh
Publication of CN104505443A publication Critical patent/CN104505443A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104505443B publication Critical patent/CN104505443B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01L33/04—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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • 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
    • 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
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种GaN基LED外延结构及其制备方法，GaN基LED外延结构依次包括：衬底；位于衬底上的氮化物缓冲层；位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；位于N型GaN层上的多量子阱层，多量子阱层包括若干组量子阱层，每组量子阱层依次包括InxGa(1‑x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层；位于多量子阱层上的P型GaN层。本发明可以提高量子阱的界面质量，同时减少内部应力，从而提高量子阱的内量子效率。

Description

一种GaN基LED外延结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种GaN基LED外延结构及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
目前LED业界最常用的方法是在蓝宝石衬底上生长GaN基材料，随着技术的不断进步，GaN基蓝白光发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。然而这种方法获得的GaN材料有大量的位错缺陷。此外，由于正负电荷不重合，形成自发极化，在量子阱生长过程中，由于InxGa(1-x)N势阱层和GaN势垒层之间的晶格失配，又会引起压电极化，进而形成压电极化场。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种GaN基LED外延结构及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种GaN基LED外延结构，所述GaN基LED外延结构依次包括：
衬底；
位于衬底上的氮化物缓冲层；
位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；
位于N型GaN层上的多量子阱层，所述多量子阱层包括若干组量子阱层，每组量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层；
位于多量子阱层上的P型GaN层。
作为本发明的进一步改进，所述多量子阱层包括3～20组量子阱层。
作为本发明的进一步改进，所述氮化物缓冲层为GaN缓冲层或AlN缓冲层。
作为本发明的进一步改进，所述AlN/GaN超晶格结构层为由AlN层与GaN层交替堆叠组成的超晶格结构、或GaN层与AlN层交替堆叠组成的超晶格结构。
作为本发明的进一步改进，所述AlN/GaN超晶格结构层中AlN层与GaN层的层数分别为1～10层。
作为本发明的进一步改进，所述AlN/GaN超晶格结构层中，每个AlN层的厚度为1～20A，每个GaN层的厚度为1～20A。
作为本发明的进一步改进，所述InxGa(1-x)N势阱层中x的取值为5％～30％，InxGa(1-x)N势阱层的厚度为2nm～5nm。
相应地，一种GaN基LED外延结构的制备方法，所述制备方法包括：
S1、提供一衬底；
S2、在衬底上生长氮化物缓冲层；
S3、在氮化物缓冲层上生长N型GaN层；
S4、在N型GaN层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括若干组量子阱层，每组量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层；
S5、在多量子阱层上生长P型GaN层。
作为本发明的进一步改进，所述氮化物缓冲层为GaN缓冲层，所述步骤S2具体为：
控制温度在450℃～650℃之间，生长厚度为5nm～35nm的低温GaN缓冲层；
控制温度在1000℃～1200℃之间，生长厚度为0.5um～4um的高温GaN缓冲层。
作为本发明的进一步改进，InxGa(1-x)N势阱层的生长温度在680℃～800℃之间，AlN/GaN超晶格结构层的生长温度在680℃～800℃之间，GaN势垒层的生长温度在750℃～950℃之间。
本发明具有以下有益效果：
低温的AlN/GaN超晶格结构层可以改变位错的延伸方向，使得量子阱开出的V-pits区域均匀分散，不产生聚集；
AlN/GaN超晶格结构层可以补偿量子阱在生长过程中累积的应力，减小极化效应的影响；
本发明可以提高量子阱的界面质量，同时减少内部应力，从而提高量子阱的内量子效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明中记载的一些实施例，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为本发明一具体实施方式中GaN基LED外延结构的示意图；
图2a、2b分别为本发明一具体实施方式中两种AlN/GaN超晶格结构层的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的一种GaN基LED外延结构，其依次包括：
衬底；
位于衬底上的氮化物缓冲层，氮化物缓冲层为GaN缓冲层或AlN缓冲层；
位于氮化物缓冲层上的N型GaN层；
位于N型GaN层上的多量子阱层，所述多量子阱层包括若干组量子阱层，如在本实施方式中，多量子阱层包括3～20组量子阱层。每组量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层，其中，AlN/GaN超晶格结构层为由AlN层与GaN层交替堆叠组成的超晶格结构、或GaN层与AlN层交替堆叠组成的超晶格结构；
位于多量子阱层上的P型GaN层。
相应地，本发明还公开了一种GaN基LED外延结构的制备方法，包括：
S1、提供一衬底；
S2、在衬底上生长氮化物缓冲层；
S3、在氮化物缓冲层上生长N型GaN层；
S4、在N型GaN层上生长由若干组量子阱层构成的多量子阱层，所述量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层；
S5、在多量子阱层上生长P型GaN层。
参图1所示，本发明一具体实施方式中，GaN基LED外延结构从下向上依次包括：
衬底10；
位于衬底10上的氮化物缓冲层20；
位于氮化物缓冲层20上的N型GaN层30；
