CN104518057B - GaN基LED外延片及其形成方法 - Google Patents
GaN基LED外延片及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104518057B CN104518057B CN201310451946.5A CN201310451946A CN104518057B CN 104518057 B CN104518057 B CN 104518057B CN 201310451946 A CN201310451946 A CN 201310451946A CN 104518057 B CN104518057 B CN 104518057B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan
- ingan
- layer
- quantum well
- multiple quantum
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 25
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 13
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N germane Chemical compound [GeH4] QUZPNFFHZPRKJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052986 germanium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-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
- H01L33/04—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
-
- 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
-
- 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
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0066—Processes relating to semiconductor body packages relating to arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提出一种GaN基LED外延片及其形成方法，该GaN基LED外延片包括：衬底；和外延层，外延层位于衬底之上，包括依次堆叠的以下结构层：N型GaN层；位于N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；位于第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；位于第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层，其中，第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。本发明的GaN基LED外延片及其形成方法具有蓝移值小、发光稳定性高等优点。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种GaN基LED外延片及其形成方法。
背景技术
发光二极管LED具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保耐用等特点，在各个领域得到了广泛应用。使用经验表明，传统GaN基蓝光LED的峰值波长随着注入电流的增加向短波长方向移动，即发生蓝移。由于蓝光波段5nm左右的波长变化足以让人眼感觉到颜色的差异，因此该蓝移现象降低了LED的发光稳定性，用户体验不佳。
研究表明，造成这种蓝光LED峰值波长蓝移的主要原因是由于InGaN／GaN多量子阱区强烈的极化效应。在MOCVD外延生长量子阱时，由于InGaN和GaN存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配产生应力，此时极化率在界面处的急剧变化将产生大量极化电荷，直接使体系内出现内建电场。这个内强电场将阻止发光器件中载流子的注入，引起显著的量子限制斯塔克效应(QCSE)，导致能带倾斜，发光波长向长波段方向移动(即红移)。随着注入电流的增大，多量子阱区的自由载流子增加，屏蔽了部分内建电场，削弱了QCSE效应，从而使LED峰值波长向短波方向移动。
现有技术中采用非极性的GaN衬底来提高GaN基蓝光LED峰值波长稳定性。由于非极性GaN衬底难以大批量制备，具有价格昂贵的缺点，不易推广。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片；本发明的另一个目的在于提出低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片的形成方法。
根据本发明实施例的GaN基LED外延片，包括：衬底；和外延层，所述外延层位于所述衬底之上，包括依次堆叠的以下结构层：N型GaN层；位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层，其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。
综上所述，根据本发明实施例的GaN基LED外延片中，由于第一InGaN/GaN多量子阱层和第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层形成温度不同，改变了应力和能带结构，在未增加其他结构层的情况，具有较低蓝移值，具有结构简单、成本低、发光稳定性好等优点。
另外，根据本发明上述实施例的GaN基LED外延片还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层和所述第二InGaN/GaN多量子阱层中，700℃≤T1≤800℃，700℃≤T2≤800℃，并且0＜T1-T2≤8℃。
在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数，并且，所述第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。
在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述衬底与所述外延层之间的本征GaN层。
在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述N型GaN层与第一InGaN/GaN多量子阱层之间的应力释放层。
在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层与所述P型GaN层之间的电子阻挡层。
在本发明的一个实施例中，还包括：辅助InGaN/GaN多量子阱层，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层位于所述N型GaN层与所述第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻所述第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节所述GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。
