CN105742425B - 具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 - Google Patents
具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105742425B CN105742425B CN201610261242.5A CN201610261242A CN105742425B CN 105742425 B CN105742425 B CN 105742425B CN 201610261242 A CN201610261242 A CN 201610261242A CN 105742425 B CN105742425 B CN 105742425B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- conducting material
- layer
- type semi
- thickness
- energy adjustment
- 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
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 166
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 84
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 31
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 abstract description 14
- 239000007924 injection Substances 0.000 abstract description 14
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 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
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，该结构在LED外延结构的P‑型半导体材料传输层中插入一层低势垒的P‑型半导体材料空穴能量调节层，其材质为Alx1Iny1Ga1‑x1‑y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1‑x1‑y1，厚度为1nm～300nm，其晶格常数大于P‑型半导体材料传输层Ⅰ和P‑型半导体材料传输层Ⅱ，其禁带宽度小于P‑型半导体材料传输层Ⅰ和P‑型半导体材料传输层Ⅱ。本发明利用极化电场增加空穴能量提高空穴注入效率，并且没有增加空穴势垒，克服了现有技术存在的空穴注入效率低，内量子效率不高的缺陷。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及至少有一个电位跃变势垒或表面势垒的专门适用于光发射的半导体器件，具体地说是具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
背景技术
III-V族氮化物的半导体LED技术在显示、照明和背光领域得到广泛的应用。但是氮化物的LED的空穴注入效率低的问题一直没有得到很好的解决。这主要是由于高激活的镁杂质导致高空穴浓度的P-型氮化物半导体很难获得，而且深紫外LED中的高铝组份P-型氮化物半导体的空穴浓度尤其低，因此导致氮化物LED中空穴注入效率低。重掺是常用的增加空穴注入效率的手段，但是其会影响晶格质量，增加光的吸收；而深紫外LED中更是直接采用厚的GaN作为空穴注入层，这极大的限制了发光二极管的效率。另外，氮化物半导体中存在极化效应，这种极化效应的存在会减弱量子阱的效率，但是也可以利用这种极化效应产生的电场去增加空穴的能量，从而提高空穴注入效率。已有文献(Applied PhysicsLetters 105,153503(2014))提出在蓝光LED中的P型GaN中插入AlGaN，从而在GaN中产生压缩应力，促使极化电场与空穴传输方向一致，从而增加空穴的能量。但是这种结构对空穴增加了一个势垒，因此尽管增加了空穴的注入能量，但是影响了空穴注入的数量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，该结构在LED外延结构的P-型半导体材料传输层中插入一层低势垒的P-型半导体材料空穴能量调节层，利用极化电场增加空穴能量来提高空穴注入效率，并且没有增加空穴势垒，克服了现有技术存在的空穴注入效率低，内量子效率不高的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，该结构从上至下顺序包括衬底、半导体材料缓冲层、N-型半导体材料、多量子阱层、P-型电子阻挡层、P-型半导体材料传输层Ⅰ、P-型半导体材料空穴能量调节层和P-型半导体材料传输层Ⅱ，其中，P-型半导体材料空穴能量调节层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1nm～300nm，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述衬底优选为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述半导体材料缓冲层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤1-x1+y1，厚度为10～50nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述N-型半导体材料的材质为掺杂Si的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为500～10000nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述多量子阱层的结构为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，0≤x1≤1、0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，其中量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1- y1N的厚度为1～20nm，其量子阱个数大于1。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述P-型电子阻挡层的材质为掺杂Mg的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为10～100nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述P-型半导体材料传输层Ⅰ的材质为掺杂Mg的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1～500nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所述P-型半导体材料传输层Ⅱ的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1～500nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其外延结构通过选择不同极性的衬底进行控制为极性或半极性的。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将衬底在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底上沉积厚度为10～50nm半导体材料缓冲层；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的半导体材料缓冲层上沉积厚度为500～10000nm的掺杂Si的N-型半导体材料层103；
第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N-型半导体材料层103上生长多量子阱层，其材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，0≤x1≤1、0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，其中量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1-y1N的厚度为1～20nm，其量子阱个数大于1；
第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的多量子阱层上依次生长厚度为10～100nm的掺杂Mg的P-型电子阻挡层，和厚度为1～500nm的掺杂Mg的P-型半导体材料传输层Ⅰ；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的P-型半导体材料传输层Ⅰ上生长厚度为1nm～300nm的P-型半导体材料空穴能量调节层，通过选取不同的材质实现使其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的P-型半导体材料空穴能量调节层上生长厚度为10nm～500nm的P-型半导体材料传输层Ⅱ。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，所涉及的原材料均可通过公知途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员能够掌握的。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明具有如下的突出的实质性特点和显著进步：
(1)本发明具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构是在LED外延结构的P-型半导体材料传输层中插入一层低势垒的空穴能量调节层，形成P-型半导体材料传输层Ⅰ+P-型半导体材料空穴能量调节层+P-型半导体材料传输层Ⅱ的结构，利用极化电场强度的增加从而引起了空穴漂移速度和能量的变化，提高空穴的漂移速率，增加空穴能量，提高LED外延结构的空穴注入效率，并且没有增加空穴势垒高度，因此可以调控LED外延结构的空穴注入效率，提高器件的内量子效率，克服了现有技术存在的空穴注入效率低，内量子效率不高的缺陷。
(2)本发明中在P-型半导体材料传输层中插入的P-型半导体材料空穴能量调节层是拥有较大晶格常数且禁带宽度更小的半导体材料的空穴能量调节层，从而调节LED外延结构的空穴注入效率，提高LED的发光效率，可以应用在任何波段的LED中，减少P-型半导体材料传输层Ⅰ、P-型半导体材料空穴能量调节层和P-型半导体材料传输层Ⅱ的厚度和掺杂浓度，从而减少LED制作成本和提高发光效率。
(3)本发明中在P-型半导体材料传输层中插入的P-型半导体材料空穴能量调节层使整个P-型层(即P-型半导体材料传输层Ⅰ+P-型半导体材料空穴能量调节层+P-型半导体材料传输层Ⅱ10)减少掺杂和厚度，从而减少生长成本。
(4)本发明由于引入了P-型半导体材料空穴能量调节层，其产生的极化电场对空穴的传输起到一个加速的作用，增加了空穴的能量，而且不阻挡空穴的传输，从而增加空穴注入量子阱的效率，其内量子效率将提高10％以上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术的发光二极管外延结构构成示意图。
图2为本发明具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构构成示意图。
图3为本发明中的P-型半导体材料空穴能量调节层的能带图。
图4为AlInGaN氮化物半导体材料体系的相对介电常数和晶格常数随禁带宽度变化示意图。
图中，101.衬底，102.半导体材料缓冲层，103.N-型半导体材料，104.多量子阱层，105.P-型电子阻挡层，106.P-型半导体材料传输层Ⅰ，107.P-型半导体材料空穴能量调节层，108.P-型半导体材料传输层Ⅱ，105e.P-型电子阻挡层的能带，106e.P-型半导体材料传输层Ⅰ的能带，107e.P-型半导体材料空穴能量调节层的能带，108e.P-型半导体材料传输层Ⅱ的能带。
具体实施方式
图1所示实施例表明，现有技术的发光二极管外延结构，从上至下顺序包括衬底101、半导体材料缓冲层102、N-型半导体材料103、多量子阱层104、P-型电子阻挡层105和P-型半导体材料传输层Ⅰ106。
图2所示实施例表明，本发明具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，从上至下顺序包括衬底101、半导体材料缓冲层102、N-型半导体材料103、多量子阱层104、P-型电子阻挡层105、P-型半导体材料传输层Ⅰ106、P-型半导体材料空穴能量调节层107和P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
图3所示实施例表明，图中，105e为P-型电子阻挡层的能带，106e为P-型半导体材料传输层的能带、107e为P-型半导体材料空穴能量调节层的能带、108e为P-型半导体材料传输层的能带。能带生长方向为沿着C+方向即[001]方向并在107e中产生了与[001]方向相反的电场E。由于引入了P-型半导体材料空穴能量调节层107，其产生的极化电场对空穴的传输起到一个加速的作用，增加了空穴的能量，而且不阻挡空穴的传输，从而可以增加空穴注入量子阱的效率，其内量子效率将提高10％以上。
图4所示实施例表明，为材料Alx1Iny1Ga1-x1-y1N系列中，其不同x1和y1下对应的相对介电常数，晶格常数和禁带度。根据这图可以知道，整个系列的晶格常数和禁带宽度的范围，并选取出大的晶格常数和小的禁带宽度的材料做为空穴能量调节层。此图参考文献为：E.Fred.Schubert主编，2006年剑桥大学出版，Light-emitting diodes。
