CN114551664A - 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 - Google Patents
一种led外延片、外延生长方法及led芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114551664A CN114551664A CN202210092576.XA CN202210092576A CN114551664A CN 114551664 A CN114551664 A CN 114551664A CN 202210092576 A CN202210092576 A CN 202210092576A CN 114551664 A CN114551664 A CN 114551664A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type gan
- atmosphere
- gan layer
- thickness
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 50
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 11
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract description 8
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 127
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020056 Mg3N2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 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
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 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
- H01L33/0066—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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/403—AIII-nitrides
- C30B29/406—Gallium nitride
-
- 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
- H01L33/14—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
- H01L33/145—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 carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，LED外延片包括电子阻挡层和P型GaN层，P型GaN层包括P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，且依次层叠在电子阻挡层上，非掺杂P型GaN层的厚度是P型GaN气氛过渡层的厚度的1倍‑1.5倍，Mg掺型P型GaN层的厚度是P型GaN气氛过渡层的厚度的1.5倍‑2倍，其中，P型GaN气氛过渡层在气氛渐变的情况下沉积，非掺杂型P型GaN层和Mg掺P型GaN层在稳定的N2/H2/NH3气氛下沉积。通过本发明可以有效解决现有GaN基LED外延结构中，P型氮化物层填V‑pits能力较弱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，由于其体积小、亮度高、能耗低等特点，吸引了越来越多研究者的注意，其中，GaN基的LED具有高密度、能耗低、寿命长、响应时间短、无辐射等优点，广泛的应用于照明及显示等领域。
现阶段，传统的GaN基LED外延结构包括依次在衬底上沉积缓冲层，非掺杂氮化物层，N型氮化物层，应力释放层，多量子阱层，电子阻挡层，P型GaN层，P型接触层，而其中的P型氮化物层生长方式主要是在高H2氛围中生长高浓度Mg掺杂GaN，整个生长过程一直保持反应腔体内高浓度Mg，以此来提高P型GaN层活化Mg浓度，但是采用该生长方式有许多弊端，一是P型氮化物层填V-pits能力较弱，通常需要生长较厚的P型氮化物层才可以将V-pits填平；二是在MOCVD中生在过程中，存在大量的H原子，当生长温度较高时，H离子的形成能力与氮空位VN相比较低，所以，Mg被H离子钝化，导致P型氮化物中活化Mg浓度低；三是当Mg掺杂浓度很高时，Mg原子与N原子形成Mg3N2络合物，将产生严重的自补偿效应，大大降低Mg的活化率；四是Mg受主的能级较深，约为170meV，室温下Mg的电离率只有1％左右。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，旨在解决现有GaN基LED外延结构中，P型氮化物层填V-pits能力较弱的问题。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片，包括电子阻挡层和P型GaN层，所述P型GaN层包括P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，且依次层叠在所述电子阻挡层上，所述非掺杂P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1倍-1.5倍，所述Mg掺型P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1.5倍-2倍，其中，所述P型GaN气氛过渡层在气氛由所述电子阻挡层N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛的情况下沉积，所述非掺杂型P型GaN层和所述Mg掺P型GaN层在稳定的所述N2/H2/NH3气氛下沉积。
优选地，所述LED外延片还包括图形化衬底、缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型接触层；
所述所述缓冲层、所述非故意掺杂GaN层、所述N型GaN层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型GaN层、所述P型接触层依次外延生长在所述图形化衬底上。
优选地，所述P型GaN层厚度为5nm～100nm，所述缓冲层的厚度为10nm～30nm，所述非故意掺杂GaN层的厚度为2um～3um，所述N型GaN层的厚度为2um～3um，所述多量子阱层的厚度为11nm～15.5nm、所述电子阻挡层的厚度为10～40nm、所述P型接触层的厚度为1nm～5nm。
优选地，所述多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数6～12个。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述的LED外延片，所述外延生长方法包括：
提供一电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上沉积P型GaN层；
