CN111900237A - 一种紫外led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种紫外LED芯片及其制作方法，阱垒之间插入一层较薄的AlxInyGa1‑x‑yN插入层，由于其晶格常数介于InGaN和AlGaN之间，减少了阱垒之间的晶格失配，提高了阱垒界面的晶体质量，削弱了极化电场强度，有利于紫外LED芯片功率的提升。并且对Al组分和In组分进行掺杂梯度优化，实现更有效的电子束缚和更均匀的空穴注入，使载流子在整个多量子阱结构区域分布更加均衡，实现高光效的紫外LED芯片。并且AlxInyGa1‑x‑yN插入层采用脉冲通源的方法生成，Al和In原子有足够的时间在表面进行迁移，有利于二维层状生长，同时也可以更精细的控制材料组分，进而可提高AlxInyGa1‑x‑yN插入层的晶体质量。

Description

一种紫外LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体光电子技术领域，更具体地说，涉及一种紫外LED芯片及其制作方法。
背景技术
近年来，由于GaN基材料优异的物理和化学特性，例如禁带宽度大、击穿电场高和电子饱和迁移率高等，在电学和光学领域受到广泛的关注与应用，比如，目前商业化应用较高的蓝绿光发光材料。然而，迄今为止只利用了GaN基材料发光谱中非常窄的一部分，通过向GaN基材料中添加Al，实现覆盖整个紫外波段的发光。
同时，由于紫外光在工业固化、杀菌消毒和环境监测等领域的重要应用，市场前景极为广阔。但是，目前由于材料、结构和生产工艺等因素的限制，紫外LED的大规模应用依旧存在很多问题，例如电子束缚不足导致的溢流严重的问题，强极化电场引起的发光效率低下的问题，以及AlGaN晶体质量有待于进一步提升等问题，这些都给紫外LED商业化带来了巨大的挑战。
目前，常规紫外LED芯片的量子阱结构主要为：InGaN/GaN，由于GaN势垒较低，无法有效束缚电子，电子溢流严重；InGaN/AlGaN，虽然可以有效束缚电子，但是这两种材料的晶格失配较大，极化电场加剧，从而降低发光效率；InGaN/AlInGaN，虽然这两种材料的晶格失配较小，但是，电子束缚能力有限。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种紫外LED芯片及其制作方法，技术方案如下：
一种紫外LED芯片，所述紫外LED芯片包括：
衬底；
依次设置在所述衬底一侧的缓冲层和电流扩展层；
设置在所述电流扩展层背离所述缓冲层一侧的多量子阱结构，其中，所述多量子阱结构包括多层在第一方向上堆叠设置的多量子阱叠层，所述多量子阱叠层包括在所述第一方向上依次设置的InGaN量子阱层、AlxInyGa1-x-yN插入层和AlGaN量子垒层，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述缓冲层。
可选的，在上述紫外LED芯片中，所述InGaN量子阱层的厚度为2nm-4nm。
可选的，在上述紫外LED芯片中，所述AlxInyGa1-x-yN插入层的厚度为1nm-3nm。
可选的，在上述紫外LED芯片中，所述AlGaN量子垒层的厚度为7nm-9nm。
可选的，在上述紫外LED芯片中，所述AlGaN量子垒层中的Al组分高于所述AlxInyGa1-x-yN插入层中的Al组分。
可选的，在上述紫外LED芯片中，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分固定不变。
可选的，在上述紫外LED芯片中，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分均渐变增加。
可选的，在上述紫外LED芯片中，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分均渐变减少。
可选的，在上述紫外LED芯片中，在所述第一方向上，所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分渐变增加，In组分渐变减少；
或，
在所述第一方向上，所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分渐变减少，In组分渐变增加。
一种紫外LED芯片的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层和电流扩展层；
在所述电流扩展层背离所述缓冲层的一侧形成InGaN量子阱层；
采用脉冲通源法，在所述InGaN量子阱层背离所述电流扩展层的一侧形成AlxInyGa1-x-yN插入层，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05；
在所述AlxInyGa1-x-yN插入层背离所述InGaN量子阱层的一侧形成AlGaN量子垒层。
相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：
本发明提供的一种紫外LED芯片，通过在InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层之间插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层，由于AlxInyGa1-x-yN插入层其晶格常数介于InGaN和AlGaN之间，进而减少了阱垒之间的晶格失配，提高了阱垒界面的晶体质量，削弱了极化电场强度，有利于紫外LED芯片功率的提升。
并且，AlxInyGa1-x-yN插入层通过能带调制，例如对该层的Al组分和In组分的掺杂梯度进行优化，可实现更有效的电子束缚和更均匀的空穴注入，从而使载流子在整个多量子阱结构区域分布更加均衡，有助于实现高光效的紫外LED芯片。
并且，AlxInyGa1-x-yN插入层采用脉冲通源的方法生成，Al和In原子有足够的时间在表面进行迁移，有利于二维层状生长，同时也可以更精细的控制材料组分，进而可提高AlxInyGa1-x-yN插入层的晶体质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种紫外LED芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图；
图6-图11为图5所示制作方法相对应的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的一种利用脉冲通源法生长AlxInyGa1-x-yN插入层的示意图；
图13为图5所示制作方法相对应的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的另一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图；
图15为图14所示制作方法相对应的结构示意图；
图16为本发明实施例提供的又一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图；
图17为图16所示制作方法相对应的结构示意图；
图18为本发明实施例提供的又一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图；
图19为图18所示制作方法相对应的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种紫外LED芯片的结构示意图。
所述紫外LED芯片包括：
衬底11。
依次设置在所述衬底11一侧的缓冲层12和电流扩展层13。
设置在所述电流扩展层13背离所述缓冲层12一侧的多量子阱结构，其中，所述多量子阱结构包括多层在第一方向上堆叠设置的多量子阱叠层，所述多量子阱叠层包括在所述第一方向上依次设置的InGaN量子阱层14、AlxInyGa1-x-yN插入层15和AlGaN量子垒层16，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05；所述第一方向垂直于所述衬底11，且由所述衬底11指向所述缓冲层12。
在该实施例中，通过在InGaN量子阱层14和AlGaN量子垒层16之间插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层15，由于AlxInyGa1-x-yN插入层15其晶格常数介于InGaN量子阱层14和AlGaN量子垒层16之间，进而减少了InGaN量子阱层14和AlGaN量子垒层16之间的晶格失配，提高了InGaN量子阱层14和AlGaN量子垒层16界面的晶体质量，削弱了极化电场强度，有利于紫外LED芯片功率的提升。
并且，AlxInyGa1-x-yN插入层15通过能带调制，例如对该层的Al组分和In组分的掺杂梯度进行优化，可实现更有效的电子束缚和更均匀的空穴注入，从而使载流子在整个多量子阱结构区域分布更加均衡，有助于实现高光效的紫外LED芯片。
也就是说，InGaN量子阱层14、AlxInyGa1-x-yN插入层15和AlGaN量子垒层16三种材料的带隙特点，使势垒呈现由低到高，不断减缓电子的迁移速率，从而减少电子溢流，让空穴注入到更深的多量子阱结构中，从而使载流子在整个发光区分布更加均匀。
与现有的InGaN/GaN、InGaN/AlInGaN相比，由于InGaN量子阱层14、AlxInyGa1-x-yN插入层15和AlGaN量子垒层16三种材料的带隙特点，AlGaN＞AlxInyGa1-x-yN＞InGaN，在InGaN/AlGaN中插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层15，能够提供更有限的电子束缚。同时，对比于单纯的InGaN/AlGaN而言，AlxInyGa1-x-yN插入层15能够减小晶格失配带来的强极化电场，提高发光效率。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述InGaN量子阱层14的厚度为2nm-4nm。
在该实施例中，例如所述InGaN量子阱层14的厚度为2.3nm或2.6nm或3.7nm等。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述AlxInyGa1-x-yN插入层15的厚度为1nm-3nm。
在该实施例中，例如所述AlxInyGa1-x-yN插入层15的厚度为1.4nm或1.9nm或2.6nm或2.9nm等。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述AlGaN量子垒层16的厚度为7nm-9nm。
在该实施例中，例如所述AlGaN量子垒层16的厚度为7.1nm或8.4nm或7.9nm等。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述AlGaN量子垒层16中的Al组分高于所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中的Al组分。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图2，图2为本发明实施例提供的一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图。
