CN105070801B - 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 - Google Patents
非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105070801B CN105070801B CN201510508722.2A CN201510508722A CN105070801B CN 105070801 B CN105070801 B CN 105070801B CN 201510508722 A CN201510508722 A CN 201510508722A CN 105070801 B CN105070801 B CN 105070801B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- doping
- type gan
- layer
- temperature
- light led
- 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
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 25
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 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
-
- H01L21/205—
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种非Si掺杂无InGaN光LED材料及其制作方法。其生长步骤是:1)将r面蓝宝石衬底置于MOCVD反应室中进行热处理;2)在热处理后的衬底上生长厚度为10‑200nm的低温成核层;3)在成核层之上生长厚度为0.2‑100μm,O掺杂浓度为2×1017cm‑3~2×1019cm‑3,C掺杂浓度为1×1017cm‑3~1×1019cm‑3的高温n型GaN有源层;4)在有源层之上生长厚度为0.01‑10μm,Mg掺杂浓度为1×1017cm‑3~5×1019cm‑3的高温p型GaN层。本发明具有工艺简单,成本低,发光效率高的优点,可用于制作非极性a面GaN黄光发光二极管。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域,涉及一种LED半导体材料,可用于制作GaN黄光LED产品。
技术背景
Ш-V族氮化物半导体材料具有直接带隙、热导率高、电子饱和迁移率高、发光效率高、耐高温和抗辐射等优点,在短波长蓝光—紫外光发光器件、微波器件和大功率半导体器件等方面有巨大的应用前景。通过调节In的组分,理论上讲,可以实现对可见光波长的全覆盖。近年来,在光电子和微电子领域都取得了巨大的进步。
2014年D.Kundys等人提出在r面蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN量子阱结构的方案,参见Polarized photoluminescence excitation spectroscopy of a-plane InGaN/GaNmultiple quantum wells grown on r-plane sapphire,Journal of Applied Physics,2014,115(11):113106。该方案中InGaN/GaN量子阱结构生长工艺复杂,生长效率低,成本高,同时,该方案中InGaN较高的In组分,需要低的生长温度,同时会产生较大的应力,导致GaN的结晶质量降低,在材料中产生缺陷,应用于器件中会影响器件的性能。而且量子阱结构的生长工艺复杂,生长效率低,成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足,提供一种非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法,以简化工艺复杂度,提高生长效率,降低成本,提高LED器件性能。
实现本发明目的技术关键是:采用MOCVD的方法,通过引入C掺杂和O掺杂,使C元素替换N元素形成深能级,提供复合能级,O掺杂在GaN中为施主能级,使GaN形成n型;C杂质可以通过C源引入,也可以通过控制工艺利用MOCVD中的C杂质实现,O掺杂可以通过蓝宝石衬底中的O扩散实现。
一.本发明非Si掺杂无InGaN黄光LED材料,自上而下分别为p型GaN层,有源层,成核层和r面蓝宝石衬底,其特征在于有源层使用C掺杂和O掺杂的n型GaN层,以在GaN中引入C的深能级,为发黄光的电子、空穴提供复合平台。
进一步,C掺杂的浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3,O掺杂的浓度为2×1017cm-3~2×1019cm-3。
进一步,p型GaN层的厚度为0.01-10μm。
进一步,n型GaN层的厚度为0.2-100μm。
二.本发明非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法,包括如下步骤:
(1)将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中,并向反应室通入氢气与氨气的混合气体,对衬底进行热处理,反应室的真空度小于2×10-2Torr,衬底加热温度为950-1250℃,时间为5-10min,反应室压力为20-760Torr;
(2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm,温度为550-750℃的低温成核层;
(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm,O掺杂浓度为2×1017cm-3~2×1019cm-3,C掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3,温度为950-1200℃的高温n型GaN有源层;
(4)在n型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm,Mg掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1019cm-3,温度为950-1200℃的高温p型GaN层。
本发明由于采用C掺杂和O掺杂的n型GaN作为有源层,与现有技术相比具有如下优点:
1.直接利用MOCVD中的Ga源中的C作为C源,并且利用蓝宝石衬底中的O扩散作为O源,降低了生产成本。
2.避免了传统LED结果中的InGaN量子阱生长,不仅简化了工艺步骤,而且提高了生长效率。
3.避免了InGaN的存在引起材料晶格失配大的问题,提高了材料的质量,从而提高LED器件的性能。
本发明的技术方案和效果可通过以下附图和实施例进一步说明。
附图说明
图1是本发明非Si掺杂无InGaN黄光LED材料结构示意图;
图2为本发明制作非Si掺杂无InGaN黄光LED材料的流程图。
具体实施方式
参照图1,本发明的黄光LED材料设有四层,其中第一层为衬底,采用r面蓝宝石;第二层为成核层,采用厚度为10-200nm的AlN;第三层为有源层,采用厚度为0.2-100μm的C掺杂和O掺杂的n型GaN层,其中C掺杂的浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3,O掺杂的浓度为2×1017cm-3~2×1019cm-3,由于在GaN中引入了C掺杂,因此在GaN中会形成深能级,为发黄光的电子、空穴提供了复合的平台;第四层为p型GaN层,采用厚度为0.01-10μm,掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1019cm-3的Mg掺杂GaN。
参照图2,本发明制作非Si掺杂无InGaN黄光LED材料的方法,给出如下三种实施例:
实施例1,制作C掺杂浓度为1×1018cm-3、O掺杂浓度为2×1018cm-3的n型GaN有源层的LED材料。
步骤1,对衬底基片进行热处理。
将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中,并向反应室通入氢气与氨气的混合气体,在反应室的真空度小于2×10-2Torr,衬底加热温度为1150℃,时间为8min,反应室压力为40Torr的条件下,对衬底基片进行热处理。
步骤2,生长AlN成核层。
将热处理后的衬底基片温度降低为670℃,向反应室通入流量为5μmol/min的铝源、流量为1200sccm氢气和流量为1200sccm的氨气,在保持压力为40Torr的条件下生长厚度为20nm的低温AlN成核层。
步骤3,生长C掺杂和O掺杂的n型GaN有源层。
向反应室通入流量为30μmol/min的镓源、流量为1200sccm氢气和流量为1500sccm的氨气,保持反应室压力为40Torr,温度为1150℃,取C掺杂浓度为1×1018cm-3,O掺杂浓度为2×1018cm-3,在低温AlN成核层上生长厚度为3μm的n型GaN有源层。
步骤4,生长p型GaN层。
将已经生长了C掺杂和O掺杂的n型GaN层基片温度保持在1070℃,向反应室通入流量为30μmol/min的镓源、流量为1200sccm氢气,流量为1500sccm的氨气和流量为10μmol/min的Mg源,保持压力为40Torr,温度为1050℃,生长厚度为200nm的p型GaN层,形成非极性a面GaN材料,并从MOCVD反应室中取出。
实施例2,制作C掺杂浓度为1×1017cm-3、O掺杂浓度为2×1017cm-3的n型GaN有源层的LED材料。
本实例的实现步骤如下:
步骤A,将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中,并向反应室通入氢气与氨气的混合气体,在反应室的真空度小于2×10-2Torr,衬底加热温度为950℃,时间为5min,反应室压力为20Torr的条件下,对衬底基片进行热处理。
步骤B,将热处理后的衬底基片温度降低为550℃,向反应室通入流量为5μmol/min的铝源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气,在保持压力为20Torr的条件下生长厚度为10nm的低温AlN成核层。
步骤C,向反应室通入流量为5μmol/min的镓源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气,保持压力为20Torr,温度为950℃,取C掺杂浓度为1×1017cm-3、O掺杂浓度为2×1017cm-3,在低温AlN成核层上生长厚度为200nm的n型GaN有源层。
步骤D,将已经生长了C掺杂和O掺杂的n型GaN层基片温度保持在950℃,向反应室通入流量为5μmol/min的镓源、流量为1000sccm氢气和流量为1000sccm的氨气,5μmol/min的Mg源,保持压力为20Torr,生长厚度为10nm的p型GaN层,形成非极性a面GaN材料,并从MOCVD反应室中取出。
实施例3,制作C掺杂浓度为1×1019cm-3、O掺杂浓度为2×1019cm-3的n型GaN有源层的LED材料。
本实例的实现步骤如下:
步骤一,对衬底基片进行热处理。
将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中,并向反应室通入氢气与氨气的混合气体,进行热处理,其工艺条件是:
反应室的真空度小于2×10-2Torr;
衬底加热温度为1250℃;
氮化时间为10min;
反应室压力为760Torr。
步骤二,生长AlN成核层。
在热处理后的衬底基片上生长厚度为200nm的低温AlN成核层,其工艺条件为:
反应室温度为750℃;
反应室压力为760Torr;
铝源流量为100μmol/min;
氢气流量为10000sccm;
氨气流量为10000sccm。
步骤三,生长C掺杂和O掺杂的n型GaN有源层。
在低温AlN成核层上生长厚度为100μm的n型GaN有源层,其工艺条件为:
反应室温度为1200℃;
反应室压力为760Torr;
镓源流量为100μmol/min;
氢气流量为10000sccm;
氨气流量为10000sccm;
C掺杂浓度为1×1019cm-3;
O掺杂的浓度为2×1019cm-3。
步骤四,生长p型GaN层。
在C掺杂和O掺杂的n型GaN有源层上生长厚度为10μm的p型GaN层,形成非极性a面GaN材料,其工艺条件为:
基片温度为1200℃;
反应室压力为760Torr;
镓源流量为100μmol/min;
氢气流量为10000sccm;
氨气流量为10000sccm;
Mg源流量为80μmol/min。
步骤五,将形成的非Si掺杂无InGaN的非极性a面GaN材料GaN材料从MOCVD反应室中取出。
以上实施例仅用于对本发明的说明,不构成对本发明的限制。对于本领域的专业人员来说,在了解本发明内容和原理后,能够在不背离本发明的原理和范围的情况下,根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明的修正和改变仍受本发明的权利要求保护。
Claims (5)
1.一种非Si掺杂无InGaN光LED材料,自上而下分别为p型GaN层,有源层,成核层和r面蓝宝石衬底,其特征在于:有源区使用C掺杂和O掺杂的n型GaN层,以在GaN中引入C的深能级,为发黄光的电子、空穴提供复合平台。
2.根据权利要求1所述的非Si掺杂无InGaN光LED材料,其特征在于C掺杂的浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3,O掺杂的浓度为2×1017cm-3~2×1019cm-3。
3.根据权利要求1所述的非Si掺杂无InGaN光LED材料,其特征在于p型GaN层的厚度为0.01-10μm。
4.根据权利要求1所述的非Si掺杂无InGaN光LED材料,其特征在于有源层的厚度为0.2-100μm。
5.一种基于非Si掺杂无InGaN光LED材料,包括如下步骤:
(1)将r面蓝宝石衬底置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中,向反应室通入氢气与氨气的混合气体,对衬底进行热处理,保持反应室的真空度小于2×10-2Torr,衬底加热温度为950-1250℃,时间为5-10min,反应室压力为20-760Torr;
(2)在r面蓝宝石衬底上生长厚度为10-200nm,温度为550-750℃的低温成核层;
(3)在低温成核层之上生长厚度为0.2-100μm,O掺杂浓度为2×1017cm-3~2×1019cm-3,C掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3,温度为950-1200℃的高温n型GaN有源层;