所述P型GaN层包括P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，且依次层叠在所述电子阻挡层上，其中，所述P型GaN气氛过渡层在气氛由所述电子阻挡层N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛的情况下沉积，所述非掺杂型P型GaN层和所述Mg掺P型GaN层在稳定的所述N2/H2/NH3气氛下沉积，所述非掺杂P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1倍-1.5倍，所述Mg掺型P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1.5倍-2倍。
优选地，所述外延生长方法还包括：
提供一生长所需的图形化衬底；
在所述图形化衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型GaN层、P型接触层。
优选地，所述N2/H2/NH3气氛各气体的比例为1:5:10～1:10:20。
优选地，所述P型GaN层生长温度950℃～1000℃，生长压力100～600torr。
优选地，所述非故意掺杂的GaN层生长温度为1100℃，压力100～600torr。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的LED外延片。
与现有技术相比：通过在电子阻挡层上依次层叠P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，其中，在P型GaN气氛过渡层沉积过程引入H2,由电子阻挡层N2/NH3气氛转变为N2/H2/NH3，同时减少生长气氛转变时间，在该阶段引入H2可以提高P型GaN气氛过渡层晶体质量，另外，在P型GaN气氛过渡层依次沉积非掺杂P型GaN层和Mg掺P型GaN层，由于P型GaN气氛过渡层及非掺杂P型GaN层均不掺杂Mg，减小了因Mg掺杂过多而导致吸光，出现发光效率降低的可能性，具体的，非掺杂P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1倍-1.5倍，Mg掺型P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1.5倍-2倍,在此厚度配比下可以更加有效填平V-pits，并且减少了P型GaN层厚度，提高了LED的出光效率。
附图说明
图1为本发明实施例一当中的LED外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例一当中的LED外延片中P型GaN层的结构示意图；
图3为本发明实施例二当中的LED外延片的外延生长方法的流程图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1和图2，所示为本发明实施例一中的LED外延片，包括图形化衬底10、以及在图形化衬底上依次外延生长的缓冲层20、非故意掺杂GaN层30、N型GaN层40、多量子阱层50、电子阻挡层60、P型GaN层70、P型接触层80。
在本实施例当中，图形化衬底为蓝宝石衬底，其中，P型GaN层70包括P型GaN气氛过渡层701，非掺杂P型GaN层702，Mg掺型P型GaN层703，且依次层叠在电子阻挡层60上，需要说明的是，外延片的生长是在中微A7MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称MOCVD)设备中实现的，采用高纯H2(氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，可以理解的，在电子阻挡层的生长过程中，环境中含有高纯N2和高纯NH3的混合气体，当P型GaN气氛过渡层701开始生长时，环境气氛由N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛，即向生长环境中充入H2，当H2达到一定浓度时停止充入，另外，非掺杂型P型GaN层702和Mg掺P型GaN层703在稳定的N2/H2/NH3气氛下依次沉积于P型GaN气氛过渡层701上。
示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，非掺杂P型GaN层702的厚度是P型GaN气氛过渡层701的厚度的1倍-1.5倍，例如为1倍、1.3倍、1.5倍等；Mg掺型P型GaN层703的厚度是P型GaN气氛过渡层701的厚度的1.5倍-2倍，例如为1.5倍、1.7倍、2倍等。
示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，P型GaN层厚度70为5nm～100nm，例如为10nm、15nm、20nm等；缓冲层20的厚度为10nm～30nm，例如为10nm、15nm、20nm等；非故意掺杂GaN层30的厚度为2um～3um，例如为2um、2.5um、3um等；N型GaN层40的厚度为2um～3um，例如为2um、2.5um、3um等；多量子阱层50的厚度为11nm～15.5nm，例如为11nm、13nm、15nm等；电子阻挡层60的厚度为10～40nm，例如为10nm、20nm、30nm等；P型接触层80的厚度为1nm～5nm，例如为2nm、3nm、4nm等。多量子阱层50为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数6～12个，例如为6个、8个、10个等，需要说明的是，InGaN量子阱层厚度为2nm～3.5nm，例如为2nm、2.5nm、3nm等，AlGaN量子垒层厚度为9nm～12nm，例如为9nm、10.5nm、12nm等。
实施例二
请参阅图3，所示为本发明实施例二提出的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的LED外延片，所述方法具体包括步骤S201至步骤S208，其中：
步骤S201，提供一生长所需的图形化衬底。
具体的，图形化衬底为蓝宝石衬底，示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，图形化衬底还可以为硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底等。
步骤S202，生长缓冲层，其生长厚度为10nm～30nm。
在本实施例当中，缓冲层为AlN，在PVD(物理气相沉积)系统中进行沉积，沉积厚度为15nm。
步骤S203，生长非故意掺杂GaN层，其生长厚度为2um～3um。
其中，图形化衬底为镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底，将其放在石墨托盘上，送入反应腔中进行外延材料的生长，其中，非故意掺杂的GaN层生长温度为1100℃，压力100～600torr。
需要说明的是，LED外延片的生长是通过中微A7 MOCVD(Metal-organic ChemicalVapor Deposition，简称MOCVD)设备实现的。将已经镀完AlN缓冲层的蓝宝石衬底放入MOCVD中，采用高纯H2(氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
步骤S204，生长N型GaN层，其生长厚度为2um～3um。
具体的，N型GaN层的生长温度为1100℃，Si掺杂浓度为1.6E19。
步骤S205，生长多量子阱层，其生长厚度为11nm～15.5nm。
