CN105070805A - 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 - Google Patents
一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105070805A CN105070805A CN201510503690.7A CN201510503690A CN105070805A CN 105070805 A CN105070805 A CN 105070805A CN 201510503690 A CN201510503690 A CN 201510503690A CN 105070805 A CN105070805 A CN 105070805A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- active area
- stress control
- current extending
- silica
- 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.)
- Granted
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 21
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 28
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 24
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 17
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 15
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 9
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 7
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 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
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching 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
- 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
- H01L33/005—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
- 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
- H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种硅基氮化物紫外LED外延结构及其实现方法，LED外延结构从由下往上依次为：硅衬底层、应力控制层、n型电流扩展层、有源区准备层、有源区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层；其中，应力控制层由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；n型电流扩展层中的Al组分小于或等于应力控制层中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值，其在硅衬底上利用AlxGa1-xN应力控制层调控应力，使n型AlyGa1-yN(0≦y≦x≦1)电流扩展层在生长过程中受到压应力，不容易产生裂纹，具有很高的外延良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子领域，尤其是一种LED外延结构及其实现方法。
背景技术
相比于传统紫外汞灯，氮化物紫外LED(LightEmittingDiode，发光二极管)具有节能环保、寿命长、紧凑性好等多方面优势。
现有的紫外LED一般都是基于蓝宝石衬底的紫外LED技术。在制作该基于蓝宝石的紫外LED时，首先需要先在蓝宝石衬底上生长GaN(氮化镓)层以获得高晶体质量的模板，然后在GaN上面生长硅掺杂的n型AlGaN(氮化镓铝)电流扩展层以及后续的发光层等结构。
但是，现有技术路线中仍然存在以下不足：1)由于AlGaN的晶格常数小于GaN的晶格常数，因而在GaN层上生长AlGaN层时会受到张应力，容易产生裂纹；2)当紫外LED的波长接近或小于365nm(纳米)时，GaN层会吸收量子阱发光区发出的光，因而在芯片制作过程中需要将GaN层去除；3)蓝宝石衬底的剥离很困难，即使使用相对成熟的激光剥离技术去除蓝宝石衬底，也会导致漏电增大、良率低等不良影响，可以看出，制备基于蓝宝石衬底的紫外LED工艺难度非常大。
发明内容
为了克服以上缺点，本发明提供了一种硅基氮化物紫外LED外延结构及其实现方法，其在硅衬底上利用AlxGa1-xN应力控制层调控应力，使n型AlyGa1-yN(0≦y≦x≦1)电流扩展层在生长过程中受到压应力，不容易产生裂纹，具有很高的外延良率。
本发明提供的技术方案如下：
一种硅基氮化物紫外LED外延结构，所述LED外延结构从由下往上依次为：硅衬底层、应力控制层、n型电流扩展层、有源区准备层、有源区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层；
其中，所述应力控制层由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；所述n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；所述n型电流扩展层中的Al组分小于或等于应力控制层中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。