实施例1
本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、半导体材料缓冲层102、N-型半导体材料103、多量子阱层104、P-型电子阻挡层105、P-型半导体材料传输层Ⅰ106、P-型半导体材料空穴能量调节层107和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其中，P-型半导体材料空穴能量调节层107的材质为Al0.85Ga0.15N，厚度为1nm，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
上述中，衬底101为蓝宝石，该衬底101是极性的；半导体材料缓冲层102的材质为AlN，厚度为10nm；N-型半导体材料103的材质为掺杂Si的Al0.9Ga0.1N，厚度为500nm；多量子阱层104的材质为Al0.8Ga0.2N/AlN，其中量子AlN的厚度为5nm，量子阱Al0.8Ga0.2N的厚度为1nm，其量子阱个数大于1；P-型电子阻挡层105的材质为掺杂Mg的AlN，厚度为10nm；P-型半导体材料传输层Ⅰ106的材质为掺杂Mg的Al0.9Ga0.1N，厚度为1nm；P-型半导体材料传输层Ⅱ108的材质为Al0.9Ga0.1N，厚度为1nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将极性的蓝宝石衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底101表面外延生长一层材质为AlN的厚度为10nm的半导体材料缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的半导体材料缓冲层102上沉积材质为Al0.9Ga0.1N的厚度为500nm的掺杂Si的N-型半导体材料层103；
第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N-型半导体材料层103上生长材质为Al0.8Ga0.2N/AlN，其中量子AlN的厚度为5nm，量子阱Al0.8Ga0.2N的厚度为1nm，其量子阱个数大于1的多量子阱层104；
第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的多量子阱层104上依次生长材质为AlN的厚度为10nm的掺杂Mg的P-型电子阻挡层105，和材质为Al0.9Ga0.1N的厚度为1nm的掺杂Mg的P-型半导体材料传输层Ⅰ106；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的P-型半导体材料传输层Ⅰ106上生长材质为Al0.85Ga0.15N的厚度为1nm的P-型半导体材料空穴能量调节层107，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的p-型半导体材料空穴能量调节层107上生长材质为Al0.9Ga0.1N的厚度为10nmnm的P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
实施例2
本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、半导体材料缓冲层102、N-型半导体材料103、多量子阱层104、P-型电子阻挡层105、P-型半导体材料传输层Ⅰ106、P-型半导体材料空穴能量调节层107和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其中，P-型半导体材料空穴能量调节层107的材质为In0.1Ga0.9N，厚度为150nm，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
上述中，衬底101为Si，该衬底101是半极性的；半导体材料缓冲层102的材质为GaN，厚度为30nm；N-型半导体材料103的材质为掺杂Si的GaN，厚度为5000nm；多量子阱层104的材质为In0.5Ga0.5N/GaN，其中量子垒GaN的厚度为25nm，量子阱In0.5Ga0.5N的厚度为10nm，其量子阱个数大于1；P-型电子阻挡层105的材质为掺杂Mg的Al0.5Ga0.5N，厚度为55nm；P-型半导体材料传输层Ⅰ106的材质为掺杂Mg的GaN，厚度为250nm；P-型半导体材料传输层Ⅱ108的材质为GaN，厚度为250nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将半极性的Si衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为GaN的厚度为30nm的半导体材料缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的半导体材料缓冲层102上沉积材质为GaN的厚度为5000nm的掺杂Si的N-型半导体材料层103；
第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N-型半导体材料层103上生长材质为In0.5Ga0.5N/GaN，其中量子垒GaN的厚度为25nm，量子阱In0.5Ga0.5N的厚度为10nm，其量子阱个数大于1的多量子阱层104；
第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的多量子阱层104上依次生长材质为Al0.5Ga0.5N的厚度为55nm的掺杂Mg的P-型电子阻挡层105，和材质为GaN的厚度为250nm的掺杂Mg的P-型半导体材料传输层Ⅰ106；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的P-型半导体材料传输层Ⅰ106上生长材质为In0.1Ga0.9N的厚度为150nm的P-型半导体材料空穴能量调节层107，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的p-型半导体材料空穴能量调节层107上生长材质为GaN的厚度为250nm的P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
实施例3
本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构从上至下顺序包括衬底101、半导体材料缓冲层102、N-型半导体材料103、多量子阱层104、P-型电子阻挡层105、P-型半导体材料传输层Ⅰ106、P-型半导体材料空穴能量调节层107和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其中，P-型半导体材料空穴能量调节层107的材质为InN，厚度为300nm，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
