CN108447952A - 一种发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、N型半导体层、质量改善层、多量子阱层和P型半导体层，质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿应力释放层的层叠方向逐层减少；缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。本发明可以释放应力和阻挡缺陷延伸，提高长晶质量。
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及其制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是利用半导体的PN结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。外延片是发光二极管制备过程中的初级成品。
目前氮化镓基LED受到越来越多的关注和研究，其外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层。
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：
考虑到生产成本，衬底的材料通常选择蓝宝石或者硅片。蓝宝石或者硅片与氮化镓之间存在较大的晶格失配，造成外延片的晶体质量较差，引入位错和缺陷，导致外延片内的应力增大。而且随着外延片中各层的层叠，外延片中的应力和缺陷会相应增加，影响多量子阱层中电子和空穴的复合发光，降低LED的发光效率。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，所述发光二极管外延片还包括质量改善层，所述质量改善层设置在所述N型半导体层和所述多量子阱层之间；所述质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，所述应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，所述至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿所述应力释放层的层叠方向逐层减少；所述缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，所述至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，所述至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。
可选地，每个所述铟镓氮层为InxGa1-xN层，0＜x＜0.5；每个所述铝铟镓氮层为AlyInzGa1-y-zN层，0＜y＜0.5，0＜z＜0.3。
可选地，所述至少两个所述铟镓氮层的数量为3个～10个，所述至少两个铝铟镓氮层的数量为3个～10个。
可选地，相邻两个所述铟镓氮层中，先层叠的所述铟镓氮层的厚度和后层叠的所述铟镓氮层的厚度的比值为1/10～1；相邻两个所述铝铟镓氮层中，先层叠的所述铝铟镓氮层的厚度和后层叠的所述铝铟镓氮层的厚度的比值为1/10～1。
可选地，所述应力释放层的厚度和所述缺陷阻挡层的厚度的比值为1/10～1。
可选地，所述质量改善层的厚度为100nm～200nm。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、质量改善层、多量子阱层和P型半导体层；
其中，所述质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，所述应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，所述至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿所述应力释放层的层叠方向逐层减少；所述缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，所述至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，所述至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。
可选地，生长所述应力释放层时，通入的三甲基镓或三乙基镓的流量逐渐增多，同时所述至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少；生长所述缺陷阻挡层时，通入的三甲基铝的流量逐渐减少，通入的三甲基铟的流量逐渐增多，同时所述至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少。
可选地，所述质量改善层的生长温度为780℃～930℃，所述质量改善层的生长压力为100torr～300torr。
可选地，每个所述铟镓氮层为InxGa1-xN层，0＜x＜0.5；每个所述铝铟镓氮层为AlyInzGa1-y-zN层，0＜y＜0.5，0＜z＜0.3。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在N型半导体层和多量子阱层之间插入质量改善层，质量改善层中首先层叠的是应力释放层，应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，由于铟镓氮层的晶体质量较差，因此可以对衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力进行释放，同时考虑到应力被释放而逐渐减小，至少两个铟镓氮层中铟组分的含量逐层减少，可以在有效释放应力时尽可能为后续的外延生长提供较好质量的晶体。而且质量改善层中在应力释放层上还层叠有缺陷阻挡层，缺陷阻挡层包括至少两个铝铟镓氮层，铟镓氮可以与之前生长的应力释放层匹配，铝镓氮可以阻挡衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的缺陷继续延伸，同时考虑到缺陷被阻挡而逐渐减少，至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量逐渐减少，铟组分的含量逐渐增加，可以在有效阻挡缺陷时尽可能平衡铝铟镓氮层中的铝镓氮和铟镓氮，匹配后续生长的外延材料。因此，质量改善层可以有效缓解衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力和缺陷，有利于多量子阱层中电子和空穴的复合发光，提高LED的发光效率。