在本实施例当中，层量子阱发光层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，其中，InGaN量子阱层的生长温度为790℃～810℃，AlGaN量子垒层的生长温度为850℃～9000℃。
步骤S206，生长电子阻挡层，其生长厚度为10nm～40nm。
具体的，电子阻挡层为AlInGaN，其生长温度为900℃-1000℃。
步骤S207，生长P型GaN层，其生长厚度为5nm～100nm。
需要说明的是，P型GaN层包括依次层叠在电子阻挡层AlInGaN上的P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层。其中，P型GaN气氛过渡层和非掺杂P型GaN层均不掺Mg，Mg掺型P型GaN层为重掺Mg层。P型GaN气氛过渡层气氛由生长电子阻挡层N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛，而非掺杂型P型GaN层和Mg掺P型GaN层则在稳定的N2/H2/NH3气氛沉积。最终达到的非掺杂P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1倍～1.5倍，Mg掺型P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1.5倍～2倍，值得注意的是，当P型GaN层厚度较厚时，虽然可以更好填平V-pits，但P型GaN层厚度过厚会导致LED发出的光被吸收，从而降低了发光效率。
可以理解的，在P型GaN气氛过渡层生长时引入H2,由电子阻挡层的N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛，其中，N2/H2/NH3气氛各气体的比例为1:5:10～1:10:20，示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，当N2/H2/NH3气氛比例为1:6:15时,在此气氛条件配比下能获得较优晶体质量。
在本实施例当中，P型GaN层的厚度为15nm，Mg浓度大于1E19。非掺杂P型GaN层的厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1.3倍，Mg掺型P型GaN层的厚度是P型GaN气氛过渡层的厚度1.5倍，可以有效填平V-Pits，减少Mg掺P型GaN层厚度，提高活化Mg浓度的P型GaN层。
具体的，P型GaN层生长温度950℃～1000℃，生长压力100～600torr，在本实施例当中，P型GaN层生长温度为980℃，生长压力200torr，在较高的温度和较低压力下生长P型GaN层提高原子的迁移率，提高GaN填V-Pits能力。
步骤S208，生长P型接触层，其生长厚度为1nm～5nm。
其中，P型接触层为重掺Mg GaN层，生长温度为800℃～900℃。
综上，本发明实施例当中的LED外延片及其外延生长方法，通过在电子阻挡层上依次层叠P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，其中，在P型GaN气氛过渡层沉积过程引入H2,由电子阻挡层N2/NH3气氛转变为N2/H2/NH3，同时减少生长气氛转变时间，在该阶段引入H2可以提高P型GaN气氛过渡层晶体质量，另外，在P型GaN气氛过渡层依次沉积非掺杂P型GaN层和Mg掺P型GaN层，由于P型GaN气氛过渡层及非掺杂P型GaN层均不掺杂Mg，减小了因Mg掺杂过多而导致吸光，出现发光效率降低的可能性，具体的，非掺杂P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1-1.5倍，Mg掺型P型GaN层厚度是P型GaN气氛过渡层厚度1.5-2倍,在此厚度配比下可以更加有效填平V-pits，并且减少了P型GaN层厚度，提高了LED的出光效率。
实施例三
本发明实施例三提供一种LED芯片，包括上述实施例一当中的LED外延片，所述LED外延片可由上述实施例二当中的LED外延片的外延生长方法外延生长得到。
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本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 (10)
1.一种LED外延片，其特征在于，包括电子阻挡层和P型GaN层，所述P型GaN层包括P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，且依次层叠在所述电子阻挡层上，所述非掺杂P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1倍-1.5倍，所述Mg掺型P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1.5倍-2倍，其中，所述P型GaN气氛过渡层在气氛由所述电子阻挡层N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛的情况下沉积，所述非掺杂型P型GaN层和所述Mg掺P型GaN层在稳定的所述N2/H2/NH3气氛下沉积。
2.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述LED外延片还包括图形化衬底、缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型接触层；
所述所述缓冲层、所述非故意掺杂GaN层、所述N型GaN层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型GaN层、所述P型接触层依次外延生长在所述图形化衬底上。
3.根据权利要求2所述的LED外延片，其特征在于，所述P型GaN层厚度为5nm～100nm，所述缓冲层的厚度为10nm～30nm，所述非故意掺杂GaN层的厚度为2um～3um，所述N型GaN层的厚度为2um～3um，所述多量子阱层的厚度为11nm～15.5nm、所述电子阻挡层的厚度为10nm～40nm、所述P型接触层的厚度为1nm～5nm。
4.根据权利要求2所述的LED外延片，其特征在于，所述多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数6～12个。
5.一种LED外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-4任一项所述的LED外延片，所述外延生长方法包括：
提供一电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上沉积P型GaN层；
所述P型GaN层包括P型GaN气氛过渡层，非掺杂P型GaN层，Mg掺型P型GaN层，且依次层叠在所述电子阻挡层上，其中，所述P型GaN气氛过渡层在气氛由所述电子阻挡层N2/NH3气氛渐变为N2/H2/NH3气氛的情况下沉积，所述非掺杂型P型GaN层和所述Mg掺P型GaN层在稳定的所述N2/H2/NH3气氛下沉积，所述非掺杂P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1倍-1.5倍，所述Mg掺型P型GaN层的厚度是所述P型GaN气氛过渡层的厚度的1.5倍-2倍。
6.根据权利要求5所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法还包括：
提供一生长所需的图形化衬底；
在所述图形化衬底上依次外延生长缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型GaN层、P型接触层。
7.根据权利要求5所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述N2/H2/NH3气氛各气体的比例为1:5:10～1:10:20。
8.根据权利要求5所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述P型GaN层生长温度950℃～1000℃，生长压力100～600torr。
9.根据权利要求6所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述非故意掺杂的GaN层生长温度为1100℃，压力100～600torr。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的LED外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210092576.XA CN114551664A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210092576.XA CN114551664A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114551664A true CN114551664A (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=81674268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210092576.XA Pending CN114551664A (zh) | 2022-01-26 | 2022-01-26 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114551664A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115207176A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-10-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于深紫外led的外延结构及其制备方法、led |
| CN116053378A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-05-02 | 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 |
-
2022
- 2022-01-26 CN CN202210092576.XA patent/CN114551664A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115207176A (zh) * | 2022-09-15 | 2022-10-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于深紫外led的外延结构及其制备方法、led |
| CN116053378A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-05-02 | 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 |
| CN116053378B (zh) * | 2023-04-03 | 2023-06-02 | 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108461592B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN114759124B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN108198921B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109950368A (zh) | 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN116314514B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| JP2010258096A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| CN109216519A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN217641376U (zh) | 一种led外延片及led芯片 | |
| CN116581217B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN109671814A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| JP2009260203A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| CN116230825B (zh) | 一种氢杂质调控空穴注入层的led外延片及其制备方法 | |
| CN116093223B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN114551664A (zh) | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 | |
| CN115472718A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116072780A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN106229389B (zh) | 一种在金属氮化镓复合衬底上制备发光二极管的方法 | |
| CN110518096A (zh) | 发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN115863503B (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN116435424A (zh) | 一种辐射复合效率高的发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN112786749B (zh) | 发光二极管外延片制备方法 | |
| CN115020552A (zh) | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 | |
| CN114464709A (zh) | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 | |
| CN114373840A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109461802B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
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 |