在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分和In组分固定不变。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图。
在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分和In组分均渐变增加。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分的示意图。
在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分和In组分均渐变减少。
需要说明的是，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分渐变增加，In组分渐变减少；
或，
在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分渐变减少，In组分渐变增加。
也就是说，紫外LED芯片中，AlxInyGa1-x-yN插入层15中Al组分和In组分可以根据实际情况进行优化，以实现最终的效果。
进一步的，基于本发明上述实施例，如图1所示，所述紫外LED芯片还包括：
设置在所述衬底11和所述缓冲层12之间的成核层17。
在该实施例中，所述成核层17为未掺杂的AlN低温成核层。
进一步的，基于本发明上述实施例，如图1所示，所述紫外LED芯片还包括：
依次设置在所述多量子阱结构背离所述衬底11一侧的GaN帽层18、超晶格电子阻挡层19和P型接触层20。
在该实施例中，所述超晶格电子阻挡层19包括但不限定于P型AlGaN超晶格电子阻挡层。
进一步的，基于本发明上述实施例，如图1所示，所述紫外LED芯片还包括：
设置在所述P型接触层20上的P电极21和设置在所述电流扩展层13上的N电极22。
在该实施例中，所述P电极21和所述N电极22的材料在本发明实施例中并不作限定。
进一步的，基于本发明上述实施例，所述电流扩展层13包括在第一方向上依次设置的AlGaN层和GaN层，并且可交替生长10-20个周期。
进一步的，基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种紫外LED芯片的制作方法，参考图5，图5为本发明实施例提供的一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图。
所述制作方法所用设备包括但不限于MOCVD，以三甲/乙基镓TMGa/TEGa、三甲基铝TMAl、氨气NH3为Ga源、Al源、N源、N2、H2为载气，N型和P型掺杂源分别是硅烷SiH4和二茂镁CP2Mg。
整个反应生长的压力为100torr-300torr。
所述制作方法包括：
S101：如图6所示，提供一衬底11。
在该步骤中，所述衬底11包括但不限于c面蓝宝石衬底。
S102：如图7、图8和图9所示，在所述衬底上依次形成缓冲层和电流扩展层。
在该步骤中，将所述衬底11放入MOCVD反应室中，在1100℃左右的温度环境下，通入高纯氢气氢化5分钟左右，然后降温至960℃左右，通入Al源和N源生长10nm左右厚度的未掺杂的AlN低温成核层17。
继续升温至1050℃-1100℃，关闭Al源，通入TMGa源，生长2.0μm-2.5μm的未掺杂的GaN缓冲层12，其目的是通过生长高质量的GaN缓冲层，减小蓝宝石衬底与后续生长膜层材料之间的晶格失配。
接着再通入Al源，环境温度为980℃-1020℃，生长电流扩展层13中的AlGaN部分，生长厚度为10nm-20nm左右。
关闭Al源，通入硅烷，生长5nm-10nm左右，掺杂Si元素的GaN层，掺杂浓度为5×1018cm-3-10×1018cm-3。
这两层交替生长，形成10-20个周期的电流扩展层。
该电流扩展层13可以进一步阻断位错以提高晶体质量，并且，该电流扩展层13利用间断掺杂的方式(即不掺杂/掺杂/不掺杂/掺杂/不掺杂/掺杂…)，可进一步增强电流扩展能力。
接下来开始生长多量子阱结构，为了提升多量子阱结构区域阱垒界面的晶体质量，进一步增强电子束缚，减小极化电场强度，达到提升紫外LED芯片发光功率的目的，采用脉冲通源法，在InGaN量子阱层14和AlGaN量子垒层16之间插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层15，通过优化AlxInyGa1-x-yN插入层15中的Al组分和In组分，达到最佳效果，具体生长流程如下：
S103：如图10所示，在所述电流扩展层13背离所述缓冲层12的一侧形成InGaN量子阱层14。
在该步骤中，当生长完成电流扩展层13之后，将温度调整至800℃-850℃，通入In源、TEGa源和N源，生长厚度为2nm-4nm的InGaN量子阱层14。
S104：如图11所示，采用脉冲通源法，在所述InGaN量子阱层14背离所述电流扩展层13的一侧形成AlxInyGa1-x-yN插入层15，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05。
在该步骤中，参考图12，图12为本发明实施例提供的一种利用脉冲通源法生长AlxInyGa1-x-yN插入层的示意图。
升温至850℃-900℃，利用脉冲通源法(TMAl、TEGa)，在通入TMAl源的同时，关闭NH3，以达到减少TMAl与NH3预反应的效果，减少寄生反应，其目的是生长厚度为1nm-3nm厚度的高晶体质量的AlxInyGa1-x-yN插入层15。