在本发明的一个实施例中，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。
根据本发明实施例的GaN基LED外延片的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成外延层，所述外延层包括依次堆叠的以下结构层：N型GaN层；位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层，其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。
综上所述，根据本发明实施例的GaN基LED外延片的形成方法中，通过控制第一InGaN/GaN多量子阱层和第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层形成温度不同，改变了应力和能带结构，在未增加其他工艺的情况，实现了外延片随电流密度增大而仅有较低蓝移值。该形成方法具有工艺简单、成本低、制备的LED外延片蓝移值低、发光稳定性好等优点。
另外，根据本发明上述实施例的防伪瓶盖还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层和所述第二InGaN/GaN多量子阱层中，700℃≤T1≤800℃，700℃≤T2≤800℃，并且0＜T1-T2≤8℃。
在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数，并且，所述第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。
在本发明的一个实施例中，还包括：在所述衬底与所述外延层之间形成本征GaN层。
在本发明的一个实施例中，还包括：在所述N型GaN层与第一InGaN/GaN多量子阱层之间形成应力释放层。
在本发明的一个实施例中，还包括：在所述第二InGaN/GaN多量子阱层与所述P型GaN层之间形成电子阻挡层。
在本发明的一个实施例中，还包括：形成辅助InGaN/GaN多量子阱层，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层位于所述N型GaN层与所述第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻所述第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节所述GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。
在本发明的一个实施例中，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的GaN基LED外延片的结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的GaN基LED外延片的结构示意图；
图3是本发明再一个实施例的GaN基LED外延片的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意图；
图5是本发明另一个实施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意图；
图6是本发明再一个实施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意图；和
图7是本发明一个实施例的GaN基LED外延片的形成方法的温度控制示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明第一方面提出了低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片。
本发明一个实施例的GaN基LED外延片可以包括：衬底10和位于衬底10之上的外延层20。其中外延层20包括依次堆叠的N型GaN层210、第一InGaN/GaN多量子阱层220、第二InGaN/GaN多量子阱层230和P型GaN层240。需要说明的是，外延层20中各个结构层的堆叠次序可为顺序或者倒序，具体如图1和图2所示。第一InGaN/GaN多量子阱层220中的阱层生长温度为T1，第二InGaN/GaN多量子阱层230中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。
在上述GaN基LED外延片中，将现有技术中的单组多量子阱层换为阱层生长温度有差异、阱层In组分含量有差异的两组多量子阱层。基于以下两个原因，本发明实施例的GaN基LED外延片具有较低蓝移。
（1）由于T1大于T2，根据In在高温下易挥发的特点，设第一InGaN/GaN多量子阱层220中的阱层In组分含量为X1，第二InGaN/GaN多量子阱层230中的阱层In组分含量为X2，则有X1小于X2。这意味着：第一InGaN/GaN多量子阱层220中阱层In含量X1介于N型GaN层（其In含量为0）与第二InGaN/GaN多量子阱层230中阱层In含量X2之间。由于In的含量分布呈渐变过渡式分布，因此能够改进GaN与第二InGaN/GaN多量子阱层230之间的晶格适配，缓解第二InGaN/GaN多量子阱层230的应力情况，从而降低LED外延片的蓝移值，提高不同电流下波长稳定性，以及提高发光内量子效率。
（2）在低电流密度下，LED的主要发光区域扩散到第一InGaN/GaN多量子阱层220，假设此时LED发光波长为普通发光波长。在高电流密度下，LED中的过剩载流子会被EBL限制在邻近P型GaN层240的第二InGaN/GaN多量子阱层230中，此时第二InGaN/GaN多量子阱层230作为主要发光区域。一方面，与背景技术中提到的普通GaN基LED外延片类似，LED发光波长应该往短波长方向迁移（蓝移）；另一方面，由于第二InGaN/GaN多量子阱层230的In组分含量X2大于第一InGaN/GaN多量子阱层220的In组分含量X1，LED发光波长应该往长波长方向迁移（红移）。上述两方面共同作用，使得本发明实施例的GaN基LED外延片的随着电流密度增大而发光蓝移的程度较小，甚至有可能为随着电流密度增大而发光红移。
需要说明的是，尽管本发明上述实施例通过调节T1＞T2以降低蓝移现象，但在实际中还技术人员也可以根据需要来调节T1＜T2以增大蓝移现象，其原理不变，操作形式相反。
综上所述，根据本发明实施例的GaN基LED外延片中，由于第一InGaN/GaN多量子阱层和第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层形成温度不同，改变了应力和能带结构，在未增加其他结构层的情况，具有较低蓝移值，具有结构简单、成本低、发光稳定性好等优点。
在本发明的一个实施例中，衬底10可以为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底具有价格便宜，制造成本低的优点。
