CN112768575A - 发光二极管的外延片及其制备方法 - Google Patents
发光二极管的外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112768575A CN112768575A CN202011609269.1A CN202011609269A CN112768575A CN 112768575 A CN112768575 A CN 112768575A CN 202011609269 A CN202011609269 A CN 202011609269A CN 112768575 A CN112768575 A CN 112768575A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- periodic structure
- thickness
- aln
- layers
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 154
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 59
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 35
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 12
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 8
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N C1(C=CC=C1)[Mg] Chemical compound C1(C=CC=C1)[Mg] MHYQBXJRURFKIN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 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
- H01L33/02—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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound 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
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- 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
- H01L33/26—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
本公开提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，属于光电子制造技术领域。该外延片包括衬底和依次形成在衬底上的高温AlN缓冲层、过渡层、n型AlGaN层、多量子阱层和p型层，过渡层包括依次层叠的第一周期结构、第二周期结构和第三周期结构，三个周期结构均包括交替层叠的AlN层和Al0.6Ga0.4N层；三个周期结构中的AlN层的厚度呈递减的形式设置，Al0.6Ga0.4N层的厚度呈递增的形式设置，使外延片中的晶体从AlN逐渐过渡为AlGaN，从而从高温AlN缓冲层逐渐过渡到n型AlGaN层，有利于减小晶格失配导致的位错缺陷，提高晶体质量，提升载流子浓度，使得紫外LED的发光效率得到提升。
Description
技术领域
本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种发光二极管的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)作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。LED的核心结构是外延片，外延片的制作对LED的光电特性有着较大的影响。
外延片通常包括缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层。紫外发光二极管的外延片中n型层通常为AlGaN层。
目前，紫外LED的外延生长技术还不够成熟，生长出来的外延片晶体质量较差，存在较多的位错缺陷，导致制作出来的紫外LED载流子浓度较低，发光效率较低。
发明内容
本公开实施例提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，能够提高外延片的晶体质量，减少位错缺陷，提高紫外LED的发光效率。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底和依次形成在所述衬底上的高温AlN缓冲层、过渡层、n型AlGaN层、多量子阱层和p型层，其中，所述过渡层包括依次层叠的第一周期结构、第二周期结构和第三周期结构，所述第一周期结构、所述第二周期结构和所述第三周期结构均包括交替层叠的AlN层和Al0.6Ga0.4N层；
所述第一周期结构中的所述AlN层的厚度大于所述第二周期结构中的所述AlN层的厚度，所述第二周期结构中的所述AlN层的厚度大于所述第三周期结构中的所述AlN层的厚度；
所述第一周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度小于所述第二周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度，所述第二周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度小于所述第三周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度。
可选地，所述AlN层的厚度为20nm～30nm，所述Al0.6Ga0.4N层的厚度为20nm～30nm。
可选地，所述第二周期结构中的所述AlN层的厚度与所述第二周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度相等。
可选地，所述第一周期结构的单个所述AlN层的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层的厚度之和、所述第二周期结构的单个所述AlN层的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层的厚度之和、所述第三周期结构的单个所述AlN层的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层的厚度之和均相等。
可选地，所述第一周期结构的单个所述AlN层的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层的厚度之和为0.05μm～0.1μm。
可选地，所述第一周期结构包括3个AlN层和3个Al0.6Ga0.4N层；
所述第二周期结构包括4个AlN层和4个Al0.6Ga0.4N层；
所述第三周期结构包括3个AlN层和3个Al0.6Ga0.4N层。
可选地，所述过渡层的厚度为0.5μm～1.0μm。
另一方面，本公开实施例还提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次外延生长高温AlN缓冲层、过渡层、n型AlGaN层、多量子阱层和p型层，其中，所述过渡层包括依次层叠的第一周期结构、第二周期结构和第三周期结构，所述第一周期结构、所述第二周期结构和所述第三周期结构均包括交替层叠的AlN层和Al0.6Ga0.4N层；
所述第一周期结构中的所述AlN层的厚度大于所述第二周期结构中的所述AlN层的厚度，所述第二周期结构中的所述AlN层的厚度大于所述第三周期结构中的所述AlN层的厚度；
所述第一周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度小于所述第二周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度，所述第二周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度小于所述第三周期结构中的所述Al0.6Ga0.4N层的厚度。
可选地，所述过渡层的生长温度为1280℃～1320℃。
可选地，所述过渡层的生长压力为130torr～170torr。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过在高温AlN缓冲层和n型AlGaN层之间设置过渡层，过渡层包括三个周期结构，其中的AlN层能够促使高温AlN缓冲层延伸上来的位错缺陷弯曲，增加位错相互湮灭的几率，从而减少位错缺陷。三个周期结构中的AlN层的厚度呈递减的形式设置，Al0.6Ga0.4N层的厚度呈递增的形式设置，使外延片中的晶体从AlN逐渐过渡为AlGaN，从而从高温AlN缓冲层逐渐过渡到n型AlGaN层，有利于减小晶格失配导致的位错缺陷，提高晶体质量，提升载流子浓度，使得紫外LED的发光效率得到提升。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制造方法的流程图；
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制造方法的流程图；
图4是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图5是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图6是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图7是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图8是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图9是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图；
图10是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图。如图1所示，该外延片包括衬底10和依次形成在衬底10上的高温AlN缓冲层20、过渡层30、n型AlGaN层40、多量子阱层50和p型层60。
其中，过渡层30包括依次层叠的第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33，第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33均包括交替层叠的AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302。
第一周期结构31中的AlN层301的厚度大于第二周期结构32中的AlN层301的厚度，第二周期结构32中的AlN层301的厚度大于第三周期结构33中的AlN层301的厚度。第一周期结构31中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度，第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第三周期结构33中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度。
通过在高温AlN缓冲层和n型AlGaN层之间设置过渡层，过渡层包括三个周期结构，其中的AlN层能够促使高温AlN缓冲层延伸上来的位错缺陷弯曲，增加位错相互湮灭的几率，从而减少位错缺陷。三个周期结构中的AlN层的厚度呈递减的形式设置，Al0.6Ga0.4N层的厚度呈递增的形式设置，使外延片中的晶体从AlN逐渐过渡为AlGaN，从而从高温AlN缓冲层逐渐过渡到n型AlGaN层，有利于减小晶格失配导致的位错缺陷，提高晶体质量，提升载流子浓度，使得紫外LED的发光效率得到提升。
示例性地，衬底10为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。衬底10可以为平片衬底，也可以为图形化衬底。
作为示例，本公开实施例中，衬底10为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底为一种常用衬底，技术成熟，成本低。具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。
高温AlN缓冲层20的厚度可以为1μm～5μm，生长的高温AlN缓冲层20的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同，若高温AlN缓冲层20的厚度过薄，则会导致高温AlN缓冲层20的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着高温AlN缓冲层20厚度的增加，高温AlN缓冲层20的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若高温AlN缓冲层20的厚度过厚，则会导致高温AlN缓冲层20的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。
作为示例，本公开实施例中，高温AlN缓冲层20的厚度为2.5μm。
可选地，过渡层30的厚度为0.5μm～1.0μm。过渡层30的厚度设置的过薄，对于位错缺陷的减少作用比较小，对紫外LED的发光效率的提高作用不明显，过渡层30的厚度设置的过厚，会增大电阻，而且会增加过渡层30对于光线的吸收。
作为示例，本公开实施例中，过渡层30的厚度为0.5μm。
可选地，第二周期结构32中的AlN层301的厚度与第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度相等。
在过渡层30中，整体上AlN层301的厚度逐渐减小，Al0.6Ga0.4N层302的厚度逐渐增加，在位于过渡层30中间的第二周期结构32中，AlN层301的厚度与Al0.6Ga0.4N层302的厚度相等，使AlN的晶格向AlGaN的晶格的过渡更平缓，有利于进一步减少位错缺陷。
可选地，第一周期结构31的单个AlN层301的厚度与单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度之和、第二周期结构32的单个AlN层301的厚度与单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度之和、第三周期结构33的单个AlN层301的厚度与单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度之和均相等。
过渡层30整体是一个多周期的结构，每个周期包括一个AlN层301和一个Al0.6Ga0.4N层302，将每个周期的总厚度设置的相同，从高温AlN缓冲层20向n型AlGaN层40的方向上，每个周期中，AlN的占比逐渐减少，AlGaN的占比逐渐增加，使过渡层30的成分更加平缓地过渡为AlGaN，有利于进一步减少位错缺陷。
作为示例，本公开实施例中，过渡层30的周期数为10。
可选地，第一周期结构31的单个AlN层301的厚度与单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度之和为0.05μm～0.1μm。
也即是过渡层30中，每个周期的厚度之和为0.05μm～0.1μm。过渡层30中单个周期的厚不宜过厚，过厚会使过渡层30的成分过渡不够平缓，引起位错缺陷的增加，但厚度设置的过薄会使制作工艺过于繁琐，需要设置很多个周期。
作为示例，本公开实施例中，第一周期结构31的单个AlN层301的厚度与单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度之和为0.05μm。
可选地，AlN层301的厚度为20nm～30nm，Al0.6Ga0.4N层302的厚度为20nm～30nm。单个AlN层301和单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度不宜过厚，过厚不利于晶格的过渡，导致位错缺陷的增加。
作为示例，本公开实施例中，第一周期结构31的单个AlN层301的厚度为30nm，第二周期结构32的单个AlN层301的厚度为25nm，第三周期结构33的单个AlN层301的厚度为20nm。第一周期结构31的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为20nm，第二周期结构32的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为25nm，第三周期结构33的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为30nm。
可选地，第一周期结构31包括3个AlN层301和3个Al0.6Ga0.4N层302。第二周期结构32包括4个AlN层301和4个Al0.6Ga0.4N层302。第三周期结构33包括3个AlN层301和3个Al0.6Ga0.4N层302。同一个周期结构中，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的层数不宜设置的过多，设置的过多会增加工艺的复杂程度，成本增加，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的层数也不宜设置的过少，设置的过少过渡层30中晶格的整体过渡不够平缓。
可选地，n型AlGaN层40的厚度可以为600nm～800nm，在本公开实施例中，n型AlGaN层40的厚度为700nm。
可选地，n型AlGaN层40中Si的掺杂浓度为1017cm-3～1018cm-3。Si的掺杂浓度过高会降低晶体质量，导致缺陷的增加，Si的掺杂浓度过低会降低n型AlGaN层40的电导率。将Si的掺杂浓度控制在1017cm-3～1018cm-3，能够使n型AlGaN层40具有较好的晶体质量，同时也具有足够的电导率。
作为示例，在本公开实施例中，n型AlGaN层40中，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
可选地，多量子阱层50包括3～8个AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52，其中0＜x＜y＜1。即多量子阱层50包括交替层叠的3～8个周期的AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52。
作为示例，本公开实施例中，多量子阱层50包括交替层叠的5个周期的AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52。
可选地，AlxGa1-xN量子阱层51的厚度可以为2nm～4nm。AlyGa1-yN量子垒层52的厚度可以为9～14nm。
示例性地，本公开实施例中，AlxGa1-xN量子阱层51的厚度为3nm。AlyGa1-yN量子垒层52的厚度为11nm。
需要说明的是，图1中仅示出了多量子阱层50中的部分结构，并不用于限制AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52交替层叠的周期数，此外在生长多量子阱层50时，也可以先在n型AlGaN层40上生长AlyGa1-yN量子垒层52。
在本公开实施例中，p型层60包括依次层叠在多量子阱层50上的p型阻挡层61、p型AlGaN层62和p型GaN层63。p型阻挡层61、p型AlGaN层62和p型GaN层63均为Mg掺杂。
示例性地，p型阻挡层61为p型AlGaN阻挡层。
p型AlGaN阻挡层的厚度可以为5nm～15nm。作为示例，本公开实施例中，p型AlGaN阻挡层的厚度为10nm。若p型AlGaN阻挡层的厚度过薄，会降低对电子的阻挡作用，若p型AlGaN阻挡层的厚度过厚，则会增加p型AlGaN阻挡层对光的吸收，从而导致LED的发光效率降低。
在一些示例中，p型AlGaN层62的厚度为20nm～30nm。作为示例，本公开实施例中，p型AlGaN层62的厚度为25nm。
可选地，p型GaN层63的厚度可以为20nm～70nm。作为示例，本公开实施例中，p型GaN层63的厚度为50nm。
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制造方法的流程图。该方法用于制造图1所示的外延片。如图2所示，该制造方法包括：
S11：提供一衬底10。
S12：在衬底10上依次外延生长高温AlN缓冲层20、过渡层30、n型AlGaN层40、多量子阱层50和p型层60。
其中，过渡层30包括依次层叠的第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33，第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33均包括交替层叠的AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302。第一周期结构31中的AlN层301的厚度大于第二周期结构32中的AlN层301的厚度，第二周期结构32中的AlN层301的厚度大于第三周期结构33中的AlN层301的厚度。第一周期结构31中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度，第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第三周期结构33中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度。
通过在高温AlN缓冲层和n型AlGaN层之间设置过渡层，过渡层包括三个周期结构，其中的AlN层能够促使高温AlN缓冲层延伸上来的位错缺陷弯曲，增加位错相互湮灭的几率，从而减少位错缺陷。三个周期结构中的AlN层的厚度呈递减的形式设置，Al0.6Ga0.4N层的厚度呈递增的形式设置，使外延片中的晶体从AlN逐渐过渡为AlGaN，从而从高温AlN缓冲层逐渐过渡到n型AlGaN层，有利于减小晶格失配导致的位错缺陷，提高晶体质量，提升载流子浓度，使得紫外LED的发光效率得到提升。
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制造方法的流程图，该方法用于制造图1所示的外延片。下面结合附图4～附图10对图3提供的制造方法进行详细说明：
S21：提供一衬底10。
可选地，衬底10为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化硅衬底。衬底10可以为平片衬底，也可以为图形化衬底。
作为示例，本公开实施例中，衬底10为蓝宝石衬底。蓝宝石衬底为一种常用衬底，技术成熟，成本低。具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。
在步骤S21中，可以对蓝宝石衬底进行预处理，将蓝宝石衬底置于MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition；金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理12分钟～18分钟。作为示例，本公开实施例中，对蓝宝石衬底进行烘烤处理15分钟。
具体地，烘烤温度可以为1000℃～1200℃，烘烤时MOCVD反应腔内的压力可以为100torr～200torr。
S22：在衬底10上外延生长高温AlN缓冲层20。
如图4所示，在衬底10上生长有高温AlN缓冲层20。
其中，高温AlN缓冲层20的厚度可以为1μm～5μm，生长的高温AlN缓冲层20的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同，若高温AlN缓冲层20的厚度过薄，则会导致高温AlN缓冲层20的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着高温AlN缓冲层20厚度的增加，高温AlN缓冲层20的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若高温AlN缓冲层20的厚度过厚，则会导致高温AlN缓冲层20的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。
可选地，高温AlN缓冲层20的生长温度不低于1300℃。作为示例，本公开实施例中，高温AlN缓冲层20的生长温度为1350℃。
可选地，高温AlN缓冲层20的生长压力为50torr～200torr。作为示例，本公开实施例中，高温AlN缓冲层20的生长压力为150torr。
S23：在高温AlN缓冲层20上生长过渡层30。
如图5所示，在高温AlN缓冲层20上生长有过渡层30。
其中，过渡层30包括依次层叠的第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33，第一周期结构31、第二周期结构32和第三周期结构33均包括交替层叠的AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302。第一周期结构31中的AlN层301的厚度大于第二周期结构32中的AlN层301的厚度，第二周期结构32中的AlN层301的厚度大于第三周期结构33中的AlN层301的厚度。第一周期结构31中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度，第二周期结构32中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度小于第三周期结构33中的Al0.6Ga0.4N层302的厚度。
过渡层30中，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的生长温度可以相同，也可以不同。作为示例，本公开实施例中，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的生长温度相同，采用相同的生长温度交替生长AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302，更方便操作，工艺上更简单。
可选地，过渡层30的生长温度为1280℃～1320℃。作为示例，本公开实施例中，过渡层30的生长温度为1300℃。
过渡层30中，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的生长压力可以相同，也可以不同。作为示例，本公开实施例中，AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302的生长压力也相同，采用相同的生长压力交替生长AlN层301和Al0.6Ga0.4N层302，更方便操作，工艺上更简单。
可选地，过渡层30的生长压力为130torr～170torr。作为示例，本公开实施例中，过渡层30的生长压力为150torr。
本公开实施例中，通过交替生长10层AlN层301和10层Al0.6Ga0.4N层302，得到过渡层30，其中第一周期结构31包括3个AlN层301和3个Al0.6Ga0.4N层302。第二周期结构32包括4个AlN层301和4个Al0.6Ga0.4N层302。第三周期结构33包括3个AlN层301和3个Al0.6Ga0.4N层302。第一周期结构31的单个AlN层301的厚度为30nm，第二周期结构32的单个AlN层301的厚度为25nm，第三周期结构33的单个AlN层301的厚度为20nm。第一周期结构31的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为20nm，第二周期结构32的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为25nm，第三周期结构33的单个Al0.6Ga0.4N层302的厚度为30nm。
S24：在过渡层30上生长n型AlGaN层40。
如图6所示，在过渡层30上生长有n型AlGaN层40。
可选地，n型AlGaN层40的生长温度为1000℃～1100℃。作为示例，本公开实施例中，n型AlGaN层40的生长温度为1060℃。
可选地，n型AlGaN层40的生长压力可以为80torr～110torr。作为示例，本公开实施例中，n型AlGaN层40的生长压力为100torr。
在生长n型AlGaN层40时，进行硅烷掺杂，n型AlGaN层40中的Si掺杂浓度可以为1017cm-3～1018cm-3。作为示例，本公开实施例中，n型AlGaN层40中的Si掺杂浓度为5×1017cm-3。
n型AlGaN层40的厚度可以为600nm～800nm，在本公开实施例中，n型AlGaN层40的厚度为700nm。
S25：在n型AlGaN层40上生长多量子阱层50。
如图7所示，在n型AlGaN层40上生长有多量子阱层50。
实现时，多量子阱层50可以包括交替层叠的多层AlxGa1-xN量子阱层51和多层AlyGa1-yN量子垒层52，其中0＜x＜y＜1。
可选地，AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52交替层叠的周期数可以为3～8。示例性地，本公开实施例中，AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52交替层叠的周期数为5。
需要说明的是，图7中仅示出了多量子阱层50中的部分结构，并不用于限制AlxGa1-xN量子阱层51和AlyGa1-yN量子垒层52交替层叠的周期数，此外在生长多量子阱层50时，也可以先在n型AlGaN层40上生长AlyGa1-yN量子垒层52。
可选地，AlxGa1-xN量子阱层51的厚度可以为2nm～4nm。AlyGa1-yN量子垒层52的厚度可以为9～14nm。
示例性地，本公开实施例中，AlxGa1-xN量子阱层51的厚度为3nm。AlyGa1-yN量子垒层52的厚度为11nm。
在生长完多量子阱层50之后，在多量子阱层50上生长p型层60，在本公开实施例中，p型层60包括依次层叠在多量子阱层50上的p型阻挡层61、p型AlGaN层62和p型GaN层63。p型阻挡层61、p型AlGaN层62和p型GaN层63均为Mg掺杂。p型层60的生长包括如下的步骤S26～S28。
S26：在多量子阱层50上生长p型阻挡层61。
如图8所示，在多量子阱层50上生长有p型阻挡层61。
可选地，p型阻挡层61可以为p型AlGaN阻挡层。
具体地，p型阻挡层61的生长温度可以为960℃～990℃，作为示例，本公开实施例中，p型阻挡层61的生长温度为980℃。
具体地，p型阻挡层61的生长压力可以为100torr～200torr。作为示例，本公开实施例中，p型阻挡层61的生长压力为150torr。
可选地，p型阻挡层61的厚度可以为5nm～15nm。作为示例，本公开实施例中，p型阻挡层61的厚度为10nm。若p型阻挡层61的厚度过薄，会降低对电子的阻挡作用，若p型阻挡层61的厚度过厚，则会增加p型阻挡层61对光的吸收，从而导致LED的发光效率降低。
S27：在p型阻挡层61上生长p型AlGaN层62。
如图9所示，在p型阻挡层61上生长有p型AlGaN层62。
具体地，p型AlGaN层62的生长温度可以为880℃～920℃，作为示例，本公开实施例中，p型AlGaN层62的生长温度为900℃。
具体地，p型AlGaN层62的生长压力可以为180torr～220torr。作为示例，本公开实施例中，p型AlGaN层62的生长压力为200torr。
可选地，p型AlGaN层62的厚度可以为20nm～30nm。作为示例，本公开实施例中，p型AlGaN层62的厚度为25nm。
S28：在p型AlGaN层62上生长p型GaN层63。
如图10所示，在p型AlGaN层62上生长有p型GaN层63。
可选地，p型GaN层63的生长温度可以为800℃～900℃。作为示例，本公开实施例中，p型GaN层63的生长温度为850℃。
可选地，p型GaN层63的生长压力可以为250torr～350torr。作为示例，本公开实施例中，p型GaN层63的生长压力为300torr。
可选地，p型GaN层63的厚度可以为20nm～70nm。作为示例，本公开实施例中，p型GaN层63的厚度为50nm。
在生长p型阻挡层61、p型AlGaN层62和p型GaN层63时，以采用三甲基镓或三乙基镓作为镓源，采用二茂镁进行Mg掺杂。
S29：对外延片进行退火。
可选地，可以在氮气分为下进行退火30分钟，结束外延片的生长。之后关闭加热系统和给气系统，待反应腔温度降低至室温。
对外延片进行退火，还可以对外延片进行后续制程，以制备LED。
在具体实现时，本公开实施例可以采用高纯H2或/和N2作为载气，采用TEGa或TMGa作为Ga源，TMIn作为In源，SiH4作为n型掺杂剂，TMAl作为铝源，Cp2Mg作为p型掺杂剂。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片包括衬底(10)和依次形成在所述衬底(10)上的高温AlN缓冲层(20)、过渡层(30)、n型AlGaN层(40)、多量子阱层(50)和p型层(60)，其中，所述过渡层(30)包括依次层叠的第一周期结构(31)、第二周期结构(32)和第三周期结构(33)，所述第一周期结构(31)、所述第二周期结构(32)和所述第三周期结构(33)均包括交替层叠的AlN层(301)和Al0.6Ga0.4N层(302)；
所述第一周期结构(31)中的所述AlN层(301)的厚度大于所述第二周期结构(32)中的所述AlN层(301)的厚度，所述第二周期结构(32)中的所述AlN层(301)的厚度大于所述第三周期结构(33)中的所述AlN层(301)的厚度；
所述第一周期结构(31)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度小于所述第二周期结构(32)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度，所述第二周期结构(32)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度小于所述第三周期结构(33)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述AlN层(301)的厚度为20nm～30nm，所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度为20nm～30nm。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第二周期结构(32)中的所述AlN层(301)的厚度与所述第二周期结构(32)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度相等。
4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一周期结构(31)的单个所述AlN层(301)的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度之和、所述第二周期结构(32)的单个所述AlN层(301)的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度之和、所述第三周期结构(33)的单个所述AlN层(301)的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度之和均相等。
5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，所述第一周期结构(31)的单个所述AlN层(301)的厚度与单个所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度之和为0.05μm～0.1μm。
6.根据权利要求1～5任一项所述的外延片，其特征在于，
所述第一周期结构(31)包括3个AlN层(301)和3个Al0.6Ga0.4N层(302)；
所述第二周期结构(32)包括4个AlN层(301)和4个Al0.6Ga0.4N层(302)；
所述第三周期结构(33)包括3个AlN层(301)和3个Al0.6Ga0.4N层(302)。
7.根据权利要求1～5任一项所述的外延片，其特征在于，所述过渡层(30)的厚度为0.5μm～1.0μm。
8.一种发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底(10)；
在所述衬底(10)上依次外延生长高温AlN缓冲层(20)、过渡层(30)、n型AlGaN层(40)、多量子阱层(50)和p型层(60)，其中，所述过渡层(30)包括依次层叠的第一周期结构(31)、第二周期结构(32)和第三周期结构(33)，所述第一周期结构(31)、所述第二周期结构(32)和所述第三周期结构(33)均包括交替层叠的AlN层(301)和Al0.6Ga0.4N层(302)；
所述第一周期结构(31)中的所述AlN层(301)的厚度大于所述第二周期结构(32)中的所述AlN层(301)的厚度，所述第二周期结构(32)中的所述AlN层(301)的厚度大于所述第三周期结构(33)中的所述AlN层(301)的厚度；
所述第一周期结构(31)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度小于所述第二周期结构(32)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度，所述第二周期结构(32)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度小于所述第三周期结构(33)中的所述Al0.6Ga0.4N层(302)的厚度。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述过渡层(30)的生长温度为1280℃～1320℃。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述过渡层(30)的生长压力为130torr～170torr。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011609269.1A CN112768575A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011609269.1A CN112768575A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112768575A true CN112768575A (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=75697570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011609269.1A Pending CN112768575A (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112768575A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113488565A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-08 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种氮化铝薄膜的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103123948A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 低弯曲度硅基iii族氮化物外延片及生长方法 |
| CN103137805A (zh) * | 2013-03-12 | 2013-06-05 | 南京大学 | 用于光电微型传感器的宽谱紫外发光二极管及其制作方法 |
| CN110364600A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-22 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种紫外发光二极管外延结构及其制作方法 |
| CN111341891A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-26 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 紫外led外延结构及其制备方法 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011609269.1A patent/CN112768575A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103123948A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 低弯曲度硅基iii族氮化物外延片及生长方法 |
| CN103137805A (zh) * | 2013-03-12 | 2013-06-05 | 南京大学 | 用于光电微型传感器的宽谱紫外发光二极管及其制作方法 |
| CN110364600A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-10-22 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种紫外发光二极管外延结构及其制作方法 |
| CN111341891A (zh) * | 2020-03-09 | 2020-06-26 | 江西新正耀光学研究院有限公司 | 紫外led外延结构及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113488565A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-08 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种氮化铝薄膜的制备方法 |
| CN113488565B (zh) * | 2021-06-23 | 2022-11-29 | 山西中科潞安紫外光电科技有限公司 | 一种氮化铝薄膜的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109119515B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112582508B (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN108336203A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN114597293B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116072780B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN113571616B (zh) | AlGaN基深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN109994580B (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN112531082A (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112802929A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN113284994B (zh) | 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN108550676B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113161453B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN117613156A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN109671815B (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法、发光二极管 | |
| CN112768575A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN112802931A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN112786746B (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN112466999B (zh) | 发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN114784150A (zh) | 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN113571615B (zh) | 改善欧姆接触的发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113113518B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN113161462B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113013299B (zh) | 发光二极管外延片及其生长方法 | |
| CN114824001A (zh) | 一种外延片、外延片制备方法以及发光二极管 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210507 |