S105：如图13所示，在所述AlxInyGa1-x-yN插入层15背离所述InGaN量子阱层14的一侧形成AlGaN量子垒层16。
在该步骤中，关闭In源，继续升温至900℃-950℃，生长7nm-9nm厚度的AlGaN量子垒层16，其中，所述AlGaN量子垒层16中的Al组分高于所述AlxInyGa1-x-yN插入层15中的Al组分。
如图13所示，如此交替生长InGaN量子阱层14、AlxInyGa1-x-yN插入层15和AlGaN量子垒层16，5-10个周期，从而形成多量子阱结构。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图14，图14为本发明实施例提供的另一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图。
所述制作方法还包括：
S106：如图15所示，在所述多量子阱结构背离所述衬底11的一侧形成GaN帽层18。
在该步骤中，关闭Al源，通入二茂镁CP2Mg，生长厚度为100nm-150nm，掺杂浓度为1×1018cm-3-5×1018cm-3的P型GaN帽层18。
该P型GaN帽层18用于保护多量子阱结构的晶体质量，提高空穴注入效率。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图16，图16为本发明实施例提供的又一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图。
所述制作方法还包括：
S107：如图17所示，在所述GaN帽层18背离所述衬底11的一侧形成超晶格电子阻挡层19。
在该步骤中，将温度调整至1150℃左右，通入Al源、TMGa源、N源和二茂镁CP2Mg，生长P型AlGaN超晶格电子阻挡层，超晶格周期为5-20个左右，掺杂浓度为1×1018cm-3-3×1018cm-3。
进一步的，基于本发明上述实施例，参考图18，图18为本发明实施例提供的又一种紫外LED芯片的制作方法的流程示意图。
所述制作方法还包括：
S108：如图19所示，在所述超晶格电子阻挡层19背离所述衬底11的一侧形成P型接触层20。
在该步骤中，所述P型接触层20为P型GaN接触层，掺杂浓度为5×1018cm-3-10×1018cm-3，在N2的氛围下850℃-900℃退火20-30分钟。
并且，如图1所示，形成P电极21和N电极22。
通过上述描述可知，本申请通过在InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层之间插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层，由于AlxInyGa1-x-yN插入层其晶格常数介于InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层之间，进而减少了InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层之间的晶格失配，提高了InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层界面的晶体质量，削弱了极化电场强度，有利于紫外LED芯片功率的提升。
并且，AlxInyGa1-x-yN插入层通过能带调制，例如对该层的Al组分和In组分的掺杂梯度进行优化，可实现更有效的电子束缚和更均匀的空穴注入，从而使载流子在整个多量子阱结构区域分布更加均衡，有助于实现高光效的紫外LED芯片。
也就是说，InGaN量子阱层、AlxInyGa1-x-yN插入层和AlGaN量子垒层三种材料的带隙特点，使势垒呈现由低到高，不断减缓电子的迁移速率，从而减少电子溢流，让空穴注入到更深的多量子阱结构中，从而使载流子在整个发光区分布更加均匀。
与现有的InGaN/GaN、InGaN/AlInGaN相比，由于InGaN量子阱层、AlxInyGa1-x-yN插入层和AlGaN量子垒层三种材料的带隙特点，AlGaN＞AlxInyGa1-x-yN＞InGaN，在InGaN/AlGaN中插入一层较薄的AlxInyGa1-x-yN插入层，能够提供更有限的电子束缚。同时，对比于单纯的InGaN/AlGaN而言，AlxInyGa1-x-yN插入层能够减小晶格失配带来的强极化电场，提高发光效率。
并且，本申请中AlxInyGa1-x-yN插入层采用脉冲通源的方法生成，Al和In原子有足够的时间在表面进行迁移，有利于二维层状生长，同时也可以更精细的控制材料组分，进而可提高AlxInyGa1-x-yN插入层的晶体质量。
以上对本发明所提供的一种紫外LED芯片及其制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种紫外LED芯片，其特征在于，所述紫外LED芯片包括：
衬底；
依次设置在所述衬底一侧的缓冲层和电流扩展层；
设置在所述电流扩展层背离所述缓冲层一侧的多量子阱结构，其中，所述多量子阱结构包括多层在第一方向上堆叠设置的多量子阱叠层，所述多量子阱叠层包括在所述第一方向上依次设置的InGaN量子阱层、AlxInyGa1-x-yN插入层和AlGaN量子垒层，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05；所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述缓冲层。
2.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述InGaN量子阱层的厚度为2nm-4nm。
3.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述AlxInyGa1-x-yN插入层的厚度为1nm-3nm。
4.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述AlGaN量子垒层的厚度为7nm-9nm。
5.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，所述AlGaN量子垒层中的Al组分高于所述AlxInyGa1-x-yN插入层中的Al组分。
6.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分固定不变。
7.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分均渐变增加。
8.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，多层所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分和In组分均渐变减少。
9.根据权利要求1所述的紫外LED芯片，其特征在于，在所述第一方向上，所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分渐变增加，In组分渐变减少；
或，
在所述第一方向上，所述AlxInyGa1-x-yN插入层中Al组分渐变减少，In组分渐变增加。
10.一种紫外LED芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层和电流扩展层；
在所述电流扩展层背离所述缓冲层的一侧形成InGaN量子阱层；
采用脉冲通源法，在所述InGaN量子阱层背离所述电流扩展层的一侧形成AlxInyGa1-x-yN插入层，0＜x＜0.05，0＜y＜0.05；
在所述AlxInyGa1-x-yN插入层背离所述InGaN量子阱层的一侧形成AlGaN量子垒层。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114038955A (zh) * 2021-02-25 2022-02-11 重庆康佳光电技术研究院有限公司 发光芯片的外延结构、发光芯片及显示背板
CN114038959A (zh) * 2021-08-10 2022-02-11 重庆康佳光电技术研究院有限公司 外延结构及其制作方法、led器件
CN114068778A (zh) * 2022-01-18 2022-02-18 至芯半导体(杭州)有限公司 一种uvb芯片的外延结构、uvb芯片
WO2023015443A1 (zh) * 2021-08-10 2023-02-16 重庆康佳光电技术研究院有限公司 外延结构及其制作方法、led器件

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000026711A (ko) * 1998-10-22 2000-05-15 구자홍 Gan 반도체 레이저 다이오드 및 발광 다이오드
CN100375301C (zh) * 2002-11-06 2008-03-12 三垦电气株式会社 半导体发光元件及其制造方法
CN101359711A (zh) * 2008-09-25 2009-02-04 上海蓝光科技有限公司 一种绿光发光二极管
CN101359710A (zh) * 2008-09-25 2009-02-04 上海蓝光科技有限公司 一种绿光发光二极管的制造方法
US20110168979A1 (en) * 2010-01-08 2011-07-14 Michael Shur Superlattice Structure
CN102822995A (zh) * 2010-02-03 2012-12-12 克里公司 带具有变化的阱厚度的多量子阱结构的基于iii族氮化物的发光二极管结构
CN103022289A (zh) * 2012-12-18 2013-04-03 佛山市国星半导体技术有限公司 InGaN基多量子阱结构的制备方法及LED结构
CN105789394A (zh) * 2016-04-20 2016-07-20 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
CN105932125A (zh) * 2016-05-17 2016-09-07 太原理工大学 一种GaN基绿光LED外延结构及其制备方法
CN105990106A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体异质结构、其制备方法及应用
CN106920866A (zh) * 2017-02-20 2017-07-04 扬州中科半导体照明有限公司 一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法
CN108538978A (zh) * 2018-04-13 2018-09-14 厦门乾照光电股份有限公司 一种可提高发光效率的led外延结构及其生长方法
CN208753355U (zh) * 2018-09-21 2019-04-16 安徽三安光电有限公司 一种多量子阱结构及其发光二极管
CN109671813A (zh) * 2018-11-07 2019-04-23 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
CN208862012U (zh) * 2018-09-29 2019-05-14 安徽三安光电有限公司 一种多量子阱结构及其发光二极管