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是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的质量改善层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法的流程图。
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。
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，图1为本发明实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的缓冲层20、N型半导体层30、多量子阱层40和P型半导体层50。
在本实施例中，该发光二极管外延片还包括质量改善层60，质量改善层60设置在N型半导体层30和多量子阱层40之间。图2为本发明实施例提供的质量改善层的结构示意图，参见图2，质量改善层60包括依次层叠的应力释放层61和缺陷阻挡层62，应力释放层61包括依次层叠的至少两个铟镓氮层610，至少两个铟镓氮层610中铟组分的含量沿应力释放层61的层叠方向逐层减少。缺陷阻挡层62包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层620，至少两个铝铟镓氮层620中铝组分的含量沿缺陷阻挡层62的层叠方向逐层减少，至少两个铝铟镓氮层620中铟组分的含量沿缺陷阻挡层62的层叠方向逐层增加。
本发明实施例在N型半导体层和多量子阱层之间插入质量改善层，质量改善层中首先层叠的是应力释放层，应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，由于铟镓氮层的晶体质量较差，因此可以对衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力进行释放，同时考虑到应力被释放而逐渐减小，至少两个铟镓氮层中铟组分的含量逐层减少，可以在有效释放应力时尽可能为后续的外延生长提供较好质量的晶体。而且质量改善层中在应力释放层上还层叠有缺陷阻挡层，缺陷阻挡层包括至少两个铝铟镓氮层，铟镓氮可以与之前生长的应力释放层匹配，铝镓氮可以阻挡衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的缺陷继续延伸，同时考虑到缺陷被阻挡而逐渐减少，至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量逐渐减少，铟组分的含量逐渐增加，可以在有效阻挡缺陷时尽可能平衡铝铟镓氮层中的铝镓氮和铟镓氮，匹配后续生长的外延材料。因此，质量改善层可以有效缓解衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力和缺陷，有利于多量子阱层中电子和空穴的复合发光，提高LED的发光效率。
可选地，每个铟镓氮层610可以为InxGa1-xN层，0＜x＜0.5，可以有效释放衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力；每个铝铟镓氮层620可以为AlyInzGa1-y-zN层，0＜y＜0.5，0＜z＜0.3，可以有效阻挡衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的缺陷。
可选地，至少两个铟镓氮层610的数量可以为3个～10个。如果至少两个铟镓氮层的数量少于2个，则可能由于铟镓氮层的数量太少而无法有效释放衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的应力；如果至少铟镓氮层的数量多于10个，则可能由于铟镓氮层的数量太多而影响晶体的生长，提高外延片整体的电阻。
可选地，至少两个铝铟镓氮层620的数量可以为3个～10个。如果至少两个铝铟镓氮层的数量少于2个，则可能由于铝铟镓氮层的数量太少而无法有效阻挡衬底与氮化镓材料之间晶格失配产生的缺陷；如果至少铝铟镓氮层的数量多于10个，则可能由于铝铟镓氮层的数量太多而影响晶体的生长，提高外延片整体的电阻。
可选地，相邻两个铟镓氮层610中，先层叠的铟镓氮层610的厚度和后层叠的铟镓氮层610的厚度的比值可以为1/10～1。
通过逐渐减小铟镓氮层的厚度，考虑到应力被释放而逐渐减小，可以在有效释放应力时尽可能为后续的外延生长提供较好质量的晶体。如果先层叠的铟镓氮层的厚度和后层叠的铟镓氮层的厚度的比值小于1/10，则可能由于相邻两个铟镓氮层的厚度相差太大而造成负影响，影响外延片的晶体质量；如果先层叠的铟镓氮层的厚度和后层叠的铟镓氮层的厚度的比值大于1，则可能为后续的外延生长提供的晶体的质量较差。
可选地，相邻两个铝铟镓氮层620中，先层叠的铝铟镓氮层620的厚度和后层叠的铝铟镓氮层620的厚度的比值可以为1/10～1。
通过逐渐减小铝铟镓氮层的厚度，考虑到缺陷被阻挡而逐渐减少，可以在有效阻挡缺陷时尽可能降低外延片整体的电阻。如果先层叠的铝铟镓氮层的厚度和后层叠的铝铟镓氮层的厚度的比值小于1/10，则可能由于相邻两个铝铟镓氮层的厚度相差太大而造成负影响，影响外延片的晶体质量；如果先层叠的铝铟镓氮层的厚度和后层叠的铝铟镓氮层的厚度的比值大于1，则可能会造成外延片整体的电阻较大。
可选地，应力释放层61的厚度和缺陷阻挡层62的厚度的比值可以为1/10～1。
考虑应力释放层优先层叠，此时衬底与氮化镓材料之间产生的问题较严重，因此应力释放层的厚度较大；而等到层叠缺陷阻挡层时，应力释放层已经对衬底与氮化镓材料之间产生的问题进行了改善，此时衬底与氮化镓材料之间产生的问题较小，因此缺陷阻挡层的厚度较小，这样可以在有效改善衬底与氮化镓材料之间产生的问题的同时，尽可能降低外延片整体的电阻。如果应力释放层的厚度和缺陷阻挡层的厚度的比值小于1/10或者大于1，则都会造成应力释放层或者缺陷阻挡层的厚度太小或太大，厚度太小将无法有效改善衬底与氮化镓材料之间产生的问题，厚度太大会造成外延片整体的电阻较高。
可选地，质量改善层60的厚度可以为100nm～200nm。如果质量改善层的厚度小于100nm，则可能由于质量改善层的厚度太小而无法有效改善衬底与氮化镓材料之间产生的问题；如果质量改善层的厚度大于200nm，则可能由于质量改善层的厚度太大而造成外延片整体的电阻较高。
具体地，衬底10可以为蓝宝石衬底，优选为PSS。缓冲层20可以为氮化铝层或者氮化镓层。N型半导体层30可以为N型掺杂的氮化镓层，P型半导体层50可以为P型掺杂的氮化镓层。多量子阱层40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，量子阱可以为铟镓氮层，量子垒可以为氮化镓层或者铝镓氮层。
更具体地，缓冲层20的厚度可以为15nm～35nm(优选为25nm)。N型半导体层30的厚度可以为1μm～5μm(优选为3μm)，N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018cm-3～1019cm-3(优选为5*1018cm-3)；P型半导体层50的厚度可以为100nm～200nm(优选为150nm)。量子阱的厚度可以为2.5nm～3.5nm(优选为3nm)，量子垒的厚度可以为9nm～20nm(优选为15nm)；量子垒的数量与量子阱的数量相同，量子阱的数量可以为5个～15个(优选为10个)。
可选地，该发光二极管芯片还可以包括未掺杂氮化镓层，未掺杂氮化镓层设置在缓冲层和N型半导体层之间，以进一步缓解蓝宝石衬底和N型半导体层之间的晶格失配，为N型半导体层等的生长提高晶体质量较好的底层。
具体地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为1μm～5μm(优选为3μm)。
可选地，该发光二极管芯片还可以包括电子阻挡层，电子阻挡层设置在多量子阱层和P型半导体层之间，以避免电子跃迁到P型半导体层中进行非辐射复合。
具体地，电子阻挡层可以为P型掺杂的铝镓氮层，如AlyGa1-yN，0.1＜y＜0.5(优选y＝0.3)。
更具体地，电子阻挡层的厚度可以为50nm～150nm(优选为100nm)。
可选地，该发光二极管芯片还可以包括P型接触层，P型接触层设置在P型半导体层上，以实现P型半导体层和P型电极之间的欧姆接触。
具体地，P型接触层可以为P型掺杂的铟镓氮层。
更具体地，P型接触层的厚度可以为5nm～300nm(优选为150nm)。
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，适用于制备图1所示的发光二极管外延片。图3为本发明实施例提供的发光二极管外延片的制备方法的流程图，参见图3，该制备方法包括：
步骤201：提供一衬底。
可选地，该制备方法还可以包括：
控制温度为1000℃～1200℃，将衬底在氢气气氛中退火8分钟，并进行氮化处理，以清洁衬底的表面。
进一步地，衬底可以采用[0001]晶向的蓝宝石。
步骤202：在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、质量改善层、多量子阱层和P型半导体层。
在本实施例中，质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿应力释放层的层叠方向逐层减少；缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。
可选地，生长应力释放层时，通入的三甲基镓或三乙基镓的流量逐渐增多，形成的铟镓氮层中铟组分的含量会相应减少；同时至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少，可以实现铟镓氮层的厚度逐渐减小。
可选地，生长缺陷阻挡层时，通入的三甲基铝的流量逐渐减少，通入的三甲基铟的流量逐渐增多，形成的铝铟镓氮层中铝组分的含量相应减少，铟组分的含量相应增多；同时至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少，可以实现铟镓氮层的厚度逐渐减小。
具体地，该步骤202可以包括：
控制温度为400℃～600℃(优选为500℃)，压力为400torr～600torr(优选为500torr)，在衬底上生长缓冲层；
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为400Torr～600Torr(优选为500torr)，持续时间为5分钟～10分钟(优选为8分钟)，对缓冲层进行原位退火处理；
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长N型半导体层；
控制温度为780℃～930℃(优选为850℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在N型半导体层上生长质量改善层；
控制压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在质量改善层上生长多量子阱层，多量子阱层包括交替生长的多个量子阱和多个量子垒，生长量子阱时温度控制为720℃～829℃(优选为770℃)，生长量子垒时温度控制为850℃～959℃(优选为900℃)；
控制温度为750℃～1080℃(优选为900℃)，压力为200torr～500torr(优选为350torr)，在多量子阱层上生长P型半导体层。
可选地，该制备方法还可以包括：
控制温度为1000℃～1100℃(优选为1050℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。
相应地，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层上。
可选地，该制备方法还可以包括：
控制温度为850℃～1080℃(优选为960℃)，压力为200torr～500torr(优选为350torr)，在多量子阱层上生长电子阻挡层。
相应地，P型半导体层生长在电子阻挡层上。
可选地，该制备方法还可以包括：
控制温度为850℃～1050℃(优选为950℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在P型半导体层上生长P型接触层。
可选地，在该步骤202之后，该制备方法还可以包括：
控制温度为650℃～850℃，持续时间为5分钟～15分钟，在氮气气氛中进行退火处理。
需要说明的是，控制温度、压力均是指控制生长外延片的反应腔中的温度、压力。实现时以三甲基镓或三甲基乙作为镓源，高纯氮气作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，N型掺杂剂选用硅烷，P型掺杂剂选用二茂镁。
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，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括质量改善层，所述质量改善层设置在所述N型半导体层和所述多量子阱层之间；所述质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，所述应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，所述至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿所述应力释放层的层叠方向逐层减少；所述缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，所述至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，所述至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，每个所述铟镓氮层为InxGa1- xN层，0＜x＜0.5；每个所述铝铟镓氮层为AlyInzGa1-y-zN层，0＜y＜0.5，0＜z＜0.3。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述至少两个所述铟镓氮层的数量为3个～10个，所述至少两个铝铟镓氮层的数量为3个～10个。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，相邻两个所述铟镓氮层中，先层叠的所述铟镓氮层的厚度和后层叠的所述铟镓氮层的厚度的比值为1/10～1；相邻两个所述铝铟镓氮层中，先层叠的所述铝铟镓氮层的厚度和后层叠的所述铝铟镓氮层的厚度的比值为1/10～1。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述应力释放层的厚度和所述缺陷阻挡层的厚度的比值为1/10～1。
6.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述质量改善层的厚度为100nm～200nm。
7.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、质量改善层、多量子阱层和P型半导体层；
其中，所述质量改善层包括依次层叠的应力释放层和缺陷阻挡层，所述应力释放层包括依次层叠的至少两个铟镓氮层，所述至少两个铟镓氮层中铟组分的含量沿所述应力释放层的层叠方向逐层减少；所述缺陷阻挡层包括依次层叠的至少两个铝铟镓氮层，所述至少两个铝铟镓氮层中铝组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层减少，所述至少两个铝铟镓氮层中铟组分的含量沿所述缺陷阻挡层的层叠方向逐层增加。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，生长所述应力释放层时，通入的三甲基镓或三乙基镓的流量逐渐增多，同时所述至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少；生长所述缺陷阻挡层时，通入的三甲基铝的流量逐渐减少，通入的三甲基铟的流量逐渐增多，同时所述至少两个铟镓氮层的生长时间逐层减少。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述质量改善层的生长温度为780℃～930℃，所述质量改善层的生长压力为100torr～300torr。
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，每个所述铟镓氮层为InxGa1-xN层，0＜x＜0.5；每个所述铝铟镓氮层为AlyInzGa1-y-zN层，0＜y＜0.5，0＜z＜0.3。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109346583A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN109545918A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-03-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN112331750A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-05 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 紫外发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN117293241A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101038947A (zh) * | 2006-03-17 | 2007-09-19 | 中国科学院物理研究所 | 不需荧光粉转换的白光GaN发光二极管外延材料及制法 |
| CN101685844A (zh) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 中国科学院物理研究所 | GaN基单芯片白光发光二极管外延材料 |
| CN102136536A (zh) * | 2010-01-25 | 2011-07-27 | 亚威朗(美国) | 应变平衡发光器件 |
| CN102185055A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-09-14 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102185056A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-09-14 | 中国科学院半导体研究所 | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 |
| CN103022290A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法 |
| CN103413877A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-11-27 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 外延结构量子阱应力释放层的生长方法及其外延结构 |
| CN104485404A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-01 | 北京大学 | 一种高亮度近紫外led及其外延生长方法 |
| CN105845797A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-10 | 聚灿光电科技股份有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN106328788A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-11 | 聚灿光电科技股份有限公司 | GaN基LED外延结构及其制造方法 |
| CN106876531A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 |
| 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 |
| CN107482092A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-12-15 | 南京大学扬州光电研究院 | 一种395nm短波长紫外LED结构的外延加工方法 |
-
2018
- 2018-03-26 CN CN201810254580.5A patent/CN108447952B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101038947A (zh) * | 2006-03-17 | 2007-09-19 | 中国科学院物理研究所 | 不需荧光粉转换的白光GaN发光二极管外延材料及制法 |
| CN101685844A (zh) * | 2008-09-27 | 2010-03-31 | 中国科学院物理研究所 | GaN基单芯片白光发光二极管外延材料 |
| CN102136536A (zh) * | 2010-01-25 | 2011-07-27 | 亚威朗(美国) | 应变平衡发光器件 |
| CN102185055A (zh) * | 2011-04-28 | 2011-09-14 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | 发光二极管及其制造方法 |
| CN102185056A (zh) * | 2011-05-05 | 2011-09-14 | 中国科学院半导体研究所 | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 |
| CN103022290A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法 |
| CN103413877A (zh) * | 2013-08-16 | 2013-11-27 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 外延结构量子阱应力释放层的生长方法及其外延结构 |
| CN104485404A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-01 | 北京大学 | 一种高亮度近紫外led及其外延生长方法 |
| CN105845797A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-10 | 聚灿光电科技股份有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN106328788A (zh) * | 2016-08-25 | 2017-01-11 | 聚灿光电科技股份有限公司 | GaN基LED外延结构及其制造方法 |
| CN106876531A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 |
| 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 |
| CN107482092A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-12-15 | 南京大学扬州光电研究院 | 一种395nm短波长紫外LED结构的外延加工方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109346583A (zh) * | 2018-08-31 | 2019-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN109545918A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-03-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN112331750A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-05 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 紫外发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN117293241A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN117293241B (zh) * | 2023-11-27 | 2024-01-26 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
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| Publication number | Publication date |
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