CN114823999A - 一种具有氮极性接触层的led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，结构包括依次层叠的衬底、缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层以及P型GaN层，LED外延结构还包括层叠于P型GaN层上的氮极性P型欧姆接触层，氮极性P型欧姆接触层包括至少一氮极性P型InxGa1‑xN层。上述具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，通过设置氮极性P型InxGa1‑xN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，特别涉及一种具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法。
背景技术
LED具有节能、环保、寿命长等优点，是继白炽灯和日光灯之后的第三代电照明光源。现如今LED已广泛应用于人们的日常生活中，如普通照明、指示灯、玩具、交通信号灯、手机、大尺寸显示屏、建筑景观装饰、汽车用灯等。然而在LED 照明的推进过程中，发现LED的P型欧姆接触特性直接影响到整个器件的效率和可靠性。
按照欧姆接触的形成机理，制备GaN的P型欧姆接触需要选择功函数大于P型GaN（7.5eV）的金属，但金属中功函数最大的铂（Pt）也只有5.65eV，无法找到与P型GaN材料功函数相匹配的金属材料。所以一般在外延结构上生长最后一层时，常用的设计为重掺杂镁(Mg)的P型GaN层,当金属与掺杂浓度很高的P型GaN接触时，随着载流子浓度提高，金属和半导体接触层的空间电荷区变窄，势垒区变薄，电子的隧穿几率增大，这时即使在高势垒的情况下，场发射仍占优势，从而降低比接触电阻。
但是P型半导体中受主杂质镁(Mg)的能级很高，从而造成受主杂质镁(Mg)电离困难（170meV），其离化率只有1％，并且单纯通过增加镁(Mg)的掺杂浓度并不能得到更高的空穴浓度，因为重掺杂后导致出现晶体缺陷，此时受主掺杂的补偿来自晶体缺陷（自补偿），从而影响了受主掺杂浓度和受主能级高度。而低的载流子浓度限制了形成低阻欧姆接触所需要的隧道电流。而由于接触电阻的增加，从而导致工作电压升高，并一定程度影响了LED的发光效率和电性良率。因此现有技术存在的难以形成P型欧姆接触和空穴供应困难的缺陷，有必要提供一种具有氮极性的P型欧姆接触层的LED外延结构设计和制备方法，降低VF（顺向电压），进一步提高LED的发光效率和电性良率。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，用以提高LED的发光效率和电性良率。
本申请一方面提供一种具有氮极性接触层的LED外延结构，包括依次层叠的衬底、缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/ GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层以及P型GaN层，所述LED外延结构还包括层叠于所述P型GaN层上的氮极性P型欧姆接触层；
所述氮极性P型欧姆接触层包括至少一氮极性PInaGa1-aN层，其中，0.05＜a＜0.6；
所述氮极性P型欧姆接触层还包括n个SiNX掩膜层及n+1个氮极性P型InaGa1-aN层，所述氮极性P型InaGa1-aN层与所述SiNX掩膜层交替层叠，n为大于0的正整数。
本申请另一方面提供一种具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层以及氮极性P型欧姆接触层；
其中，在生长所述氮极性P型欧姆接触层时，生长方法包括：
交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层，以生长所述氮极性P型欧姆接触层；
或在所述P型GaN层上生长氮极性P型InaGa1-aN层，以生长所述氮极性P型欧姆接触层。
上述具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，通过设置氮极性P型InaGa1-aN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。具体的，由于氮极性的GaN表面存在N悬挂键，N悬挂键强较大，从而对于In原子的结合能力增强，进而在同样的生长条件下，氮极性的GaN中的In掺杂浓度较现有技术中的镓极性GaN高约50%，在氮极性P型欧姆接触层的氮极性P型InaGa1-aN层中，In组分浓度比镓极性P型InaGa1-aN层更高，而随着In组分的增加，在掺杂剂相同的情况下，氮极性P型InaGa1-aN层中的空穴浓度也相应更高，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触和空穴供应困难的技术问题。
另外，根据本发明上述的具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述氮极性P型InaGa1-aN层的厚度为1-10nm；
所述SiNX掩膜层的厚度为0.5-10nm。
进一步地，在生长所述SiNX掩膜层时，
生长温度为950-1050℃，MOCVD反应室压力为100-200torr。
进一步地，SiH4流量为0.1-10 umol/min，NH3流量为0.1-5mol/min。
进一步地，在交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层的步骤中，生长所述氮极性P型InaGa1-aN层时，
In组分随着交替生长周期的增加而逐渐递增，或In组分固定不变。
进一步地，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
In的组分为5％-60％。
进一步地，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
掺杂剂包括Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1022/cm3。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种LED外延结构的结构示意图；
图2为本发明实施例中的另一种LED外延结构的结构示意图；
主要结构符号说明：
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。
