CN110085712B - 发光二极管及其形成方法 - Google Patents
发光二极管及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110085712B CN110085712B CN201910359919.2A CN201910359919A CN110085712B CN 110085712 B CN110085712 B CN 110085712B CN 201910359919 A CN201910359919 A CN 201910359919A CN 110085712 B CN110085712 B CN 110085712B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gallium nitride
- nitride layer
- quantum well
- type semiconductor
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 90
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N aluminum indium Chemical compound [Al].[In] AJGDITRVXRPLBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 61
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 40
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N alumane;indium Chemical compound [AlH3].[In] AUCDRFABNLOFRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 19
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 7
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 23
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 10
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds 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
- H01L33/04—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
-
- 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
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种发光二极管及其形成方法。一种发光二极管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；制备N型半导体层，覆盖所述第一表面；制备多量子阱结构层，覆盖所述N型半导体层；制备能带扭曲结构层，覆盖所述多量子阱结构层，所述能带扭曲结构层包括层叠设置的铝氮化镓层和P型铝氮化铟层，所述铝氮化镓层设置于所述P型铝氮化铟层和所述多量子阱结构层之间；以及制备P型半导体层，覆盖所述能带扭曲结构层。该形成方法所形成的发光二极管，可以使空穴集中于能带扭曲结构层，从而提升空穴数量，进而提升电子空穴的复合几率，提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种发光二极管及其形成方法。
背景技术
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种能发光的固态半导体器件，被广泛应用于指示灯和显示屏等照明发光领域。
传统技术中，发光二极管的核心一般为PN结。在电场作用下，构成PN结的P型层中的空穴和构成PN结的N型层中的电子复合形成可见光。
申请人在实现传统技术的过程中发现：传统的发光二极管，其P型层一侧空穴注入效率较低，从而导致发光效率差。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术中存在的发光二极管空穴注入效率低，从而导致发光效率差的问题，提供一种发光二极管及其形成方法。
一种发光二极管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；制备N型半导体层，覆盖所述第一表面；制备多量子阱结构层，覆盖所述N型半导体层；制备能带扭曲结构层，覆盖所述多量子阱结构层，所述能带扭曲结构层包括层叠设置的铝氮化镓层和P型铝氮化铟层，所述铝氮化镓层设置于所述P型铝氮化铟层和所述多量子阱结构层之间；以及制备P型半导体层，覆盖所述能带扭曲结构层。
上述发光二极管的形成方法所形成的发光二极管，其能带扭曲结构层包括层叠设置的铝氮化镓层和P型铝氮化铟层，可以使空穴集中于能带扭曲结构层，从而提升空穴数量。空穴数量提升后，空穴穿过能带扭曲结构层进入多量子阱结构层与电子复合，即可提升电子空穴的复合几率，进而提升发光二极管的发光效率。