CN109830580A (zh) * 2019-01-29 2019-05-31 华灿光电（浙江）有限公司 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
CN109950374A (zh) * 2019-04-02 2019-06-28 南通大学 一种氮化物量子阱结构深紫外发光二极管
CN110401106A (zh) * 2019-07-10 2019-11-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 具有AlGaN插入层的GaN基半导体发光器件及其制作方法
CN109065679B (zh) * 2018-06-29 2020-05-19 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

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000026711A (ko) * 1998-10-22 2000-05-15 구자홍 Gan 반도체 레이저 다이오드 및 발광 다이오드
CN100375301C (zh) * 2002-11-06 2008-03-12 三垦电气株式会社 半导体发光元件及其制造方法
CN101359711A (zh) * 2008-09-25 2009-02-04 上海蓝光科技有限公司 一种绿光发光二极管
CN101359710A (zh) * 2008-09-25 2009-02-04 上海蓝光科技有限公司 一种绿光发光二极管的制造方法
US20110168979A1 (en) * 2010-01-08 2011-07-14 Michael Shur Superlattice Structure
CN102822995A (zh) * 2010-02-03 2012-12-12 克里公司 带具有变化的阱厚度的多量子阱结构的基于iii族氮化物的发光二极管结构
CN103022289A (zh) * 2012-12-18 2013-04-03 佛山市国星半导体技术有限公司 InGaN基多量子阱结构的制备方法及LED结构
CN105990106A (zh) * 2015-02-13 2016-10-05 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体异质结构、其制备方法及应用
CN105789394A (zh) * 2016-04-20 2016-07-20 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种GaN基LED外延结构及其制备方法
CN105932125A (zh) * 2016-05-17 2016-09-07 太原理工大学 一种GaN基绿光LED外延结构及其制备方法
CN106920866A (zh) * 2017-02-20 2017-07-04 扬州中科半导体照明有限公司 一种调控紫外发光二极管外延片波长的处延方法
CN108538978A (zh) * 2018-04-13 2018-09-14 厦门乾照光电股份有限公司 一种可提高发光效率的led外延结构及其生长方法
CN109065679B (zh) * 2018-06-29 2020-05-19 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
CN208753355U (zh) * 2018-09-21 2019-04-16 安徽三安光电有限公司 一种多量子阱结构及其发光二极管
CN208862012U (zh) * 2018-09-29 2019-05-14 安徽三安光电有限公司 一种多量子阱结构及其发光二极管
CN109671813A (zh) * 2018-11-07 2019-04-23 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
CN109830580A (zh) * 2019-01-29 2019-05-31 华灿光电（浙江）有限公司 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
CN109950374A (zh) * 2019-04-02 2019-06-28 南通大学 一种氮化物量子阱结构深紫外发光二极管
CN110401106A (zh) * 2019-07-10 2019-11-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 具有AlGaN插入层的GaN基半导体发光器件及其制作方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114038955A (zh) * 2021-02-25 2022-02-11 重庆康佳光电技术研究院有限公司 发光芯片的外延结构、发光芯片及显示背板
CN114038959A (zh) * 2021-08-10 2022-02-11 重庆康佳光电技术研究院有限公司 外延结构及其制作方法、led器件
WO2023015443A1 (zh) * 2021-08-10 2023-02-16 重庆康佳光电技术研究院有限公司 外延结构及其制作方法、led器件
CN114068778A (zh) * 2022-01-18 2022-02-18 至芯半导体(杭州)有限公司 一种uvb芯片的外延结构、uvb芯片

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