位于N型GaN层30上的多量子阱层400，多量子阱层400包括若干组量子阱层40，优选地，量子阱层40为3～20组。其中，量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层41、AlN/GaN超晶格结构层42、和GaN势垒层43；
位于多量子阱层400上的P型GaN层50。
本实施方式中衬底选用蓝宝石衬底，在其他实施方式中，衬底也可以为Si衬底、SiC衬底等。
氮化物缓冲层为GaN缓冲层，包括厚度为5nm～35nm的低温GaN缓冲层21和厚度为0.5um～4um的高温GaN缓冲层22。
本实施方式的量子阱层40中：
InxGa(1-x)N势阱层41中x的取值为5％～30％，InxGa(1-x)N势阱层41的厚度为2nm～5nm。
参图2a、2b所示，AlN/GaN超晶格结构42层可以为由AlN层与GaN层交替堆叠组成的超晶格结构、或GaN层与AlN层交替堆叠组成的超晶格结构，AlN/GaN超晶格结构层中AlN层与GaN层的层数分别为1～10层，每个AlN层的厚度为1～20A，每个GaN层的厚度为1～20A。
该GaN基LED外延结构的制备方法包括：
S1、提供一衬底。
本实施方式中衬底为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底先在高温低压下热处理10～30分钟，然后降至低温通入NH3，对衬底表面进行氮化处理。
S2、在衬底上生长氮化物缓冲层。
本实施方式中氮化物缓冲层为GaN缓冲层，具体为：
控制温度在450℃～650℃之间，生长厚度为5nm～35nm的低温GaN缓冲层；
控制温度在1000℃～1200℃之间，生长厚度为0.5um～4um的高温GaN缓冲层。
S3、在氮化物缓冲层上生长N型GaN层。
S4、在N型GaN层上生长由若干组量子阱层构成的多量子阱层，量子阱层依次包括InxGa(1-x)N势阱层、AlN/GaN超晶格结构层、和GaN势垒层。
本实施方式中InxGa(1-x)N势阱层中In的组份保持不变，在5％～30％之间，InxGa(1-x)N势阱层的厚度在2nm～5nm之间，生长温度在680℃～800℃之间；AlN/GaN超晶格结构层的生长温度在680℃～800℃之间，GaN势垒层的生长温度在750℃～950℃之间。
AlN/GaN超晶格结构层包括两种生长方式：
1、低温条件(680℃～800℃)下依次生长AlN层、GaN层，参图2a所示，AlN层与GaN层的层数分别为1～10层；
2、低温条件(680℃～800℃)下依次生长GaN层、AlN层，参图2b所示，GaN层与AlN层的层数分别为1～10层；
其中，每个AlN层的厚度为1～20A，每个GaN层的厚度为1～20A。
S5、在多量子阱层上生长P型GaN层。
本发明多量子阱层中的量子阱层在InxGa(1-x)N势阱层和GaN势垒层中插入AlN/GaN超晶格结构层，具有以下有益效果：
低温的AlN/GaN超晶格结构层可以改变位错的延伸方向，使得量子阱开出的V-pits区域均匀分散，不产生聚集；
AlN/GaN超晶格结构层可以补偿量子阱在生长过程中累积的应力，减小极化效应的影响；
本发明可以提高量子阱的界面质量，同时减少内部应力，从而提高量子阱的内量子效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种GaN 基LED 外延结构，其特征在于，所述GaN 基LED 外延结构依次包括：
衬底；
位于衬底上的氮化物缓冲层；
位于氮化物缓冲层上的N 型GaN 层；
位于N 型GaN 层上的多量子阱层，所述多量子阱层包括若干组量子阱层，每组量子阱层依次包括InxGa(1-x)N 势阱层、AlN/GaN 超晶格结构层、和GaN 势垒层；
位于多量子阱层上的P 型GaN 层;
所述AlN/GaN 超晶格结构层中，AlN 层与GaN 层的层数分别为1 ～ 10 层，每个AlN层的厚度为1 ～ 20A，每个GaN 层的厚度为1 ～ 20A，所述In xGa(1-x)N 势阱层中x 的取值为5％～ 30％，InxGa(1-x)N 势阱层的厚度为2nm ～ 5nm。
2.根据权利要求1 所述的GaN 基LED 外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括3～20 组量子阱层。
3.根据权利要求1 所述的GaN 基LED 外延结构，其特征在于，所述氮化物缓冲层为GaN缓冲层或AlN 缓冲层。
4.根据权利要求1 所述的GaN 基LED 外延结构，其特征在于，所述AlN/GaN 超晶格结构层为由AlN 层与GaN 层交替堆叠组成的超晶格结构、或GaN 层与AlN 层交替堆叠组成的超晶格结构。
5.一种GaN 基LED 外延结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
S1、提供一衬底；
S2、在衬底上生长氮化物缓冲层；
S3、在氮化物缓冲层上生长N 型GaN 层；
S4、在N 型GaN 层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括若干组量子阱层，每组量子阱层依次包括InxGa(1-x)N 势阱层、AlN/GaN 超晶格结构层、和GaN 势垒层，所述AlN/GaN超晶格结构层中，AlN 层与GaN 层的层数分别为1 ～ 10 层，每个AlN 层的厚度为1 ～20A，每个GaN 层的厚度为1 ～ 20A，所述In xGa(1-x)N 势阱层中x 的取值为5％～ 30％，InxGa(1-x)N 势阱层的厚度为2nm ～ 5nm；
S5、在多量子阱层上生长P 型GaN 层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述氮化物缓冲层为GaN 缓冲层，所述步骤S2 具体为：
控制温度在450℃～ 650℃之间，生长厚度为5nm ～ 35nm 的低温GaN 缓冲层；
控制温度在1000℃～ 1200℃之间，生长厚度为0.5um ～ 4um 的高温GaN 缓冲层。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4 中，In xGa(1-x)N 势阱层的生长温度在680℃～ 800℃之间，AlN/GaN 超晶格结构层的生长温度在680℃～ 800℃之间，GaN 势垒层的生长温度在750℃～ 950℃之间。
CN201410831198.8A 2014-12-26 2014-12-26 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 Active CN104505443B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410831198.8A CN104505443B (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种GaN基LED外延结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410831198.8A CN104505443B (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种GaN基LED外延结构及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104505443A CN104505443A (zh) 2015-04-08
CN104505443B true CN104505443B (zh) 2017-12-05

Family

ID=52947179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410831198.8A Active CN104505443B (zh) 2014-12-26 2014-12-26 一种GaN基LED外延结构及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104505443B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106328785A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 南通同方半导体有限公司 一种可提高多量子阱复合效率的led外延结构
CN105932125B (zh) * 2016-05-17 2018-10-26 太原理工大学 一种GaN基绿光LED外延结构及其制备方法
CN106449914B (zh) * 2016-08-25 2018-11-27 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
CN116615808A (zh) * 2020-11-16 2023-08-18 苏州晶湛半导体有限公司 多量子阱结构、发光二极管和发光组件
CN114300592B (zh) * 2021-12-28 2024-01-09 福建兆元光电有限公司 一种Mini LED外延结构及其制造方法
CN115050866B (zh) * 2022-08-16 2022-11-08 江苏第三代半导体研究院有限公司 极化可控的量子点Micro-LED同质外延结构及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103872194A (zh) * 2014-03-20 2014-06-18 西安神光皓瑞光电科技有限公司 一种提高GaN基LED有源区发光效率的外延生长方法
CN204289495U (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 聚灿光电科技股份有限公司 一种GaN基LED外延结构

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011076297A1 (de) * 2011-05-23 2012-11-29 Carl Zeiss Smt Gmbh Blende

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103872194A (zh) * 2014-03-20 2014-06-18 西安神光皓瑞光电科技有限公司 一种提高GaN基LED有源区发光效率的外延生长方法
CN204289495U (zh) * 2014-12-26 2015-04-22 聚灿光电科技股份有限公司 一种GaN基LED外延结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN104505443A (zh) 2015-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104505443B (zh) 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
CN104393130B (zh) 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
CN105789394A (zh) 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
CN104332544B (zh) 一种提高led发光效率的外延生长方法
CN105336819A (zh) GaN基LED外延结构及其制备方法
CN104638074B (zh) 高亮度GaN 基LED 外延结构及其制作方法
CN106299052B (zh) 一种用于LED的GaN外延结构以及制备方法
CN104868025B (zh) 具有非对称超晶格层的GaN基LED外延结构及其制备方法
US20180138367A1 (en) Nitride Light Emitting Diode and Growth Method
CN106328788B (zh) GaN基LED外延结构及其制造方法
CN204289495U (zh) 一种GaN基LED外延结构
CN104157750B (zh) 发光二极管外延生长方法
CN105140366A (zh) GaN基LED外延结构及其制备方法
CN104993027B (zh) 发光二极管外延片及其制作方法
CN102208500A (zh) 一种led外延生长方法和led外延结构
CN110401106A (zh) 具有AlGaN插入层的GaN基半导体发光器件及其制作方法
CN105957929A (zh) 宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法
CN108281520A (zh) 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
TWI748053B (zh) 氮化物半導體發光元件之製造方法
CN204464312U (zh) 一种大尺寸GaN基LED外延结构
CN205900577U (zh) 宽频谱GaN基LED外延结构
CN107799631A (zh) 高亮度led制备工艺
CN108807613A (zh) Led外延结构及其制备方法
CN105590998A (zh) Iii族氮化物半导体发光器件及其生产方法
CN105789391B (zh) GaN基LED外延结构及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C53 Correction of patent for invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Address after: 215123 Suzhou Province Industrial Park, Jiangsu new road, No. 8

Applicant after: FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY CO., LTD.

Address before: 215123 Suzhou Province Industrial Park, Jiangsu new road, No. 8

Applicant before: Focus Lightings Tech Inc.

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: FOCUS LIGHTING (SUZHOU) CO., LTD. TO: FOCUS LIGHINGS TECHNOLOGY CO., LTD.

C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant