CN105244421A - 发光二极管结构及其制作方法 - Google Patents

发光二极管结构及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105244421A
CN105244421A CN201510573049.0A CN201510573049A CN105244421A CN 105244421 A CN105244421 A CN 105244421A CN 201510573049 A CN201510573049 A CN 201510573049A CN 105244421 A CN105244421 A CN 105244421A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
indium
layer
nitride layer
cluster
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
Application number
CN201510573049.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105244421B (zh
Inventor
朱学亮
邵小娟
张洁
刘建明
杜成孝
杜彦浩
徐宸科
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.)
Quanzhou Sanan Semiconductor Technology Co Ltd
Original Assignee
Xiamen Sanan Optoelectronics 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 Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd filed Critical Xiamen Sanan Optoelectronics Technology Co Ltd
Priority to CN201510573049.0A priority Critical patent/CN105244421B/zh
Publication of CN105244421A publication Critical patent/CN105244421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105244421B publication Critical patent/CN105244421B/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
    • H01L33/26—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
    • H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
    • 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
    • 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
    • H01L33/02—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
    • H01L33/10—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 light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector

Landscapes

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

Abstract

本发明公开了一种发光二极管结构及其制作方法，包括：衬底，第一半导体层和第二半导体层夹着的发光外延层，其中第一半导体层内包含离散的铟团簇，铟团簇的成分为铟金属，铟团簇覆盖有表面等离激元层。

Description

发光二极管结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及发光二极管结构及制作方法，特别是制作在N型外延层中，通过外延方法生长含有铟团簇的外延层并利用其表面等离激元层增强发光效率。
背景技术
目前业内，大部分利用金属表面等离激元的方法不是在外延片生长时原位完成的，而是通过另外一些薄膜生长设备在外延片表面生长的，例如在生长完部分p型GaN后，把外延片放入电子束蒸发设备里再沉积纳米金属薄膜，光刻腐蚀成一定的金属图形后，最后再放入外延炉中继续生长P型GaN。这会增加工艺的复杂度，增加了制作成本，同时制作在P型层的纳米金属薄膜不利于提高光效，吸收和反射部分出光.。
又或如中国专利申请号CN201320641628，其通过芯片工艺将纳米金属做于P型层表面，实际生产中由于纳米金属位于外延片表面，容易在后续芯片工艺中被酸分解，也容易出现脱落等问题，不利于量产。此外，传统利用金属表面等离激元的方法所选金属常见为金或银，不易通过外延生长方法直接在发光层下的N型层内形成具有表面等离激元层的金属团簇。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供发光二极管结构，外延层内具备铟团簇结构，利用铟团簇的反射作用增加反射出光，同时铟团簇的表面形成表面等离激元层，所述表面等离激元层能促进发光外延层中空穴与电子结合过程中激发光子，起到增强辐射发光效率的作用。
发光二极管的结构，包括：衬底，位于衬底上方的第一半导体层和第二半导体层夹着的发光外延层，其特征在于：所述第一半导体层内包含离散的铟团簇，所述铟团簇为等离激元层包裹的金属团簇，所述表面等离激元层具有增强发光外延层电子空穴复合效率和增加反射的作用。
根据本发明，优选的是，所述第一半导体层包括缓冲层、位于缓冲层上方掺铟氮化镓与氮化镓交替生长的超晶格结构以及与超晶格结构接触的含铟团簇氮化镓层。
根据本发明，优选的是，所述第一半导体层包括缓冲层、位于缓冲层上方掺铟氮化镓/氮化镓交替生长的超晶格结构、铟团簇氮化镓层/氮化镓层交替生长结构。
根据本发明，优选的是，所述超晶格结构用于增大含铟团簇氮化镓层的晶格常数，掺铟成分促进所述铟团簇的形成。
根据本发明，优选的是，所述超晶格结构的交替周期为15~30个。
根据本发明，优选的是，所述超晶格结构中最后一层为掺铟氮化镓层，与所述含铟团簇氮化镓层接触。
根据本发明，优选的是，所述铟团簇氮化镓层/氮化镓层交替生长结构的交替周期为5~20个。
同时本发明提供一种发光二极管的制作方法，包括步骤：
（1）提供一蓝宝石衬底，在其上依次生长缓冲层、非掺杂氮化镓层和掺硅氮化镓层；
（2）在超晶格层上交替生长5~20个周期的铟团簇氮化镓层/氮化镓层，生长铟团簇氮化镓层时，通入氨气、三甲基铟、氮气和氢气，其中氢气流量为1000cc/min~10000cc/min，在氮化镓中生成金属铟团簇，生长氮化镓层时，关闭三甲基铟，通入三乙基镓，铟团簇氮化镓层/氮化镓层总厚度为50~300nm；
（3）生长5~50nm的氮化镓势垒层；
（4）通过交替生长5~15个周期的掺铟氮化镓层和氮化镓层，形成多量子阱发光外延层；
（5）在多量子阱上依次生长掺镁氮化铝镓层、掺镁氮化镓层。
根据本方法，优选的是，所述步骤（2）在生长铟团簇氮化镓层的同时，其内部形成包裹着等离激元层的离散金属铟团簇，实现直接通过外延生长的方法形成高密度金属颗粒，所述高密度金属颗粒能与量子阱中的电子空穴对耦合，提升辐射复合效率；同时铟金属也能起到反射镜作用，其中铟团簇层与掺铟氮化镓/氮化镓超晶格层接触。
根据本方法，优选的是，所述步骤（1）与步骤（2）间增加制作步骤S1，交替生长15~30个周期的掺铟氮化镓/氮化镓超晶格结构。
根据本方法，优选的是，所述步骤S1生长的掺铟氮化镓/氮化镓超晶格结构，超晶格结构的最后一层生长掺铟氮化镓层，其作用为增大晶格常数，促进步骤（3）中金属铟团簇的形成。
本发明的有益效果至少包括解决了背景技术中的问题，还能有效提高发光二极管的亮度，相对现有技术更加具有可靠性，更适合大规模量产，此外，铟团簇还能将发光外延层发射到衬底方向的光反射回去，通过使用本结构，LED芯片亮度可提升3~5%。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1~图2是本发明实施例1的结构剖面示意图。
图3是本发明实施例2的结构剖面示意图。
图4是本发明实施例3的结构剖面示意图。
图5~图6是本发明实施例4的结构剖面示意图。
其中，1：衬底；2：缓冲层；3：非掺杂氮化镓层；4：掺硅氮化镓层；51：掺铟氮化镓层；52：氮化镓层；61：铟团簇氮化镓层；611：铟团簇；612：表面等离激元层；62：氮化镓层；7：氮化镓势垒层；8：发光外延层；9：掺镁氮化铝镓层；10：掺镁氮化镓层；11：N型层；12：掺铝氮化镓层；13：N电极；14：P电极；15：基座。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的结构及其制作方法进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，通过实施例所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
本实施例提供了发光二极管结构和制作方法，具体如下：
如图1所示，蓝宝石图形衬底1放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)中升温至1000~1200度，在氢气氛围下处理3~10分钟；降温至500~600度，通入氨气和三甲基镓，生长20~50nm的低温缓冲层2，然后关闭三甲基镓；升温至1000~1100度，在此温度下进行退火处理1~5分钟，然后通入三甲基镓，生长1~2微米厚度的非掺杂氮化镓层3；继续升温至1050~1150度，生长1~2微米厚的非掺杂氮化镓层3；降温至1030~1120度，生长1.5~4微米厚的氮化镓，通入甲硅烷进行掺杂，生长掺硅氮化镓层4。
如图2所示，降温至700~800度，通入氨气、三甲基铟、氮气和氢气生长铟团簇氮化镓层61，其中氢气流量为1000~10000cc/min，在该层中生成离散的金属铟团簇611，铟团簇611表面会形成表面等离激元612。升温至800~850度，生长5~50nm的氮化镓势垒层7；升温至750~900度，生长5-15个周期的InGaN/GaN多量子阱发光外延层8；升温至800~950度之间生长掺镁氮化铝镓层9；升温至900-1050度生长掺镁氮化镓层10。最后在掺镁氮化镓层10上制作做芯片工艺。
实施例2
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，在掺硅氮化镓层4上交替生长5~20个周期的铟团簇氮化镓层61/氮化镓层62代替直接生长铟团簇氮化镓层61。每个周期先生长铟团簇氮化镓层61，本实施例相比实施例1，起到促进电子与空穴耦合的能力和提高反射出光效果的作用。
实施例3
如图4所示，本实施例与实施例2区别在于，生长掺硅氮化镓层4后，降温至770~870度，生长15~30个周期的掺铟氮化镓层51/氮化镓52层超晶格层，每个周期内掺铟氮化镓层51的厚度范围为1~3nm，氮化镓层52厚度范围为2.5~8nm；其中最后一层长掺铟氮化镓层51。在掺铟氮化镓层51上，与实施例2相同的交替生长5~20个周期的铟团簇氮化镓层61/氮化镓层62及其上外延结构。
实施例4
如图5~图6所示，本实施例是在实施例3基础上的变形，适合于制作倒装发光二极管，本实施例在衬底1依次生长缓冲层2、N型层11、发光外延层8，在发光外延层8上生长掺铝氮化镓层12，将铟团簇氮化镓层61/氮化镓层62制作到掺铝氮化镓层12和掺镁氮化镓层10之间，同时在铟团簇氮化镓层61/氮化镓层62生长过程中进行镁掺杂。最后在掺镁氮化镓层10上，制作芯片工艺。本实施例将倒装结构与本发明的技术结合，进一步提高出光。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.发光二极管结构，包括：衬底，位于衬底上方的第一半导体层和第二半导体层夹着的发光外延层，其特征在于：所述第一半导体层内包含离散的铟团簇，所述铟团簇为等离激元层包裹的金属团簇，所述表面等离激元层具有增强发光外延层电子空穴复合效率和增加反射的作用。
2.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述第一半导体层包括缓冲层、位于缓冲层上方掺铟氮化镓与氮化镓交替生长的超晶格结构以及与超晶格结构接触的含铟团簇氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管结构，其特征在于：所述第一半导体层包括缓冲层、位于缓冲层上方掺铟氮化镓/氮化镓交替生长的超晶格结构、铟团簇氮化镓层/氮化镓层交替生长结构。
4.根据权利要求2或3所述的发光二极管结构，其特征在于：所述超晶格结构用于增大含铟团簇氮化镓层的晶格常数，掺铟成分促进所述铟团簇的形成。
5.根据权利要求2或3所述的发光二极管结构，其特征在于：所述超晶格结构的交替周期为15~30个。
6.根据权利要求2或3所述的发光二极管结构，其特征在于：所述超晶格结构中最后一层为掺铟氮化镓层，与所述含铟团簇氮化镓层接触。
7.根据权利要求3所述的发光二极管结构，其特征在于：所述铟团簇氮化镓层/氮化镓层交替生长结构的交替周期为5~20个。
8.发光二极管制作方法，包括步骤：
提供一蓝宝石衬底，在其上依次生长缓冲层、非掺杂氮化镓层和掺硅氮化镓层；
在超晶格层上交替生长5~20个周期的铟团簇氮化镓层/氮化镓层，生长铟团簇氮化镓层时，通入氨气、三甲基铟、氮气和氢气，其中氢气流量为1000cc/min~10000cc/min，在氮化镓中生成金属铟团簇，生长氮化镓层时，关闭三甲基铟，通入三乙基镓，铟团簇氮化镓层/氮化镓层总厚度为50~300nm；
生长5~50nm的氮化镓势垒层；
通过交替生长5~15个周期的掺铟氮化镓层和氮化镓层，形成多量子阱发光外延层；
在多量子阱上依次生长掺镁氮化铝镓层、掺镁氮化镓层；
其特征在于：所述步骤（2）在生长铟团簇氮化镓层的同时，其内部形成包裹着等离激元层的离散金属铟团簇，实现直接通过外延生长的方法形成高密度金属颗粒，所述高密度金属颗粒能与量子阱中的电子空穴对耦合，提升辐射复合效率；同时铟金属也能起到反射镜作用，其中铟团簇层与掺铟氮化镓/氮化镓超晶格层接触。
9.根据权利要求8所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤（1）与步骤（2）间增加制作步骤S1，交替生长15~30个周期的掺铟氮化镓/氮化镓超晶格结构。
10.根据权利要求9所述的发光二极管制作方法，其特征在于：所述步骤S1生长的掺铟氮化镓/氮化镓超晶格结构，超晶格结构的最后一层生长掺铟氮化镓层，其作用为增大晶格常数，促进步骤（2）中金属铟团簇的形成。
CN201510573049.0A 2015-09-10 2015-09-10 发光二极管结构及其制作方法 Active CN105244421B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510573049.0A CN105244421B (zh) 2015-09-10 2015-09-10 发光二极管结构及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510573049.0A CN105244421B (zh) 2015-09-10 2015-09-10 发光二极管结构及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105244421A true CN105244421A (zh) 2016-01-13
CN105244421B CN105244421B (zh) 2017-10-27

Family

ID=55041987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510573049.0A Active CN105244421B (zh) 2015-09-10 2015-09-10 发光二极管结构及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105244421B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101073160A (zh) * 2004-12-23 2007-11-14 Lg伊诺特有限公司 氮化物半导体发光器件及其制造方法
US20080123709A1 (en) * 2005-11-10 2008-05-29 Hersee Stephen D Process for Controlling Indium Clustering in InGaN LEDs Using Strain Arrays
US20080142781A1 (en) * 2004-12-23 2008-06-19 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride Semiconductor Light Emitting Device and Fabrication Method Thereof
US20110133155A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Ho Sang Yoon Light emitting device, light emitting device package and lighting system
JP2011216555A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 発光素子
CN102683506A (zh) * 2011-03-10 2012-09-19 中国科学院物理研究所 一种用于GaN基LED外延片的纳米结构层及其制备方法
CN103996767A (zh) * 2014-04-21 2014-08-20 中国科学院半导体研究所 表面等离激元增强型硅纳米线电致发光器件及其制作方法
US20140291479A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 University Of Massachusetts Backside Configured Surface Plasmonic Structure For Infrared Photodetector And Imaging Focal Plane Array Enhancement

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101073160A (zh) * 2004-12-23 2007-11-14 Lg伊诺特有限公司 氮化物半导体发光器件及其制造方法
US20080142781A1 (en) * 2004-12-23 2008-06-19 Lg Innotek Co., Ltd. Nitride Semiconductor Light Emitting Device and Fabrication Method Thereof
US20080123709A1 (en) * 2005-11-10 2008-05-29 Hersee Stephen D Process for Controlling Indium Clustering in InGaN LEDs Using Strain Arrays
US20110133155A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Ho Sang Yoon Light emitting device, light emitting device package and lighting system
JP2011216555A (ja) * 2010-03-31 2011-10-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 発光素子
CN102683506A (zh) * 2011-03-10 2012-09-19 中国科学院物理研究所 一种用于GaN基LED外延片的纳米结构层及其制备方法
US20140291479A1 (en) * 2013-03-28 2014-10-02 University Of Massachusetts Backside Configured Surface Plasmonic Structure For Infrared Photodetector And Imaging Focal Plane Array Enhancement
CN103996767A (zh) * 2014-04-21 2014-08-20 中国科学院半导体研究所 表面等离激元增强型硅纳米线电致发光器件及其制作方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105244421B (zh) 2017-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103337573B (zh) 半导体发光二极管的外延片及其制造方法
CN108461592B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN103066174A (zh) 一种提高GaN基LED发光效率的外延结构及生长方法
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
CN103227251B (zh) 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法
CN102738328B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN109346575B (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN102709424A (zh) 一种提高发光二极管发光效率的方法
CN105023979A (zh) 一种GaN基LED外延片及其制备方法
CN103730552A (zh) 一种提高led发光效率的外延生长方法
CN103515495B (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法
CN106328771B (zh) 一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量led外延层的方法
CN103035805A (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN106229390A (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法
CN106601882A (zh) 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN113690350B (zh) 微型发光二极管外延片及其制造方法
CN106328777A (zh) 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法
CN105914270B (zh) 硅基氮化镓led外延结构的制造方法
CN104993027B (zh) 发光二极管外延片及其制作方法
CN114883460A (zh) 发光二极管外延片及其制备方法
CN103579428B (zh) 一种led外延片及其制备方法
CN109473514A (zh) 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
CN106848017B (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法
CN111725371B (zh) 一种led外延底层结构及其生长方法
CN104300064A (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法

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
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231027

Address after: Yuanqian village, Shijing Town, Nan'an City, Quanzhou City, Fujian Province

Patentee after: QUANZHOU SAN'AN SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 361009 no.1721-1725, Luling Road, Siming District, Xiamen City, Fujian Province

Patentee before: XIAMEN SANAN OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd.