CN109326697A - 一种GaN基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GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。外延片包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述浅阱层包括顺次层叠在N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，第一段中一高温GaN层与N型掺杂GaN层接触，第一段中一低温GaN层与第二段中一InGaN势阱层接触，第二段中一GaN势垒层与多量子阱层接触。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
GaN(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有优异的高热导率、耐高温、耐酸碱、高硬度等特型，被广泛应用于制作蓝、绿、以及紫外发光二极管。GaN基LED(Light Emitting Diode，发光二极管)通常包括外延片和设于外延片上的电极。
现有的一种GaN基LED的外延片，其包括衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层(又称有源层)、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层。当有电流通过时，N型半导体(包括N型掺杂GaN层)的电子和P型半导体(包括P型GaN层)的空穴进入多量子阱层阱区并且复合，发出可见光。
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：
衬底一般采用蓝宝石衬底，蓝宝石衬底与GaN材料存在严重的晶格失配，导致底层(包括GaN非掺杂层和N型掺杂GaN层)积累一定应力，致使底层发生形变，从而导致多量子阱层出现压电极化效应，影响了发光效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，能够释放底层累加的应力，减少多量子阱层的压电极化效应。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，
所述浅阱层包括顺次层叠在所述N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，所述第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，所述第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，所述第一段中一高温GaN层与所述N型掺杂GaN层接触，所述第一段中一低温GaN层与所述第二段中一InGaN势阱层接触，所述第二段中一GaN势垒层与所述多量子阱层接触。
可选地，所述高温GaN层和所述低温GaN层均为n型掺杂，所述低温GaN层的掺杂浓度是所述高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。
可选地，所述高温GaN层和所述低温GaN层的厚度均为20～50nm，所述高温GaN层和所述低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
可选地，所述InGaN势阱层的厚度为1～4nm，所述GaN势垒层的厚度为10～30nm，所述InGaN势阱层和所述GaN势垒层交叠生长的周期数量为5～20。
可选地，所述InGaN势阱层为InxGa1-xN层，0<x<0.1。
另一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层和N型掺杂GaN层；
在所述N型掺杂GaN层上沉积浅阱层，所述浅阱层包括顺次沉积在所述N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，所述第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，所述第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，所述第一段中一高温GaN层与所述N型掺杂GaN层接触，所述第一段中一低温GaN层与所述第二段中一InGaN势阱层接触，所述第二段中一GaN势垒层与所述多量子阱层接触；
在所述浅阱层上沉积多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。
可选地，所述在所述N型掺杂GaN层上沉积浅阱层，包括：
在所述N型掺杂GaN层上沉积所述第一段，所述第一段中所述高温GaN层的生长温度为850～1000℃，所述低温GaN层的生长温度为700～840℃，所述高温GaN层和所述低温GaN层的生长压力均为100～500Torr；
在所述第一段上沉积所述第二段。
可选地，所述高温GaN层和所述低温GaN层均为n型掺杂，所述低温GaN层的掺杂浓度是所述高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。
可选地，所述高温GaN层和所述低温GaN层的厚度均为20～50nm，所述高温GaN层和所述低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
可选地，所述第二段中所述InGaN势阱层的生长温度为750-850℃，所述GaN势垒层的生长温度为850-1000℃，所述InGaN势阱层和所述GaN势垒层的生长压力均为100～500Torr。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过浅阱层中第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，由于低温GaN层的晶体质量相对于高温GaN层的晶体质量略差，在低温GaN层处可以释放底层积累的应力，高温GaN层的晶体质量较好，又可以缓解并抵消掉低温GaN层带来的负面影响，因此，第一段能够释放底层累加的应力，减少多量子阱层的压电极化效应，提高电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，提高了LED芯片的发光效率。