在本发明的一个实施例中，第一InGaN/GaN多量子阱层220的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数。其中第一InGaN/GaN多量子阱层220中的阱层生长温度为700℃≤T1≤800℃。类似地，第二InGaN/GaN多量子阱层230的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。其中第二InGaN/GaN多量子阱层230中的阱层生长温度为700℃≤T2≤800℃。第一InGaN/GaN多量子阱层220、第二InGaN/GaN多量子阱层230满足如下条件：0＜T1-T2≤8℃。由于T1与T2的取值范围是相对固定的，并且T1与T2的差值是有限的，因此，第一InGaN/GaN多量子阱层220中的阱层In组分含量X1和第二InGaN/GaN多量子阱层230中的阱层In组分含量X2的取值范围也相对固定并且二者差值有限。在本发明一个实施例中，13%≤X1≤17%，13%≤X2≤18%，并且0＜X2-X1≤1%。因此，不会引起“过度降低现蓝移现象，反而导致了红移现象”，能够确保GaN基LED外延片的发光稳定性。
为使芯片质量更优，本发明实施例的GaN基LED外延片还可以具有其他附加层次结构。下面结合图3作进一步介绍。需要说明的是，尽管图3所示的实施例属于N型GaN层210位于外延片20底部、P型GaN层240位于外延层20顶部的情况。但是，此处仅出于示例的方便而非作为本发明的限定，在其他实施例中也可为外延层中各层次结构按相反顺序堆叠。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片还可以包括位于衬底10与外延层20之间的本征GaN层30。该技术为本领域公知，故不赘述。需要说明的是，本征GaN层30是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片还可以包括位于N型GaN层210与第一InGaN/GaN多量子阱层220之间的应力释放层（Stress Relief Layer，SRL）250。应力释放层250可以为至少一个周期的InxGa1-xN（0＜x＜1）与GaN交替生长的超晶格结构。其中每层InxGa1-xN厚度为1-20nm，每层GaN厚度为15-85nm。应力释放层250用于释放应力，减少晶格失配。需要说明的是，应力释放层250是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片还可以包括位于第二InGaN/GaN多量子阱层230与P型GaN层240之间的电子阻挡层（Electron Blocking Layer，EBL）260。电子阻挡层260可以为单层AlyGa1-yN（0＜y＜1）层。电子阻挡层260用于阻挡电子，提高发光效率。需要说明的是，电子阻挡层260是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片还可以包括辅助InGaN/GaN多量子阱层270。该辅助InGaN/GaN多量子阱层270位于N型GaN层210与第一InGaN/GaN多量子阱层220之间，并且紧邻第一InGaN/GaN多量子阱层220。该辅助InGaN/GaN多量子阱层270用于调节GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。一般而言，当阱结构周期数适度增加时，阱结构对载流子的限制作用会增强，这使得势阱层(发光层)中激子的形成几率增大,因此能够提高器件发光效率。但是当量子阱周期数太大时，电流效率反而会降低。需要说明的是，辅助InGaN/GaN多量子阱层270是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，辅助InGaN/GaN多量子阱层270中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。对应地，辅助InGaN/GaN多量子阱层270中的阱层In组分含量为X3，13%≤X3≤18%。需要说明的是，上述T3和X3的数值取值范围是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，辅助InGaN/GaN多量子阱层270中的阱层生长温度T3可以等于第二InGaN/GaN多量子阱层230中的阱层生长温度T2，辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量X3可以等于第二InGaN/GaN多量子阱层230中In组分含量X2。需要说明的是，此技术特征是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，辅助InGaN/GaN多量子阱层270的阱层/垒层周期数1≤N3≤6且N3为整数。需要说明的是，上述N3的数值取值范围是可选择而非必须的。
本发明第二方面提出了低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片的形成方法。
本发明一个实施例的GaN基LED外延片可以包括以下步骤：提供衬底；以及在衬底之上形成外延层。其中，形成外延层的过程包括顺序地形成或者倒序地形成N型GaN层、第一InGaN/GaN多量子阱层、第二InGaN/GaN多量子阱层和P型GaN层的堆叠结构。具体步骤如图4和图5所示。第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。需要说明的是，由于T1大于T2，根据In在高温下易挥发的特点，设第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量为X1，第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量为X2，则有X1小于X2。
综上所述，根据本发明实施例的GaN基LED外延片的形成方法中，通过控制第一InGaN/GaN多量子阱层和第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层形成温度不同，改变了应力和能带结构，在未增加其他工艺的情况，实现了外延片随电流密度增大而仅有较低蓝移值。该形成方法具有工艺简单、成本低、制备的LED外延片蓝移值低、发光稳定性好等优点。
在本发明的一个实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底具有价格便宜，制造成本低的优点。
在本发明的一个实施例中，第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数。其中第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为700℃≤T1≤800℃。类似地，第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。其中第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为700℃≤T2≤800℃。第一InGaN/GaN多量子阱层、第二InGaN/GaN多量子阱层满足如下条件：0＜T1-T2≤8℃。由于T1与T2的取值范围是相对固定的，并且T1与T2的差值是有限的，因此，第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量X1和第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量X2的取值范围也相对固定并且二者差值有限。在本发明一个实施例中，13%≤X1≤17%，13%≤X2≤18%，并且0＜X2-X1≤1%。因此，不会引起“过度降低现蓝移现象，反而导致了红移现象”，能够确保GaN基LED外延片的发光稳定性。