优选地，所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；
或,
所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
优选地，所述有源区准备层由至少一层InaAlbGa1-a-bN层构成，每层所述InaAlbGa1-a-bN层中a和b的取值范围分别为：0≦a≦1，0≦b≦1；
或，
所述有源区准备层由Ina1Alb1Ga1-a1-b1N和Ina2Alb2Ga1-a2-b2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦a1≦1，0≦b1≦1，0≦a2≦1，0≦b2≦1；
所述有源区准备层的总厚度在0～500nm之间。
优选地，所述有源区发光层为IncAldGa1-c-dN/IneAlfGa1-e-fN多量子阱结构，其中，0≦c≦1，0≦d≦1，0≦e≦1，0≦f≦1；
在所述有源区发光层中，所述IncAldGa1-c-dN为厚度在1～10nm之间的量子阱层；所述IneAlfGa1-e-fN为厚度在3～25nm之间的量子垒层。
优选地，在所述有源区发光层中的所述IneAlfGa1-e-fN量子垒层中掺杂硅，掺杂硅的浓度在5×1016～1×1019cm-2之间；
或，
所述有源区发光层中的所述IneAlfGa1-e-fN量子垒层中非故意掺杂。
优选地，所述电子阻挡层由至少一层AlgGa1-gN层构成，每层所述AlgGa1-gN层中g的取值范围为0≦g≦1；
所述电子阻挡层中各AlgGa1-gN层中的Al组分的平均值高于所述有源区发光层中IneAlfGa1-e-fN量子垒层中的Al组分。
优选地，所述电子阻挡层中使用Mg进行p型掺杂，或者进行非故意掺杂；
和/或，
所述p型电流扩展层为Mg掺杂的AlhGa1-hN层，其中，0≦h≦1；
和/或，
所述p型欧姆接触层为Mg掺杂的IniAljGa1-i-jN层，其中，0≦i≦1，0≦j≦1。
一种硅基紫外LED外延结构的实现方法，所述实现方法应用于上述硅基氮化物紫外LED外延结构，所述实现方法包括以下步骤：
对硅衬底进行表面清洁处理；
在所述衬底上外延生长应力控制层；
在所述应力控制层上外延生长Si掺杂的n型电流扩展层；
在所述n型电流扩展层上外延生长有源区准备层；
在所述有源区准备层上外延生长有源区发光层；
在所述有源区发光层上外延生长电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上外延生长Mg掺杂的p型电流扩展层；
在所述p型电流扩展层上外延生长Mg掺杂的p型欧姆接触层。
优选地，所述应力控制层由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；所述n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；所述n型电流扩展层中的Al组分小于或等于应力控制层中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。
优选地，所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；
或,
所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
在本发明中，相比于传统的蓝宝石衬底的紫外LED外延结构，本发明提供的硅基氮化物紫外LED外延结构具有如下优势：
第一，在硅衬底上利用应力控制层调控应力，使n型AlyGa1-yN(0≦y≦1)电流扩展层在生长过程中受到压应力，不容易产生裂纹，具有很高的外延良率；第二，可以使用湿法腐蚀的方法去除硅衬底，对外延结构无损伤，容易实现垂直结构芯片，提高发光效率，工艺良率高，适合大规模生产；第三，硅衬底紫外LED可以大幅度降低外延成本，尤其是容易实现大尺寸衬底上的紫外LED生长；第四，硅衬底有良好的导电和导热性，硅基紫外LED更容易和驱动电路以及其他模块进行集成。
附图说明
图1为本发明中硅基氮化物紫外LED外延结构示意图；
图2为本发明中硅基氮化物紫外LED外延结构的实现方法流程示意图；
图3为本发明中应力控制层的结构示意图；
图4a为本发明中组分突变的应力控制层的Al组分分布示意图；
图4b为本发明中组分渐变的应力控制层的Al组分分布示意图。
附图标记：
1-硅衬底层，2-应力控制层，3-n型电流扩展层，4-有源区准备层，
5-有源区发光层，6-电子阻挡层，7-p型电流扩展层，8-p型欧姆接触层，
2a-AlN层，2b-Al0.70Ga0.30N层，2c-Al0.25Ga0.75N层。
具体实施方式
下面参照附图，结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
如附图1所示为本发明提供的硅基氮化物紫外LED外延结构示意图，从图中可以看出，该外延结构中从下到上依次包括：硅衬底层1、应力控制层2、n型电流扩展层3、有源区准备层4、有源区发光层5、电子阻挡层6、p型电流扩展层7以及p型欧姆接触层8，其中，应力控制层2由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；n型电流扩展层3为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；n型电流扩展层3中的Al组分小于或等于应力控制层2中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。
具体来说，应力控制层2由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，或应力控制层2由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。更具体来说，应力控制层2为一层AlxGa1-xN层(0≦x≦1)，或者两层Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N(0≦x1/x2≦1)层，或者多层不同组分的Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N/…AlxnGa1-xnN/层(0≦x1/x2/xn≦1)，或者Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N超晶格结构(0≦x1/x2≦1)。当采用多层AlGaN时，各层之间的Al组分可以采用突变、线性连续渐变、非线性连续渐变等不同过渡形式。在具体实施例中，在制备外延结构的过程中，首先在硅衬底层1上外延生长一层AlN层，即选用AlN层直接和硅衬底层1接触；随后再外延生长各个AlxGa1-xN层或者Alx1Ga1-x1N/Alx2Ga1-x2N超晶格结构。应力控制层2的总厚度大于或等于300nm，且小于或等于2000nm。最后，要说明的是，在以上的描述过程中，使用到的x、x1和x2只是为了对各种结构加以区分，结构是一样的，只用于区分Al和Ga的组分，以下涉及到的字母亦同。
n型电流扩展层3为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，其中，0≦y≦1，且满足n型电流扩展层3的Al组分低于应力控制层2的各层中Al的平均组分。在具体实施例中，n型电流扩展层3的硅掺杂浓度大于或等于1×1018cm-3，且小于或等于3×1019cm-3；厚度大于或等于500nm，且小于或等于5000nm(500～5000nm)，更进一步来说，该n型电流扩展层3的厚度大于或等于1500nm。
有源区准备层4由至少一层InaAlbGa1-a-bN层构成，每层InaAlbGa1-a-bN层中a和b的取值范围分别为：0≦a≦1，0≦b≦1；或有源区准备层4由Ina1Alb1Ga1-a1-b1N和Ina2Alb2Ga1-a2-b2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦a1≦1，0≦b1≦1，0≦a2≦1，0≦b2≦1；且有源区准备层4的总厚度在0～500nm(即大于等于0nm，小于等于500nm)之间；当厚度为0nm时，表示没有有源区准备层4结构。在具体实施例中，该有源区准备层4中可掺杂硅或者不掺杂；当掺杂硅时，掺杂浓度具体为大于或等于1×1017cm-3，且小于或等于1×1019cm-3；具体的掺杂方式可以为全部掺杂、交替掺杂等。进一步来说，有源区准备层4的总厚度大于0nm，小于或等于500nm；更进一步来说，有源区准备层4的厚度大于或等于50nm，小于或等于200nm。
有源区发光层5为IncAldGa1-c-dN/IneAlfGa1-e-fN多量子阱结构，其中，0≦c≦1，0≦d≦1，0≦e≦1，0≦f≦1。具体来说，在该在有源区发光层5中，IncAldGa1-c-dN为厚度在1～10nm之间的量子阱层；IneAlfGa1-e-fN为厚度在3～25nm之间的量子垒层，且量子阱层的Al组分小于量子垒层中的Al组分，进一步来说，IncAldGa1-c-dN量子阱层各组分的取值为0≦c≦0.1，0≦d≦1；IneAlfGa1-e-fN量子垒层中各组分的取值为0≦e≦0.1，0≦f≦1。另外，在具体实施例中，有源区发光层5中的IneAlfGa1-e-fN量子垒层中可以掺杂硅或者不进行故意掺杂，当掺杂硅时，掺杂硅的浓度在5×1016～1×1019cm-2之间，更进一步来说，掺杂硅的浓度在5×1016cm-2～5×1018cm-2之间。
电子阻挡层6由至少一层AlgGa1-gN层构成，每层AlgGa1-gN层中g的取值范围为0≦g≦1；且电子阻挡层6中各AlgGa1-gN层中的Al组分的平均值高于有源区发光层5中IneAlfGa1-e-fN量子垒层中的Al组分。在具体实施例中，电子阻挡层6中使用Mg进行p型掺杂，或者进行非故意掺杂。进一步来说，电子阻挡层6的厚度大于或等于10nm，且小于或等于100nm；更进一步来说，该电子阻挡层6的厚度小于或等于50nm。当该电子阻挡层6采用Mg掺杂时，其掺杂浓度大于或等于1×1018cm-2，且小于等于2×1019cm-2。
p型电流扩展层7为Mg掺杂的AlhGa1-hN层，其中，0≦h≦1。具体来说，该p型电流扩展层7的厚度未被特别限制，Mg掺杂浓度大于或等于5×1018cm-3，且小于或等于1×1020cm-3。
p型欧姆接触层8为Mg掺杂的IniAljGa1-i-jN层，其中，0≦i≦1，0≦j≦1。其中，更进一步来说，0≦i≦0.2，0≦j≦0.2。该p型欧姆接触层8的厚度未被特别限制，在具体实施例中，可以选定为大于或等于2nm，且小于或等于50nm；更具体地可以选定为，大于或等于2nm，且小于或等于30nm。
如图2所示，本发明还提供了一种硅基紫外LED外延结构的实现方法，该实现方法应用于上述的硅基氮化物紫外LED外延结构，实现方法包括以下步骤：
S1对硅衬底进行表面清洁处理；
S2在衬底上外延生长应力控制层2；
S3在应力控制层2上外延生长Si掺杂的n型电流扩展层3。具体来说，应力控制层2由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；n型电流扩展层3为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；n型电流扩展层3中的Al组分小于或等于应力控制层2中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。且应力控制层2由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；或,应力控制层2由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
S4在n型电流扩展层3上外延生长有源区准备层4；
S5在有源区准备层4上外延生长有源区发光层5；
S6在有源区发光层5上外延生长电子阻挡层6；
S7在电子阻挡层6上外延生长Mg掺杂的p型电流扩展层7；
S8在p型电流扩展层7上外延生长Mg掺杂的p型欧姆接触层8。
