CN112151647B - 一种led外延结构及生长方法 - Google Patents

一种led外延结构及生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112151647B
CN112151647B CN202011042155.3A CN202011042155A CN112151647B CN 112151647 B CN112151647 B CN 112151647B CN 202011042155 A CN202011042155 A CN 202011042155A CN 112151647 B CN112151647 B CN 112151647B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
superlattice
growing
led epitaxial
semiconductor layer
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
Application number
CN202011042155.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112151647A (zh
Inventor
王杰
冯磊
徐平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Original Assignee
Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd filed Critical Xiangneng Hualei Optoelectrical Co Ltd
Priority to CN202011042155.3A priority Critical patent/CN112151647B/zh
Publication of CN112151647A publication Critical patent/CN112151647A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112151647B publication Critical patent/CN112151647B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01L33/02—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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301—AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/401—Oxides containing silicon
    • C23C16/402—Silicon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40—Oxides
    • C23C16/407—Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种LED外延结构，包括衬底以及依次层叠设置在衬底上的第一半导体层、超晶格层、发光层及第二半导体层；超晶格层包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置的SiInN层和SiInGaN层或者是依次层叠设置的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层；应用本发明的技术方案，效果是：通过设置超晶格层能有效释放第一半导体层的应力，同时提高电子和空穴的复合效率；本发明还公开了一种LED外延生长方法，包括依次在衬底上生长第一半导体层、超晶格层、发光层和第二半导体层；超晶格层包括至少一个超晶格单体，超晶格单体能限制从第一半导体内注入的电子，同时能够让电子在LED传送通道上分散开来，便于向发光层提供源源不断的电子。

Description

一种LED外延结构及生长方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种LED外延结构及生长方法。
背景技术
在LED制造领域中，LED常利用半导体PN结作为发光材料，而在LED中空穴迁移率远远低于电子迁移率，从而使得在LED中电子迁移出发光层区域，而空穴却难迁移至发光层区域的现象，容易造成以下弊端：1、空穴注入效率低下，造成LED发光效果不良；2、发光层区域中存在电子和空穴浓度分布不均衡的现象，使得空穴和电子的复合几率偏低，严重限制了LED发光效率的提升。
因此，急需一种能有效提高空穴和电子复合效率的LED外延结构及生长方法来解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种LED外延结构及生长方法，以解决空穴和电子复合效率低的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种LED外延结构，包括衬底以及依次层叠设置在衬底上的第一半导体层、超晶格层、发光层及第二半导体层；所述超晶格层包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置的SiInN层和SiInGaN层或者是依次层叠设置的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层。
优选的，第二半导体层上还设有ITO层和保护层。
优选的，所述第一半导体层的厚度为200-400nm；所述超晶格层的厚度为150-250nm；所述发光层的厚度为200-300nm；所述第二半导体层的厚度为100-200nm。
本发明还提供了一种LED外延生长方法，包括如下步骤：
步骤一：在衬底上生长第一半导体层，所述第一半导体层包括不掺杂的U型GaN层和掺杂Si的N型GaN层；
步骤二：在第一半导体层中掺杂Si的N型GaN层上生长超晶格层；
步骤三：在超晶格层上生长发光层；
步骤四：在发光层上生长第二半导体层；
所述步骤二中的超晶格层包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置的SiInN层和SiInGaN层或者是依次层叠设置AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层。
优选的，所述步骤二中，超晶格层包括依次生长的10-20个超晶格单体。
优选的，所述步骤二中超晶格单体的具体生长方法为：保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、1000-1500sccm的TMIn和1-2sccm的SiH4，生长1-2nm的SiInN层；保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TMIn、400-1000sccm的TEGa和10-20sccm的SiH4，生长10-20nm的SiInGaN层；或者是，保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、120-250sccm的TEGa、20-50sccm的TMAl和1000-1500sccm的TMIn，生长2-4nm的AlInGaN层；保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、1000-1500sccm的TMIn和1-2sccm的SiH4，生长1-2nm的SiInN层；保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TMIn、400-1000sccm的TEGa和10-20sccm的SiH4，生长10-20nm的SiInGaN层。
优选的，所述步骤一中，保持温度900-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa和100-130L/min的H2，在衬底上持续生长2-4μm不掺杂的U型GaN层。
优选的，保持温度和反应腔压力不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2和2-10sccm的SiH4，在不掺杂的U型GaN层上持续生长200-400nm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度为5E17-1E18。
优选的，所述步骤三中，保持反应腔压力300-400mbar，保持温度680-710℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、100-300sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn和100-130L/min的N2，生长掺杂In的3-4nmInxGa(1-x)N层；升高温度至860-900℃，保持反应腔压力300-400mbar通入流量为50000-70000sccm的NH3、500-900sccm的TEGa和100-130L/min的N2，生长14-16nm的GaN层；在超晶格层上依次交替生长InxGa(1-x)N层和GaN层，生长周期为12-15。
优选的，生长第二半导体层包括依次生长P型AlGaN层和P型GaN层，具体是：
保持温度900-950℃，保持反应腔压力100-200mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl和1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E20-3E20，Mg掺杂浓度为1E19-1E20；保持温度950-1000℃，保持反应腔压力400-900mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2和1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg的P型GaN层，Mg掺杂浓度为1E19-1E20。
应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明的LED外延结构通过设置超晶格层能有效释放第一半导体层(N型GaN层)的应力，同时提高电子和空穴的复合效率。
(2)本发明的LED外延生长方法通过在第一半导体层(具体是N型GaN层)和发光层之间生长超晶格层，超晶格层包括多个超晶格单体(超晶格单体为依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层或依次交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层)，通过超晶格层的晶格逐步放大从而释放在衬底上生长N型GaN层带来的内部应力，在此基础上生长的发光层质量更好；本发明的超晶格单体有两种结构，第一种是：超晶格单体为依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层，以SiInN层为电子限域层，让第一半导体层注入的大量电子储存在SiInN层的多个量子点内，而传统的LED外延生长方法中，由于电子移动速度过快，电子到达发光层后空穴还未到达，电子很快就消失，导致电子和空穴的复合效率低，而本发明中SiInN层的多个量子点能为发光层提供源源不断的电子，待空穴到达时，保证发光层的电子具有足够的浓度能与空穴进行复合，有效解决电子浓度分布不均导致的空穴和电子的复合效率低的问题；SiInGaN层作为壁垒层，与SiInN层配合对电子进行限制，同时为电子向发光层迁移进行导向；第二种是：超晶格单体为依次交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层，AlInGaN层作为阱层限制住从N型GaN层注入的电子，同时AlInGaN层的Al原子能够让电子在LED传送通道上分散开来，和传统LED电子传送比较，本发明的电子传送通道更宽，电子注入效率更高，并且AlInGaN层限制的电子储存在SiInN层的多个量子点内，便于SiInN层向发光层提供源源不断的电子。
(3)本发明的超晶格层包括10-20超晶格单体(超晶格单体包括依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层或依次交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层)，能在控制厚度(即控制成本)的情况下，为发光层提供更多的电子。
(4)本发明生长超晶格单体的参数易于把控，生长的LED产品性能优良。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本实施例1的外延生长方法制得的LED结构示意图；
其中，1、衬底、2、第一半导体层；2.1、U型GaN层；2.2、N型GaN层；3、超晶格层；3.1、AlInGaN层；3.2、SiInN层；3.3、SiInGaN层；4、发光层；4.1、InxGa(1-x)N层；4.2、GaN层；5、第二半导体层；5.1、P型AIGaN层；5.2、P型GaN层；6、ITO层；7、保护层；8、P电极；9、N电极。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种LED外延结构，包括衬底1以及依次层叠设置在衬底1上的第一半导体层2、超晶格层3、发光层4、第二半导体层5、ITO层6和保护层7，如图1所示。
优选的，所述超晶格层3包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置的AlInGaN层3.1、SiInN层3.2和SiInGaN层3.3。除此之外，超晶格单体还可以为依次层叠设置的SiInN层和SiInGaN层。