为使芯片质量更优，本发明实施例的GaN基LED外延片的形成方法还可以包括形成其他附加层次结构的步骤。下面结合图6作进一步介绍。需要说明的是，尽管图6所示的实施例属于先形成N型GaN层、后形成P型GaN层的情况。但是，此处仅出于示例的方便而非作为本发明的限定，在其他实施例中也可以为按相反顺序形成外延层内的各层次堆叠结构。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法还包括：在衬底与外延层之间形成本征GaN层。该技术为本领域公知，故不赘述。需要说明的是，本征GaN层是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法还包括：在N型GaN层与第一InGaN/GaN多量子阱层之间形成应力释放层。应力释放层可以为至少一个周期的InxGa1- xN（0＜x＜1）与GaN交替生长的超晶格结构。其中每层InxGa1-xN厚度为1-20nm，每层GaN厚度为15-85nm。应力释放层用于释放应力，减少晶格失配。需要说明的是，应力释放层是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法还包括：在第二InGaN/GaN多量子阱层与P型GaN层之间形成电子阻挡层。电子阻挡层可以为单层AlyGa1-yN（0＜y＜1）层。电子阻挡层用于阻挡电子，提高发光效率。需要说明的是，电子阻挡层是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法还包括：形成辅助InGaN/GaN多量子阱层，辅助InGaN/GaN多量子阱层位于N型GaN层与第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。一般而言，当阱结构周期数适度增加时，阱结构对载流子的限制作用会增强，这使得势阱层(发光层)中激子的形成几率增大，因此能够提高器件发光效率。但是当量子阱周期数太大时，电流效率反而会降低。需要说明的是，辅助InGaN/GaN多量子阱层是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。对应地，辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层In组分含量为X3，13%≤X3≤18%。需要说明的是，上述T3和X3的数值取值范围是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法中，T3等于T2，X3等于X2。需要说明的是，此技术特征是可选择而非必须的。
在本发明的一个实施例中，GaN基LED外延片的形成方法中，辅助InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数1≤N3≤6且N3为整数。需要说明的是，上述N3的数值取值范围是可选择而非必须的。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合图7举一实施例做详细介绍。该实施例以三甲基镓（TMGa）、三乙基镓（TEGa）、三甲基铝（TMAl）、三甲基铟（TMIn）、二茂镁（Cp2Mg）、氨气（NH3）、硅烷（GeH4）作为沉积材料，以氢气（H2）、氮气（N2）作为载气，采用MOCVD技术形成GaN基LED外延片。具体步骤如下：
A.在PSS蓝宝石图形化衬底上依次生长uGaN、nGaN。该步骤为本领域公知，不赘述。
B.生长SRL。在生长温度为950℃，反应腔压力为300mbar时，交替生长三个周期的GaN和In0.05Ga0.95N超晶格结构，其中每层GaN厚度为30nm，每层InGaN厚度为2.5nm。生长完SRL后，先将载气切换成氮气，反应腔压力稳定在QB_P，100≤QB_P≤500mbr。
C.生长a组MQWs（即形成辅助InGaN/GaN多量子阱层）
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子垒生长温度（QB_T）后，800≤QB_T≤900℃（优选QB_T=850℃），开始通入三乙基镓（TEGa）生长GaN量子垒（QB），生长厚度为13nm。
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子阱生长温度QW_T=T3=750℃，开始通入三乙基镓（TEGa）与三甲基铟（TMIn）生长In0.16Ga0.84N量子阱（QW），生长厚度为3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
重复上述步骤a=5次。
D.生长a组MQWs（即形成第一InGaN/GaN多量子阱层）
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子垒生长温度（QB_T）后，800≤QB_T≤900℃（优选QB_T=850℃），开始通入三乙基镓（TEGa）生长GaN量子垒（QB），生长厚度为13nm。
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子阱生长温度QW_T=T1=754℃，开始通入三乙基镓（TEGa）与三甲基铟（TMIn）生长In0.15Ga0.85N量子阱（QW），生长厚度为3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
重复上述步骤b=5次。
E.生长c组MQWs（即形成第二InGaN/GaN多量子阱层）
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子垒生长温度（QB_T）后，800≤QB_T≤900℃（优选QB_T=850℃），开始通入三乙基镓（TEGa）生长GaN量子垒（QB），生长厚度为13nm。
调节反应腔加热源温度，使外延片表面温度迅速稳定在量子阱生长温度QW_T=T2=750℃，开始通入三乙基镓（TEGa）与三甲基铟（TMIn）生长In0.16Ga0.84N量子阱（QW），生长厚度为3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
重复上述步骤c=5次。
F.开始生长EBL及pGaN。其中EBL为单层AlyGa(1-y)N层，其厚度为20nm到60nm。pGaN的厚度为150nm到300nm。该步骤为本领域公知，不赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (12)
1.一种GaN基LED外延片，其特征在于，包括：
衬底；和
外延层，所述外延层位于所述衬底之上，包括依次堆叠的以下结构层：
N型GaN层；
位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；
位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；
位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层；
其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2，还包括：辅助InGaN/GaN多量子阱层，位于所述N型GaN层与所述辅助InGaN/GaN多量子阱层之间的应力释放层，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层位于所述N型GaN层与所述第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻所述第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节所述GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。