作为一个完整的实施例，以下我们对本发明提供的硅基氮化物紫外LED外延结构的制备过程作出详细描述，具体来说，在该过程中采用MOCVD、选用的硅衬底为Si(111)衬底层1、应力控制层2包括AlN(2a层)、Al0.70Ga0.30N(2b层)、Al0.25Ga0.75N(2c层)三层结构，进行外延生长，具体过程如下：
首先，对硅衬底层1放置到MOCVD反应室中，升温到1100℃，并通入H2进行高温表面清洁处理；
随后，在硅衬底层1上外延生长应力控制层2。具体来说，将反应室温度设定在800℃～1200℃，往反应室中通入三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)，在H2作为载气的条件下，生长一层厚度400nm的AlN层(2a层)；然后通入三甲基镓(TMGa)，并保持通入三甲基铝和氨气，生长400nm的Al0.70Ga0.30N层(2b层)；最后通过调节三甲基铝的流量，改变外延层的Al组分，生长400nm的Al0.25Ga0.75N层(2c层)，如图3所示。至于三层之间的组分变化方式，可以为如图4a所示的Al组分突变的方式，或者如图4b所示的Al组分渐变降低的方式。另外，通过外延生长应力控制层2时，可以通过渐变减少通入反应室的TMAl的流量来实现Al组分的变化，过渡方式可以为线性渐变(实线所示)或者非线性渐变(虚线所示)等，如图4b所示。
紧接着，以硅烷(SiH4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×1018cm-3，生长温度在900℃～1100℃，实现在应力控制层2上外延生长n型电流扩展层3，生长出来的n型电流扩展层3为的Al组分为7％的n型Al0.07Ga0.93N层，厚度3000nm。
再然后，将反应室温度降低到750℃～900℃，以N2作为载气，并持续通入TMAl、TMGa、NH3，间歇性的通入三甲基铟(TMIn)，交替生长总对数为30对硅掺杂浓度为2×1018cm-3的InGaN/AlGaN超晶格作为有源区准备层4；生长出来的有源区准备层4为30对In0.05Ga0.95N/Al0.15Ga0.85N(2nm/2nm)超晶格。
有源区准备层4生长出来后，以N2作为载气，在800℃生长In0.02Ga0.98N量子阱后，将反应室温度升高到950℃，生长Al0.15Ga0.85N量子垒，重复生长7对制备有源区发光层5。具体来说，生长出来的有源区发光层5为7对In0.02Ga0.98N/Al0.15Ga0.85N(3nm/15nm)多量子阱结构，发光波长约为365nm，属于近紫外波段。Al0.15Ga0.85N量子垒中的硅掺杂浓度为2×1018cm-3，In0.02Ga0.98N量子阱为非故意掺杂。
之后，通入TMAl、TMGa、NH3，以H2或者N2作为载气，以二茂镁(Cp2Mg)作为掺杂剂，温度可在750℃～1000℃之间，实现电子阻挡层6的生长。具体来说，生长出来的电子阻挡层6Mg掺杂浓度为1.5×1019cm-3的Al0.35Ga0.65N层，厚度为35nm。
接着，以H2或者N2作为载气，在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层7，具体来说，生长出来的p型电流扩展层7为Mg掺杂浓度3×1019cm-3的Al0.09Ga0.91N层，厚度为50nm。
最后，以H2或者N2作为载气，再外延生长温度900℃～1000℃的条件下外延生长p型欧姆接触层8，具体来说，生长出来的p型欧姆接触层8为Mg掺杂浓度为2×1019cm-3的GaN层，厚度为15nm。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于，所述LED外延结构从由下往上依次为：硅衬底层、应力控制层、n型电流扩展层、有源区准备层、有源区发光层、电子阻挡层、p型电流扩展层以及p型欧姆接触层；
其中，所述应力控制层由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；所述n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；所述n型电流扩展层中的Al组分小于或等于应力控制层中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。
2.根据权利要求1所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：
所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；
或,
所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
3.根据权利要求1或2所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：
所述有源区准备层由至少一层InaAlbGa1-a-bN层构成，每层所述InaAlbGa1-a-bN层中a和b的取值范围分别为：0≦a≦1，0≦b≦1；
或，
所述有源区准备层由Ina1Alb1Ga1-a1-b1N和Ina2Alb2Ga1-a2-b2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦a1≦1，0≦b1≦1，0≦a2≦1，0≦b2≦1；
所述有源区准备层的总厚度在0～500nm之间。
4.根据权利要求3所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：
所述有源区发光层为IncAldGa1-c-dN/IneAlfGa1-e-fN多量子阱结构，其中，0≦c≦1，0≦d≦1，0≦e≦1，0≦f≦1；
在所述有源区发光层中，所述IncAldGa1-c-dN为厚度在1～10nm之间的量子阱层；所述IneAlfGa1-e-fN为厚度在3～25nm之间的量子垒层。
5.根据权利要求4所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：在所述有源区发光层中的所述IneAlfGa1-e-fN量子垒层中掺杂硅，掺杂硅的浓度在5×1016～1×1019cm-2之间；
或，
所述有源区发光层中的所述IneAlfGa1-e-fN量子垒层中非故意掺杂。
6.根据权利要求1所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：
所述电子阻挡层由至少一层AlgGa1-gN层构成，每层所述AlgGa1-gN层中g的取值范围为0≦g≦1；
所述电子阻挡层中各AlgGa1-gN层中的Al组分的平均值高于所述有源区发光层中IneAlfGa1-e-fN量子垒层中的Al组分。
7.根据权利要求6所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，其特征在于：
所述电子阻挡层中使用Mg进行p型掺杂，或者进行非故意掺杂；
和/或，
所述p型电流扩展层为Mg掺杂的AlhGa1-hN层，其中，0≦h≦1；
和/或，
所述p型欧姆接触层为Mg掺杂的IniAljGa1-i-jN层，其中，0≦i≦1，0≦j≦1。
8.一种硅基紫外LED外延结构的实现方法，其特征在于，所述实现方法应用于如权利要求1-7任意一项所述的硅基氮化物紫外LED外延结构，所述实现方法包括以下步骤：
对硅衬底进行表面清洁处理；
在所述衬底上外延生长应力控制层；
在所述应力控制层上外延生长Si掺杂的n型电流扩展层；
在所述n型电流扩展层上外延生长有源区准备层；
在所述有源区准备层上外延生长有源区发光层；
在所述有源区发光层上外延生长电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上外延生长Mg掺杂的p型电流扩展层；
在所述p型电流扩展层上外延生长Mg掺杂的p型欧姆接触层。
9.根据权利要求8所述的硅基紫外LED外延结构的实现方法，其特征在于：
所述应力控制层由至少一层AlxGa1-xN层构成，0≦x≦1；所述n型电流扩展层为硅掺杂的n型AlyGa1-yN层，0≦y≦1；所述n型电流扩展层中的Al组分小于或等于应力控制层中各AlxGa1-xN层中Al组分的平均值。
10.根据权利要求9所述的硅基紫外LED外延结构的实现方法，其特征在于：
所述应力控制层由多层AlxGa1-xN层构成，其中，每层所述AlxGa1-xN层中x的取值范围为0≦x≦1，且各层之间的Al组分采用突变、线性连续渐变或非线性连续渐变的方式进行过渡；
或,
所述应力控制层由Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N组成的超晶格结构构成，其中，0≦x1≦1，0≦x2≦1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510503690.7A CN105070805B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510503690.7A CN105070805B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105070805A true CN105070805A (zh) | 2015-11-18 |
| CN105070805B CN105070805B (zh) | 2020-09-08 |
Family
ID=54500130
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510503690.7A Active CN105070805B (zh) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105070805B (zh) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105720144A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-29 | 晶能光电（常州）有限公司 | 一种硅衬底氮化物紫外led芯片结构及其实现方法 |
| CN105845797A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-10 | 聚灿光电科技股份有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN107680901A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-09 | 闽南师范大学 | 一种半导体外延用的柔性复合衬底及制造方法 |
| CN108461597A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-28 | 南昌大学 | 一种发光二极管电极装置 |
| CN109148657A (zh) * | 2018-07-12 | 2019-01-04 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法 |
| CN109148655A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-01-04 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种led结构与led结构制作方法 |
| CN110459654A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-15 | 晶能光电（江西）有限公司 | 紫外led外延结构 |
| CN110459652A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | AlGaN基紫外LED器件及其制备方法与应用 |
| CN110473940A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-19 | 晶能光电（江西）有限公司 | 紫外led的外延结构 |
| CN111293198A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-06-16 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法 |
| CN111933763A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-13 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | 外延结构及其制造方法 |
| CN112736171A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 晶能光电（江西）有限公司 | 硅衬底GaN基LED及其制备方法 |
| CN117954544A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 苏州紫灿科技有限公司 | 一种可抗esd的深紫外发光二极管 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101043775A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-09-26 | 浙江大学 | 一种硅基MgxZn1－xO紫外电致发光器件及其制备方法 |
| CN103258844A (zh) * | 2012-02-17 | 2013-08-21 | 台积固态照明股份有限公司 | 在硅衬底上生长高品质的iii-v族化合物层的方法 |
| CN103887381A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 西安神光皓瑞光电科技有限公司 | 一种提升紫外led外延材料结晶质量的生长方法 |
-
2015
- 2015-08-17 CN CN201510503690.7A patent/CN105070805B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101043775A (zh) * | 2006-12-30 | 2007-09-26 | 浙江大学 | 一种硅基MgxZn1－xO紫外电致发光器件及其制备方法 |
| CN103258844A (zh) * | 2012-02-17 | 2013-08-21 | 台积固态照明股份有限公司 | 在硅衬底上生长高品质的iii-v族化合物层的方法 |
| CN103887381A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 西安神光皓瑞光电科技有限公司 | 一种提升紫外led外延材料结晶质量的生长方法 |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105720144A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-29 | 晶能光电（常州）有限公司 | 一种硅衬底氮化物紫外led芯片结构及其实现方法 |
| CN105845797A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-10 | 聚灿光电科技股份有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN107680901B (zh) * | 2017-09-27 | 2020-07-07 | 闽南师范大学 | 一种半导体外延用的柔性复合衬底及制造方法 |
| CN107680901A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-09 | 闽南师范大学 | 一种半导体外延用的柔性复合衬底及制造方法 |
| CN108461597A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-28 | 南昌大学 | 一种发光二极管电极装置 |
| CN110459652A (zh) * | 2018-05-08 | 2019-11-15 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | AlGaN基紫外LED器件及其制备方法与应用 |
| CN109148657A (zh) * | 2018-07-12 | 2019-01-04 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法 |
| CN109148655A (zh) * | 2018-09-10 | 2019-01-04 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种led结构与led结构制作方法 |
| CN110459654A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-11-15 | 晶能光电（江西）有限公司 | 紫外led外延结构 |
| CN110473940A (zh) * | 2019-08-09 | 2019-11-19 | 晶能光电（江西）有限公司 | 紫外led的外延结构 |
| CN110473940B (zh) * | 2019-08-09 | 2024-05-17 | 晶能光电股份有限公司 | 紫外led的外延结构 |
| CN111293198A (zh) * | 2020-04-10 | 2020-06-16 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法 |
| CN111293198B (zh) * | 2020-04-10 | 2021-06-18 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法 |