优选的，所述第一半导体层2的厚度为200-400nm；所述超晶格层3的厚度为150-250nm；所述发光层4的厚度为200-300nm；所述第二半导体层5的厚度为100-200nm。
本实施例还公开了一种LED外延生长方法，运用MOCVD来生长LED外延片，采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，三甲基铝(TMAl)作为铝源P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为AlN模版衬底，反应压力在70mbar到900mbar之间，参见图1，具体生长步骤如下：
步骤一、处理衬底1：
升高温度到900-1200℃，保持反应腔压力100-300mbar，通入流量为10000-20000sccm的NH3氮化AlN模版衬底(sccm表示标准毫升每分钟)。
步骤二、生长第一半导体层2：
步骤2.1：保持温度900-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa和100-130L/min的H2，持续生长2-4μm不掺杂的U型GaN层2.1；
步骤2.2：保持温度和反应腔压力不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2和20-50sccm的SiH4，持续生长3-4μm掺杂Si的N型GaN层2.2，Si掺杂浓度为5E18-1E19atoms/cm3(1E19示意10的19次方)；
步骤2.3：保持温度和反应腔压力不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2和2-10sccm的SiH4，持续生长200-400nm掺杂Si的N型GaN层2.2，Si掺杂浓度为5E17-1E18。
步骤三、生长超晶格层3：
降低温度至800-900℃，保持反应腔压力300-400mbar，通入流量为30000-60000sccm的NH3、100-200sccm的TEGa、1000-1500sccm的TMIn和100-130L/min的N2，生长总厚度为150-250nm的超晶格层(即包括多个超晶格单体，超晶格单体为依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层或者是依次交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层)，具体如下：
超晶格单体为依次交替生长的AlInGaN层3.1(含铝和铟的氮化镓层)、SiInN层3.2(含硅的氮化铟层)和SiInGaN层3.3(含硅和铟的氮化镓层)，生长步骤如下：
步骤3.1：降低温度至800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、120-250sccm的TEGa、20-50sccm的TMAl和1000-1500sccm的TMIn，生长2-4nm的AlInGaN层；
步骤3.2：保持温度不变，保持反应腔压力不变，通入流量为50000-60000sccm的NH3、1000-1500sccm的TMIn和1-2sccm的SiH4，生长1-2nm的SiInN层；
步骤3.3：保持温度不变和反应腔压力不变，通入流量为50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TMIn，400-1000sccm的TEGa、10-20sccm的SiH4生长10-20nm的SiInGaN层。
此处步骤三中，在N型GaN层上2.2上依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层为一个周期或依次交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层为一个周期，生长周期均为10-20个，且依次交替生长的SiInN层和SiInGaN层或AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层的顺序不可调换。
步骤四、生长发光层4：
步骤4.1：保持温度680-710℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、100-300sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn和100-130L/min的N2，生长掺杂In的3-4nmInxGa(1-x)N层4.1，其中，x＝0.25-0.3，发光波长为515-530nm；
步骤4.2：升高温度至860-900℃，保持反应腔压力300-400mbar通入流量为50000-70000sccm的NH3、500-900sccm的TEGa和100-130L/min的N2，生长14-16nmGaN层4.2；
此处步骤四中，在超晶格层3上依次交替生长InxGa(1-x)N层4.1和GaN层4.2，生长周期为12-15。
步骤五、生长第二半导体层5：
步骤5.1：保持温度900-950℃，保持反应腔压力100-200mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl和1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的P型AlGaN层5.1，Al掺杂浓度1E20-3E20，Mg掺杂浓度为1E19-1E20；
步骤5.2：保持温度950-1000℃，保持反应腔压力400-900mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2和1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg的P型GaN层5.2，Mg掺杂浓度为1E19-1E20。
步骤六、生长结束：
降温至650-680℃，保温20-30min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。
优选的，P型GaN层5.2生长完成后，在P型GaN层5.2上依次沉积ITO层6和保护层7(如SiO2层)。N电极9和P电极8的制作参见现有技术。
该实施例得到样品2。
实施例2：
实施例2与实施例1不同之处在于：在N型GaN层和发光层之间生长超晶格层(即交替生长的SiInN层和SiInGaN层)，具体生长步骤如下：
步骤3.1：保持温度不变，保持反应腔压力不变，通入流量为50000-60000sccm的NH3、1000-1500sccm的TMIn和1-2sccm的SiH4，生长1-2nm的SiInN层；
步骤3.2：保持温度不变和反应腔压力不变，通入流量为50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TMIn，400-1000sccm的TEGa和10-20sccm的SiH4，生长10-20nm的SiInGaN层。
该实施例得到样品3。
将本发明LED外延生长方法所得样品(样品2和样品3)与传统LED外延生长方法制备的样品(样品1)性能参数对比参见表1；
其中，样品1为传统LED外延生长方法制备所得，样品2和样品3分别为本发明的实施例1和实施例2方法制备所得(样品1、样品2和样品3均选取100颗LED进行参数检测，取参数的平均值)，样品1与样品2制备方法的区别在于，样品2在N型GaN层和发光层之间生长了超晶格层(即交替生长的AlInGaN层、SiInN层和SiInGaN层)，样品1与样品3制备方法的区别在于，样品3在N型GaN层和发光之间生长了超晶格层(即交替生长的SiInN层和SiInGaN层)。
表1样品1-3性能参数对比
检测项目 亮度 电压 方向电压 发光波长 漏电 抗静电6KV良率
样品1 310.01Lmw 3.10V 32.20V 530.47nm 0.001μA 93.87％
样品2 335.31Lmw 3.08V 33.01V 530.24nm 0.002μA 95.95％
样品3 328.31Lmw 3.07V 33.00V 530.21nm 0.002μA 95.92％
由表1得出，样品2-3在N型GaN层和发光层之间生长了超晶格层，亮度较样品1(未生长超晶格层)上升了18.0Lmw以上，即本实施例1和实施2的外延生长方法能有效提高电子与空穴的复合效率，显著提升LED发光亮度，同时其他参数较样品1也有显著提升(如漏电及抗静电良率)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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LED外延结构，其特征在于，包括衬底(1)以及依次层叠设置在衬底(1)上的第一半导体层(2)、超晶格层(3)、发光层(4)及第二半导体层(5)；
所述超晶格层(3)包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置的AlInGaN层(3.1)、SiInN层(3.2)和SiInGaN层(3.3)。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，第二半导体层上还设有ITO层(6)和保护层(7)。
3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一半导体层(2)的厚度为200-400nm；所述超晶格层(3)的厚度为150-250nm；所述发光层(4)的厚度为200-300nm；所述第二半导体层(5)的厚度为100-200nm。
4.一种LED外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：在衬底(1)上生长第一半导体层(2)，所述第一半导体层(2)包括不掺杂的U型GaN层(2.1)和掺杂Si的N型GaN层(2.2)；
步骤二：在第一半导体层(2)中掺杂Si的N型GaN层(2.2)上生长超晶格层(3)；
步骤三：在超晶格层(3)上生长发光层(4)；
步骤四：在发光层上生长第二半导体层(5)；
所述步骤二中的超晶格层(3)包括至少一个超晶格单体，超晶格单体为依次层叠设置AlInGaN层(3.1)、SiInN层(3.2)和SiInGaN层(3.3)。
5.根据权利要求4所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述步骤二中，超晶格层(3)包括依次生长的10-20个超晶格单体。
6.根据权利要求4所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述步骤二中超晶格单体的具体生长方法为：保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、120-250sccm的TEGa、20-50sccm的TMAl和1000-1500sccm的TMIn，生长2-4nm的AlInGaN层(3.1)；保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、1000-1500sccm的TMIn和1-2sccm的SiH4，生长1-2nm的SiInN层(3.2)；保持温度800-850℃，保持反应腔压力200-250mbar，通入流量为50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TMIn、400-1000sccm的TEGa和10-20sccm的SiH4，生长10-20nm的SiInGaN层(3.3)。
7.根据权利要求4所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述步骤一中，保持温度900-1200℃，保持反应腔压力300-600mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa和100-130L/min的H2，在衬底(1)上持续生长2-4μm不掺杂的U型GaN层(2.1)。
8.根据权利要求7所述的LED外延生长方法，其特征在于，保持温度和反应腔压力不变，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2和2-10sccm的SiH4，在不掺杂的U型GaN层(2.1)上持续生长200-400nm掺杂Si的N型GaN层(2.2)，Si掺杂浓度为5E17-1E18。
9.根据权利要求4所述的LED外延生长方法，其特征在于，所述步骤三中，保持反应腔压力300-400mbar，保持温度680-710℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、100-300sccm的TEGa、1500-2000sccm的TMIn和100-130L/min的N2，生长掺杂In的3-4nmInxGa(1-x)N层(4.1)；升高温度至860-900℃，保持反应腔压力300-400mbar通入流量为50000-70000sccm的NH3、500-900sccm的TEGa和100-130L/min的N2，生长14-16nm的GaN层(4.2)；在超晶格层(3)上依次交替生长InxGa(1-x)N层(4.1)和GaN层(4.2)，生长周期为12-15。
10.根据权利要求4所述的LED外延生长方法，其特征在于，生长第二半导体层(5)包括依次生长P型AlGaN层(5.1)和P型GaN层(5.2)，具体是：
保持温度900-950℃，保持反应腔压力100-200mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、50-70sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl和1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的P型AlGaN层(5.1)，Al掺杂浓度1E20-3E20，Mg掺杂浓度为1E19-1E20；保持温度950-1000℃，保持反应腔压力400-900mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2和1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的掺杂Mg的P型GaN层(5.2)，Mg掺杂浓度为1E19-1E20。
CN202011042155.3A 2020-09-28 2020-09-28 一种led外延结构及生长方法 Active CN112151647B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011042155.3A CN112151647B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 一种led外延结构及生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011042155.3A CN112151647B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 一种led外延结构及生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112151647A CN112151647A (zh) 2020-12-29
CN112151647B true CN112151647B (zh) 2022-03-01

Family

ID=73895032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011042155.3A Active CN112151647B (zh) 2020-09-28 2020-09-28 一种led外延结构及生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112151647B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112786745B (zh) * 2020-12-30 2022-04-15 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管的外延片及其制备方法
CN113036013A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 江西乾照光电有限公司 一种深紫外led外延结构及其生长方法
CN113161451B (zh) * 2021-04-20 2023-02-28 湘能华磊光电股份有限公司 一种led外延结构及其生长方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118048A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Rohm Co Ltd ＧａＮ系半導体発光素子
US20100123119A1 (en) * 2008-11-20 2010-05-20 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having indium nitride
KR101628233B1 (ko) * 2010-07-08 2016-06-08 엘지이노텍 주식회사 발광 다이오드 및 이를 포함하는 발광 소자 패키지
CN105720149B (zh) * 2016-02-18 2018-09-14 圆融光电科技股份有限公司 发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法
CN105869999B (zh) * 2016-06-01 2018-11-02 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延生长方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112151647A (zh) 2020-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112151647B (zh) 一种led外延结构及生长方法
CN109119515B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN111223764A (zh) 一种提高辐射复合效率的led外延生长方法
CN110629197B (zh) 一种led外延结构生长方法
CN217641376U (zh) 一种led外延片及led芯片
CN109411573B (zh) 一种led外延结构生长方法
CN112736174A (zh) 一种深紫外led外延结构及其制备方法
CN112048710A (zh) 一种减少led发光波长蓝移量的led外延生长方法
CN109830578B (zh) 一种led外延结构的生长方法
CN109671817B (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN111370540A (zh) 一种提高发光效率的led外延生长方法
CN112366256B (zh) 发光二极管外延片及其制造方法
CN112436076A (zh) 一种led外延结构及生长方法
KR20130102210A (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN110246943B (zh) 基于石墨烯的led外延生长方法
CN108336193B (zh) 一种发光二极管外延片的制备方法
CN109802022B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
CN111952418A (zh) 一种提升发光效率的led多量子阱层生长方法
CN108598222B (zh) 一种发光二极管外延片及其生长方法
CN114464709B (zh) 一种led外延片、外延生长方法及led芯片
CN111276579B (zh) 一种led外延生长方法
US20160365474A1 (en) Group iii nitride semiconductor light-emitting device and production method therefor
CN111952420A (zh) 一种适用于制作小间距显示屏的led外延生长方法
CN112436082A (zh) 提高发光区中载流子分布均匀性的led外延结构及其生长方法
CN111129243A (zh) GaN基紫外LED外延结构

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