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。
请参阅图1，所示为本发明提供的第一种具有氮极性接触层的LED外延结构，包括依次层叠的衬底10、缓冲层20、三维成核层30、未掺杂的GaN层40、N型GaN层50、InGaN/ GaN多量子阱层60、P型AlGaN电子阻挡层70以及P型GaN层80，所述LED外延结构还包括层叠于所述P型GaN层上的氮极性P型欧姆接触层90；
所述氮极性P型欧姆接触层90包括至少一氮极性P型InaGa1-aN层901，其中，0.05＜a＜0.6。
具体地，所述氮极性P型InaGa1-aN层901的厚度为1-10nm。
请查阅图2，所述氮极性P型欧姆接触层90还包括多个SiNX掩膜层及氮极性P型InaGa1-aN层901，所述氮极性P型InaGa1-aN层901与所述SiNX掩膜层902交替层叠。具体的，包括n+1层氮极性P型InaGa1-aN层901和n层SiNX掩膜层902，n为大于0的正整数。
通过设置氮极性P型InaGa1-aN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。进一步地，交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层，使得氮极性P型欧姆接触层中的SiNX掩膜层大幅度改善了氮极性P型InaGa1-aN层的晶体缺陷，减少了位错密度，降低了其背景电子浓度，背景电子浓度降低和晶体质量的提升，进一步提高了氮极性P型欧姆接触层的空穴浓度和迁移率。
具体地，所述氮极性P型InaGa1-aN层901的厚度为1-10nm；所述SiNX掩膜层902的厚度为0.5-10nm。
综上，本发明上述实施例当中的具有氮极性接触层的LED外延结构，通过设置氮极性P型InaGa1-aN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。具体的，由于氮极性的GaN表面存在N悬挂键，N悬挂键强较大，从而对于In原子的结合能力增强，进而在同样的生长条件下，氮极性的 GaN中的In掺杂浓度较现有技术中的镓极性GaN高约50%，在氮极性P型欧姆接触层的氮极性P型InaGa1-aN层中，In组分浓度比镓极性P型InaGa1-aN层更高，而随着In组分的增加，在掺杂剂相同的情况下，氮极性P型InaGa1-aN层中的空穴浓度也相应更高，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触和空穴供应困难的技术问题。
本申请另一方面提供一种具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层以及氮极性P型欧姆接触层；
其中，在生长所述氮极性P型欧姆接触层时，生长方法包括在所述P型GaN层上生长氮极性P型InaGa1-aN层，以生长所述氮极性P型欧姆接触层；或交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层，以生长所述氮极性P型欧姆接触层。
具体的，衬底为蓝宝石、氮化铝、硅或碳化硅中的其中一种。
在本发明一些实施例当中，在生长所述SiNX掩膜层时，生长温度为950-1050℃。MOCVD反应室压力为100-200torr。SIH4流量为0.1-10umol/min，NH3流量为0.1-5mol/min。
在本发明一些实施例当中，在交替生长所述氮极性P型InaGa1-aN层时，
In组分随着交替生长周期的增加而逐渐递增，或In组分固定不变。
在本发明一些实施例当中，在交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层的步骤中：
生长温度可以随着交替生长周期的增加而逐渐递减，或随着交替生长周期的增加而逐渐递增，或随着交替生长周期的增加而固定不变。
在本发明一些实施例当中，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
In的组分为5％-60％。
在本发明一些实施例当中，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
掺杂剂包括Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1022/cm3。
需要进一步说明的是，在氮极性P型欧姆接触层中的氮极性P型InaGa1-aN层中，Mg掺杂相比镓极性P型InGaN层具有更小的记忆效应，这样在生长氮极性P型InaGa1-aN层和SiNX掩膜层周期性交替生长时界面更加陡峭，即使在镁（Mg）重掺杂的条件下也不会和镓极性的P型InGaN层一样发生极性翻转导致的表面缺陷增加。
进一步地，由于氮极性的GaN表面存在N悬挂键，N悬挂键强较大，从而对于In原子的结合能力增强，进而在同样的生长条件下，氮极性的 GaN中的In掺杂浓度较镓极性GaN高约50%，氮极性P型欧姆接触层中的氮极性P型InxGa1-xN层的In组分浓度比镓极性P型InaGa1- aN层更高，而随着In组分的增加，相同镁（Mg）掺杂下，氮极性P型InaGa1-aN层中的空穴浓度也相应更高。
可得，氮极性P型欧姆接触层中的SiNX掩膜层大幅度改善了氮极性P型InaGa1-aN层的晶体缺陷，减少了位错密度，降低了其背景电子浓度，使主浓度降低和晶体质量的提升，进一步提高了氮极性P型欧姆接触层的空穴浓度和迁移率。
实施例1
为了便于理解本发明，下面以一具体实施例具体论述本申请中的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，方法包括以下步骤：
在衬底上制备缓冲层：采用金属有机气相化学沉积方法在该衬底上沉积AlN缓冲层或GaN缓冲层或AlGaN缓冲层，通入高纯NH3作为N（氮）源，通入三甲基镓(TMGa)作为Ga源，通入三甲基铝(TMAl)作为铝源，反应室生长压力为60-200torr，以在衬底上沉积AlN缓冲层或GaN缓冲层或AlGaN缓冲层。
制备三维成核层：采用金属有机气相化学沉积方法在缓冲层上通入三甲基镓(TMGa)作为Ga源，生长温度升高到1060-1090℃，以在缓冲层上生长三维成核层。
制备未掺杂GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法在GaN缓冲层上，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度升高到1100-1125℃，在三维成核层上生长非掺杂GaN层。
制备N型GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法以SiH4作为掺杂源，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度降低到1095-1100℃，Si的掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1020/cm3，在非掺杂GaN层上生长N型GaN层。
制备m个周期性的InGaN/ GaN多量子阱层（其中m是大于0的正整数）：采用金属有机气相化学沉积方法，通入三乙基镓作为Ga源，生长GaN垒层，随后通入三甲基铟源作为In源，三乙基镓作为Ga源，在GaN垒生长InbGa1-bN阱层，b=0.05~0.30，以此为量子阱层的一个单位周期，整个多量子阱层由m(5≤m≤8)个周期构成。
制备P型AlGaN电子阻挡层：采用金属有机气相化学沉积方法在最后一个量子垒上，通入三甲基铝作为Al源，二茂镁作为Mg源，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度变温到900-960℃生长P型AlcGa1-cN电子阻挡层，其中c=0.05~0.5,其中Mg的掺杂浓度为1.8×1019/cm3。
制备P型GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法，通入三甲基镓作为Ga源、二茂镁作为Mg源，生长P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为5×1019/cm3。
制备氮极性P型欧姆接触层：采用金属气相化学沉积方法，在P型GaN层上进行氮极性P型InaGa1-aN层的生长，反应室温度在950-1050℃内通入氨气对其生长表面进行氮化处理，具体可通入100-300L的NH3作为N（氮）源进行氮化处理；生长氮极性P型InaGa1-aN层时需保持相对高的V/III比，其中V/III≥1000，具体的，N（氮）为第Ⅴ主族元素，Ga（镓）为第Ⅲ主族元素，其将外延片生长时通入的N（氮）源与通入的Ga（镓）源的流量的摩尔质量的比值称为V/Ⅲ比。此时N（氮）源可为NH3，流量可为160-220L，Ga（镓）源可为TEGa，流量可为60-100sccm，In（铟）源可为TMIn，流量可为1500-2500sccm，其中P型InaGa1-aN层的In组分为5-60%，Mg(镁)源可为CP2Mg, 其中Mg掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1022/cm3。
继续采用金属有机气相化学沉积方法，在氮极性P型InaGa1-aN层上进行SiNX掩膜层生长，保持反应室生长温度和生长压力不变，同步切断Ga（镓）源和In（铟）源，通入0.1-10umol/min的SiH4（硅烷），通入0.1-5mol/min的NH3（氮源），生长SiNX掩膜层。
综上，本发明上述实施例当中的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，通过设置氮极性P型InaGa1-aN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。具体的，由于氮极性的GaN表面存在N悬挂键，N悬挂键强较大，从而对于In原子的结合能力增强，进而在同样的生长条件下，氮极性的 GaN中的In掺杂浓度较现有技术中的镓极性GaN高约50%，在氮极性P型欧姆接触层的氮极性P型InaGa1-aN层中，In组分浓度比镓极性P型InaGa1-aN层更高，而随着In组分的增加，在掺杂剂相同的情况下，氮极性P型InaGa1-aN层中的空穴浓度也相应更高，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触和空穴供应困难的技术问题。
对比例1
对比例1为目前常见的传统的具有镓极性接触层的LED外延结构制备方法，与本发明的实施例的差别为其P型欧姆接触层为镓极性P型GaN接触层或P型InGaN接触层,其他结构无差异。
包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层以及镓极性P型欧姆接触层；
本对比例中的LED外延结构制备方法，包括以下步骤：
在衬底上制备缓冲层：采用金属有机气相化学沉积方法在该衬底上沉积AlN缓冲层或GaN缓冲层或AlGaN缓冲层，通入高纯NH3作为N（氮）源，通入三甲基镓(TMGa)作为Ga源，通入三甲基铝(TMAl)作为铝源，反应室生长压力为60-200torr，以在衬底上沉积AlN缓冲层或GaN缓冲层或AlGaN缓冲层。
制备三维成核层：采用金属有机气相化学沉积方法在缓冲层上通入三甲基镓(TMGa)作为Ga源，生长温度升高到1060-1090℃，以在缓冲层上生长三维成核层。
制备未掺杂GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法在GaN缓冲层上，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度升高到1100-1125℃，在三维成核层上生长非掺杂GaN层。
制备N型GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法以SiH4作为掺杂源，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度降低到1095-1100℃，Si的掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1020/cm3，在非掺杂GaN层上生长N型GaN层。
制备m个周期性的InGaN/ GaN多量子阱层（其中m是大于0的正整数）：采用金属有机气相化学沉积方法，通入三乙基镓作为Ga源，生长GaN垒层，随后通入三甲基铟源作为In源，三乙基镓作为Ga源，在GaN垒生长InbGa1-bN阱层，b=0.05~0.30，以此为量子阱层的一个单位周期，整个多量子阱层由m(5≤m≤8)个周期构成。
制备P型AlGaN电子阻挡层：采用金属有机气相化学沉积方法在最后一个量子垒上，通入三甲基铝作为Al源，二茂镁作为Mg源，通入三甲基镓作为Ga源，生长温度变温到900-960℃生长P型AlcGa1-cN电子阻挡层，其中c=0.05~0.5,其中Mg的掺杂浓度为1.8×1019/cm3。
制备P型GaN层：采用金属有机气相化学沉积方法，通入三甲基镓作为Ga源、二茂镁作为Mg源，生长P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度为5×1019/cm3。
制备镓极性P型欧姆接触层：采用金属气相化学沉积方法，在P型GaN层上进行镓极性P型InaGa1-aN层的生长，反应室温度在950-1050℃内，通入三乙基镓作为Ga源，流量可为60-100sccm，通入三甲基铟作为In源，流量可为1500-2500sccm，通入二茂镁作为Mg源，流量可为1000-3000sccm，生长P型InGaN层。
将通过上述实施例1中的制备方法制备的3组LED外延片和对比例1中的制备方法制备的LED外延片分别制备成约455nm波段，22X35mil尺寸的芯片，通入20mA的电流，进行光电测试，结果如下表所示：
由上表可以得出，本发明提供的LED外延生长方法制备的第1组外延片的电压相较对比例1下降了2.1%，亮度提升1.4%。本发明提供的LED外延生长方法制备的第2组外延片的电压相较对比例1下降了3.6%，亮度提升1.2%。本发明提供的LED外延生长方法制备的第3组外延片的电压相较对比例1下降了3.3%，亮度提升1.2%。
综上，本申请提供的具有氮极性接触层的LED外延结构及其制备方法，通过设置氮极性P型InaGa1-aN层用于形成氮极性P型欧姆接触，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触的缺陷。具体的，由于氮极性的GaN表面存在N悬挂键，N悬挂键强较大，从而对于In原子的结合能力增强，进而在同样的生长条件下，氮极性的GaN中的In掺杂浓度较现有技术中的镓极性GaN高约50%，在氮极性P型欧姆接触层的氮极性P型InaGa1-aN层中，In组分浓度比镓极性P型InaGa1-aN层更高，而随着In组分的增加，在掺杂剂相同的情况下，氮极性P型InaGa1-aN层中的空穴浓度也相应更高，解决了现有技术中难以形成P型欧姆接触和空穴供应困难的技术问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (8)
1.一种具有氮极性接触层的LED外延结构，包括依次层叠的衬底、缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/ GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层以及P型GaN层，其特征在于，所述LED外延结构还包括层叠于所述P型GaN层上的氮极性P型欧姆接触层；
所述氮极性P型欧姆接触层包括至少一氮极性P型InaGa1-aN层，其中，0.05＜a＜0.6；
所述氮极性P型欧姆接触层还包括n个SiNX掩膜层及n+1个氮极性P型InaGa1-aN层，所述氮极性P型InaGa1-aN层与所述SiNX掩膜层交替层叠，n为大于0的正整数。
2.根据权利要求1所述的具有氮极性接触层的LED外延结构，其特征在于，
所述氮极性P型InaGa1-aN层的厚度为1-10nm；
所述SiNX掩膜层的厚度为0.5-10nm。
3.一种具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，用于制备上述权利要求1-2任意一项所述的具有氮极性接触层的LED外延结构，其特征在于，包括：
获取一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、三维成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/ GaN多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层以及氮极性P型欧姆接触层；
其中，在生长所述氮极性P型欧姆接触层时，生长方法包括：
交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层，以形成所述氮极性P型欧姆接触层；
或在所述P型GaN层上生长氮极性P型InaGa1-aN层，以形成所述氮极性P型欧姆接触层。
4.根据权利要求3所述的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，其特征在于，生长所述SiNX掩膜层的步骤包括：
往MOCVD反应室通入SiH4和NH3以生长SiNX掩膜层，其中，生长温度为950-1050℃，MOCVD反应室压力为100-200torr。
5.根据权利要求4所述的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，其特征在于，SiH4流量为0.1-10 umol/min，NH3流量为0.1-5mol/min。
6.根据权利要求3所述的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，其特征在于，在交替生长多个氮极性P型InaGa1-aN层及SiNX掩膜层的步骤中，生长所述氮极性P型InaGa1-aN层时，
In组分随着交替生长周期的增加而逐渐递增，或In组分固定不变。
7.根据权利要求3所述的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，其特征在于，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
In的组分为5％-60％。
8.根据权利要求3所述的具有氮极性接触层的LED外延结构制备方法，其特征在于，在所述氮极性P型InaGa1-aN层中：
掺杂剂包括Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019/cm3-1×1022/cm3。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174802A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管的外延结构及其制备方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110057294A1 (en) * | 2008-05-23 | 2011-03-10 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Formation of substantially pit free indium gallium nitride |
| US20110163294A1 (en) * | 2008-05-02 | 2011-07-07 | June O Song | Light emitting element and a production method therefor |
| CN105826440A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-08-03 | 天津三安光电有限公司 | 氮化镓基发光二极管及其制备方法 |
| US20180019372A1 (en) * | 2015-03-30 | 2018-01-18 | Hc Semitek (Suzhou) Co., Ltd. | Light-emitting diode epitaxial wafer and method for preparing the same |
| CN107978661A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-05-01 | 吉林大学 | 一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法 |
| CN109087976A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-12-25 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片的制备方法及其发光二极管外延片 |
| CN109920889A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-21 | 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 |
| US20190348532A1 (en) * | 2016-11-16 | 2019-11-14 | The Regents Of The University Of California | A structure for increasing mobility in a high electron mobility transistor |
| CN112259655A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-24 CN CN202210720480.3A patent/CN114823999B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110163294A1 (en) * | 2008-05-02 | 2011-07-07 | June O Song | Light emitting element and a production method therefor |
| US20110057294A1 (en) * | 2008-05-23 | 2011-03-10 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Formation of substantially pit free indium gallium nitride |
| US20180019372A1 (en) * | 2015-03-30 | 2018-01-18 | Hc Semitek (Suzhou) Co., Ltd. | Light-emitting diode epitaxial wafer and method for preparing the same |
| CN105826440A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-08-03 | 天津三安光电有限公司 | 氮化镓基发光二极管及其制备方法 |
| US20190348532A1 (en) * | 2016-11-16 | 2019-11-14 | The Regents Of The University Of California | A structure for increasing mobility in a high electron mobility transistor |
| CN107978661A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-05-01 | 吉林大学 | 一种带有极化诱导p型掺杂层的氮极性蓝紫光LED芯片及制备方法 |
| CN109087976A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-12-25 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片的制备方法及其发光二极管外延片 |
| CN109920889A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-21 | 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 |
| CN112259655A (zh) * | 2020-08-31 | 2021-01-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 王现彬;赵正平: "N-polar GaN上的欧姆接触:材料制备、金属化方案与机理", 《材料导报》 * |
| 韩军，邢艳辉，邓军，等: "MOCVD生长温度控制p型InGaN形貌和电学特性提高LED光功率", 《功能材料》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117174802A (zh) * | 2023-11-02 | 2023-12-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管的外延结构及其制备方法 |
| CN117174802B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-02-20 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管的外延结构及其制备方法 |
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