(4)在n型GaN有源层之上生长厚度为0.01-10μm,Mg掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1019cm-3,温度为950-1200℃的高温p型GaN层。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510508722.2A CN105070801B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510508722.2A CN105070801B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105070801A CN105070801A (zh) | 2015-11-18 |
CN105070801B true CN105070801B (zh) | 2018-03-06 |
Family
ID=54500126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510508722.2A Active CN105070801B (zh) | 2015-08-18 | 2015-08-18 | 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105070801B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113690351B (zh) * | 2021-06-30 | 2024-05-07 | 华灿光电(浙江)有限公司 | 微型发光二极管外延片及其制造方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102790149A (zh) * | 2011-05-20 | 2012-11-21 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
CN105047779A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-11-11 | 西安电子科技大学 | 基于Si衬底上黄光LED材料及其制作方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4416297B2 (ja) * | 2000-09-08 | 2010-02-17 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体発光素子、ならびにそれを使用した発光装置および光ピックアップ装置 |
US7919791B2 (en) * | 2002-03-25 | 2011-04-05 | Cree, Inc. | Doped group III-V nitride materials, and microelectronic devices and device precursor structures comprising same |
-
2015
- 2015-08-18 CN CN201510508722.2A patent/CN105070801B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102790149A (zh) * | 2011-05-20 | 2012-11-21 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
CN105047779A (zh) * | 2015-08-18 | 2015-11-11 | 西安电子科技大学 | 基于Si衬底上黄光LED材料及其制作方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105070801A (zh) | 2015-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4552828B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
CN105098017B (zh) | 基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED结构及其制作方法 | |
CN103887378B (zh) | 一种高光效紫外led的外延生长方法 | |
CN100418240C (zh) | 在β三氧化二镓衬底上生长InGaN/GaN量子阱LED器件结构的方法 | |
US20110003420A1 (en) | Fabrication method of gallium nitride-based compound semiconductor | |
CN106159048B (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
CN108878606A (zh) | 基于超晶格结构和δ掺杂的高效发光二极管及制备方法 | |
CN105047779B (zh) | 基于Si衬底上黄光LED材料及其制作方法 | |
CN105140365B (zh) | 基于c面蓝宝石衬底上Ga极性黄光LED结构及其制作方法 | |
CN114512580B (zh) | 一种发光二极管 | |
CN100344006C (zh) | 一种m面InGaN/GaN量子阱LED器件结构的生长方法 | |
CN105720154B (zh) | 一种led外延片及其制造方法 | |
CN105098016B (zh) | 基于γ面LiAlO2衬底上黄光LED材料及其制作方法 | |
CN107799631B (zh) | 高亮度led制备工艺 | |
CN105070801B (zh) | 非Si掺杂无InGaN黄光LED材料及其制作方法 | |
CN105679898B (zh) | 具有翘曲调节结构层的led外延结构及其生长方法 | |
CN105118902A (zh) | 基于m面SiC衬底上黄光LED材料及其制作方法 | |
JP2004115305A (ja) | 窒化ガリウム単結晶基板、その製造方法、窒化ガリウム系半導体素子および発光ダイオード | |
TWI289937B (en) | White light LED | |
CN105161588A (zh) | 基于r面蓝宝石衬底上黄光LED材料及其制作方法 | |
JP2007103955A (ja) | 窒化物半導体素子および窒化物半導体結晶層の成長方法 | |
CN105633232B (zh) | 一种具有GaN缓冲层衬底的GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
CN112736168A (zh) | 非极性GaN基微型发光二极管及制备方法 | |
CN105140355A (zh) | 基于m面蓝宝石衬底上半极性(11-22)黄光LED材料及其制作方法 | |
CN103022294B (zh) | 一种蓝宝石外延片结构及其制造方法 |
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 |