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GaN基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浅阱层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种GaN基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。
图1示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片，参见图1，该外延片包括：衬底11、GaN缓冲层12、GaN非掺杂层13、N型掺杂GaN层14、浅阱层15、多量子阱层16、低温P型GaN层17、电子阻挡层18、高温P型GaN层19、以及P型接触层20。参见图2，浅阱层15包括顺次层叠在N型掺杂GaN层14上的第一段151和第二段152。第一段151为高温GaN层151a和低温GaN层151b交叠生长的周期性结构；第二段152为InGaN势阱层152a和GaN势垒层152b交叠生长的周期性结构。第一段151中一高温GaN层151a(图2中竖线填充)与N型掺杂GaN层14接触，第一段151中一低温GaN层151b(图2中斜线填充)与第二段152中一InGaN势阱层152a(图2中交叉线填充)接触；第二段152中一GaN势垒层152b(图2中点填充)与多量子阱层16接触。
浅阱层15中，第一段151为高温GaN层151a和低温GaN层151b交叠生长的周期性结构，由于低温GaN层151b的晶体质量相对于高温GaN层151a的晶体质量略差，在低温GaN层151b处可以释放底层积累的应力，高温GaN层151a的晶体质量较好，又可以缓解并抵消掉低温GaN层151b带来的负面影响，因此，第一段151能够释放底层累加的应力，减少多量子阱层16的压电极化效应，提高电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，提高了LED芯片的发光效率。并且，第二段152为InGaN势阱层152a和GaN势垒层152b交叠生长的周期性结构，第二段152中形成的势阱对载流子减速且起到存储载流子的作用，多量子阱层16的电子溢出减少，最终使得多量子阱层16里电子浓度增加，大大提高了电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，提高了LED芯片的发光效率。
示例性地，高温GaN层和低温GaN层均为n型掺杂，低温GaN层的掺杂浓度是高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。通过高温GaN层中n型掺杂浓度比低温GaN层中n型掺杂浓度高，可以实现载流子浓度的梯度变化，可以增加电流扩展的效果。
示例性地，高温GaN层和低温GaN层的厚度均为20～50nm，高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
示例性地，各个高温GaN层的厚度可以相同，也可以不同；各个低温GaN层的厚度可以相同，也可以不同。
示例性地，InGaN势阱层的厚度为1～4nm，GaN势垒层的厚度为10～30nm，InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期数量为5～20。
示例性地，InGaN势阱层为InxGa1-xN层，0<x<0.1。通过浅阱层15中InGaN势阱层较少的In含量，能够实现载流子短暂的存储，以便平缓的过度到多量子阱层16中。且能够进一步的提高载流子的扩展效果，提升光效。
图3示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，参见图3，该方法流程包括如下步骤。
步骤101、提供衬底。
步骤102、在衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层和N型掺杂GaN层。
步骤103、在N型掺杂GaN层上沉积浅阱层。
其中，浅阱层包括顺次沉积在N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，第一段中一高温GaN层与N型掺杂GaN层接触，第一段中一低温GaN层与第二段中一InGaN势阱层接触，第二段中一GaN势垒层与多量子阱层接触。
步骤104、在浅阱层上沉积多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。
本发明实施例通过浅阱层中第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，由于低温GaN层的晶体质量相对于高温GaN层的晶体质量略差，在低温GaN层处可以释放底层积累的应力，高温GaN层的晶体质量较好，又可以缓解并抵消掉低温GaN层带来的负面影响，因此，第一段能够释放底层累加的应力，减少多量子阱层的压电极化效应，提高电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，提高了LED芯片的发光效率。并且，第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，第二段中形成的势阱对载流子减速且起到存储载流子的作用，多量子阱层的电子溢出减少，最终使得多量子阱层里电子浓度增加，大大提高了电子和空穴在多量子阱层中的复合效率，提高了LED芯片的发光效率。
图4示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，该制备方法可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现。在该制备方法中，以高纯H2(氢气)、以及N2(氮气)作为载气，以TMGa(三甲基稼)或者TEGa(三乙基稼)作为Ga源，以TMAl(三甲基铝)作为Al源，以TMIn(三甲基铟)作为In源，以NH3(氨气)作为N源，用SiH4(硅烷)作为N型掺杂剂，用CP2Mg(二茂镁)作为P型掺杂剂。参见图4，该方法流程包括如下步骤。
步骤201、提供衬底。
其中，将衬底放置到MOCVD设备的反应室内的衬底托盘上，并关闭反应室。示例性地，该衬底为蓝宝石(Al2O3)衬底。
步骤202、对衬底进行退火处理。
示例性地，退火处理包括：先将蓝宝石衬底在1000-1200℃氢气气氛里进行高温清洁处理5-20min，然后进行氮化处理。
步骤203、在衬底上沉积GaN缓冲层。
