CN109346576A - 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。所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层和垒层；所述阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述垒层的材料采用未掺杂的氮化镓；所述复合结构还包括过渡层，所述过渡层设置在所述阱层和垒层之间；所述过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，所述第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝。本发明可提升LED的光电性能。
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)是一种能发光的半导体电子元件。在发光二极管产业的发展中，宽带隙(Eg＞2.3eV)半导体材料氮化镓(GaN)发展迅速，被广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。有源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。量子垒用于将电子和空穴限制在量子阱内，量子阱用于进行电子和空穴的复合发光，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，衬底用于为外延材料提供生长表面。
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：
量子阱的材料通常选择氮化铟镓，量子垒的材料通常选择氮化镓。量子垒与量子阱为异质材料，量子阱和量子垒之间存在较大的晶格失配和热失配，量子阱和量子垒的异质界面会产生较大的应力，此应力在异质界面处产生较大的压电电场，引起量子限制斯塔克效应，大大降低量子阱中电子和空穴的复合发光效率。同时量子阱和量子垒的异质界面晶体质量较差，也会进一步降低量子阱中电子和空穴的复合发光效率，影响到LED器件的光电性能。
发明内容
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，能够解决现有技术量子阱和量子垒晶格失配降低量子阱中电子和空穴的复合发光效率的问题。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、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层和垒层；所述阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述垒层的材料采用未掺杂的氮化镓；所述复合结构还包括过渡层，所述过渡层设置在所述阱层和垒层之间；所述过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，所述第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝。
可选地，所述过渡层的厚度小于所述阱层的厚度。
可选地，所述过渡层的厚度为所述阱层的厚度为1/4～1/2。
可选地，所述过渡层的厚度为5埃～15埃。
可选地，所述第一子层中铟组分的含量小于所述阱层中铟组分的含量。
可选地，所述过渡层还包括第三子层，所述第三子层设置在所述阱层和所述第一子层之间；所述第三子层的材料采用未掺杂的氮化铟。
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N型半导体层、有源层和P型半导体层；
其中，所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层、过渡层和垒层，所述过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层；所述第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，所述第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝，所述阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述垒层的材料采用未掺杂的氮化镓。
可选地，所述第一子层的生长温度大于所述阱层的生长温度，所述第二子层的生长温度大于或等于所述第一子层的生长温度，且所述第二子层的生长温度小于或等于所述垒层的生长温度。
可选地，所述第一子层的生长压力小于所述阱层的生长压力，且所述第一子层的生长压力小于所述垒层的生长压力；所述第二子层的生长压力小于所述阱层的生长压力，且所述第二子层的生长压力小于所述垒层的生长压力。
可选地，所述过渡层还包括第三子层，所述第三子层设置在所述阱层和所述第一子层之间；所述第三子层的材料采用未掺杂的氮化铟。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在阱层和垒层之间插入过渡层，过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层，第一子层的材料采用氮化铟铝，第二子层的材料采用氮化铝，氮化铟铝与氮化铝、以及阱层的材料氮化铟镓的晶格都比较匹配，同时氮化铝与垒层的材料氮化镓之间的晶格常数比较接近，因此过渡层可以有效减小阱层和垒层之间的异质结失配度，改善有源层整体的晶体质量，降低阱层和垒层之间的极化效应，缓解量子限制斯塔克效应，提高量子阱中电子和空穴的复合发光效率，提升LED的光电性能。
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有源层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的过渡层的结构示意图；
图4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一种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、N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40，N型半导体层20、有源层30和P型半导体层40依次层叠在衬底10上。
图2为本发明实施例提供的有源层的结构示意图。参见图2，在本实施例中，有源层30包括依次层叠的多个复合结构，每个复合结构包括依次层叠的阱层31、过渡层32和垒层33。其中，阱层31的材料采用未掺杂的氮化铟镓(InGaN)，垒层33的材料采用未掺杂的氮化镓。
图3为本发明实施例提供的过渡层的结构示意图。参见图3，过渡层32包括依次层叠的第一子层321和第二子层322。第一子层321的材料采用未掺杂的氮化铝铟(AlInN)，第二子层322的材料采用未掺杂的氮化铝(AlN)。
本发明实施例通过在阱层和垒层之间插入过渡层，过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层，第一子层的材料采用氮化铟铝，第二子层的材料采用氮化铝，氮化铟铝与氮化铝、以及阱层的材料氮化铟镓的晶格都比较匹配，同时氮化铝与垒层的材料氮化镓之间的晶格常数比较接近，因此过渡层可以有效减小阱层和垒层之间的异质结失配度，改善有源层整体的晶体质量，降低阱层和垒层之间的极化效应，缓解量子限制斯塔克效应，提高量子阱中电子和空穴的复合发光效率，提升LED的光电性能。
而且氮化铝的势垒较高，可以抑制阱层低温生长带来的缺陷延伸，提高有源层整体的晶体质量，有利于电子和空穴的复合发光，最终提升LED的光电性能。
另外，氮化铝的势垒较高，可以有效降低电子的迁移速率，抑制电子向P型半导体层扩散，有利于电子限制在阱层中与空穴进行复合发光，可以进一步提高量子阱中电子和空穴的复合发光效率，提升LED的光电性能。
可选地，第一子层321中铟组分的含量可以小于阱层31中铟组分的含量，有利于缓解阱层和垒层之间的晶格失配。
具体地，第一子层321中铟组分的含量可以为1％～3％，优选为2％。
如果第一子层中铟组分的含量小于1％，则可能由于第一子层中铟组分的含量与阱层中铟组分的含量相差较大，而导致第一子层和阱层之间的晶格失配程度较大，过渡层无法有效改善阱层和垒层之间的晶格失配；如果第一子层中铟组分的含量大于3％，则可能由于第一子层中铟组分的含量较高，而导致第一子层与第二子层之间的晶格失配程度较大，过渡层还是无法有效改善阱层和垒层之间的晶格失配。
相应地，阱层31中铟组分的含量可以为3％～5％，优选为4％。
如果阱层中铟组分的含量小于3％，则可能由于阱层中铟组分的含量较低而无法满足电子和空穴复合发光的要求；如果阱层中铟组分的含量大于5％，则可能由于阱层中铟组分的含量较高而影响到有源层整体的晶体质量，还是会影响到电子和空穴的复合发光，最终降低LED的发光效率。
可选地，过渡层32的厚度可以小于阱层31的厚度。过渡层较薄，可以有效避免对电子和空穴的复合发光造成负影响。
优选地，过渡层32的厚度可以为阱层31的厚度的1/4～1/2，优选为1/3。
如果过渡层的厚度小于阱层的厚度的1/4，则可能由于过渡层较薄而无法有效缓解阱层和垒层之间的晶格失配；如果过渡层的厚度大于阱层的厚度的1/2，则可能由于过渡层较厚，影响载流子的传输，降低电子和空穴的复合发光效率。
具体地，过渡层32的厚度可以为5埃～15埃，优选为10埃。
如果过渡层的厚度小于5埃，则可能由于过渡层较薄而无法有效缓解阱层和垒层之间的晶格失配；如果过渡层的厚度大于15埃，则可能由于过渡层较厚，影响载流子的传输，降低电子和空穴的复合发光效率。
进一步地，第一子层321的厚度和第二子层322的厚度可以相等，以方便实现。
相应地，阱层31的厚度可以为15埃～45埃，优选为30埃。
如果阱层的厚度小于15埃，则可能由于阱层较薄而影响到电子和空穴的复合发光；如果阱层的厚度大于45埃，则可能由于阱层太厚而影响到有源层整体的晶体质量，不利于电子和空穴的复合发光。
进一步地，垒层33的厚度可以为100埃～120埃，优选为110埃。
如果垒层的厚度小于100埃，则可能由于垒层较薄而无法将电子和空穴限定在阱层中进行复合发光；如果垒层的厚度大于120埃，则可能由于垒层较厚而影响到电子和空穴的迁移，降低LED的发光效率。
可选地，复合结构的数量可以为10个～15个，优选为12个。
如果复合结构的数量小于10个，则可能由于复合结构的数量较少而导致电子和空穴无法充分复合发光，降低LED的发光效率；如果复合结构的数量大于15个，则可能由于复合结构的数量较多，增加工艺的复杂度和生产的成本，造成不必要的浪费。
可选地，如图3所示，过渡层32还可以包括第三子层323，第三子层323设置在阱层31和第一子层321之间；第三子层323的材料采用未掺杂的氮化铟。
通过在阱层和第一子层之间增加第三子层，第三子层的材料采用氮化铟，氮化铟与阱层的材料氮化铟镓、第一子层的材料氮化铝铟的晶格更为匹配，可以进一步缓解复合结构内部的晶格失配，改善有源层整体的晶体质量，降低阱层和垒层之间的极化效应，缓解量子限制斯塔克效应，提高量子阱中电子和空穴的复合发光效率，提升LED的光电性能。
进一步地，第三子层323的厚度可以为过渡层的厚度的1/3，即第一子层、第二子层和第三子层厚度相等。
具体地，衬底10的材料可以采用蓝宝石(主要材料为三氧化二铝)、硅或者碳化硅。N型半导体层20的材料可以采用N型掺杂(如硅)的氮化镓。P型半导体层40的材料可以采用P型掺杂(如镁)的氮化镓。
进一步地，N型半导体层20的厚度可以为0.4μm～0.6μm，优选为0.5μm；N型半导体层20中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1019cm-3～9*1019cm-3，优选为5*1019cm-3。P型半导体层40的厚度可以为100nm～300nm，优选为200nm；P型半导体层40中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1019cm-3～9*1019cm-3，优选为5*1019cm-3。
在实际应用中，衬底10上可以设有图形化二氧化硅层，一方面减少GaN外延材料的位错密度，另一方面改变光线的出射角度，提高光的提取效率。具体地，可以先在蓝宝石衬底上铺设一层二氧化硅材料；再采用光刻技术在二氧化硅材料上形成一定图形的光刻胶；然后采用干法刻蚀技术去除没有光刻胶覆盖的二氧化硅材料，留下的二氧化硅材料形成图形化二氧化硅层；最后去除光刻胶即可。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括缓冲层51，缓冲层51设置在衬底10和N型半导体层20之间，以缓解衬底材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，并为氮化镓材料外延生长提供成核中心。
具体地，缓冲层51的材料可以采用氮化铝。
进一步地，缓冲层51的厚度可以为25nm～35nm，优选为30nm。
优选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括未掺杂氮化镓层52，未掺杂氮化镓层52设置在缓冲层51和N型半导体层20之间，以进一步缓解衬底材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，为外延片主体结构提供晶体质量较好的生长表面。
在具体实现时，缓冲层为首先在图形化衬底上低温生长的一层较薄的氮化镓，因此也称为低温缓冲层。再在低温缓冲层进行氮化镓的纵向生长，会形成多个相互独立的三维岛状结构，称为三维成核层；然后在所有三维岛状结构上和各个三维岛状结构之间进行氮化镓的横向生长，形成二维平面结构，称为二维恢复层；最后在二维生长层上高温生长一层较厚的氮化镓，称为本征氮化镓层。本实施例中将三维成核层、二维恢复层和本征氮化镓层统称为未掺杂氮化镓层。
进一步地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为0.4μm～0.6μm，优选为0.5μm。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括应力释放层60，应力释放层60设置在N型半导体层20和有源层30之间，以对蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力进行释放，提高有源层的晶体质量，有利于电子和空穴在有源层进行辐射复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。
具体地，应力释放层60可以包括交替层叠的多个氮化铟镓层和多个氮化镓层，可以有效释放蓝宝石和氮化镓晶格失配产生的应力，改善外延片的晶体质量，提高LED的发光效率。
进一步地，应力释放层60的厚度可以为50nm～500nm，优选为300nm。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括电子阻挡层71，电子阻挡层71设置在有源层30和P型半导体层40之间，以避免电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，降低LED的发光效率。
具体地，电子阻挡层71的材料可以采用P型掺杂的氮化铝镓(AlGaN)，如AlyGa1-yN，0.1＜y＜0.5。
进一步地，电子阻挡层71的厚度可以为50nm～150nm，优选为100nm。
优选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括低温P型层72，低温P型层72设置在有源层30和电子阻挡层71之间，以避免电子阻挡层较高的生长温度造成有源层中的铟原子析出，影响发光二极管的发光效率。
具体地，低温P型层72的材料可以为与P型半导体层40的材料相同。在本实施例中，低温P型层72的材料可以为P型掺杂的氮化镓。
进一步地，低温P型层72的厚度可以为10nm～50nm，优选为30nm；低温P型层72中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1019cm-3～9*1019cm-3，优选为5*1019cm-3。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括接触层80，接触层80设置在P型半导体层40上。
具体地，接触层80的材料可以采用P型掺杂的氮化镓。
进一步地，接触层80的厚度可以为10nm～50nm，优选为30nm；接触层80中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1020cm-3～9*1020cm-3，优选为5*1020cm-3。
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4为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，参见图4，该制备方法包括：
步骤201：提供一衬底。
可选地，该步骤201可以包括：
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，在氢气气氛中对衬底进行6分钟～10分钟(优选为8分钟)退火处理；
对衬底进行氮化处理。
通过上述步骤清洁衬底的表面，避免杂质掺入外延片中，有利于提高外延片的生长质量。
步骤202：在衬底上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。
在本实施例中，有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个复合结构包括依次层叠的阱层、过渡层和垒层，过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层。第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝，阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，垒层的材料采用未掺杂的氮化镓。
可选地，第一子层的生长温度大于阱层的生长温度，第二子层的生长温度大于或等于第一子层的生长温度，且第二子层的生长温度小于或等于垒层的生长温度，即阱层的生长温度＜第一子层的生长温度≤第二子层的生长温度≤垒层的生长温度。
过渡层的生长温度在阱层的生长温度和垒层的生长温度之间，并且逐渐升高，可以尽可能避免垒层的高温生长造成阱层中的铟解析。同时过渡层的生长温度靠近垒层的生长温度，生长温度较高，晶体质量较好。
具体地，第一子层的生长温度可以为800℃～850℃，优选为830℃；第二子层的生长温度可以为820℃～870℃，优选为850℃。
相应地，阱层的生长温度可以为750℃～800℃，优选为780℃；垒层的生长温度可以为900℃～950℃，优选为930℃。
可选地，第一子层的生长压力小于阱层的生长压力，且第一子层的生长压力小于垒层的生长压力，以便铝的并入；第二子层的生长压力小于阱层的生长压力，且第二子层的生长压力小于垒层的生长压力，以便铝的并入。
具体地，第一子层的生长压力可以为100torr～200torr，优选为150torr；第二子层的生长压力可以为100torr～200torr，优选为150torr。
相应地，阱层的生长压力可以为150torr～250torr，优选为200torr；垒层的生长压力可以为150torr～250torr，优选为200torr。
可选地，过渡层还可以包括第三子层，第三子层设置在阱层和第一子层之间；第三子层的材料采用未掺杂的氮化铟。
进一步地，第三子层的生长温度大于或等于第二子层的生长温度，且第三子层的生长温度小于或等于垒层的生长温度；第三子层的生长压力小于阱层的生长压力，且第三子层的生长压力小于垒层的生长压力。
具体地，第三子层的生长温度可以为840℃～890℃，优选为870℃；第三子层的生长压力可以为150torr～250torr，优选为200torr。
具体地，该步骤202可以包括：
第一步，控制温度为1100℃～1200℃(优选为1150℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在衬底上生长N型半导体层；
第二步，在N型半导体层上生长有源层；
第三步，控制温度为850℃～1080℃(优选为960℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在有源层上生长P型半导体层。
可选地，在第一步之前，该制备方法还可以包括：
在衬底上生长缓冲层。
相应地，N型半导体层生长在缓冲层上。
具体地，在衬底上生长缓冲层，可以包括：
采用物理气相沉积(英文：Physical Vapor Deposition，简称：PVD)技术在衬底上生长缓冲层。
优选地，在衬底上生长缓冲层之后，该制备方法还可以包括：
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。
具体地，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层，可以包括：
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。
可选地，在第二步之前，该制备方法还可以包括：
在N型半导体层上生长应力释放层。
相应地，有源层生长在应力释放层上。
具体地，在N型半导体层上生长应力释放层，可以包括：
控制温度为800℃～1100℃(优选为950℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在N型半导体层上生长应力释放层。
可选地，在第三步之前，该制备方法还可以包括：
在有源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。
具体地，在有源层上生长电子阻挡层，可以包括：
控制温度为850℃～1080℃(优选为960℃)，压力为200torr～500torr(优选为350torr)，在有源层上生长电子阻挡层。
优选地，在有源层上生长电子阻挡层之前，该制备方法还可以包括：
在有源层上生长低温P型层。
相应地，电子阻挡层生长在低温P型层上。
具体地，在有源层上生长低温P型层，可以包括：
控制温度为600℃～850℃(优选为750℃)，压力为100torr～600torr(优选为300torr)，在有源层上生长低温P型层。
可选地，在第三步之后，该制备方法还可以包括：
在P型半导体层上生长接触层。
具体地，在P型半导体层上生长接触层，可以包括：
控制温度为850℃～1080℃(优选为960℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在P型半导体层上生长接触层。
需要说明的是，在上述外延生长结束之后，会先将温度降低至650℃～850℃(优选为750℃)，在氮气气氛中对外延片进行5分钟～15分钟(优选为10分钟)的退火处理，然后再将外延片的温度降低至室温。
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，具体为金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备的反应腔。实现时以三甲基镓或三乙基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源，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、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层和垒层；所述阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述垒层的材料采用未掺杂的氮化镓；其特征在于，所述复合结构还包括过渡层，所述过渡层设置在所述阱层和垒层之间；所述过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，所述第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述过渡层的厚度小于所述阱层的厚度。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述过渡层的厚度为所述阱层的厚度为1/4～1/2。
4.根据权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述过渡层的厚度为5埃～15埃。
5.根据权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中铟组分的含量小于所述阱层中铟组分的含量。
6.根据权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述过渡层还包括第三子层，所述第三子层设置在所述阱层和所述第一子层之间；所述第三子层的材料采用未掺杂的氮化铟。
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N型半导体层、有源层和P型半导体层；
其中，所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层、过渡层和垒层，所述过渡层包括依次层叠的第一子层和第二子层；所述第一子层的材料采用未掺杂的氮化铝铟，所述第二子层的材料采用未掺杂的氮化铝，所述阱层的材料采用未掺杂的氮化铟镓，所述垒层的材料采用未掺杂的氮化镓。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一子层的生长温度大于所述阱层的生长温度，所述第二子层的生长温度大于或等于所述第一子层的生长温度，且所述第二子层的生长温度小于或等于所述垒层的生长温度。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述第一子层的生长压力小于所述阱层的生长压力，且所述第一子层的生长压力小于所述垒层的生长压力；所述第二子层的生长压力小于所述阱层的生长压力，且所述第二子层的生长压力小于所述垒层的生长压力。
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述过渡层还包括第三子层，所述第三子层设置在所述阱层和所述第一子层之间；所述第三子层的材料采用未掺杂的氮化铟。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888071A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-06-14 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种新型GaN基LED外延层结构及其制备方法 |
| CN110137326A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-16 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种可在小电流密度下提升发光效能的外延结构及其制备方法 |
| CN113451460A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-09-28 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 发光器件及其制备方法 |
| CN114220891A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-22 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 半导体器件的外延片及其制作方法和应用 |
| CN114497305A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-05-13 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种外延片、外延片制备方法以及发光二极管 |
| CN114497301A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 厦门三安光电有限公司 | 一种微发光二极管 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682001A (zh) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 丰田合成株式会社 | 第iii族氮化物半导体发光器件 |
| CN104201262A (zh) * | 2014-09-16 | 2014-12-10 | 太原理工大学 | 一种InGaN/AlGaN-GaN基多量子阱结构及其制备方法 |
| CN104319322A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-01-28 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管 |
| CN104518059A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-04-15 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 基于GaN基量子阱的外延结构及其生长方法 |
| CN104810442A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN104835887A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-08-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及该外延片的生长方法 |
| CN107068824A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-08-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN107946420A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-04-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
-
2018
- 2018-09-28 CN CN201811137762.0A patent/CN109346576B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682001A (zh) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | 丰田合成株式会社 | 第iii族氮化物半导体发光器件 |
| CN104201262A (zh) * | 2014-09-16 | 2014-12-10 | 太原理工大学 | 一种InGaN/AlGaN-GaN基多量子阱结构及其制备方法 |
| CN104319322A (zh) * | 2014-10-31 | 2015-01-28 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管 |
| CN104518059A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-04-15 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 基于GaN基量子阱的外延结构及其生长方法 |
| CN104835887A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-08-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及该外延片的生长方法 |
| CN104810442A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-29 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN107068824A (zh) * | 2017-03-07 | 2017-08-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN107946420A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-04-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109888071A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-06-14 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种新型GaN基LED外延层结构及其制备方法 |
| CN109888071B (zh) * | 2019-03-06 | 2021-11-02 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种GaN基LED外延层结构及其制备方法 |
| CN110137326A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-08-16 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种可在小电流密度下提升发光效能的外延结构及其制备方法 |
| CN113451460A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-09-28 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 发光器件及其制备方法 |
| CN113451460B (zh) * | 2020-11-20 | 2022-07-22 | 重庆康佳光电技术研究院有限公司 | 发光器件及其制备方法 |
| CN114220891A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-03-22 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 半导体器件的外延片及其制作方法和应用 |
| CN114220891B (zh) * | 2021-12-21 | 2024-02-23 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 半导体器件的外延片及其制作方法和应用 |
| CN114497301A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-13 | 厦门三安光电有限公司 | 一种微发光二极管 |
| CN114497301B (zh) * | 2022-01-25 | 2023-07-04 | 厦门三安光电有限公司 | 一种微发光二极管 |
| CN114497305A (zh) * | 2022-04-15 | 2022-05-13 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种外延片、外延片制备方法以及发光二极管 |
| CN114497305B (zh) * | 2022-04-15 | 2022-07-22 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种外延片、外延片制备方法以及发光二极管 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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