2.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱层和所述第二InGaN/GaN多量子阱层中，700℃≤T1≤800℃，700℃≤T2≤800℃，并且0＜T1-T2≤8℃。
3.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数，并且，所述第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。
4.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，还包括：位于所述衬底与所述外延层之间的本征GaN层。
5.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，还包括：位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层与所述P型GaN层之间的电子阻挡层。
6.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。
7.一种GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底之上形成外延层，所述外延层包括依次堆叠的以下结构层：
N型GaN层；
位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；
位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；
位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层；
其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2，还包括：形成辅助InGaN/GaN多量子阱层，在所述N型GaN层与所述辅助InGaN/GaN多量子阱层之间形成应力释放层，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层位于所述N型GaN层与所述第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻所述第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节所述GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。
8.如权利要求7所述的GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱层和所述第二InGaN/GaN多量子阱层中，700℃≤T1≤800℃，700℃≤T2≤800℃，并且0＜T1-T2≤8℃。
9.如权利要求7所述的GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数，并且，所述第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。
10.如权利要求7所述的GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，还包括：在所述衬底与所述外延层之间形成本征GaN层。
11.如权利要求7所述的GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，还包括：在所述第二InGaN/GaN多量子阱层与所述P型GaN层之间形成电子阻挡层。
12.如权利要求7所述的GaN基LED外延片的形成方法，其特征在于，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310451946.5A CN104518057B (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | GaN基LED外延片及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310451946.5A CN104518057B (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | GaN基LED外延片及其形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104518057A CN104518057A (zh) | 2015-04-15 |
| CN104518057B true CN104518057B (zh) | 2017-11-28 |
Family
ID=52793063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310451946.5A Active CN104518057B (zh) | 2013-09-27 | 2013-09-27 | GaN基LED外延片及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104518057B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108470806B (zh) * | 2018-03-01 | 2020-04-03 | 澳洋集团有限公司 | GaN基LED发光结构及其制作方法 |
| CN111180564A (zh) * | 2020-02-14 | 2020-05-19 | 福建兆元光电有限公司 | 高光效绿光led外延片及制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1851942A (zh) * | 2006-03-22 | 2006-10-25 | 西安电子科技大学 | 一种单次生长制备复合多量子阱结构的方法 |
| CN101488548A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-07-22 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED |
| CN101931037A (zh) * | 2010-08-03 | 2010-12-29 | 上海半导体照明工程技术研究中心 | GaN基LED外延片、芯片及器件 |
| CN102916096A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高发光效率的外延结构及其制备方法 |
-
2013
- 2013-09-27 CN CN201310451946.5A patent/CN104518057B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1851942A (zh) * | 2006-03-22 | 2006-10-25 | 西安电子科技大学 | 一种单次生长制备复合多量子阱结构的方法 |
| CN101488548A (zh) * | 2009-02-27 | 2009-07-22 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED |
| CN101931037A (zh) * | 2010-08-03 | 2010-12-29 | 上海半导体照明工程技术研究中心 | GaN基LED外延片、芯片及器件 |
| CN102916096A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-02-06 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高发光效率的外延结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104518057A (zh) | 2015-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9024292B2 (en) | Monolithic semiconductor light emitting devices and methods of making the same | |
| TWI603500B (zh) | Nitride semiconductor light-emitting device | |
| CN105226149B (zh) | 一种led外延结构及制作方法 | |
| CN103296165B (zh) | 一种可调控能带的led量子阱结构 | |
| KR20040012754A (ko) | Ｓｉｃ 기판 상에 형성된 ｇａｎ 기반 ｌｅｄ | |
| JP2003520453A (ja) | チャーピングされた多層井戸活性領域ｌｅｄ | |
| WO2011097150A1 (en) | Group iii nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses | |
| CN105449051B (zh) | 一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al2O3复合衬底上制备高亮度同质LED的方法 | |
| CN102136536A (zh) | 应变平衡发光器件 | |
| US8674339B2 (en) | Light-emitting devices and methods of manufacturing the same | |
| JP2002232001A (ja) | 半導体発光素子 | |
| Zhou et al. | Internal quantum efficiency improvement of InGaN/GaN multiple quantum well green light-emitting diodes | |
| Saha et al. | Monolithic high performance InGaN/GaN white LEDs with a tunnel junction cascaded yellow and blue light-emitting structures | |
| CN107004743A (zh) | 半导体发光元件 | |
| CN105742415A (zh) | 紫外GaN基LED外延结构及其制造方法 | |
| CN108039397A (zh) | 一种氮化物半导体发光二极管 | |
| US20130221326A1 (en) | High Bandgap III-V Alloys for High Efficiency Optoelectronics | |
| Ahmad et al. | Improvement in efficiency of yellow Light Emitting Diode using InGaN barriers and modified electron injection layer | |
| Lu et al. | Phosphor-free monolithic white-light LED | |
| CN104518057B (zh) | GaN基LED外延片及其形成方法 | |
| CN107316925A (zh) | 紫光led外延结构及其生长方法 | |
| CN107871803A (zh) | 一种氮化物半导体发光二极管及其制作方法 | |
| CN103996766B (zh) | 氮化镓基发光二极管及其制备方法 | |
| CN114068774B (zh) | 一种led芯片及其制备方法 | |
| CN203491288U (zh) | GaN基LED外延片 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191230 Address after: 518119 1 Yanan Road, Kwai Chung street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: SHENZHEN BYD MICROELECTRONICS Co.,Ltd. Address before: BYD 518118 Shenzhen Road, Guangdong province Pingshan New District No. 3009 Patentee before: BYD Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 518119 1 Yanan Road, Kwai Chung street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong Patentee after: BYD Semiconductor Co.,Ltd. Address before: 518119 1 Yanan Road, Kwai Chung street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: SHENZHEN BYD MICROELECTRONICS Co.,Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200825 Address after: 516083 Longshan 7th Road, Dayawan West District, Huizhou City, Guangdong Province (BYD Co., Ltd. complex building) Patentee after: Guangdong BYD Energy Saving Technology Co.,Ltd. Address before: 518119 1 Yanan Road, Kwai Chung street, Dapeng New District, Shenzhen, Guangdong Patentee before: BYD Semiconductor Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231102 Address after: No. 21 Jili Road, High tech Development Zone, Yangzhou City, Jiangsu Province, 225128 Patentee after: Yangzhou BYD Semiconductor Co.,Ltd. Address before: 516083 Longshan 7th Road, Dayawan West District, Huizhou City, Guangdong Province (complex building of BYD Co., Ltd.) Patentee before: Guangdong BYD Energy Saving Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |