CN112331752A - 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，属于半导体光电子技术领域，包括如下步骤：在LED外延片基底的电子阻挡层之上生长P型AlGaN层；在P型AlGaN层上交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层；其中：第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同；第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度和/或氢气流量不同；在P型AlGaN层上的一层生长第一P型GaN层。本发明所产LED外延片晶体质量高，P型杂质活化率高，整体发光效率高，材料内部的氮空位少，掺杂效率高、导电性能好，且外观质量好。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，属于半导体光电子技术领域。
背景技术
LED作为一种新型的紫外光源，具有能耗低、体积小、集成性好、寿命长、环保无毒等优点，受到广发消费者的认可。特别是深紫外LED作为一种新型的深紫外光源，在杀菌、印刷、通讯、探测、紫外固化等领域具有广泛的应用前景，是当前 III-族氮化物半导体最有发展潜力的领域和产业之一。
虽然深紫外LED市场潜力和应用前景十分巨大，国内生产规模也在逐步扩大，但是其P型掺杂效率较低，发光效率低，且P型掺杂层电阻率高的问题，严重制约其在大功率电子器件方面的应用。
本申请发明人发现：P型掺杂层电阻率高的问题，主要是由于P型杂质活化率较低，晶体质量较低，材料内部的氮空位较多，以至于掺杂效率低、导电性能差，整体发光效率较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，该具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法可有效降低P型层的电阻率，增大纵向电导，进而提高发光强度并且外延层表面平整。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，包括如下步骤：
在LED外延片基底的电子阻挡层之上生长P型AlGaN层；
在P型AlGaN层上交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层；
其中：第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同；第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度和/或氢气流量不同；在P型AlGaN层上的一层生长第一P型GaN层。
所述第一P型GaN层的生长温度高于第二P型GaN层的生长温度，第一P型GaN层生长时的氢气流量高于第二P型GaN层生长时的氢气流量。
所述第一P型GaN层在850~950℃条件下生长，第二P型GaN层在750~800℃条件下生长。
所述交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层之后，退火冷却；退火冷却为在N2气氛下退火20~30min，其后随炉冷却。
所述第一P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为850~950℃，通入氢气流量为5000~25000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、50~150sccm的TMGa、50~300sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~20nm；
所述第二P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为750~800℃，通入氢气流量为3000~20000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、30~100sccm的TMGa、100~600sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~25nm。
所述第一P型GaN层和/或第二P型GaN层的P型掺杂剂为Cp2Mg。
所述P型AlGaN层为在1000~1200℃条件下、向反应室中通入III族源和V族源生长得到，生长厚度为5~20nm。
所述LED外延片基底包括由衬底往上逐层生长的衬底、缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
所述LED外延片基底采用如下方式生长得到：
衬底处理：将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1000~1200℃下高温处理 5~10min；
缓冲层：在500~900℃下通入III族源和V族源生长得到，厚度为10~500nm；
非掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，厚度为1~5μm；
N型掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源以及n型掺杂剂生长得到，厚度为1~3μm；
多量子阱结构层：在700~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，垒层厚度为10~15nm，量子阱厚度为3~10nm。
所述第一P型GaN层的生长过程中，生长温度为870~950℃，P型掺杂剂流量为80~300sccm，P型掺杂剂的掺杂浓度为1.0*1018~3.0*1019 cm-3，生长厚度为5~20nm；所述第二P型GaN层的生长过程中，P型掺杂剂流量为100~500sccm，掺杂浓度为3.0*1018~1.0*1020cm-3，生长厚度为5~25nm；第一P型GaN层和第二P型GaN层的交替层叠次数为2~20。
本发明的有益效果在于：所产LED外延片晶体质量高，P型杂质活化率高，整体发光效率高，材料内部的氮空位少，掺杂效率高、导电性能好，且外观质量好。
附图说明
图1是本发明一类实施方式下产品的结构示意图；
图2是图1中P型GaN层的结构示意图。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明提供一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，包括如下步骤：
在LED外延片基底的电子阻挡层之上生长P型AlGaN层；
在P型AlGaN层上交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层；
其中：第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同；第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度和/或氢气流量不同；在P型AlGaN层上的一层生长第一P型GaN层。
由此，基于第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同，当第一P型GaN层和第二P型GaN层的氢气流量不同时，两层P型GaN层之间的GaN分解及氢气腐蚀结果不同，导致生长温度较高的P型GaN层表面不平整，另一层P型GaN层则在生长过程中湮灭位错，从而减少材料内部的缺陷，使整体P型GaN层晶体质量更高；当第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度不同时，两层P型GaN层的材料内部氮空位得以减少，从而提高掺杂效率和导电性能，既避免了高温下P型层中的受主杂质向有源区的扩散，减少了非辐射复合中心的产生，提升了发光效率，也使氮原子和镓原子倾向于二维生长，得到平整表面。
作为第一P型GaN层和第二P型GaN层的氢气流量不同的进一步优选方案，第一P型GaN层的生长温度高于第二P型GaN层的生长温度，第一P型GaN层生长时的氢气流量高于第二P型GaN层生长时的氢气流量。由此可以最为有效的提高P型杂质的活化率，从而提高LED的发光效率。
具体的，作为第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度的优选方案，第一P型GaN层在850~950℃条件下生长，第二P型GaN层在750~800℃条件下生长。
交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层之后，退火冷却；退火冷却为在N2气氛下退火20~30min，其后随炉冷却。短暂退火处理，能让让不同P型掺杂的GaN层的晶格在氮气和热的共同作用下，重新规则排列，减少表面六角缺陷的产生，提升外观质量。
基于上述原理，本发明在实施时还应注意如下：
第一P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为850~950℃，通入氢气流量为5000~25000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、50~150sccm的TMGa、50~300sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~20nm；
第二P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为750~800℃，通入氢气流量为3000~20000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、30~100sccm的TMGa、100~600sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~25nm。
第一P型GaN层和/或第二P型GaN层的P型掺杂剂为Cp2Mg。
P型AlGaN层为在1000~1200℃条件下、向反应室中通入III族源和V族源生长得到，生长厚度为5~20nm。
LED外延片基底包括由衬底往上逐层生长的衬底、缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
LED外延片基底采用如下方式生长得到：
衬底处理：将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1000~1200℃下高温处理 5~10min；
缓冲层：在500~900℃下通入III族源和V族源生长得到，厚度为10~500nm；
非掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，厚度为1~5μm；
N型掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源以及n型掺杂剂生长得到，厚度为1~3μm；
多量子阱结构层：在700~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，垒层厚度为10~15nm，量子阱厚度为3~10nm。
所述第一P型GaN层的生长过程中，生长温度为870~950℃，P型掺杂剂流量为80~300sccm，P型掺杂剂的掺杂浓度为1.0*1018~3.0*1019 cm-3，生长厚度为5~20nm；所述第二P型GaN层的生长过程中，P型掺杂剂流量为100~500sccm，掺杂浓度为3.0*1018~1.0*1020cm-3，生长厚度为5~25nm；第一P型GaN层和第二P型GaN层的交替层叠次数为2~20。
采用本发明上述方案的一种较为完整的最优方案在于如下步骤：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1000~1200℃下高温处理 5~10min。接着，在500~900℃下通入III族源和V族源生长缓冲层，缓冲层的厚度为10~500nm；
②在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，在缓冲层上生长非掺杂层，厚度为1~5μm；
③在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源以及n型掺杂剂生长N型掺杂层，厚度为1~3μm；
④在700~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长量子阱发光层，其中，垒层厚度为10~15nm，量子阱厚度为3~10nm；
⑤在850~1100℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长电子阻挡层，整个电子阻挡层的厚度为20～40nm；
⑥在1000~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源，生长P型AlGaN层，厚度为5~20nm；
⑦在850~950℃条件下生长，向反应室中通入III族源和V族源以及P型掺杂剂生长第一P型GaN层；在750~800℃条件下，生长第二P型GaN层，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N；
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20~30min，然后随炉冷却。
P型掺杂杂质的具体形式，可采用现有常规的材料。可选的，III族源为TMGa、TMAl、TEM中的一种或多种，V族源为NH3， N型掺杂源和P型掺杂源分别为SiH4和Cp2Mg。
可以使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备、分子束外延设备(MBE)或者氢化物气相外延设备(HVPE)生长除衬底在外的其它各层结构。
实施例1
采用上述方案，具体制备工艺如下：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min。接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm。
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65。
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6。
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43。整个多量子阱结构循环生长6个周期。
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm。
⑦将反应室温度降低至900℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为15nm；在780℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为20nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=10。其中，第一P型GaN层掺杂浓度为8.0*1018cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为3.0*1019cm-3
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
实施例2
采用上述方案，具体制备工艺如下：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min。接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm。
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65。
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6。
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43。整个多量子阱结构循环生长6个周期。
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm。
⑦将反应室温度降低至900℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为10nm；在780℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为15nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=14。其中，第一P型GaN层掺杂浓度为7.0*1018 cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为2.5*1019cm-3
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
实施例3
采用上述方案，具体制备工艺如下：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min。接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm。
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65。
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6。
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43。整个多量子阱结构循环生长6个周期。
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm。
⑦将反应室温度降低至880℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为15nm；在770℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为18nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=15。其中，第一P型GaN层掺杂浓度为7.0*1018 cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为2.5*1019cm-3
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
实施例4
采用上述方案，具体制备工艺如下：
①将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1100℃下高温处理10min。接着，在850℃下通入50sccmTMAl和10000sccmNH3，生长AlN缓冲层，缓冲层的厚度为1000nm。
②在1150℃条件下，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3，在AlN缓冲层上生长非掺杂AlaGa1-aN层，厚度为1μm，其中，a=0.65。
③保持温度不变，向反应室中通入80sccmTMAl、100sccmTMGa和12000sccmNH3以及n型掺杂剂SiH4，在非掺杂AlaGa1-aN层上生长N型掺杂AlbGa1-bN层，厚度为1μm，其中，b=0.6。
④将反应室温度将为1100℃，向反应室中通入40sccmTMAl、60sccmTMGa和8000sccmNH3，生长多量子阱结构，其中，垒层AlcGa1-cN厚度为11nm，其中，c=0.5；阱层AldGa1-dN厚度为5nm，c=0.43。整个多量子阱结构循环生长6个周期。
⑤将温度升到1150℃，反应室中通入60sccmTMAl、150sccmTMGa和8000sccmNH3，生长电子阻挡层 AleGa1-eN，c＝0.6；整个电子阻挡层的厚度为40nm
⑥将温度降低至1050℃，向反应室中通入60sccmTMAl、200sccmTMGa和8000sccmNH3，生长P型AlfGa1-fN层，f=0.5，厚度为20nm。
⑦将反应室温度降低至880℃，向反应室中通入100sccmTMGa、5000sccmNH3、10000sccmH2以及200sccmCp2Mg，生长第一P型GaN层，厚度为10nm；在770℃条件下，向反应室中通入80sccmTMGa、3000sccmNH3、8000sccmH2以及250sccmCp2Mg，生长第二P型GaN层，厚度为15nm，使第一和第二GaN层依次交替层叠生长，层叠次数为N=15。其中，第一P型GaN层掺杂浓度为6.0*1018 cm-3，第二P型GaN层掺杂浓度为2.2*1019cm-3
⑧保持反应室温度为800℃，N2气氛下退火20～30min，然后随炉冷却。
综上可见，本发明：
A.依次生长由第一P型GaN和第二P型GaN层多层交替层叠而成的P型GaN层，且第一GaN层生长温度和氢气流量高于第二GaN层，利用GaN高温分解以及氢气腐蚀的机制，使第一GaN表面不平整，在生长第二GaN层时，减少材料内部的缺陷，进一步湮灭位错，整体使P型GaN层晶体质量更高，进而提高P型杂质的活化率，从而提高LED的发光效率；
B.通过第一和第二P型GaN生长温度不同以及掺杂不同，通过调制掺杂的模式，减少了材料内部的氮空位，提高了掺杂效率和导电性能，同时，既避免了高温下P型层中的受主杂质向有源区的扩散，减少了非辐射复合中心的产生，提升了发光效率，也使氮原子和镓原子倾向于二维生长，得到平整表面；
C.通过短暂的退火处理，让不同p型掺杂的GaN层的晶格在氮气和热的共同作用下，重新规则排列，减少表面六角缺陷的产生，提升外观质量。
Claims (10)
1.一种具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
在LED外延片基底的电子阻挡层之上生长P型AlGaN层；
在P型AlGaN层上交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层；
其中：第一P型GaN层和第二P型GaN层的生长温度不同；第一P型GaN层和第二P型GaN层的掺杂浓度和/或氢气流量不同；在P型AlGaN层上的一层生长第一P型GaN层。
2.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述第一P型GaN层的生长温度高于第二P型GaN层的生长温度，第一P型GaN层生长时的氢气流量高于第二P型GaN层生长时的氢气流量。
3.如权利要求2所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述第一P型GaN层在850~950℃条件下生长，第二P型GaN层在750~800℃条件下生长。
4.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述交替生长第一P型GaN层和第二P型GaN层之后，退火冷却；退火冷却为在N2气氛下退火20~30min，其后随炉冷却。
5.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述第一P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为850~950℃，通入氢气流量为5000~25000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、50~150sccm的TMGa、50~300sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~20nm；
所述第二P型GaN层通过如下方式生长：
保持反应室内压力为100~500mbar，温度为750~800℃，通入氢气流量为3000~20000sccm，通入3000~7000sccm的NH3、30~100sccm的TMGa、100~600sccm的P型掺杂剂，生长厚度为1~25nm。
6.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述第一P型GaN层和/或第二P型GaN层的P型掺杂剂为Cp2Mg。
7.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述P型AlGaN层为在1000~1200℃条件下、向反应室中通入III族源和V族源生长得到，生长厚度为5~20nm。
8.如权利要求1所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述LED外延片基底包括由衬底往上逐层生长的衬底、缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、多量子阱结构层。
9.如权利要求8所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述LED外延片基底采用如下方式生长得到：
衬底处理：将衬底放置于载盘上，传入设备反应室中，在1000~1200℃下高温处理 5~10min；
缓冲层：在500~900℃下通入III族源和V族源生长得到，厚度为10~500nm；
非掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，厚度为1~5μm；
N型掺杂层：在700~1300℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源以及n型掺杂剂生长得到，厚度为1~3μm；
多量子阱结构层：在700~1200℃条件下，向反应室中通入III族源和V族源生长得到，垒层厚度为10~15nm，量子阱厚度为3~10nm。
10.如权利要求5所述的具有低电阻率P型层的深紫外LED外延制造方法，其特征在于：所述第一P型GaN层的生长过程中，生长温度为870~950℃，P型掺杂剂流量为80~300sccm，P型掺杂剂的掺杂浓度为1.0*1018~3.0*1019 cm-3，生长厚度为5~20nm；所述第二P型GaN层的生长过程中，P型掺杂剂流量为100~500sccm，掺杂浓度为3.0*1018~1.0*1020cm-3，生长厚度为5~25nm；第一P型GaN层和第二P型GaN层的交替层叠次数为2~20。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022116945A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115799415B (zh) * | 2023-02-10 | 2023-04-28 | 江西兆驰半导体有限公司 | Led外延片及其制备方法、led |
| CN116072780B (zh) * | 2023-03-09 | 2023-06-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116705927B (zh) * | 2023-08-09 | 2023-11-07 | 江西兆驰半导体有限公司 | Led外延片及其制备方法、led |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08115880A (ja) * | 1994-10-17 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| CN101183642A (zh) * | 2007-12-10 | 2008-05-21 | 厦门大学 | 一种p-GaN低阻欧姆接触的制备方法 |
| CN102130223A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-07-20 | 山东华光光电子有限公司 | 一种GaN基LED外延片表面粗化方法 |
| CN104103721A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-10-15 | 湘能华磊光电股份有限公司 | P型led外延结构、生长方法及led显示装置 |
| CN104638083A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基LED外延结构及其制作方法 |
| CN105390574A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层生长方法及通过此方法获得的led芯片 |
| CN105513951A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-20 | 中国科学院半导体研究所 | 低电阻率p型氮化镓材料及其制备方法 |
| CN107248543A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-13 | 太原理工大学 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN109686652A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-26 | 天津市耀宇科技有限公司 | 一种用于氮化镓生长的工艺方法 |
| CN109904066A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-06-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | GaN基发光二极管外延片的制备方法 |
| CN110581204A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-17 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020157596A1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-10-31 | Stockman Stephen A. | Forming low resistivity p-type gallium nitride |
| CN103515495B (zh) * | 2013-09-13 | 2016-10-19 | 华灿光电股份有限公司 | 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法 |
| CN108899403B (zh) * | 2018-07-20 | 2020-09-22 | 西安电子科技大学 | 基于ScAlN/AlGaN超晶格p型层的高效发光二极管及制备方法 |
| CN109473511B (zh) * | 2018-09-12 | 2020-07-07 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN109659409B (zh) * | 2018-12-05 | 2020-06-30 | 湖北深紫科技有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN110112273B (zh) * | 2019-05-10 | 2020-06-30 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 一种深紫外led外延结构及其制备方法和深紫外led |
| CN112331752A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-02-05 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
-
2020
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-
2021
- 2021-11-29 WO PCT/CN2021/134093 patent/WO2022116945A1/zh active Application Filing
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08115880A (ja) * | 1994-10-17 | 1996-05-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
| CN101183642A (zh) * | 2007-12-10 | 2008-05-21 | 厦门大学 | 一种p-GaN低阻欧姆接触的制备方法 |
| CN102130223A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-07-20 | 山东华光光电子有限公司 | 一种GaN基LED外延片表面粗化方法 |
| CN104103721A (zh) * | 2014-08-04 | 2014-10-15 | 湘能华磊光电股份有限公司 | P型led外延结构、生长方法及led显示装置 |
| CN104638083A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-20 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基LED外延结构及其制作方法 |
| CN105390574A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-03-09 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延层生长方法及通过此方法获得的led芯片 |
| CN105513951A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-20 | 中国科学院半导体研究所 | 低电阻率p型氮化镓材料及其制备方法 |
| CN107248543A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-13 | 太原理工大学 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN109686652A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-04-26 | 天津市耀宇科技有限公司 | 一种用于氮化镓生长的工艺方法 |
| CN109904066A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-06-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | GaN基发光二极管外延片的制备方法 |
| CN110581204A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-12-17 | 映瑞光电科技(上海)有限公司 | GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022116945A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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