CN108091741A - 一种发光二极管外延片的生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片的生长方法，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层；其中，所述缓冲层包括交替生长的(n+1)个氮化镓层和n个氮化铝层，n≥2且n为整数；所述n个氮化铝层的平均生长温度高于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长温度，所述n个氮化铝层的平均生长速率快于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长速率，所述n个氮化铝层的总厚度小于所述(n+1)个氮化镓层的总厚度。本发明利用较高生长温度的氮化铝层晶体质量较高，大幅提高缓冲层整体的晶体质量，减少缺陷产生，提高发光二极管的发光效率和抗静电能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，具有高效、环保、绿色的特点，广泛应用在交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等技术领域。芯片是LED的核心组件，包括外延片和设置在外延片上的电极。
现有LED外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲(英文：buffer)层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱(英文：Multiple Quantum Well，简称：MQW)层和P型半导体层。其中，多量子阱层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴注入多量子阱层后，被量子垒限定在量子阱中进行辐射复合发光。
缓冲层通常为在500℃～600℃低温下生长的氮化镓层，以利用低温进行成核；而未掺杂氮化镓层为在1000℃～1100℃高温下生长的氮化镓层，以在成核的基础上利用高温形成生长质量较好的晶体，为N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层提供良好的生长基础。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
低温下生长的缓冲层晶体质量很差，会产生很多缺陷，这些缺陷会随着外延片的生长而不断延伸。高温虽然有利于形成晶体质量较好的未掺杂氮化镓层，避免未掺杂氮化镓层产生新的缺陷，但是未掺杂氮化镓层对缓冲层已经产生的缺陷并不能起到有效的阻挡作用，缺陷会延伸到N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，导致非辐射复合发光的发生，严重影响发光二极管的发光效率和抗静电能力。
发明内容
为了解决现有技术严重影响发光二极管的发光效率和抗静电能力的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层；
其中，所述缓冲层包括交替生长的(n+1)个氮化镓层和n个氮化铝层，n≥2且n为整数；所述n个氮化铝层的平均生长温度高于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长温度，所述n个氮化铝层的平均生长速率快于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长速率，所述n个氮化铝层的总厚度小于所述(n+1)个氮化镓层的总厚度。
可选地，所述n个氮化铝层的平均生长温度比所述(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高20℃～100℃。
优选地，各个所述氮化铝层的生长温度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层升高。
优选地，各个所述氮化镓层的生长温度相同。
可选地，所述n个氮化铝层的平均生长速率为所述(n+1)个氮化镓层的平均生长速率的5倍～10倍。
优选地，各个所述氮化铝层的生长速率沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层变快。
优选地，各个所述氮化镓层的生长速率相同。
可选地，所述n个氮化铝层的总厚度为所述(n+1)个氮化镓层的总厚度的1/5～1/2。
优选地，各个所述氮化铝层的厚度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层增大。
可选地，n≤11。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在生长温度较低的氮化镓层中插入生长温度较高的氮化铝层形成缓冲层，利用较高生长温度的氮化铝层晶体质量较高，从而大幅提高缓冲层整体的晶体质量，减少缺陷的产生，进而减少延伸到N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层的缺陷，避免非辐射复合发光的发生，提高发光二极管的发光效率和抗静电能力。而且氮化铝层的生长速率较快、厚度较小，可以减少氮化铝层较高的生长温度对生长温度较低的氮化镓层的影响，避免氮化镓晶种分解。另外，氮化铝层插入在氮化镓层中，氮化镓层优先生长在衬底上，有利于在低温下成核氮化镓晶种，同时最后生长的是氮化镓层，有利于与未掺杂氮化镓层形成晶格匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的缓冲层的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
图5是本发明实施例二提供的样品检测结果的对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，图1为本实施例提供的生长方法的流程图，参见图1，该生长方法包括：
步骤101：提供一衬底。
步骤102：在衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层。
图2为形成的发光二极管外延片的结构示意图。其中，1为衬底，2为缓冲层，3为未掺杂氮化镓层，4为N型半导体层，5为多量子阱层，6为P型半导体层。参见图2，缓冲层2、未掺杂氮化镓层3、N型氮化镓层4、多量子阱层5、P型氮化镓层6依次层叠在衬底1。
图3为缓冲层的结构示意图，参见图3，在本实施例中，缓冲层2包括交替生长的(n+1)个氮化镓层21和n个氮化铝层22，n≥2且n为整数。n个氮化铝层22的平均生长温度高于(n+1)个氮化镓层21的平均生长温度，n个氮化铝层22的平均生长速率快于(n+1)个氮化镓层21的平均生长速率，n个氮化铝层22的总厚度小于(n+1)个氮化镓层21的总厚度。
本发明实施例通过在生长温度较低的氮化镓层中插入生长温度较高的氮化铝层形成缓冲层，利用较高生长温度的氮化铝层晶体质量较高，从而大幅提高缓冲层整体的晶体质量，减少缺陷的产生，进而减少延伸到N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层的缺陷，避免非辐射复合发光的发生，提高发光二极管的发光效率和抗静电能力。而且氮化铝层的生长速率较快、厚度较小，可以减少氮化铝层较高的生长温度对生长温度较低的氮化镓层的影响，避免氮化镓晶种分解。另外，氮化铝层插入在氮化镓层中，氮化镓层优先生长在衬底上，有利于在低温下成核氮化镓晶种，同时最后生长的是氮化镓层，有利于与未掺杂氮化镓层形成晶格匹配。
可选地，n≤11。一方面避免造成材料的浪费和生产成本的增加，另一方面也避免插入的高温生长的氮化铝层太多而影响需要低温生长的氮化镓晶种的产生及其生长质量。
优选地，n≤9，在保证达到改善缺陷效果的清洗开，尽可能避免增加生产成品和影响氮化镓晶种的生长。
可选地，n个氮化铝层的平均生长温度可以比(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高20℃～100℃。若n个氮化铝层的平均生长温度比(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高20℃以上，则可能由于氮化铝层的生长温度太低而达不到晶体质量的效果；若n个氮化铝层的平均生长温度比(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高100℃以上，则可能由于氮化铝层的生长温度太高而对氮化镓晶种造成破坏。
优选地，n个氮化铝层的平均生长温度可以比(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高40℃～100℃。
进一步地，各个氮化铝层的生长温度可以沿发光二极管外延片的生长方向逐层升高。氮化铝层开始的生长温度较低，可以尽可能避免破坏刚开始生长的氮化镓晶种，随着后续氮化镓晶种的逐渐稳定，氮化镓层的生长温度逐层升高，可以最大化地提高晶体质量。
优选地，相邻两个氮化铝层的生长温度之差可以为5℃。以5℃为间隔逐层提高氮化铝层的生长质量，可以在对生长温度有一定提升效果的情况下，尽量避免由于生长温度提高过快而对低温生长的氮化镓晶种造成破坏。
具体地，各个氮化镓层的生长温度可以相同。通过保证各个氮化镓层的生长条件一致，确保生长的氮化镓晶种的质量较好。
在实际应用中，各个氮化铝层的生长温度可以为600℃～620℃。例如n＝4，4个氮化铝层的生长温度依次为600℃、605℃、610℃和615℃。同时各个氮化镓层的生长温度可以为540℃～560℃。还是以n＝4为例，5个氮化镓层的生长温度依次为540℃、545℃、550℃、555℃和560℃。
可选地，n个氮化铝层的平均生长速率可以为(n+1)个氮化镓层的平均生长速率的5倍～10倍。若n个氮化铝层的平均生长速率小于(n+1)个氮化镓层的平均生长速率的5倍，则可能由于氮化铝层的生长速率太慢而影响氮化镓晶种的质量；若n个氮化铝层的平均生长速率大于(n+1)个氮化镓层的平均生长速率的10倍，则可能会由于氮化铝的生长速率太快而影响到晶体质量。
进一步地，各个氮化铝层的生长速率可以沿发光二极管外延片的生长方向逐层变快，以与各个氮化铝层生长温度的变化情况相匹配，避免破坏低温生长的氮化镓晶种。
具体地，各个氮化镓层的生长速率可以相同。通过保证各个氮化镓层的生长条件一致，确保生长的氮化镓晶种的质量较好。
在实际应用中，各个氮化铝层的生长速率可以为25nm/min～50nm/min。例如，n＝4，4个氮化铝层的生长速率依次为25nm/min、35nm/min、40nm/min和50nm/min。同时各个氮化镓层的生长速率可以为5nm/min～10nm/min。还是以n＝4为例，5个氮化镓层的生长速率依次为5nm/min、6nm/min、7nm/min、8nm/min和9nm/min。
可选地，n个氮化铝层的总厚度可以为(n+1)个氮化镓层的总厚度的1/5～1/2。若n个氮化铝层的总厚度小于(n+1)个氮化镓层的总厚度的1/5，则可能由于氮化铝层的厚度太小而起不到提高缓冲层晶体质量的效果；若n个氮化铝层的总厚度大于(n+1)个氮化镓层的总厚度的1/2，则可能由于氮化铝层的厚度太大而对氮化镓晶种造成破坏，从而影响外延片整体的晶体质量。
进一步地，各个氮化铝层的厚度可以沿发光二极管外延片的生长方向逐层增大。由于氮化铝层的厚度对其所起到的晶体质量改善效果有很大的影响，随着低温氮化镓晶种的逐渐稳定，高温生长的氮化铝层对低温氮化镓晶种的影响越来越小，逐层提高氮化铝层的厚度，不会对氮化镓晶种造成破坏，同时可以最大化地提高缓冲层的晶体质量。
在实际应用中，各个氮化铝层的厚度可以为0.2nm～1nm。例如，n＝4，4个氮化铝层的厚度依次为0.2nm、0.4nm、0.8nm和1nm。同时各个氮化镓层的厚度可以为2nm～4nm。还是以n＝4为例，5个氮化镓层的厚度依次为2nm、2.5nm、3nm、3.5nm和4nm。
在具体实现中，缓冲层的生长压力可以为200torr～500torr。例如n＝4，4个氮化铝层的生长压力可以依次为200torr、300torr、400torr和500torr。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底，缓冲层生长在蓝宝石的[0001]面上。N型半导体层可以为N型掺杂的氮化镓层；P型半导体层可以为P型掺杂的氮化镓层。多量子阱层可以包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。
更具体地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为2μm～3.5μm。N型半导体层的厚度可以为2μm～3μm。P型半导体层的厚度可以为50nm～80nm。各个量子阱的厚度可以为2nm～3nm；各个量子垒层的厚度可以为8nm～11nm；量子垒的数量与量子阱的数量相同，量子阱的数量可以为11个～13个；多量子阱层的厚度可以为130nm～160nm。
在具体实现中，未掺杂氮化镓层的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为200torr～600torr，生长速率可以为2μm/h～5μm/h。N型半导体层的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为200torr～300torr，生长速率可以为3μm/h～8μm/h。P型半导体层的生长温度可以为940℃～980℃，生长压力可以为200torr～600torr，生长速率可以为0.3μm/h～1μm/h。各个量子阱的生长温度可以为760℃～780℃，生长压力可以为200torr，生长速率可以为0.2nm/min～0.6nm/min；各个量子垒层的生长温度可以为860℃～890℃，生长压力可以为200torr，生长速率可以为2nm/min～5nm/min。
可选地，该生长方法还可以包括：
在多量子阱层和P型半导体层之间生长电子阻挡层，以阻挡电子注入P型半导体层与空穴发生非辐射复合。
具体地，电子阻挡层可以为P型掺杂的铝镓氮层，具体为AlyGa1-yN层，0.15≤y≤0.25。
更具体地，电子阻挡层的厚度可以为30nm～50nm。
在具体实现中，电子阻挡层的生长温度可以为930℃～970℃，生长压力可以为100torr，生长速率可以为0.2μm/h～0.8μm/h。
可选地，在步骤102之前，该生长方法还可以包括：
在氢气气氛下，控制温度为1000℃～1100℃，压力为200torr～500torr，处理衬底5min～6min，以清洁衬底表面。
可选地，该生长方法还可以包括：
对P型半导体层的表面进行活化，形成P型接触层，以在外延片与芯片中的透明导电层之间形成欧姆接触。
需要说明的是，P型半导体层通常采用镁进行P型掺杂，活化P型半导体层主要是指活化P型把半导体层中掺杂的镁，使镁活化后产生更多的空穴，避免由于不活化而导致欧姆接触差，芯片出现高电压低亮度的情况。
具体地，对P型半导体层的表面进行活化，形成P型接触层，可以包括：
在氮气气氛下，控制温度为650℃～750℃，处理P型半导体层20min～30min。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，本实施例提供的生长方法是实施例一提供的生长方法的一种具体实现。在本实施例中，采用Veeco K465i or C4金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备实现LED外延片的生长。采用高纯氢气(H2)或高纯氮气(N2)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100torr～600torr。
具体地，图4为本实施例提供的生长方法的流程图，参见图4，该生长方法包括：
步骤301：控制反应室温度为1050℃，压力为250torr，将蓝宝石衬底在的氢气气氛下进行5.5min的高温处理。
步骤302：控制反应室压力为400torr，在蓝宝石衬底上形成缓冲层。
在本实施例中，缓冲层包括交替生长的7个氮化镓层和6个氮化铝层。各个氮化镓层的厚度均为3nm，生长温度均为550℃，生长速率均为5nm/min。6个氮化铝层的厚度沿生长方向依次为0.2nm、0.4nm、0.8nm、1nm、1.2nm和1.5nm；生长温度沿生长方向依次为600℃、605℃、610℃、615℃、620℃和625℃；生长速率沿生长方向依次为25nm/min、30nm/min、35nm/min、40nm/min、45nm/min和50nm/min。
步骤303：控制反应室温度为1050℃，压力为400torr，生长速率为3.5μm/h，在缓冲层上生长厚度为2.75μm的未掺杂氮化镓层。
步骤304：控制反应室温度为1050℃，压力为250torr，生长速率为5.5μm/h，在未掺杂氮化镓层上生长厚度为2.5μm的N型半导体层。
步骤305：控制反应室压力为200torr，在N型半导体层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的12个量子阱和12个量子垒。各个量子阱层为铟镓氮层，厚度为2.5nm，生长温度为770℃，生长压力为200torr，生长速率为0.4nm/min；各个量子垒层为氮化镓层，生长温度为875℃，生长压力为200torr，生长速率为3.5nm/min，厚度为12nm。
步骤306：控制生长温度为950℃，生长压力为150torr，生长速率为0.6μm/h，在多量子阱层上生长厚度为40nm的铝镓氮层，形成电子阻挡层。
步骤307：控制生长温度为960℃，生长压力为400torr，生长速率为0.65μm/h，在电子阻挡层上生长厚度为65nm的P型氮化镓层。
下面分别对第一样品和第二样品在相同的工艺条件下镀110nm的氧化铟锡金属氧化物(英文：Indium Tin Oxides，简称：ITO)层，120nm的Cr/Pt/Au电极和40nm的SiO2保护层，并分别将处理后的第一样品和第二样品研磨切割成305μm*635μm(12mi*25mil)的芯粒和229μm*559μm(9mi*22mil)的芯粒。其中，第二样品是采用本实施例提供的发光二极管外延片的生长方法得到的，第一样品采用的生长方法与第二样品基本相同，不同之处在于，第一样品中缓冲层是控制反应室温度为545℃，压力为250torr，生长速率为15nm/min生长的厚度为22.5nm的氮化镓层。
接着在处理后的第一样品和第二样品的相同位置各自挑选300颗晶粒，在相同的工艺条件下，封装成白光LED。采用积分球分别在驱动电流120mA条件下测试来自于第一样品的晶粒和来自于第二样品的晶粒的光电性能。
图5为上述测试的结果对比图，参见图5，测试结果显示，来自于第二样品的晶粒与比来自于第一样品的晶粒相比，光强在120mA的驱动电流下均有明显提升，且抗静电能力增强，说明本实施例提供的生长方法形成的外延片可以减少缺陷，提高晶体质量。
需要说明的是，在其它实施例中，各层的生长温度等参数还可以取其它值，本发明并不限制于本实施例中的数值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层；
其中，所述缓冲层包括交替生长的(n+1)个氮化镓层和n个氮化铝层，n≥2且n为整数；所述n个氮化铝层的平均生长温度高于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长温度，所述n个氮化铝层的平均生长速率快于所述(n+1)个氮化镓层的平均生长速率，所述n个氮化铝层的总厚度小于所述(n+1)个氮化镓层的总厚度。
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述n个氮化铝层的平均生长温度比所述(n+1)个氮化镓层的平均生长温度高20℃～100℃。
3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，各个所述氮化铝层的生长温度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层升高。
4.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，各个所述氮化镓层的生长温度相同。
5.根据权利要求1～4任一项所述的生长方法，其特征在于，所述n个氮化铝层的平均生长速率为所述(n+1)个氮化镓层的平均生长速率的5倍～10倍。
6.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于，各个所述氮化铝层的生长速率沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层变快。
7.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于，各个所述氮化镓层的生长速率相同。
8.根据权利要求1～4任一项所述的生长方法，其特征在于，所述n个氮化铝层的总厚度为所述(n+1)个氮化镓层的总厚度的1/5～1/2。
9.根据权利要求8所述的生长方法，其特征在于，各个所述氮化铝层的厚度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层增大。
10.根据权利要求1～4任一项所述的生长方法，其特征在于，n≤11。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN110098287A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-08-06 | 华灿光电股份有限公司 | AlN模板以及发光二极管外延片的制造方法 |
| CN110112265A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构的生长方法 |
| CN110767782A (zh) * | 2018-07-26 | 2020-02-07 | 上海亚曼光电科技有限公司 | 一种高亮度发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN111244232A (zh) * | 2020-01-26 | 2020-06-05 | 孙蕾蕾 | Led制备工艺 |
| CN112086542A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-12-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1137331A (zh) * | 1993-12-13 | 1996-12-04 | 克里研究公司 | 碳化硅与氮化镓间的缓冲结构及由此得到的半导体器件 |
| CN102598316A (zh) * | 2009-08-24 | 2012-07-18 | 同和电子科技有限公司 | 氮化物半导体器件及其生产方法 |
| CN103531683A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-22 | 华灿光电股份有限公司 | 一种氮化镓发光二极管及其制备方法 |
| CN104393130A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-04 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 |
| CN106206888A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 华南理工大学 | 生长在铝酸镁钪衬底上的InGaN/GaN量子阱及其制备方法 |
| CN107086256A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-08-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片的制造方法 |
-
2017
- 2017-11-15 CN CN201711131502.8A patent/CN108091741B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1137331A (zh) * | 1993-12-13 | 1996-12-04 | 克里研究公司 | 碳化硅与氮化镓间的缓冲结构及由此得到的半导体器件 |
| CN102598316A (zh) * | 2009-08-24 | 2012-07-18 | 同和电子科技有限公司 | 氮化物半导体器件及其生产方法 |
| CN103531683A (zh) * | 2013-09-23 | 2014-01-22 | 华灿光电股份有限公司 | 一种氮化镓发光二极管及其制备方法 |
| CN104393130A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-04 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 |
| CN106206888A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 华南理工大学 | 生长在铝酸镁钪衬底上的InGaN/GaN量子阱及其制备方法 |
| CN107086256A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-08-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片的制造方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CN110767782A (zh) * | 2018-07-26 | 2020-02-07 | 上海亚曼光电科技有限公司 | 一种高亮度发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN110098287A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-08-06 | 华灿光电股份有限公司 | AlN模板以及发光二极管外延片的制造方法 |
| CN110112265A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构的生长方法 |
| CN110112265B (zh) * | 2019-05-22 | 2022-03-25 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构的生长方法 |
| CN111244232A (zh) * | 2020-01-26 | 2020-06-05 | 孙蕾蕾 | Led制备工艺 |
| CN112086542A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-12-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN112086542B (zh) * | 2020-07-27 | 2021-11-05 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法 |
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| Publication number | Publication date |
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