CN106033787A - 一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 - Google Patents
一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106033787A CN106033787A CN201510116680.8A CN201510116680A CN106033787A CN 106033787 A CN106033787 A CN 106033787A CN 201510116680 A CN201510116680 A CN 201510116680A CN 106033787 A CN106033787 A CN 106033787A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- thickness
- type
- quantum well
- 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
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 title claims abstract 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 10
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- JOTBHEPHROWQDJ-UHFFFAOYSA-N methylgallium Chemical compound [Ga]C JOTBHEPHROWQDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012576 optical tweezer Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 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
- H01L33/04—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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- 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
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound 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
- H01L33/12—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)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法。本发明为其峰值波长范围在395-410nm高亮度近紫外LED，其外延结构从下向上依次为：图形化蓝宝石衬底、低温GaN成核层、高温非掺杂GaN缓冲层、n型GaN层、n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层、InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层、p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层、高温p型GaN层、p型InGaN接触层；其中有源层多量子阱采用InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN阶梯式结构,其中InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm；GaN应力调控层厚度0.5-5nm；AlGaN垒层厚度为8-20nm；通过设计紫外光LED新型有源层结构，可有效缓解量子阱受到的应力，提高量子阱晶体质量，以提高近紫外LED发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，一种近紫外发光二极管的制作方法，尤其涉及一种采用MOCVD(金属有机化合物气相外延)技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法。
背景技术
紫外半导体光源主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。随着紫外光技术的进步，新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品，紫外光LED有着广阔的市场应用前景。紫外光源将开发出通用照明、光镊、植物生长、石油管道泄漏检测、考古应用、鉴别真假等方面用途。半导体紫外光源作为半导体照明后的又一重大产业方向，已经引起了半导体光电行业的广泛关注。美国、日本、韩国等无不投入巨大的力量以求占据行业的制高点。我国“十一五”国家863计划新材料技术领域重大项目“半导体照明工程”课题“深紫外LED制备和应用技术研究”经过持续的研发，取得重要突破。在十五期间，北京大学曾承担近紫外LED的国家863课题，研制出380～405nm近紫外LED在350mA下光功率达到110mW。在十一五、十二五期间进一步研究紫外LED，得到发光波长280～315nm紫外发射。此外，中科院半导体研究所、厦门大学、青岛杰生等单位也正致力于紫外LED研究，300nm的紫外LED光功率已经达到mW量级。与蓝光不同，目前紫外LED正处于技术发展期，在专利和知识产权方面限制较少，利于占领、引领未来的技术制高点。国内在紫外LED的装备、材料和器件方面都有了一定的积累，目前正在积极的向应用模块发展。在UV-LED形成大规模产业之前还需要国家的引导和支持以便在核心技术方面取得先机。
紫外LED技术面临的首要问题是其光效低。波长365nm的紫外LED输出功率仅为输入功率的5％-8％。对于波长385nm以上的紫外LED光电转化效率相对于短波长有明显提高，但输出功率只有输入功率的15％。如何有效提高紫外LED的光效成为大家关注的焦点问题。
发明内容
本发明提供一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的近紫外LED的方法。量子阱采用InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN阶梯式结构。通过设计紫外光LED新型有源层结构，可有效缓解量子阱受到的应力，提高量子阱晶体质量，以提高近紫外LED发光效率的方法。
本发明的技术解决方案：一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法，其LED的峰值波长范围在395-410nm，其LED外延结构从下向上依次为：PSS(图形化蓝宝石)衬底、低温GaN成核层、高温非掺杂GaN缓冲层、n型GaN层、n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层、InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层、p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层、高温p型GaN层、p型InGaN接触层；其制备方法包括以下步骤：
步骤一，在MOCVD反应室中，将PSS衬底在H2(氢气)气氛、1080-1100℃、反应室压力100torr下，处理5-10分钟；然后降低温度，在500-550℃、反应室压力500torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为500-1300，三维生长20-30纳米厚的低温GaN缓冲层；
步骤二，在1000-1100℃、反应室压力200-300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300，生长2-3微米厚的高温非掺杂GaN缓冲层；
步骤三，在1000-1100℃、反应室压力100-200torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300、Si掺杂浓度为1018-1019cm-3，生长2-4微米厚的n型GaN层；；
步骤四，在750-850℃、反应室压力300torr、N2(氮气)气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Si掺杂浓度1018-1019cm-3，生长5-10个周期的n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层；其中应力释放层浅阱Inx1Ga1-x1N层的厚度为2-3nm,其In组分x1小于有源层In组分x，即0.01≤x1≤x≤0.1；其中浅垒Aly1Ga1-y1N层厚度为2.5-5nm，其Al组分y1小于有源层Al组分y，即0.01≤y1≤y≤0.1；
步骤五，在750-850℃、反应室压力300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000，接着生长5-10周期InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层；其中InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm，其In组分x，0.05<x<0.1；其中GaN应力调控层厚度0.5-5nm；其中AlyGa1-yN垒层厚度为8-20nm，其Al组分y，0<y≤0.1；
步骤六，在780-850℃、反应室压力100-300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3，在有源区上，生长5-10个周期的p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层；其中GaN层厚度为2-3nm,p型Aly2Ga1-y2N的厚度为2-3nm，其Al组分y2大于有源区Al组分y，即0.01≤y≤y2≤0.1；
步骤七，在950-1050℃、反应室压力100torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为2000-5000、Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3，生长100-200nm厚的高温p型GaN层；
步骤八，在650-750℃、反应室压力300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度大于1018cm-3，生长2-3nm厚的p型InGaN接触层。
通过优化n型应力释放层改善近紫外LED电流扩展效果，进而有效提高近紫外LED的发光效率。
本发明一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED，其有源层多量子阱采用InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN阶梯式结构,其中InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm；GaN应力释放层厚度0.5-5nm；其中AlGaN垒层厚度为8-20nm；可以有效缓解量子阱受到的应力，提高量子阱晶体质量，从而有效地提高近紫外LED发光效率。
本发明，在其LED外延片结构生长过程中，以三甲基镓(TMGa)、三乙基镓、三甲基铝、三甲基铟和氨气分别作为Ga、Al、In和N源；以硅烷(SiH4)和二茂镁(Cp2Mg)分别作为n型、p型掺杂剂。
附图说明
图1是本发明实施例一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的竖直剖面视图；其中101：PSS衬底102：低温GaN成核层103高温非掺杂GaN缓冲层104：n型GaN层105：n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层106：InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层107：p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层108：高温p型GaN层109：p型InGaN接触层；
图2是本发明实施例技术方案制备的近紫外发光二极管光功率与峰值波长的关系曲线。
具体实施方式
本发明提供一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的近紫外LED的方法。通过设计新型的LED结构，采用阶梯式量子阱结构。有效缓解量子阱受到的应力，提高量子阱晶体质量，以提高近紫外LED发光效率。图1是本发明实施例，一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的近紫外LED的竖直剖面视图。
如图1所示，为本发明实施例，一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的竖直剖面视图。
使用Aixtron公司,紧耦合垂直反应室MOCVD生长系统。生长过程中使用三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)作为III族源，氨气(NH3)作为V族源，硅烷(SiH4)作为n型掺杂源，二茂镁(Cp2Mg)作为p型掺杂源，首先在MOCVD反应室中将PSS衬底101加热到1080-1100℃，在反应室压力为100torr、H2下处理5分钟；然后降温到530-550℃，反应室压力500torr，H2气氛下，以V/III摩尔比为500-1300，在PSS3衬底101上，三维生长20-30纳米后的GaN缓冲层102；在1000-1500℃、反应室压力200-300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300，生长2-4微米厚高温非掺杂GaN层103；在1000-1500℃、反应室压力100-200torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300、Si掺杂浓度为1018-1019cm-3，生长2-4微米厚的n型GaN层104；在750-850℃、反应室压力300torr、N2(氮气)气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Si掺杂浓度1018-1019cm-3,生长5-10个周期的n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层105；其中应力释放层浅阱Inx1Ga1-x1N层的厚度为2-3nm，其In组分x1＝0.01，小于有源层In组分x，即0.01≤x1≤x≤0.1；其中浅垒Aly1Ga1-y1N层厚度为2.5-5nm，其Al组分y1＝0.05小于等于有源层Al组分y，即0.01≤y1≤y≤0.1；在750-850℃、反应室压力300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000，接着生长5-10周期InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层106；其中InxGa1-xN阱层的厚度为2-4nm，其In组分x依次取值为0.06，0.07、0.08、0.09，分别对应峰值波长为395nm、400nm、405nm、410nm；其中GaN应力调控层厚度为0.5-5nm；其中AlyGa1-yN垒层厚度为8-20nm，其Al组分y取值为0.05；在780-850℃、反应室压力100-300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3，在有源层上，生长5-10个周期p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层107；其中GaN层厚度为2-3nm,p型Aly2Ga1-y2N的厚度为2-3nm，其Al组分y2＝0.1,大于有源层Al组分y，即0.01≤y≤y2≤0.1；在950-1050℃、反应室压力100torr,H2气氛下，以V/III摩尔比为2000-5000、Mg掺杂浓度为1017-1018cm-3，生长100-200nm厚的高温p型GaN层108；在650-750℃、反应室压力300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度为1018cm-3，生长2-3nm厚的p型InGaN接触层109。
外延生长结束后，将反应室的温度降至700-750℃，采用纯氮气气氛进行退火处理5-20min,然后降至室温，结束生长；外延结构经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后制成单颗10mil×8mil小尺寸芯片。如图2所示，为采用本发明中实施例技术方案制作的一系列近紫外光LED芯片在20mA的工作电流下光功率和峰值波长的关系曲线。光功率从6mW增加到16mW,随着紫光LED峰值波长从395nm变化到410nm.
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其描述较为具体和详细，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，因此不能仅以此来限定本发明的专利范围，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，即凡依据本发明所揭示的精神所作的变化，仍应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (4)
1.一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法，其特征在于：所述LED为峰值波长范围在395-410nm高亮度近紫外LED，其外延结构从下向上依次为：PSS衬底(101)、低温GaN成核层(102)、高温非掺杂GaN缓冲层(103)、n型GaN层(104)、n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层(105)、InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层(106)、p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层(107)、高温p型GaN层(108)、p型InGaN接触层(109)；其制备方法包括以下步骤：
步骤一，在MOCVD反应室中，将PSS衬底(101)，在H2(氢气)气氛、1080-1100℃、反应室压力100torr下，处理5-10分钟；然后降低温度，在500-550℃、反应室压力500torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为500-1300，三维生长20-30纳米厚的低温GaN缓冲层(102)；
步骤二，在1000-1100℃、反应室压力200-300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300，生长2-3微米厚的高温非掺杂GaN缓冲层(103)；
步骤三，在1000-1100℃、反应室压力100-200torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为1000-1300、Si掺杂浓度为1018-1019cm-3，生长2-4微米厚的n型GaN层(104)；
步骤四，在750-850℃、反应室压力300torr、N2(氮气)气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Si掺杂浓度1018-1019cm-3，生长5-10个周期的n型Inx1Ga1-x1N/Aly1Ga1-y1N超晶格应力释放层(105)；其中应力释放层浅阱Inx1Ga1-x1N层的厚度为2-3nm，其In组分x1小于有源区In组分x，即0.01≤x1≤x≤0.1；其中浅垒Aly1Ga1-y1N层厚度为2.5-5nm，其Al组分y1小于有源区Al组分y，即0.01≤y1≤y≤0.1；
步骤五，在750-850℃、反应室压力300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000，接着生长5-10周期InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层(106)；其中InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm，其In组分x，0.05<x<0.1；其中GaN应力释放层厚度0.5-5nm；其中AlyGa1-yN垒层厚度为8-20nm，其Al组分y，0<y≤0.1；
步骤六，在780-850℃、反应室压力100-300torr、N2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度1017-1018cm-3，在有源层上，生长5-10个周期 的p型Aly2Ga1-y2N/GaN超晶格电子阻挡层(107)；其中p型Aly2Ga1-y2N的厚度为2-3nm，其Al组分y2大于有源区Al组分y，即0.01≤y≤y2≤0.1；其中GaN层厚度为2-3nm；
步骤七，在950-1050℃、反应室压力100torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为2000-5000、Mg掺杂浓度1017-1018cm-3，生长100-200nm厚的高温p型GaN层(108)。
步骤八，在650-750℃、反应室压力300torr、H2气氛下，以V/III摩尔比为5000-10000、Mg掺杂浓度大于1018cm-3，生长2-3nm厚的p型InGaN层(109)。
2.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法，其特征在于：所述InxGa1-xN/GaN/AlyGa1-yN多量子阱有源层(106)，采用阶梯式结构,其中InxGa1-xN阱层的厚度范围在2-4nm；GaN应力释放层厚度0.5-5nm；AlGaN垒层厚度为8-20nm；可以有效缓解量子阱受到的应力，提高量子阱晶体质量，从而有效地提高近紫外LED发光效率。
3.根据权利要求1所述的一种提高近紫外光LED发光亮度的方法，其特征在于：所述LED外延片结构生长过程中，以三甲基镓(TMGa)，三乙基镓、三甲基铝、三甲基铟和氨气分别作为Ga、Al、In和N源。
4.根据权利要求1所述的一种采用MOCVD技术制备具有阶梯式量子阱结构的高亮度近紫外LED的方法，其特征在于：所述LED外延片结构生长过程中，以硅烷(SiH4)和二茂镁(Cp2Mg)分别作为n型、p型掺杂剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510116680.8A CN106033787B (zh) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | 一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510116680.8A CN106033787B (zh) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | 一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106033787A true CN106033787A (zh) | 2016-10-19 |
| CN106033787B CN106033787B (zh) | 2018-05-22 |
Family
ID=57150854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510116680.8A Active CN106033787B (zh) | 2015-03-17 | 2015-03-17 | 一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106033787B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106784188A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种具有复合电子阻挡层的近紫外led的制备方法 |
| CN107146832A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-09-08 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN108899398A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-27 | 东莞理工学院 | 一种具有双梯度的量子阱结构的近紫外led制备方法 |
| CN109192824A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-11 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提升氮化镓基发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
| CN109300853A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-01 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种新型发光二极管量子阱及其制备方法 |
| CN111092094A (zh) * | 2018-09-26 | 2020-05-01 | 氮化物半导体株式会社 | Uv-led和显示器 |
| US11139342B2 (en) | 2018-09-26 | 2021-10-05 | Nitride Semiconductors Co., Ltd. | UV-LED and display |
| CN114784159A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-07-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN117438514A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-23 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种半导体发光元件的外延结构及制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3644379B1 (en) * | 2018-10-24 | 2021-09-08 | Nitride Semiconductors Co., Ltd. | Uv-led and display |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040159849A1 (en) * | 2003-02-14 | 2004-08-19 | Cree, Inc. | Light emitting device incorporating a luminescent material |
| CN103325903A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 可调控能带的uv led多量子阱结构装置及生长方法 |
| US20130292638A1 (en) * | 2010-01-08 | 2013-11-07 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Superlattice Structure |
| CN104319631A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 北京大学东莞光电研究院 | 一种制备新型GaN基激光器的方法以及一种GaN基激光器 |
-
2015
- 2015-03-17 CN CN201510116680.8A patent/CN106033787B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040159849A1 (en) * | 2003-02-14 | 2004-08-19 | Cree, Inc. | Light emitting device incorporating a luminescent material |
| US20130292638A1 (en) * | 2010-01-08 | 2013-11-07 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Superlattice Structure |
| CN103325903A (zh) * | 2013-06-19 | 2013-09-25 | 中国科学院半导体研究所 | 可调控能带的uv led多量子阱结构装置及生长方法 |
| CN104319631A (zh) * | 2014-09-28 | 2015-01-28 | 北京大学东莞光电研究院 | 一种制备新型GaN基激光器的方法以及一种GaN基激光器 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106784188A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 一种具有复合电子阻挡层的近紫外led的制备方法 |
| CN107146832A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-09-08 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN108899398A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-27 | 东莞理工学院 | 一种具有双梯度的量子阱结构的近紫外led制备方法 |
| CN109192824A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-11 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提升氮化镓基发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
| CN109300853A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-01 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种新型发光二极管量子阱及其制备方法 |
| CN111092094A (zh) * | 2018-09-26 | 2020-05-01 | 氮化物半导体株式会社 | Uv-led和显示器 |
| US11139342B2 (en) | 2018-09-26 | 2021-10-05 | Nitride Semiconductors Co., Ltd. | UV-LED and display |
| CN114784159A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-07-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN117438514A (zh) * | 2023-12-20 | 2024-01-23 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种半导体发光元件的外延结构及制备方法 |
| CN117438514B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-05 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种半导体发光元件的外延结构及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106033787B (zh) | 2018-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105932130B (zh) | 一种具有新型电子阻挡层的近紫外led及其制备方法 | |
| CN106299038B (zh) | 一种制备具有掺杂浓度及Al组分阶梯式变化的p型AlGaN/AlInGaN电子阻挡层近紫外LED的方法 | |
| CN106033787A (zh) | 一种采用mocvd技术制备具有阶梯式量子阱结构近紫外led的方法 | |
| CN104485404B (zh) | 一种高亮度近紫外led及其外延生长方法 | |
| CN104538521B (zh) | 一种高亮度近紫外led及其制备方法 | |
| CN101488548B (zh) | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED | |
| CN105304770A (zh) | 一种具有Al组分及厚度阶梯式渐变的量子垒结构的近紫外LED制备方法 | |
| CN105449052B (zh) | 一种采用mocvd技术制备高亮度近紫外led的方法 | |
| CN108461592B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN106784188B (zh) | 一种具有复合电子阻挡层的近紫外led的制备方法 | |
| 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 | |
| CN105449051B (zh) | 一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al2O3复合衬底上制备高亮度同质LED的方法 | |
| CN101488550A (zh) | 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法 | |
| CN102664145A (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 | |
| CN101257081A (zh) | 一种双波长单芯片发光二极管 | |
| CN104576852A (zh) | 一种GaN基LED外延结构的发光量子阱应力调控方法 | |
| CN103413877A (zh) | 外延结构量子阱应力释放层的生长方法及其外延结构 | |
| CN106711295A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN112736174A (zh) | 一种深紫外led外延结构及其制备方法 | |
| CN101740693A (zh) | 一种降低ⅲ族氮化物发光二极管光衰的方法 | |
| CN104576853A (zh) | 一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法 | |
| CN106033788B (zh) | 一种采用MOCVD技术制备370-380nm高亮度近紫外LED的方法 | |
| CN104538519A (zh) | 提高Si衬底LED出光效率的外延结构及制备方法 | |
| CN103700745B (zh) | 一种高亮度氮化镓基发光二极管外延生长方法 | |
| CN108899398B (zh) | 一种具有双梯度的量子阱结构的近紫外led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 |