| CN111933763A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-13 | 厦门士兰明镓化合物半导体有限公司 | 外延结构及其制造方法 |
| CN112736171A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 晶能光电（江西）有限公司 | 硅衬底GaN基LED及其制备方法 |
| CN117954544A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-04-30 | 苏州紫灿科技有限公司 | 一种可抗esd的深紫外发光二极管 |
| CN117954544B (zh) * | 2024-03-26 | 2024-06-28 | 苏州紫灿科技有限公司 | 一种可抗esd的深紫外发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105070805B (zh) | 2020-09-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105070805A (zh) | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 | |
| CN104409586B (zh) | GaN基Ⅲ‑Ⅴ族化合物半导体LED外延片及生长方法 | |
| CN101488548B (zh) | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED | |
| CN104409587B (zh) | 一种InGaN基蓝绿光发光二极管外延结构及生长方法 | |
| CN105140356B (zh) | 一种Al组分渐变式N型LED结构及其制备方法 | |
| CN101359710B (zh) | 一种绿光发光二极管的制造方法 | |
| CN101488550B (zh) | 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法 | |
| CN105161582B (zh) | 一种采用mocvd技术制备深紫外led的方法 | |
| CN103887380B (zh) | 一种紫光led的外延生长方法 | |
| CN105990479A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| CN101847673A (zh) | 一种氮化镓基led外延片及其生长方法 | |
| WO2017202328A1 (zh) | 氮化镓基发光二极管及其制备方法 | |
| JP4962130B2 (ja) | ＧａＮ系半導体発光ダイオードの製造方法 | |
| CN103811601B (zh) | 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法 | |
| CN104576853B (zh) | 一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法 | |
| CN100580966C (zh) | 一种绿光发光二极管 | |
| CN104576852A (zh) | 一种GaN基LED外延结构的发光量子阱应力调控方法 | |
| CN105914265A (zh) | 一种GaAs基发光二极管及其制作方法 | |
| CN102969419A (zh) | 一种弱极性面上氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN104465914B (zh) | 具有势垒高度渐变超晶格层的led结构及其制备方法 | |
| CN109524520A (zh) | 一种高性能的绿光二极管多量子阱结构及其制备方法 | |
| CN209104183U (zh) | 一种高性能的绿光二极管多量子阱结构 | |
| CN210156417U (zh) | 一种紫外发光二极管外延结构 | |
| CN103700739B (zh) | 一种避免大尺寸外延片裂片的外延生长方法 | |
| CN104465916A (zh) | 氮化镓发光二极管外延片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for 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: 20220124 Address after: 330096 No. 699, Aixi Hubei Road, Nanchang High-tech Development Zone, Jiangxi Province Patentee after: LATTICE POWER (JIANGXI) Corp. Address before: 213164 No.7, Fengxiang Road, Wujin high tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: LATTICE POWER (CHANGZHOU) Corp. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 330096 No. 699, Aixi Hubei Road, Nanchang High-tech Development Zone, Jiangxi Province Patentee after: Jingneng optoelectronics Co.,Ltd. Address before: 330096 No. 699, Aixi Hubei Road, Nanchang High-tech Development Zone, Jiangxi Province Patentee before: LATTICE POWER (JIANGXI) Corp. |