上述中，衬底101为SiC，该衬底101是极性的；半导体材料缓冲层102的材质为InN，厚度为50nm；N-型半导体材料103的材质为掺杂Si的In0.9Ga0.1N，厚度为10000nm；多量子阱层104的材质为InN/In0.9Ga0.1N，其中量子垒In0.9Ga0.1N的厚度为50nm，量子阱InN的厚度为20nm，其量子阱个数大于1；P-型电子阻挡层105的材质为掺杂Mg的In0.9Ga0.1N，厚度为105nm；P-型半导体材料传输层Ⅰ106的材质为掺杂Mg的In0.9Ga0.1N，厚度为500nm；P-型半导体材料传输层Ⅱ108的材质为In0.9Ga0.1N，厚度为500nm。
上述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其制备方法如下：
第一步，在MOCVD(即金属有机化合物化学气相沉淀)反应炉中，将极性的SiC衬底101在1200℃进行烘烤，处理掉衬底表面异物；
第二步，在MOCVD反应炉中，在第一步处理后的衬底表面外延生长一层材质为InN的厚度为50nm的半导体材料缓冲层102；
第三步，在MOCVD反应炉中，在第二步得到的半导体材料缓冲层102上沉积材质为In0.9Ga0.1N的厚度为10000nm的掺杂Si的N-型半导体材料层103；
第四步，在MOCVD反应炉中，在第三步得到的N-型半导体材料层103上生长材质为InN/In0.9Ga0.1N，其中量子垒In0.9Ga0.1N的厚度为50nm，量子阱InN的厚度为20nm，其量子阱个数大于1的多量子阱层104；
第五步，在MOCVD反应炉中，在第四步得到的多量子阱层104上依次生长材质为In0.9Ga0.1N的厚度为100nm的掺杂Mg的P-型电子阻挡层105，和材质为In0.9Ga0.1N的厚度为500nm的掺杂Mg的P-型半导体材料传输层Ⅰ106；
第六步，在MOCVD反应炉中，在第五步得到的P-型半导体材料传输层Ⅰ106上生长材质为InN的厚度为300nm的P-型半导体材料空穴能量调节层107，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ106和P-型半导体材料传输层Ⅱ108；
第七步，在MOCVD反应炉中，在第六步得到的p-型半导体材料空穴能量调节层107上生长材质为In0.9Ga0.1N的厚度为500nm的P-型半导体材料传输层Ⅱ108。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
实施例4
除衬底101为AlN之外，其他同实施例1。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
实施例5
除衬底101为石英玻璃之外，其他同实施例2。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
实施例6
除衬底101为GaN之外，其他同实施例3。
由此制得本实施例的具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构。
上述实施例中所涉及的原材料均可通过公知途径获得，其制备方法中的操作工艺是本技术领域的技术人员能够掌握的。
Claims (8)
1.具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：该结构从上至下顺序包括衬底、半导体材料缓冲层、N-型半导体材料、多量子阱层、P-型电子阻挡层、P-型半导体材料传输层Ⅰ、P-型半导体材料空穴能量调节层和P-型半导体材料传输层Ⅱ，其中，P-型半导体材料空穴能量调节层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1nm～300nm，其晶格常数大于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ，其禁带宽度小于P-型半导体材料传输层Ⅰ和P-型半导体材料传输层Ⅱ。
2.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述衬底为蓝宝石、Si、SiC、AlN、石英玻璃或GaN。
3.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述半导体材料缓冲层的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1，0≤y1≤1，0≤1-x1+y1，厚度为10～50nm。
4.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述N-型半导体材料的材质为掺杂Si的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为500～10000nm。
5.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述多量子阱层的结构为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N/Alx2Iny2Ga1-x2-y2N，式中，0≤x1≤1、0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，0≤x2≤1,0≤y2≤1,0≤1-x2-y2，其中量子垒Alx2Iny2Ga1-x2-y2N的厚度为5～50nm，量子阱Alx1Iny1Ga1-x1-y1N的厚度为1～20nm，其量子阱个数大于1。
6.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述P-型电子阻挡层的材质为掺杂Mg的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为10～100nm。
7.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述P-型半导体材料传输层Ⅰ的材质为掺杂Mg的Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1～500nm。
8.根据权利要求1所述具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构，其特征在于：所述P-型半导体材料传输层Ⅱ的材质为Alx1Iny1Ga1-x1-y1N，式中，0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤1-x1-y1，厚度为1～500nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610261242.5A CN105742425B (zh) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610261242.5A CN105742425B (zh) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105742425A CN105742425A (zh) | 2016-07-06 |
| CN105742425B true CN105742425B (zh) | 2018-03-27 |
Family
ID=56255108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610261242.5A Active CN105742425B (zh) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105742425B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110611019B (zh) * | 2019-08-26 | 2020-11-17 | 华南师范大学 | 一种无应变AlInGaN深紫外LED外延结构 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1567607A (zh) * | 2003-06-20 | 2005-01-19 | 中国科学院物理研究所 | 具有GaN基多量子阱结构的发光二极管 |
| CN103650173A (zh) * | 2011-07-29 | 2014-03-19 | 三星电子株式会社 | 半导体发光器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060273342A1 (en) * | 2003-11-25 | 2006-12-07 | Mu-Jen Lai | GaN-series of light emitting diode with high light extraction efficiency |
| KR101228983B1 (ko) * | 2008-11-17 | 2013-02-04 | 삼성전자주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 |
-
2016
- 2016-04-22 CN CN201610261242.5A patent/CN105742425B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1567607A (zh) * | 2003-06-20 | 2005-01-19 | 中国科学院物理研究所 | 具有GaN基多量子阱结构的发光二极管 |
| CN103650173A (zh) * | 2011-07-29 | 2014-03-19 | 三星电子株式会社 | 半导体发光器件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105742425A (zh) | 2016-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104919604B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
| US8816322B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor | |
| CN103681985B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN105226149B (zh) | 一种led外延结构及制作方法 | |
| US9029832B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device and method for producing the same | |
| CN103996769B (zh) | Led外延层结构、生长方法及具有该结构的led芯片 | |
| CN107394019B (zh) | 一种半导体发光元件及其制备方法 | |
| CN103915534B (zh) | 一种led外延片及其形成方法 | |
| CN105789394A (zh) | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| JP7480300B2 (ja) | マイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及びその製造方法 | |
| CN104272477B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
| CN104332544B (zh) | 一种提高led发光效率的外延生长方法 | |
| CN105140366B (zh) | GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN106159048A (zh) | 一种发光二极管外延片及其生长方法 | |
| TW201535783A (zh) | 光半導體元件 | |
| CN105702829B (zh) | 具有p-型欧姆接触层的发光二极管外延结构 | |
| CN103456852B (zh) | 一种led外延片及制备方法 | |
| CN108281520A (zh) | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN105742425B (zh) | 具有空穴能量调节层的发光二极管外延结构 | |
| CN102810607A (zh) | 用于制造iii族氮化物半导体发光器件的方法 | |
| CN105895765B (zh) | 具有电子能量调节层的发光二极管外延结构 | |
| CN105870274A (zh) | 一种屏蔽量子阱区极化场效应的发光二极管外延结构 | |
| CN104716237B (zh) | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 | |
| KR20090030652A (ko) | 질화물계 발광소자 | |
| CN104733571B (zh) | 一种led外延生长方法 |
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: 20210121 Address after: 311222 the first and second floors of building 4, Bochao City, 599 Dongwei Road, Hezhuang street, Qiantang New District, Hangzhou City, Zhejiang Province Patentee after: Zhixin semiconductor (Hangzhou) Co.,Ltd. Address before: 300130 No. 8, Hebei University of Technology, Tianjin, Hongqiao No. 330 Patentee before: Hebei University of Technology |