CN105762240A - 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法 - Google Patents

一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105762240A
CN105762240A CN201610239649.8A CN201610239649A CN105762240A CN 105762240 A CN105762240 A CN 105762240A CN 201610239649 A CN201610239649 A CN 201610239649A CN 105762240 A CN105762240 A CN 105762240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
aln layer
growing
epitaxial structure
temperature
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
CN201610239649.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105762240B (zh
Inventor
陈圣昌
邓和清
卓昌正
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 CN201610239649.8A priority Critical patent/CN105762240B/zh
Publication of CN105762240A publication Critical patent/CN105762240A/zh
Priority to PCT/CN2016/111667 priority patent/WO2017181710A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105762240B publication Critical patent/CN105762240B/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
    • 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
    • H01L33/12—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
    • H01L33/02—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

本发明公开一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法，包括：提供一衬底；先生长高温AlN层；然后生长低温AlN层；再生长高温AlN层；生长n型AlGaN层；生长有源层；生长p型AlGaN层。由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，下层AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升外延结构层材料的整体结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。

Description

一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法
技术领域
本发明属于半导体光电子领域，具体涉及一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法。
背景技术
随着LED应用的发展，紫外LED的市场需求越来越大，发光波长覆盖210~400nm的紫外LED，具有传统的紫外光源无法比拟的优势。紫外LED不仅可以用在照明领域，同时在生物医疗、防伪鉴定、空气，水质净化、生化检测、高密度信息储存等方面都可替代传统含有毒有害物质的紫外汞灯，在目前的LED背景下，紫外光市场前景非常广阔。
目前，紫外LED外延生长技术还不够成熟，生长高性能紫外LED的材料制备困难，并且p层掺杂难度大，发光区域发光效率低下等限制，导致紫外LED芯片的发光效率不高，制备成本高，难度大，成品率低。
紫外LED芯片市场潜力巨大，应用领域广阔，价格昂贵，因此如何制备结晶质量较好、高功率的紫外LED芯片，是当前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于：提出一种新的紫外发光二极管外延结构及其制备方法，能够明显改善紫外LED外延生长材料的结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。
本发明的技术方案包括：一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一衬底；
（2）先生长高温AlN层；
（3）然后生长低温AlN层；
（4）再生长高温AlN层；
（5）生长n型AlGaN层；
（6）生长有源层；
（7）生长p型AlGaN层。
以上所称的“高温”、“低温”在本领域是具有明确意义的技术术语。
基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定和改进：
上述步骤（2）或（4）高温AlN层的生长温度为1300℃以上，生长压力为50~200torr，厚度为0.5~3μm。
上述步骤（3）低温AlN层的生长温度为600~850℃，生长压力为50~200torr，厚度为0.3~2μm。
上述步骤（2）或（4）中高温AlN层的厚度为0.5~3μm。
上述步骤（3）中低温AlN层的厚度为0.3~2μm。
上述高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。
上述步骤（6）有源层包括生长若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN(x<y)量子阱，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。
相应的，按照上述方法制得的外延片结构，从下至上依次包括：衬底；高温AlN层；低温AlN层；高温AlN层；n型AlGaN层；有源层以及p型AlGaN层。
该外延结构也相应作如下优化限定：
上述高温AlN层的厚度为0.5~3μm，低温AlN层的厚度为0.3~2μm，高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。
上述有源层包括若干个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN(x<y)量子阱，每个周期中的阱层AlxGa1-xN和垒层AlyGa1-yN的厚度分别为4nm和8nm。
本发明具有以下有益效果：采用先外延生长高温AlN层，然后外延生长低温AlN层，由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，底下AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升紫外LED外延结构层材料的整体结晶质量，提升紫外LED的发光亮度。此外，藉由三维小岛在相互吞并过程中相互挤压，在一定程度上缓解薄膜的张应力，避免薄膜由于张应力过大产生裂纹。
附图说明
图1为本发明的紫外发光二极管的外延结构示意图。
图示说明：100：衬底；101：高温AlN层；102：低温AlN层；103：n型AlGaN层；104：有源层；105：p型AlGaN阻挡层；106：p型AlGaN层；107：p型GaN层。
具体实施方式
本发明采用金属有机化合物化学气相沉淀（MOCVD）外延生长技术，以蓝宝石作为生长衬底，进行外延生长，采用三甲基镓（TMGa），三乙基镓（TEGa），和三甲基铟（TMIn），三甲基铝（TMAl）和氨气（NH3）硅烷（SiH4）和二茂镁（Cp2Mg）分别提供生长所需要的镓源，铟源、铝源、和氮源、硅源、镁源。如图1所示，该紫外LED外延结构的生长过程具体如下：
（1）将蓝宝石作为生长衬底100特殊清洗处理后，放入MOCVD设备在1100℃烘烤10分钟。
（2）升温到1350℃生长一层厚度1.5μm的高温AlN层101，生长压力为150torr。
（3）降温到650℃生长一层厚度1μm的低温AlN层102，生长压力为150torr。
（4）再升温到1350℃生长一层厚度1.5μm的高温AlN层101，生长压力为150torr。
（5）在温度1060℃生长一层厚度500nm的掺杂硅烷的n型AlGaN层103，生长压力为200torr。
（6）在氮气氛围250torr，温度1060℃条件下，生长8个周期的AlxGa1-xN/AlyGa1-yN（x<y）量子阱作为有源层104，量子阱层AlxGa1-xN层和垒层AlyGa1-yN层的厚度分别为4nm和8nm。
（7）在温度1000℃，生长压力为150torr，生长一层掺杂Mg的p型AlGaN阻挡层105，厚度为10nm。
（8）在温度900℃，生长压力为200torr，生长一层掺杂Mg的p型AlGaN层106，厚度为20nm。
（9）在温度850℃，生长压力为300torr，生长一层掺杂Mg的p型GaN层107，厚度为60nm。
（10）在氮气氛围下，退火20分钟，外延生长过程结束。
本实施例采用先外延生长较厚的高温AlN层，然后外延生长较薄的低温AlN层，由于低温AlN层是三维小岛而不是二维薄膜，再继续生长较厚的高温AlN层，三维小岛会慢慢长大并相互吞并，在岛与岛吞并过程中，下层AlN层延伸上来的位错会被弯曲，从而增加位错相互湮灭的几率，提高上层AlN层的晶体质量，提升外延结构层材料的整体结晶质量。此外，藉由三维小岛在相互吞并过程中相互挤压，在一定程度上缓解外延薄膜的张应力，避免外延结构薄膜由于张应力过大产生裂纹。
需要说明的是，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。

Claims (10)

1.一种紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）提供一衬底；
（2）先生长高温AlN层；
（3）然后生长低温AlN层；
（4）再生长高温AlN层；
（5）生长n型AlGaN层；
（6）生长有源层；
（7）生长p型AlGaN层。
2.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）或（4）中高温AlN层的生长温度为1300℃以上，生长压力为50~200torr。
3.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中低温AlN层的生长温度为600~850℃，生长压力为50~200torr。
4.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）或（4）中高温AlN层的厚度为0.5~3μm。
5.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中低温AlN层的厚度为0.3~2μm。
6.根据权利要求1所述的紫外发光二极管外延结构的制备方法，其特征在于：所述高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。
7.一种紫外发光二极管外延结构，其特征在于：从下至上依次包括：衬底；高温AlN层；低温AlN层；高温AlN层；n型AlGaN层；有源层以及p型AlGaN层。
8.根据权利要求7所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于：所述高温AlN层的厚度为0.5~3μm。
9.根据权利要求7所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于：所述低温AlN层的厚度为0.3~2μm。
10.根据权利要求7所述的紫外发光二极管外延结构，其特征在于：所述高温AlN层的厚度大于所述低温AlN层的厚度。
CN201610239649.8A 2016-04-18 2016-04-18 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法 Active CN105762240B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610239649.8A CN105762240B (zh) 2016-04-18 2016-04-18 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法
PCT/CN2016/111667 WO2017181710A1 (zh) 2016-04-18 2016-12-23 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610239649.8A CN105762240B (zh) 2016-04-18 2016-04-18 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105762240A true CN105762240A (zh) 2016-07-13
CN105762240B CN105762240B (zh) 2018-10-16

Family

ID=56335360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610239649.8A Active CN105762240B (zh) 2016-04-18 2016-04-18 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN105762240B (zh)
WO (1) WO2017181710A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017181710A1 (zh) * 2016-04-18 2017-10-26 厦门市三安光电科技有限公司 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法
CN108767080A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 扬州乾照光电有限公司 基于AlN衬底的LED外延结构及生长方法和LED
CN109728138A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
CN110504340A (zh) * 2019-09-18 2019-11-26 福建兆元光电有限公司 一种氮化镓发光二极管led外延片的生长方法
CN113257969A (zh) * 2021-05-10 2021-08-13 广东先导稀材股份有限公司 非极性AlGaN基紫外LED外延片及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101515619A (zh) * 2009-03-31 2009-08-26 西安电子科技大学 基于蓝宝石衬底的AlGaN基多量子阱uv-LED器件及制作方法
CN101771121A (zh) * 2009-12-28 2010-07-07 山东华光光电子有限公司 一种SiC或Si衬底GaN基晶体的结构及其生长方法
US20120018753A1 (en) * 2009-03-31 2012-01-26 Xidian University Ultraviolet light emitting diode devices and methods for fabricating the same

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3402460B2 (ja) * 1999-07-16 2003-05-06 豊田合成株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法
CN100464393C (zh) * 2007-05-14 2009-02-25 武汉大学 一种GaN绝缘或半绝缘外延层的制备方法
US20090146187A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Rohm Co., Ltd. Nitride semiconductor element and process for producing the same
CN101515618B (zh) * 2009-03-31 2010-12-01 西安电子科技大学 蓝宝石衬底上的多量子阱紫外led器件的制作方法
CN105762240B (zh) * 2016-04-18 2018-10-16 厦门市三安光电科技有限公司 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101515619A (zh) * 2009-03-31 2009-08-26 西安电子科技大学 基于蓝宝石衬底的AlGaN基多量子阱uv-LED器件及制作方法
US20120018753A1 (en) * 2009-03-31 2012-01-26 Xidian University Ultraviolet light emitting diode devices and methods for fabricating the same
CN101771121A (zh) * 2009-12-28 2010-07-07 山东华光光电子有限公司 一种SiC或Si衬底GaN基晶体的结构及其生长方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KUNG-LIANG LIN等人: "Growth of GaN film on 150 mm Si (111) using multilayer AlN/AlGaN buffer by metal-organic vapor phase epitaxy method", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017181710A1 (zh) * 2016-04-18 2017-10-26 厦门市三安光电科技有限公司 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法
CN108767080A (zh) * 2018-05-31 2018-11-06 扬州乾照光电有限公司 基于AlN衬底的LED外延结构及生长方法和LED
CN109728138A (zh) * 2018-12-30 2019-05-07 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
CN109728138B (zh) * 2018-12-30 2020-07-28 广东省半导体产业技术研究院 氮化铝自支撑衬底及其制备方法
CN110504340A (zh) * 2019-09-18 2019-11-26 福建兆元光电有限公司 一种氮化镓发光二极管led外延片的生长方法
CN113257969A (zh) * 2021-05-10 2021-08-13 广东先导稀材股份有限公司 非极性AlGaN基紫外LED外延片及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017181710A1 (zh) 2017-10-26
CN105762240B (zh) 2018-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101488548B (zh) 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED
CN101488550B (zh) 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法
CN102306691B (zh) 一种提高发光二极管发光效率的方法
CN102664145B (zh) 采用金属有机化合物气相外延技术生长非对称电子储蓄层高亮度发光二极管的方法
CN105762240B (zh) 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法
CN102881788A (zh) 一种改善GaN基LED量子阱结构提高载子复合效率的外延生长方法
CN106711295B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法
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
CN106935690B (zh) 一种提高紫外led光输出功率的外延结构
CN103887378A (zh) 一种高光效紫外led的外延生长方法
CN100580966C (zh) 一种绿光发光二极管
CN101728472A (zh) 一种多层led芯片结构及其制备方法
CN104051586A (zh) 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
CN103915532A (zh) 一种紫外led外延结构生长方法
CN102769078A (zh) 高生长速率的P型GaN结构LED制造方法
CN103165777A (zh) 具有梯形结构的n型插入层的led外延片及其生长方法
CN103227251A (zh) 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法
CN103811601A (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
CN106972085A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN103346219B (zh) 复式多量子阱发光层结构的生长方法及led外延结构
CN104253181A (zh) 一种具有多重垒层led外延结构
CN112736174A (zh) 一种深紫外led外延结构及其制备方法
CN106229389B (zh) 一种在金属氮化镓复合衬底上制备发光二极管的方法
CN103456852A (zh) 一种led外延片及制备方法
CN107316925B (zh) 紫光led外延结构及其生长方法

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: 20231016

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.