在完成衬底退火处理完成后，将反应室内温度下降到500-650℃，生长一层厚度为2-8nm的低温GaN缓冲层。其中，生长压力为50-200Torr，反应气体中V/III比(Ⅴ/Ⅲ族元素比)为50-300，托盘的转速为200-600r/min。
步骤203还可以包括：对低温GaN缓冲层进行退火处理。
示例性地，将反应室内温度升高至1000-1100℃，退火3～10min，压力可以保持在50-200Torr。
步骤204、在GaN缓冲层上沉积GaN非掺杂层。
在低温GaN缓冲层生长结束后，将反应室内温度调节至1000-1200℃，生长一层外延生长厚度为1-2μm的GaN非掺杂层，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为200-3000。
步骤205、在GaN非掺杂层上沉积N型掺杂GaN层。
在GaN非掺杂层生长结束后，生长一层Si掺杂浓度稳定的n型掺杂GaN层，厚度为1.5-3.5μm，生长温度为950-1150℃，生长压力为100-400Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为400-3000。
步骤206、在N型掺杂GaN层上沉积浅阱层。
n型掺杂GaN层生长结束后，生长浅阱层。浅阱层包括顺次沉积在N型掺杂GaN层上的第一段和第二段。本步骤206可以包括如下步骤。
第一步，在N型掺杂GaN层上沉积第一段。
其中，第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构。第一段中一高温GaN层与N型掺杂GaN层接触。
示例性地，第一段中高温GaN层的生长温度为850～1000℃，低温GaN层的生长温度为700～840℃，高温GaN层和低温GaN层的生长压力均为100～500Torr。
示例性地，第一InGaN阱层的生长温度为750-850℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000。第一GaN垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000。
示例性地，高温GaN层和低温GaN层均为n型掺杂，低温GaN层的掺杂浓度是高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。
示例性地，高温GaN层和低温GaN层的厚度均为20～50nm，高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
第二步、在第一段上沉积第二段。
其中，第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构。第一段中一低温GaN层与第二段中一InGaN势阱层接触。第二段中一GaN势垒层与多量子阱层接触。
示例性地，第二段中InGaN势阱层的生长温度为750-850℃，GaN势垒层的生长温度为850-1000℃，InGaN势阱层和GaN势垒层的生长压力均为100～500Torr。
示例性地，InGaN势阱层通过第一反应气体生成，第一反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为500-10000，第一反应气体包括TMIn、TEGa和NH3，或者第一反应气体包括TMIn、TMGa和NH3。GaN势垒层通过第二反应气体生成，第二反应气体中Ⅴ/Ⅲ族元素比为500-10000，第二反应气体包括TEGa和NH3。
示例性地，InGaN势阱层的厚度为1～4nm，GaN势垒层的厚度为10～30nm，InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期数量为5～20。
示例性地，InGaN势阱层为InxGa1-xN层，0<x<0.1。
步骤207、在浅阱层上沉积多量子阱层。
在浅阱层生长结束后，生长多量子阱层。多量子阱层包括若干层叠的量子阱垒层，量子阱垒层包括InGaN阱层和GaN垒层。InGaN阱层为InyGa1-yN层，0.2<y<0.5。量子阱垒层的数量可以是6-15。InGaN阱层的厚度可以是2-5nm，GaN垒层的厚度可以是5-15nm。
示例性地，InGaN阱层的生长温度为700-850℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000。GaN垒层为n型掺杂，GaN垒层的生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为2000-20000。
步骤208、在多量子阱层上沉积低温P型GaN层。
在多量子阱层生长结束后，生长厚度为30-120nm的低温P型GaN层，生长温度为700-800℃，生长时间为3-15min，压力为100-600Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为1000-4000。
需要说明的是，步骤208为可选步骤，即低温P型GaN层是可选地。也可以在多量子阱层上直接沉积电子阻挡层。
步骤209、在低温P型GaN层上沉积电子阻挡层。
在低温P型GaN层生长结束后，生长厚度为3-8nm的P型AlGaN电子阻挡层，生长温度为900-1000℃，生长时间为4-15min，生长压力为50-300Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为1000-10000。P型AlGaN电子阻挡层可以为Al0.2Ga0.8N层。
步骤210、在电子阻挡层上沉积高温P型GaN层。
在P型AlGaN层生长结束后，生长厚度为50-150nm的高温P型GaN层。高温P型GaN层的生长温度为900-1050℃之间，生长时间为10-20min，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-4000。
步骤211、在高温P型GaN层上沉积P型接触层。
在高温P型GaN层生长结束后，生长厚度为3-10nm的P型接触层。P型接触层的生长温度为700-850℃，生长时间为0.5-5min，生长压力为100-500Torr，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为10000-20000。
在外延片生长结束后，将反应室的温度降至600-900℃，在PN2气氛进行退火处理10-30min，而后逐渐降至室温。随后，将外延片经过清洗、沉积、光刻和刻蚀后续加工工艺制成单颗10*34mil的LED芯片。
示例性地，基于图4示出的制备方法可以制备出一种GaN基LED外延片，该外延片包括衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。浅阱层的第一段中，高温GaN层的生长温度为850℃-900℃，低温GaN层的生长温度为700～780℃，高温GaN层和低温GaN层的厚度均为20-50nm(比如35nm)。低温GaN层的n型掺杂浓度是高温GaN层的n型掺杂浓度的15％～30％(比如22.5％)。高温GaN层和低温GaN层的交替生长周期数量为1-30(比如15)。浅阱层的第二段中，生长5-20个周期的超晶格，超晶格为InxGa1-xN(0<x<0.1)势阱层和n-GaN势垒层依次交叠生长的周期结构。InxGa1-xN势阱层的生长温度为750-850℃，生长压力为100-500Torr，厚度为1-4nm，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000；n-GaN势垒层的生长温度为850-1000℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-10000，厚度为10-30nm。经过LED芯片测试后发现，相比于由加入浅阱层且浅阱层为仅包括第二段的浅阱层的外延片制得的LED芯片，由该外延片制得的LED芯片的光效提升近1.5％左右。
示例性地，基于图4示出的制备方法可以制备出一种GaN基LED外延片，该外延片包括衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。浅阱层的第一段中，高温GaN层的生长温度为900-1000℃，低温GaN层的生长温度为780～840℃，高温GaN层和低温GaN层的厚度均为20-50nm(比如35nm)。低温GaN层的n型掺杂浓度是高温GaN层的n型掺杂浓度的15％～30％(比如22.5％)。高温GaN层和低温GaN层的交替生长周期数量为1-30(比如15)。浅阱层的第二段中，生长5-20个周期的超晶格，超晶格为InxGa1-xN(0<x<0.1)势阱层和n-GaN势垒层依次交叠生长的周期结构。InxGa1-xN势阱层的生长温度为750-850℃，生长压力为100-500Torr，厚度为1-4nm，反应气体中Ⅴ/Ⅲ比为500-10000；n-GaN势垒层的生长温度为850-1000℃，生长压力为100-500Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500-10000，厚度为10-30nm。经过LED芯片测试后发现，相比于由加入浅阱层且浅阱层为仅包括第二段的浅阱层的外延片制得的LED芯片，由该外延片制得的LED芯片的光效提升近1％左右。
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GaN基发光二极管外延片，包括：衬底、GaN缓冲层、GaN非掺杂层、N型掺杂GaN层、浅阱层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，其特征在于，
所述浅阱层包括顺次层叠在所述N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，所述第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，所述第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，所述第一段中一高温GaN层与所述N型掺杂GaN层接触，所述第一段中一低温GaN层与所述第二段中一InGaN势阱层接触，所述第二段中一GaN势垒层与所述多量子阱层接触。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述高温GaN层和所述低温GaN层均为n型掺杂，所述低温GaN层的掺杂浓度是所述高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述高温GaN层和所述低温GaN层的厚度均为20～50nm，所述高温GaN层和所述低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的外延片，其特征在于，所述InGaN势阱层的厚度为1～4nm，所述GaN势垒层的厚度为10～30nm，所述InGaN势阱层和所述GaN势垒层交叠生长的周期数量为5～20。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的外延片，其特征在于，所述InGaN势阱层为InxGa1-xN层，0<x<0.1。
6.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上顺次沉积GaN缓冲层、GaN非掺杂层和N型掺杂GaN层；
在所述N型掺杂GaN层上沉积浅阱层，所述浅阱层包括顺次沉积在所述N型掺杂GaN层上的第一段和第二段，所述第一段为高温GaN层和低温GaN层交叠生长的周期性结构，所述第二段为InGaN势阱层和GaN势垒层交叠生长的周期性结构，所述第一段中一高温GaN层与所述N型掺杂GaN层接触，所述第一段中一低温GaN层与所述第二段中一InGaN势阱层接触，所述第二段中一GaN势垒层与所述多量子阱层接触；
在所述浅阱层上沉积多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述N型掺杂GaN层上沉积浅阱层，包括：
在所述N型掺杂GaN层上沉积所述第一段，所述第一段中所述高温GaN层的生长温度为850～1000℃，所述低温GaN层的生长温度为700～840℃，所述高温GaN层和所述低温GaN层的生长压力均为100～500Torr；
在所述第一段上沉积所述第二段。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温GaN层和所述低温GaN层均为n型掺杂，所述低温GaN层的掺杂浓度是所述高温GaN层的掺杂浓度的15％～30％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高温GaN层和所述低温GaN层的厚度均为20～50nm，所述高温GaN层和所述低温GaN层交叠生长的周期数量为1～30。
10.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，
所述第二段中所述InGaN势阱层的生长温度为750-850℃，
所述GaN势垒层的生长温度为850-1000℃，
所述InGaN势阱层和所述GaN势垒层的生长压力均为100～500Torr。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110265514A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-09-20 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 |
| CN114695610A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-07-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 |
| 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 |
| CN115986021A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-04-18 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种具有缓冲层的外延结构及包含该结构的发光二极管 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040041144A1 (en) * | 2002-08-31 | 2004-03-04 | Shim Kyu Hwan | Optoelectronic device having dual-structural nano dot and method for manufacturing the same |
| CN101702422A (zh) * | 2009-10-29 | 2010-05-05 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种在图形衬底上生长氮化物薄膜外延层的方法 |
| CN103227251A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-07-31 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法 |
| CN104810451A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 华灿光电(苏州）有限公司 | GaN基发光二极管外延片制备方法及制备的外延片 |
| CN105742434A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-07-06 | 安徽三安光电有限公司 | 一种氮化物发光二极管及其制备方法 |
-
2018
- 2018-09-27 CN CN201811130752.4A patent/CN109326697B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040041144A1 (en) * | 2002-08-31 | 2004-03-04 | Shim Kyu Hwan | Optoelectronic device having dual-structural nano dot and method for manufacturing the same |
| CN101702422A (zh) * | 2009-10-29 | 2010-05-05 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种在图形衬底上生长氮化物薄膜外延层的方法 |
| CN103227251A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-07-31 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法 |
| CN104810451A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 华灿光电(苏州）有限公司 | GaN基发光二极管外延片制备方法及制备的外延片 |
| CN105742434A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-07-06 | 安徽三安光电有限公司 | 一种氮化物发光二极管及其制备方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110265514A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-09-20 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 |
| CN110265514B (zh) * | 2019-04-28 | 2020-09-29 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 |
| CN114695610A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-07-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 |
| CN114695610B (zh) * | 2022-05-31 | 2023-02-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 |
| 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 |
| CN115986021A (zh) * | 2023-01-10 | 2023-04-18 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种具有缓冲层的外延结构及包含该结构的发光二极管 |
| CN115986021B (zh) * | 2023-01-10 | 2023-10-20 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种具有缓冲层的外延结构及包含该结构的发光二极管 |
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