一种发光二极管，基于上述发光二极管的形成方法，包括：衬底；N型半导体层，覆盖所述衬底；多量子阱结构层，覆盖所述N型半导体层；能带扭曲结构层，覆盖所述多量子阱结构层，所述能带扭曲结构层包括层叠设置的铝氮化镓层和P型铝氮化铟层，且所述铝氮化镓层设于所述多量子阱结构层与所述P型铝氮化铟层之间；以及P型半导体层，覆盖所述能带扭曲结构。
上述发光二极管，其能带扭曲结构包括层叠设置的铝氮化镓层和P型铝氮化铟层，可以使空穴集中于能带扭曲结构，从而提升空穴数量。空穴数量提升后，空穴穿过能带扭曲结构进入多量子阱结构与电子复合，即可提升电子空穴的复合几率，进而提升发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为本申请一个实施例中发光二极管形成方法的流程示意图。
图2为本申请一个实施例中发光二极管的层级结构示意图。
图3为本申请另一个实施例中发光二极管形成方法的流程示意图。
图4为本申请另一个实施例中发光二极管的层级结构示意图。
图5为本申请一个实施例中应力释放层的层级结构示意图。
图6为本申请一个实施例中多量子阱结构的层级结构示意图。
图7为本申请一个实施例中能带扭曲结构的层级结构示意图。
图8为本申请一个实施例中能带扭曲结构的剖面结构示意图。
其中，各附图标号所代表的含义分别为：
10、发光二极管；
100、衬底；
102、第一表面；
104、第二表面；
200、N型半导体层；
300、多量子阱结构层；
310、多量子阱层；
312、铟镓氮层；
314、氮化镓层；
400、能带扭曲结构层；
410、二维空穴气层；
412、铝氮化镓层；
414、P型铝氮化铟层；
500、P型半导体层；
600、应力释放结构层；
610、应力释放层；
612、铟镓氮层；
614、低掺杂的氮化镓层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请针对传统技术中存在的发光二极管的P侧空穴注入效率低，从而影响发光二极管发光效率的问题，提供一种可以提升与电子复合的空穴的数量的发光二极管及其形成方法。
如图1和图2所示，一种发光二极管的形成方法，包括如下步骤：
S100，提供衬底100，所述衬底100具有相对设置的第一表面102和第二表面104。
具体的，提供一用于形成所述发光二极管10的衬底100，所述衬底100可以是蓝宝石衬底或其他类型的衬底。所述衬底100具有相对的第一表面102和第二表面104。
S200，制备N型半导体层200，覆盖所述第一表面102。
具体的，在所述衬底100的一个表面上制备覆盖该表面的N型半导体层200。所述N型半导体层200可以制备于所述第一表面102和所述第二表面104的任意一个上。在本实施例中，所述N型半导体层200制备于所述衬底100的所述第一表面102上，并覆盖所述第一表面102。所述N型半导体层200覆盖所述衬底100的第一表面102，以在电场作用下产生电子。
S300，制备多量子阱结构层300，覆盖所述N型半导体层200。
具体的，在所述N型半导体层200远离所述衬底100的表面上制备多量子阱结构层300。所述多量子阱结构层300覆盖所述N型半导体层200，用于提高电子和空穴的复合率。所述多量子阱结构层300一般可以包括层叠交错的量子阱和量子垒。
S400，制备能带扭曲结构层400，覆盖所述多量子阱结构层300。所述能带扭曲结构层400包括层叠设置的铝氮化镓层412和P型铝氮化铟层414。所述铝氮化镓层412设置于所述P型铝氮化铟层414和所述多量子阱结构层300之间。
具体的，在所述多量子阱结构层300远离所述N型半导体层200的表面上制备能带扭曲结构层400。所述能带扭曲结构层400覆盖所述多量子阱结构层300，用于形成能带扭曲。所述能带扭曲结构层400形成的能带扭曲可以用于集中空穴，从而增加与电子复合的空穴的数量。所述能带扭曲结构层400可以包括层叠的铝氮化镓层412和P型铝氮化铟层414。其中，所述铝氮化镓层412靠近所述多量子阱结构层300；所述P型铝氮化铟层414远离所述多量子阱结构层300。
S500，制备P型半导体层500，覆盖所述能带扭曲结构层400。
具体的，在所述能带扭曲结构层400远离所述多量子阱结构层300的表面上制备P型半导体层500。所述P型半导体层500覆盖所述能带扭曲结构层400，以在电场作用下产生空穴。
采用该方法所形成的发光二极管10通电时，所述N型半导体层200产生电子并在电场作用下向所述多量子阱结构层300方向移动。同时，所述P型半导体层500产生空穴并在电场作用下进入所述能带扭曲结构层400，集中于所述能带扭曲结构层400的能带扭曲部分。当能带扭曲部分的空穴达到一定数量时，即可遂穿所述能带扭曲结构层400的所述铝氮化镓层412进入多量子阱结构层300，与电子复合发光。该方法形成的所述发光二极管10，借由所述铝氮化镓层412和所述P型铝氮化铟层414层叠时产生的能带扭曲形成所述能带扭曲结构层400，可以提升空穴与电子的复合几率，进而提升所述发光二极管10的发光效果。
在一个实施例中，所述发光二极管的形成方法，其所述N型半导体层200可以是N型氮化镓(GaN)层，即所述N型半导体层200的材料为掺杂有N型杂质的氮化镓。
进一步的，该所述N型半导体层200的厚度范围可以是2μm到3μm。具体来说，该所述N型半导体层200的厚度的可以是2μm，也可以是3μm，还可以是2.5μm。
在一个实施例中，如图3所示，所述发光二极管的形成方法，在制备多量子阱结构层300，覆盖所述N型半导体层200之前，还包括如下步骤：
S600，制备应力释放结构层600，覆盖所述N型半导体层200，所述应力释放结构层600设置于所述多量子阱结构层300和所述N型半导体层200之间。
具体的，在制备N型半导体层200之后，制备多量子阱结构层300之前，还可以在N型半导体层200和多量子阱结构层300之间制备一应力释放结构层600。所述应力释放结构层600覆盖所述N型半导体层200。所述应力释放结构层600用于对所述N型半导体层200和所述多量子阱结构层300之间的晶格失配进行缓冲，同时使所述N型半导体层200和所述多量子阱结构层300产生的失配应力得到释放。
该所述发光二极管的形成方法所形成的发光二极管10，还具备应力释放结构层600，可以提高发光二极管10的应力释放能力和晶格失配缓冲能力，进而提升发光二极管10的发光效果。
进一步的，所述步骤S600，具体可以包括：
S610，在850℃到950℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备铟镓氮层612，覆盖所述N型半导体层200。
具体的，在N型半导体层200上制备覆盖N型半导体层200的铟镓氮(InxGa1-xN)层612。所述铟镓氮层612可以在850℃到950℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备，其具体可以是：使包含铟、镓和氮元素的反应气体向所述N型半导体层200远离所述衬底100的表面扩散；使所述反应气体吸附于所述N型半导体层200的表面；使用热分解反应或/和化学合成反应在所述N型半导体层200的表面形成固态的铟镓氮层612。其中，所述化学气相沉积法的反应室的温度范围是850℃到950℃。即所述铟镓氮层612的生长温度可以是850℃，也可以是950℃，还可以是900℃。
S620，再使用化学气相沉积法制备低掺杂的氮化镓层614，覆盖所述铟镓氮层612，以形成一个应力释放层610。
具体的，在所述铟镓氮层612远离所述N型半导体层200的表面上制备低掺杂的氮化镓(GaN)层614。所述低掺杂的氮化镓层614可以是低掺硅(Si)的氮化镓层。所述低掺杂的氮化镓层614可以在850℃到950℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备，其具体可以是：使包含硅、镓和氮元素的反应气体向所述铟镓氮层612远离所述N型半导体层200的表面扩散；使所述反应气体吸附于所述铟镓氮层612的表面；使用热分解反应或/和化学合成反应在所述铟镓氮层612的表面形成固态的低掺杂的氮化镓层614。其中，所述化学气相沉积法的反应室的温度范围是850℃到950℃。即所述低掺杂的氮化镓层614的生长温度可以是850℃，也可以是950℃，还可以是900℃。
S630，重复上述步骤3至9次，以制备3个到9个层叠的应力释放层610，构成所述应力释放结构层600。
具体的，一个铟镓氮层612和一个低掺杂的氮化镓层614构成一个应力释放层610。一般来说，构成所述应力释放结构层600的所述应力释放层610可以是3到9层。即所述应力释放结构层600可以是由3个所述应力释放层610层叠循环形成，也可以是由9个所述应力释放层610层叠循环形成，还可以是由6个所述应力释放层610层叠循环形成。因此，重复上述步骤S610和S620三至九次，形成三到九个应力释放层610，即可构成应力释放结构层600。包括应力释放结构层600的发光二极管10可以如图4所示。图4所示的实施例中，所述应力释放结构层600包括三个层叠的所述应力释放层610。图5示出了所述步骤S610和步骤S620形成的一个所述应力释放层610的结构图。
上述发光二极管的形成方法所形成的所述发光二极管10，通过对构成所述应力释放结构层600的所述应力释放层610进行数量限定，既可以提高所述发光二极管10的应力释放能力，又可以避免所述应力释放结构层600过厚影响所述发光二极管10的正常工作，从而提升所述发光二极管10的发光效果。
在一个实施例中，所述发光二极管的形成方法中，所述步骤S300，具体可以包括：
S310，在780℃到830℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备铟镓氮层312，覆盖所述N型半导体层200。
具体的，当所述发光二极管10不包括应力释放结构层600时，可以在N型半导体层200上制备多量子阱结构层300。此时，在N型半导体层200上制备铟镓氮(InxGa1-xN,0.22≥x≥0.20)层312，铟镓氮层312覆盖所述N型半导体层200。所述铟镓氮层312可以在780℃到830℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备，其具体可以是：使包含铟、镓和氮元素的反应气体向所述N型半导体层200远离所述衬底100的表面扩散；使所述反应气体吸附于所述N型半导体层200的表面；使用热分解反应或/和化学合成反应在所述N型半导体层200的表面形成固态的铟镓氮层312。其中，所述化学气相沉积法的反应室的温度范围是780℃到830℃。即所述铟镓氮层312的生长温度可以是780℃，也可以是830℃，还可以是805℃。
当所述发光二极管10包括应力释放结构层600时，可以在应力释放结构层600上制备多量子阱结构层300。此时，在应力释放结构层600上制备铟镓氮层312，铟镓氮层312覆盖所述应力释放结构层600。所述铟镓氮层312可以在780℃到830℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备，其具体可以是：使包含铟、镓和氮元素的反应气体向所述应力释放结构层600远离所述衬底100的表面扩散；使所述反应气体吸附于所述应力释放结构层600的表面；使用热分解反应或/和化学合成反应在所述应力释放结构层600的表面形成固态的铟镓氮层312。其中，所述化学气相沉积法的反应室的温度范围是780℃到830℃。即所述铟镓氮层312的生长温度可以是780℃，也可以是830℃，还可以是805℃。
S320，调节生长温度范围至850℃到950℃，使用化学气相沉积法制备氮化镓层314，覆盖所述铟镓氮层312，以形成一个多量子阱层310。
具体的，在所述铟镓氮层312远离所述N型半导体层200的表面上制备氮化镓(GaN)层314。所述氮化镓层314可以在850℃到950℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备，其具体可以是：使包含镓和氮元素的反应气体向所述铟镓氮层312远离所述N型半导体层200的表面扩散；使所述反应气体吸附于所述铟镓氮层312的表面；使用热分解反应或/和化学合成反应在所述铟镓氮层312的表面形成固态的氮化镓层314。其中，所述化学气相沉积法的反应室的温度范围是850℃到950℃。即所述低掺杂的氮化镓层314的生长温度可以是850℃，也可以是950℃，还可以是900℃。
S330，重复上述步骤7到13次，以制备7个到13个层叠的多量子阱层310，构成所述多量子阱结构层300。
具体的，一个铟镓氮层312和一个氮化镓层314构成一个多量子阱层310。一般来说，构成所述多量子阱结构层300的所述多量子阱层310可以是7到13层。即所述多量子阱结构层300可以是由7个所述多量子阱层310层叠循环形成，也可以是由13个所述多量子阱层310层叠循环形成，还可以是由10个所述多量子阱层310层叠循环形成。因此，重复上述步骤S310和S320七至十三次，形成七到十三个多量子阱层310，即可构成多量子阱结构层300。图6示出了由两个多量子阱层310构成的多量子阱结构层300的实施例。
上述发光二极管的形成方法形成的所述发光二极管10，通过对构成所述多量子阱结构的所述多量子阱层310进行数量限定，既可以提高所述发光二极管10中与电子复合的空穴数量，又可以避免所述多量子阱结构层300过厚影响电子与空穴的复合，从而提升所述发光二极管10的发光效果。
进一步的，发明人发现，所述多量子阱层310中，所述铟镓氮层312和所述氮化镓层314的厚度不同会影响所述发光二极管10的发光效果。其中，当所述铟镓氮层312的厚度范围为2nm到3nm、所述氮化镓层314的厚度范围为10nm到12nm，且所述多量子阱结构层300的总厚度范围为145nm到165nm时，所述发光二极管10的发光效果最好。即在一个所述多量子阱层310中，所述铟镓氮层312的厚度可以是2nm，也可以是3nm，还可以是2.5nm。在一个所述多量子阱层310中，所述氮化镓层314的厚度可以是10nm，也可以是12nm，还可以是11nm。同时，所述多量子阱结构层300的总厚度可以是145nm，也可以是165nm，还可以是155nm。
在一个实施例中，所述发光二极管的形成方法中，所述步骤S400，具体可以包括：
S410，在740℃到800℃的生长温度范围内，及200托到250托的生长压力范围内使用化学气相沉积法制备铝氮化镓层412，覆盖所述多量子阱结构层300。
具体的，在多量子阱结构层300上制备铝氮化镓(AlGaN)层412。所述铝氮化镓层412覆盖所述多量子阱结构层300。所述铝氮化镓层412可以在740℃到800℃的生长温度范围内、200托到250托的生长压力范围内及氮气(N2)、氢气(H2)和氨气(NH3)的混合气体内使用化学气相沉积法制备。
进一步的，所述步骤S410可以包括：
S411，设置反应室的生长温度为740℃到800℃，生长压力为200托到250托，生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体。在反应室中，向步骤S300所形成的多量子阱结构层300的表面通入流量范围为25cc/sec到45cc/sec的三甲基铝(TMAl)。
S412，保持反应室的温度、压力和气体环境不变，在反应室中，向步骤S300所形成的多量子阱结构层300的表面同步通入流量范围为60cc/sec到120cc/sec的三甲基镓(TMGa)。
S413，使所述三甲基铝、所述三甲基镓和氮发生化合反应，从而得到铝氮化镓。
其中，铝氮化镓层412的生长温度范围是740℃到800℃。即铝氮化镓层412的生长温度可以是740℃，也可以是800℃，还可以是770℃。铝氮化镓层412的生长压力范围为200托到250托。即铝氮化镓层412的生长压力可以是200托，也可以是250托，还可以是225托。铝氮化镓层412的生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体，且氮气、氢气和氨气的配比为：氮气/氢气/氨气为64/120/50L。
S420，继续制备P型铝氮化铟层414，覆盖所述铝氮化镓层412，以形成一个二维空穴气层410。
具体的，在步骤S410得到的铝氮化镓层412上制备P型铝氮化铟(AlInN)层414。所述P型铝氮化铟层414覆盖所述铝氮化镓层412。所述P型铝氮化铟层414可以在740℃到800℃的生长温度范围内、200托到250托的生长压力范围内及氮气、氢气和氨气的混合气体内使用化学气相沉积法制备。
进一步的，所述步骤S420包括：在所述铝氮化镓层412上继续制备掺杂镁的铝氮化铟层，覆盖所述铝氮化镓层412。即所述步骤S420中，P型铝氮化铟层414可以是掺杂镁的铝氮化铟层。此时，所述步骤S420包括：
S421，保持反应室的温度、压力和气体环境不变，在反应室中，向步骤S413所形成的铝氮化镓层412的表面通入流量范围为25cc/sec到45cc/sec的三甲基铝(TMAl)。
即依旧维持反应室的生长温度为740℃到800℃，生长压力为200托到250托，生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体，向反应室内的铝氮化镓层412的表面通入流量范围为25cc/sec到45cc/sec的三甲基铝。
S422，保持反应室的温度、压力和气体环境不变，在反应室中，向步骤S413所形成的铝氮化镓层412的表面同步通入流量范围为50cc/sec到100cc/sec的三甲基铟(TMIn)。
S423，保持反应室的温度、压力和气体环境不变，在反应室中，向步骤S413所形成的铝氮化镓层412的表面同步通入流量范围为800cc/sec到1100cc/sec的二茂镁(CP2Mg)。
S424，使所述三甲基铝、三甲基铟、二茂镁和氮发生化合反应，从而得到掺杂镁的铝氮化铟层。
其中，掺杂镁的铝氮化铟层为P型铝氮化铟层414。P型铝氮化铟层414的生长温度范围是740℃到800℃。即P型铝氮化铟层414的生长温度可以是740℃，也可以是800℃，还可以是770℃。P型铝氮化铟层414的生长压力范围为200托到250托。即P型铝氮化铟层414的生长压力可以是200托，也可以是250托，还可以是225托。P型铝氮化铟层414的生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体，且氮气、氢气和氨气的配比为：氮气/氢气/氨气为64/120/50L。
S430，重复上述步骤6到12次，以制备6到12个层叠的二维空穴气层410，构成所述能带扭曲结构层400。
具体的，一个铝氮化镓层412和一个P型铝氮化铟层414构成一个二维空穴气层410。一般来说，构成所述能带扭曲结构层400的所述二维空穴气层410可以是6到12层。即所述能带扭曲结构层400可以是由6个所述二维空穴气层410层叠循环形成，也可以是由12个所述二维空穴气层410层叠循环形成，还可以是由9个所述二维空穴气层410层叠循环形成。因此，重复上述步骤S410和S420六到十二次，形成六到十二个二维空穴气层410，即可构成能带扭曲结构层400。图7所示的实施例中，所述能带扭曲结构仅包括两个层叠形成的所述二维空穴气层410。能带扭曲结构层400的剖面结构示意图如图8所示。
上述发光二极管的形成方法所形成的发光二极管10，在740℃到800℃的低温环境中生长所述铝氮化镓层412，可以改善所述铝氮化镓层412的晶体质量，减少被所述铝氮化镓层412捕获的空穴数量，从而提升与电子复合的空穴数量。同时，在该环境中生长所述P型铝氮化铟层414，可以提升铟的含量，从而使P型受体镁可以进入铝氮化铟晶格中，提升空穴数量级。
在一个实施例中，所述发光二极管的形成方法，其所述P型半导体层500可以是P型氮化镓(GaN)层，即所述P型半导体层500的材料为掺杂有P型杂质的氮化镓，具体可以是掺杂镁的氮化镓。
进一步的，该所述P型半导体层500的厚度范围可以是80nm到120nm，生长温度范围可以为900℃到1100℃。具体来说，所述P型半导体层500的厚度可以是80nm，也可以是120nm，还可以是100nm。所述P型半导体层500的生长温度范围可以为900℃，也可以为1100℃，还可以为1000℃。该所述P型半导体层500也可以使用化学气相沉积法制备，不再赘述。
本申请还提供一种发光二极管10，其基于上述实施例制备而成，包括衬底100、N型半导体层200、多量子阱结构层300、能带扭曲结构层400和P型半导体层500。
具体的，所述衬底100位于所述发光二极管10的底部，其一般可以是蓝宝石衬底或其他类型的衬底。
所述N型半导体层200位于所述衬底100上方，以在电场作用下产生电子。所述N型半导体层200一般可以是掺杂有N型杂质的半导体层。
所述多量子阱结构层300位于所述N型半导体层200和所述P型半导体层500中间，用于提高电子和空穴的复合效率。所述多量子阱结构层300一般可以包括层叠交错的量子阱和量子垒。
所述能带扭曲结构层400位于所述多量子阱结构层300与所述P型半导体层500中间，用于形成能带扭曲，从而使空穴在所述能带扭曲结构层400中集中于能带扭曲部分。所述能带扭曲结构层400可以包括层叠设置的所述铝氮化镓(AlGaN)层412和P型铝氮化铟(AlInN)层414。
所述P型半导体层500用于在电场作用下产生空穴，其一般可以是掺杂有P型杂质的半导体层。所述P型半导体层500位于所述能带扭曲结构400上方，即位于所述能带扭曲结构层400远离所述多量子阱结构层300的一侧。
所述发光二极管10通电时，所述N型半导体层200产生电子并在电场作用下向所述多量子阱结构层300方向移动。同时，所述P型半导体层500产生空穴并在电场作用下进入所述能带扭曲结构层400，集中于所述能带扭曲结构层400的能带扭曲部分。当能带扭曲部分的空穴达到一定数量时，即可遂穿所述能带扭曲结构层400的所述铝氮化镓层412进入量子阱结构，与电子复合发光。所述发光二极管10，借由所述铝氮化镓层412和所述P型铝氮化铟层414层叠时产生的能带扭曲形成所述能带扭曲结构层400，可以提升空穴与电子的复合几率，进而提升所述发光二极管10的发光效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种发光二极管的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底(100)，所述衬底(100)具有相对设置的第一表面(102)和第二表面(104)；
制备N型半导体层(200)，覆盖所述第一表面(102)；
制备多量子阱结构层(300)，覆盖所述N型半导体层(200)；
制备能带扭曲结构层(400)，覆盖所述多量子阱结构层(300)，所述能带扭曲结构层(400)包括层叠设置的铝氮化镓层(412)和P型铝氮化铟层(414)，所述铝氮化镓层(412)设置于所述P型铝氮化铟层(414)和所述多量子阱结构层(300)之间；以及
制备P型半导体层(500)，覆盖所述能带扭曲结构层(400)；
其中，所述制备能带扭曲结构层(400)，覆盖所述多量子阱结构层(300)，包括：
在740℃到800℃的生长温度范围内，及200托到250托的生长压力范围内使用化学气相沉积法制备所述铝氮化镓层(412)，覆盖所述多量子阱结构层(300)；
继续制备所述P型铝氮化铟层(414)，覆盖所述铝氮化镓层(412)，以形成一个二维空穴气层(410)；
重复上述步骤6到12次，以制备6个到12个层叠的所述二维空穴气层(410)，构成所述能带扭曲结构层(400)。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述N型半导体层(200)的厚度为2微米到3微米。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，在制备多量子阱结构层(300)，覆盖所述N型半导体层(200)之前，还包括：
制备应力释放结构层(600)，覆盖所述N型半导体层(200)，所述应力释放结构层(600)设置于所述多量子阱结构层(300)和所述N型半导体层(200)之间。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述制备应力释放结构层(600)，覆盖所述N型半导体层(200)，具体包括：在850℃到950℃的生长温度范围内，
使用化学气相沉积法制备铟镓氮层(612)，覆盖所述N型半导体层(200)；
再使用化学气相沉积法制备低掺杂的氮化镓层(614)，覆盖所述铟镓氮层(612)，以形成一个应力释放层(610)；
重复上述步骤3到9次，以制备3个到9个层叠的应力释放层(610)，构成所述应力释放结构层(600)。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述制备多量子阱结构层(300)，覆盖所述N型半导体层(200)，包括：
在780℃到830℃的生长温度范围内使用化学气相沉积法制备铟镓氮层(312)，覆盖所述N型半导体层(200)；
调节生长温度范围至850℃到930℃，使用化学气相沉积法制备氮化镓层(314)，覆盖所述铟镓氮层(312)，以形成一个多量子阱层(310)；
重复上述步骤7到13次，以制备7到13个层叠的多量子阱层(310)，构成所述多量子阱结构层(300)。
6.根据权利要求5所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述铟镓氮层(312)的厚度范围为2纳米到3纳米，所述氮化镓层(314)的厚度范围为10纳米到12纳米；
所述多量子阱结构层(300)的厚度范围为145纳米到165纳米。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述在740℃到800℃的生长温度范围内，及200托到250托的生长压力范围内制备铝氮化镓层(412)，覆盖所述多量子阱结构层(300)，包括：在生长温度范围为740℃到800℃、生长压力范围为200托到250托，及生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体的生长环境内，
通入流量范围为25cc/sec到45cc/sec的三甲基铝；
通入流量范围为60cc/sec到120cc/sec的三甲基镓；
使所述三甲基铝、三甲基镓和氮化合制备所述铝氮化镓(412)。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述继续制备P型铝氮化铟层(414)，覆盖所述铝氮化镓层(412)，以形成一个二维空穴气层(410)，包括：
在所述铝氮化镓层(412)上制备掺杂镁的铝氮化铟层，覆盖所述铝氮化镓层(412)。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述在所述铝氮化镓层(412)上制备掺杂镁的铝氮化铟层，包括：在生长温度范围为740℃到800℃、生长压力范围为200托到250托，及生长气体为氮气、氢气和氨气的混合气体的生长环境内，
通入流量范围为25cc/sec到45cc/sec的三甲基铝；
通入流量范围为50cc/sec到100cc/sec的三甲基铟；
通入流量范围为800cc/sec到1100cc/sec的二茂镁；
使所述三甲基铝、三甲基铟、氮和二茂镁化合制备所述掺杂镁的铝氮化铟。
10.根据权利要求1所述的发光二极管的形成方法，其特征在于，所述P型半导体层(500)的厚度为80纳米到120纳米。
11.一种发光二极管，基于权利要求1至10任意一项所述的形成方法，其特征在于，包括：
衬底(100)；
N型半导体层(200)，覆盖所述衬底(100)；
多量子阱结构层(300)，覆盖所述N型半导体层(200)；
能带扭曲结构层(400)，覆盖所述多量子阱结构层(300)，所述能带扭曲结构层(400)包括层叠设置的铝氮化镓层(412)和P型铝氮化铟层(414)，且所述铝氮化镓层(412)设于所述多量子阱结构层(300)与所述P型铝氮化铟层(414)之间；以及P型半导体层(500)，覆盖所述能带扭曲结构(400)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910359919.2A CN110085712B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 发光二极管及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910359919.2A CN110085712B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 发光二极管及其形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110085712A CN110085712A (zh) | 2019-08-02 |
| CN110085712B true CN110085712B (zh) | 2021-07-30 |
Family
ID=67418001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910359919.2A Active CN110085712B (zh) | 2019-04-30 | 2019-04-30 | 发光二极管及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110085712B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103811609A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-21 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化物半导体发光二极管外延片、器件及其制备方法 |
| CN103996765A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-08-20 | 大连路美芯片科技有限公司 | 一种提高内量子效率的led外延结构及生长方法 |
| CN204651339U (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 安徽三安光电有限公司 | 一种具有超晶格空穴注入层结构的发光二极管 |
| CN105449051A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-03-30 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 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 |
| CN106025016A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN106784210A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN107134514A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-05 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN108666398A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种led外延结构及其生长方法 |
| CN109300851A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-01 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种具有Al和In掺杂生长的低温P型GaN外延片 |
-
2019
- 2019-04-30 CN CN201910359919.2A patent/CN110085712B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103996765A (zh) * | 2012-12-18 | 2014-08-20 | 大连路美芯片科技有限公司 | 一种提高内量子效率的led外延结构及生长方法 |
| CN103811609A (zh) * | 2014-02-19 | 2014-05-21 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化物半导体发光二极管外延片、器件及其制备方法 |
| CN105449051A (zh) * | 2014-08-25 | 2016-03-30 | 东莞市中镓半导体科技有限公司 | 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 |
| CN204651339U (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 安徽三安光电有限公司 | 一种具有超晶格空穴注入层结构的发光二极管 |
| CN106025016A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-10-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN106784210A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制作方法 |
| CN108666398A (zh) * | 2017-03-28 | 2018-10-16 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种led外延结构及其生长方法 |
| CN107134514A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-05 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN109300851A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-01 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种具有Al和In掺杂生长的低温P型GaN外延片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110085712A (zh) | 2019-08-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4405085B2 (ja) | 縦型窒化インジウムガリウムｌｅｄ | |
| TWI451591B (zh) | 以氮化物為主之發光裝置 | |
| JP3304782B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| KR100784065B1 (ko) | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
| US7547910B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing semiconductor light-emitting device | |
| CN110718612B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| JP5400001B2 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体の深紫外発光素子構造 | |
| CN116581217B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| WO2009119498A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| TW201717429A (zh) | 半導體發光元件 | |
| WO2015186478A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| US20130075755A1 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
| WO2024002094A1 (zh) | 一种发光二极管及其外延结构 | |
| CN110911529B (zh) | 一种发光二极管外延结构生长方法 | |
| CN109713097A (zh) | 一种led外延结构及其制备方法、led芯片 | |
| CN109671817A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| JPH11354840A (ja) | ＧａＮ系量子ドット構造の製造方法およびその用途 | |
| CN110085711B (zh) | 发光二极管及其形成方法 | |
| CN217641376U (zh) | 一种led外延片及led芯片 | |
| CN110085712B (zh) | 发光二极管及其形成方法 | |
| KR100728132B1 (ko) | 전류 확산층을 이용한 발광 다이오드 | |
| CN113690351B (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112366260B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN209822676U (zh) | 发光二极管 | |
| CN110047978B (zh) | 发光二极管及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |