CN116435418B - 一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 - Google Patents
一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116435418B CN116435418B CN202310691542.7A CN202310691542A CN116435418B CN 116435418 B CN116435418 B CN 116435418B CN 202310691542 A CN202310691542 A CN 202310691542A CN 116435418 B CN116435418 B CN 116435418B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- lattice
- repairing
- epitaxial wafer
- led epitaxial
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 75
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 38
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 31
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 20
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007788 roughening Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 198
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005282 brightening Methods 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910002059 quaternary alloy Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 system
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种590nm反极性LED外延片及其制备方法，该LED外延片从下往上依次生长，从GaAs衬底开始依次为第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层、截止层、N型欧姆接触层、电极保护层、粗化层、N型限制层、N侧空间层、多量子阱发光层、P侧空间层、P型限制层、P型窗口层；第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层的材料都是GaAs，且均为非掺杂。本发明通过对衬底表面进行氧化腐蚀处理，去除衬底表面的氧化层，避免了现有技术中氧化层去除不干净带来的晶格缺陷，得到低缺陷密度的590nm反极性LED外延片，稳定性好、良率高。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种低缺陷密度的590nm反极性LED外延片及其制备方法。
背景技术
LED（发光二极管）作为新一代绿色照明光源，具有电光转换效率高、寿命长、绿色环保、能耗低、体积小等优势。近二十年来，随着材料生长技术的发展和工艺设备的完善，LED器件的光电性能逐年提高，应用场景也随之不断扩大，从最初的指示灯、室内照明和显示屏，到如今的更多地应用到舞台背景、景观照明、城市亮化等众多领域。四元系AlGaInP材料制备的LED波长可以覆盖红、橙、黄和黄绿波段（550nm-660nm），特别在580nm-620 nm波长范围内的产品性能优于其他材料体系。
波长为590nm的反极性黄光LED具有亮度高、发光效率高、可靠性好等优势，被广泛应用于氛围灯饰、汽车改装、舞台装饰等场景。然而，在外延材料生长的过程中，非常容易在外延片表面出现表观缺陷的问题，严重影响生产良率和成本，后续制备的LED芯片还容易因此出现漏电情况。其主要原因是用于生长LED的GaAs衬底表面容易氧化，在衬底表面形成了一层不均匀的氧化层，导致在后续外延材料的生长过程中，从氧化层位置沿着晶格方向形成位错缺陷，最终影响外延层的晶体质量，出现表观缺陷等异常。虽然有人为了消除GaAs衬底表面氧化影响外延材料的质量，选择对衬底进行高温退火的工艺，但是在生长LED的MOCVD（金属有机化学气相沉积系统）设备反应室中，气流和温度的不均匀容易导致该方法去除氧化层的效果不好，在衬底表面的部分位置还是无法完整的去除氧化层，影响了后续的外延层生长，导致缺陷增加。因此，如何研制出低缺陷密度的590nm反极性LED外延材料是困扰技术人员的难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低缺陷密度的590nm反极性LED外延片及其制备方法，通过对GaAs衬底进行氧化腐蚀并生长非掺杂GaAs晶格修复层和非掺杂阻隔层，能有效地去除衬底表面氧化层，有效避免了衬底表面晶格缺陷沿着材料生长方向延伸的情况，解决了现有技术中590nm反极性LED外延片位错密度高、表面缺陷多等问题。
本发明的第一个目的是提供一种590nm反极性LED外延片，所述LED外延片从下往上依次生长，从GaAs衬底开始依次为第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层、截止层、N型欧姆接触层、电极保护层、粗化层、N型限制层、N侧空间层、多量子阱发光层、P侧空间层、P型限制层、P型窗口层；
所述第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层的材料都是GaAs，且均为非掺杂。
本发明在通过在GaAs衬底上进行氧化腐蚀并生长非掺杂GaAs晶格修复层和非掺杂阻隔层，能有效地去除衬底表面氧化层，从而抑制了衬底表面氧化层对后续外延材料生长的影响，得到的590nm反极性LED外延片内部缺陷密度低，表面干净光亮，同时保证了产品各光电参数性能的稳定，有效地提高了外延片的良率。
进一步的，所述第一晶格修复层的厚度为50nm-80nm，所述第二晶格修复层的厚度为100nm-150nm，所述第三晶格修复层的厚度为150nm-200nm。
进一步的，所述非掺杂阻隔层的材料为Alx1Ga1-x1As，为非掺杂，厚度为50nm-100nm，其中x1的取值范围为0.3-0.6。
进一步的，所述截止层和所述电极保护层的材料均为GaInP，掺杂材料为Si，掺杂浓度均为1.0×1018cm-3-2.0×1018cm-3，所述截止层的厚度为200nm-300nm，所述电极保护层的材料为20nm-40nm。
进一步的，所述N型欧姆接触层的材料为GaAs，掺杂材料为Si，掺杂浓度为2.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3，厚度为50nm-80nm。
进一步的，所述粗化层的材料为(Alx2Ga1-x2)0.5In0.5P，掺杂材料为Si，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3，厚度为3000nm-3500nm，其中x2的取值范围为0.6-0.9。
进一步的，所述N型限制层和所述P型限制层的材料均为Al0.5In0.5P，所述N型限制层的厚度为300nm-500nm，掺杂材料为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3-2×1018cm-3；所述P型限制层的厚度为600nm-800nm，掺杂材料为Mg，掺杂浓度为0.7×1018cm-3-2×1018cm-3。
进一步的，所述N侧空间层和所述P侧空间层的材料均为(Alx3Ga1-x3)0.5In0.5P，均为非掺杂，厚度均为50nm-100nm，其中x3的取值范围为0.7-0.9。
进一步的，所述多量子阱发光层的材料为40对-60对的量子阱层和量子垒层结构，其中量子阱层和量子垒层的材料均为AlGaInP，为非掺杂；其中，所述量子阱层的材料为(Alx4Ga1-x4)0.5In0.5P，厚度为2nm-4nm，x4取值范围为0.25-0.30；所述量子垒层的材料为(Alx5Ga1-x5)0.5In0.5P，厚度是5nm-8nm，x5的取值范围为0.7-0.8。
进一步的，所述P型窗口层的材料为GaP，厚度为1000nm-2000nm，掺杂材料为Mg，掺杂浓度为0.5×1019cm-3-2×1019cm-3。
本发明的第二目的是提供一种590nm反极性LED外延片的制备方法，利用MOCVD设备在GaAs衬底上，先通入CCl4和AsH3对所述GaAs衬底表面进行氧化层腐蚀处理和退火处理，然后再依次生长第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层，截止层， N型欧姆接触层，电极保护层，粗化层，N型限制层，N侧空间层，多量子阱发光层，P侧空间层，P型限制层，P型窗口层。
本发明在外延生长前使用CCl4对衬底表面进行氧化腐蚀处理，同时通入AsH3进行气体保护，可以有效的去除衬底表面的氧化层，避免了现有技术中氧化层去除不干净带来的晶格缺陷，可以得到低缺陷密度的590nm反极性LED外延片。
进一步的，GaAs衬底表面氧化层腐蚀处理的方式为：设定反应室温度为600±20℃，在GaAs衬底表面通入AsH3、CCl4，其中AsH3的流量设定为100sccm-200sccm、CCl4的流量设定为50sccm-100sccm，通入时间为10min-15min。本技术方案借助AsH3和CCl4在高温下会裂解发生化学反应的特点，利用H+离子和Cl-离子反应得到的盐酸HCl对衬底表面氧化层进行腐蚀，无需额外添加腐蚀剂，工序简单。
进一步的，所述退火处理的方式为：设定反应室温度为650±20℃，在GaAs衬底表面通入AsH3，AsH3的流量设定为300sccm-400sccm，通入时间为5min-10min。
进一步的，所述第一晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为650±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.15nm/s-0.30nm/s；所述第二晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为680±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.30nm/s-0.50nm/s；所述第三晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为710±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.50nm/s-0.70nm/s；所述非掺杂阻隔层的生长步骤为：设定反应室温度为740℃±10℃，在第三晶格修复层上通入TMAl、TMGa、AsH3。本技术方案中以生长温度递进的方式生长三层非掺杂的GaAs晶格修复层，可以修复氧化层腐蚀后的晶格表面；通入TMAl后，生长一层非掺杂AlGaAs阻隔层，可阻隔CCl4残留的C元素，避免影响后续的N型掺杂。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1.本发明通过对外延片使用的GaAs衬底进行原位腐蚀并生长非掺杂GaAs晶格修复层和非掺杂AlGaAs阻隔层，能有效地去除衬底表面的氧化层，从而抑制了衬底表面氧化层对后续外延材料生长的影响，得到的590nm反极性LED外延片内部缺陷密度低，表面干净光亮，同时保证了产品各光电参数性能的稳定，有效地提高了外延片的良率。
2.本发明在外延生长前使用CCl4对GaAs衬底表面进行原位腐蚀处理，同时通入AsH3进行气体保护，可以有效去除衬底表面的氧化层，避免了现有技术中氧化层去除不干净带来的晶格缺陷，可以得到低缺陷密度的590nm反极性LED外延片。
3.本发明采用温度递进式的方式生长晶格修复层，可以有效的修复在去除氧化层后对衬底表面的晶格带来的损伤，可提升晶体的生长质量。
附图说明
图1为本发明590nm反极性LED外延片的结构示意图。
示意图中标号说明：
1、GaAs衬底；2、第一晶格修复层；3、第二晶格修复层；4、第三晶格修复层；5、非掺杂阻隔层；6、N型GaAs缓冲层；7、截止层；8、N型欧姆接触层；9、电极保护层；10、粗化层；11、N型限制层；12、N侧空间层；13、多量子阱发光层；14、P侧空间层；15、P型限制层；16、P型窗口层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明的实施例中提供一种590nm反极性LED外延片，其结构示意图如图1所示，所述LED外延片从下往上依次生长，从GaAs衬底1开始依次为第一晶格修复层2、第二晶格修复层3、第三晶格修复层4、非掺杂阻隔层5、N型GaAs缓冲层6、截止层7、N型欧姆接触层8、电极保护层9、粗化层10、N型限制层11、N侧空间层12、多量子阱发光层13、P侧空间层14、P型限制层15、P型窗口层16。
在一些实施例中，所述第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层的材料都是GaAs，且均为非掺杂，其中，第一晶格修复层的厚度为50nm-80nm，第二晶格修复层的厚度为100nm-150nm，第三晶格修复层的厚度为150nm-200nm。
在一些实施例中，所述非掺杂阻隔层的材料为Alx1Ga1-x1As，该层为非掺杂，厚度为50nm-100nm，其中x1的取值范围为0.3-0.6。
在一些实施例中，所述截止层和所述电极保护层的材料均为GaInP，掺杂材料为Si，掺杂浓度均为1.0×1018cm-3-2.0×1018cm-3，所述截止层的厚度为200nm-300nm，所述电极保护层的材料为20nm-40nm。
在一些实施例中，所述N型欧姆接触层的材料为GaAs，掺杂材料为Si，掺杂浓度为2.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3，厚度为50nm-80nm。
在一些实施例中，所述粗化层的材料为(Alx2Ga1-x2)0.5In0.5P，掺杂材料为Si，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3，厚度为3000nm-3500nm，其中x2的取值范围为0.6-0.9。
在一些实施例中，所述N型限制层和所述P型限制层的材料均为Al0.5In0.5P，所述N型限制层的厚度为300nm-500nm，掺杂材料为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3-2×1018cm-3；所述P型限制层的厚度为600nm-800nm，掺杂材料为Mg，掺杂浓度为0.7×1018cm-3-2×1018cm-3。
在一些实施例中，所述N侧空间层和所述P侧空间层的材料均为(Alx3Ga1-x3)0.5In0.5P，均为非掺杂，厚度均为50nm-100nm，其中x3的取值范围为0.7-0.9。
在一些实施例中，所述多量子阱发光层的材料为40对-60对的量子阱层和量子垒层结构，其中量子阱层和量子垒层的材料均为AlGaInP，为非掺杂；其中，所述量子阱层的材料为(Alx4Ga1-x4)0.5In0.5P，厚度为2nm-4nm，x4取值范围为0.25-0.30；所述量子垒层的材料为(Alx5Ga1-x5)0.5In0.5P，厚度是5nm-8nm，x5的取值范围为0.7-0.8。
在一些实施例中，所述P型窗口层的材料为GaP，厚度为1000nm-2000nm，掺杂材料为Mg，掺杂浓度为0.5×1019cm-3-2×1019cm-3。
本发明的又一实施例提供一种590nm反极性LED外延片的制备方法，利用MOCVD设备在GaAs衬底上，先通入CCl4和AsH3对所述GaAs衬底表面进行氧化层腐蚀处理和退火处理，然后再依次生长第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层，截止层， N型欧姆接触层，电极保护层，粗化层，N型限制层，N侧空间层，多量子阱发光层，P侧空间层，P型限制层，P型窗口层，具体包括以下步骤：
（1）将MOCVD反应室在纯H2气氛抽低压至50mbar，反应室温度升至400℃，随后将GaAs衬底通过机械手中转仓传递到反应室中，然后快速升温至750℃，并在750℃下恒温维持10min-15min；
（2）GaAs衬底表面氧化层腐蚀处理：设定反应室温度为600±20℃，通入AsH3和CCl4，其中AsH3的流量设定为100sccm-200sccm、CCl4的流量设定为50sccm-100sccm，通入时间为10min-15min；
（3）GaAs衬底表面氧化层退火处理：设定反应室温度为650±20℃，通入AsH3，其中AsH3的流量设定为300sccm-400sccm，通入时间为5min-10min；
（4）生长第一晶格修复层：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为650±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min。在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.15nm/s-0.30nm/s，生长厚度为50nm-80nm，该层为非掺杂；
（5）生长第二晶格修复层：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为680±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min。在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.30nm/s-0.50nm/s，生长厚度为100nm-150nm，该层为非掺杂；
（6）生长第三晶格修复层：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为710±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.50nm/s-0.70nm/s，生长厚度为150nm-200nm，该层为非掺杂；
（7）生长非掺杂阻隔层：设定反应室温度为740℃±10℃，在第三晶格修复层上通入TMAl、TMGa、AsH3，生长厚度为50nm-100nm的Alx1Ga1-x1As材料，其中x1的取值范围为0.3-0.6，该层为非掺杂；
（8）生长N型GaAs缓冲层：将反应室温度设定为700±20℃，通入TMGa、AsH3，生长厚度为200nm-800nm的GaAs缓冲层材料，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为2×1018cm-3-3×1018cm-3；
（9）生长截止层：将反应室温度设定为700±20℃，通入TMGa、TMIn、PH3，生长厚度为200nm-300nm的GaInP材料，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-2.0×1018cm-3；
（10）生长N型欧姆接触层：将反应室温度设定为700±20℃，通入TMGa、AsH3，生长厚度为50nm-80nm的GaAs材料，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为2.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3；
（11）生长电极保护层：将反应室温度设定为700±20℃，通入TMGa、TMIn、PH3，生长厚度为20nm-40nm的GaInP材料，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-2.0×1018cm-3；
（12）生长粗化层：将反应室温度设定为700±20℃，通入TMAl、TMGa、TMIn、PH3，生长厚度为3000nm-3500nm的(Alx2Ga1-x2)0.5In0.5P材料，其中x2的取值范围为0.6-0.9，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3；
（13）生长N型限制层：将反应室温度设定为720±20℃，通入TMAl、TMIn、PH3，生长厚度为300nm-500nm的Al0.5In0.5P材料，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为1×1018cm-3-2×1018cm-3；
（14）生长N侧空间层：将反应室温度设定为690±10℃，通入TMAl、TMGa、TMIn、PH3，生长厚度为50nm-100nm的(Alx3Ga1-x3)0.5In0.5P材料，其中x3的取值范围为0.7-0.9，该层为非掺杂；
（15）生长多量子阱发光层：将反应室温度设定为680±10℃，通入TMAl、TMGa、TMIn、PH3，生长阱、垒分别为(Alx4Ga1-x4)0.5In0.5P/(Alx5Ga1-x5)0.5In0.5P的多量子阱材料，单层阱的厚度是2nm-4nm，其中x4的取值范围为0.25-0.30，单层垒的厚度为5nm-8nm，其中x5的取值范围为0.7-0.8，周期数是40对-60对，发光区为非掺杂；
（16）生长P侧空间层：将反应室温度设定为700±10℃，通入TMAl、TMGa、TMIn、PH3，生长厚度为50nm-100nm的(Alx3Ga1-x3)0.5In0.5P材料，其中x3的取值范围为0.7-0.9，该层为非掺杂；
（17）生长P型限制层：将反应室温度设定为720±20℃，通入TMAl、TMIn、PH3，生长厚度为600nm-800nm的Al0.5In0.5P材料，采用Mg作为P型掺杂剂，掺杂浓度为0.7×1018cm-3-2×1018cm-3；
（18）生长P型窗口层：将反应室温设定为750±20℃, 通入TMGa、PH3，生长厚度为1000nm-2000nm的GaP材料，采用Mg作为P型掺杂剂，掺杂浓度为0.5×1019cm-3-2×1019cm-3；
（19）取片：生长结束后将MOCVD反应室温度降低至小于140℃，然后压力调整至1000mbar，打开反应室，取出外延片。
综上所述，本发明通过在生长外延片材料前，对衬底表面进行原位腐蚀处理，并引入非掺杂GaAs晶格修复层和非掺杂AlGaAs阻隔层，有效去除了衬底表面的氧化层，避免了现有技术中氧化层去除不干净带来的晶格缺陷；同时，采用温度递进式的方式生长晶格修复层，可以有效的修复去氧化层处理后对衬底表面的晶格带来的损伤，提升晶体的生长质量，得到低缺陷密度的590nm反极性LED外延片，稳定性好、良率高。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述LED外延片从下往上依次生长，从GaAs衬底开始依次为第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层、截止层、N型欧姆接触层、电极保护层、粗化层、N型限制层、N侧空间层、多量子阱发光层、P侧空间层、P型限制层、P型窗口层；
所述第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层的材料都是GaAs，且均为非掺杂；
在外延生长前先通入CCl4和AsH3对所述GaAs衬底表面进行氧化层腐蚀处理和退火处理；采用递进式升温的方式生长第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层；所述非掺杂阻隔层的材料为 Alx1Ga1-x1As，其中 x1 的取值范围为 0.3-0.6。
2.根据权利要求1所述的一种590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述第一晶格修复层的厚度为50nm-80nm，所述第二晶格修复层的厚度为100nm-150nm，所述第三晶格修复层的厚度为150nm-200nm。
3.根据权利要求1所述的一种590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述非掺杂阻隔层为非掺杂，厚度为50nm-100nm。
4.根据权利要求1所述的一种590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述粗化层的材料为(Alx2Ga1-x2)0.5In0.5P，掺杂材料为Si，掺杂浓度为1.0×1018cm-3-5.0×1018cm-3，厚度为3000nm-3500nm，其中x2的取值范围为0.6-0.9。
5.根据权利要求1所述的一种590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述N侧空间层和所述P侧空间层的材料均为(Alx3Ga1-x3)0.5In0.5P，均为非掺杂，厚度均为50nm-100nm，其中x3的取值范围为0.7-0.9。
6.根据权利要求1所述的一种590nm反极性LED外延片，其特征在于，所述多量子阱发光层的材料为40对-60对的量子阱层和量子垒层结构，其中量子阱层和量子垒层的材料均为AlGaInP，为非掺杂；其中，所述量子阱层的材料为(Alx4Ga1-x4)0.5In0.5P，厚度为2nm-4nm，x4取值范围为0.25-0.30；所述量子垒层的材料为(Alx5Ga1-x5)0.5In0.5P，厚度是5nm-8nm，x5的取值范围为0.7-0.8。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的一种590nm反极性LED外延片的制备方法，其特征在于，利用MOCVD设备在GaAs衬底上，先通入CCl4和AsH3对所述GaAs衬底表面进行氧化层腐蚀处理和退火处理，然后再依次生长第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层、非掺杂阻隔层、N型GaAs缓冲层，截止层， N型欧姆接触层，电极保护层，粗化层，N型限制层，N侧空间层，多量子阱发光层，P侧空间层，P型限制层，P型窗口层；其中，采用递进式升温的方式生长第一晶格修复层、第二晶格修复层、第三晶格修复层；所述非掺杂阻隔层的材料为Alx1Ga1-x1As，其 x1 的取值范围为 0.3-0.6。
8.根据权利要求7所述的一种590nm反极性LED外延片的制备方法，其特征在于，GaAs衬底表面氧化层腐蚀处理的方式为：设定反应室温度为600±20℃，在GaAs衬底表面通入AsH3、CCl4，其中AsH3的流量设定为100sccm-200sccm、CCl4的流量设定为50sccm-100sccm，通入时间为10min-15min。
9.根据权利要求7所述的一种590nm反极性LED外延片的制备方法，其特征在于，所述退火处理的方式为：设定反应室温度为650±20℃，在GaAs衬底表面通入AsH3，AsH3的流量设定为300sccm-400sccm，通入时间为5min-10min。
10.根据权利要求7所述的一种590nm反极性LED外延片的制备方法，其特征在于，所述第一晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为650±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.15nm/s-0.30nm/s；所述第二晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为680±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.30nm/s-0.50nm/s；所述第三晶格修复层的生长步骤为：将反应室温度设定为递进式升温，起始温度设定为710±10℃，升温速率为0.1℃/s，升温总时间为5min，在开始升温的同时通入TMGa、AsH3生长GaAs材料，生长速率为0.50nm/s-0.70nm/s；所述非掺杂阻隔层的生长步骤为：设定反应室温度为740℃±10℃，在第三晶格修复层上通入TMAl、TMGa、AsH3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310691542.7A CN116435418B (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310691542.7A CN116435418B (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116435418A CN116435418A (zh) | 2023-07-14 |
| CN116435418B true CN116435418B (zh) | 2023-08-25 |
Family
ID=87092936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310691542.7A Active CN116435418B (zh) | 2023-06-13 | 2023-06-13 | 一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116435418B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1127424A (zh) * | 1994-12-19 | 1996-07-24 | 富士通株式会社 | 半导体衬底清洗方法与半导体器件制造方法 |
| CN204189817U (zh) * | 2014-10-14 | 2015-03-04 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种含掺杂宽势垒结构的黄绿光led |
| CN105428225A (zh) * | 2014-09-10 | 2016-03-23 | 长春理工大学 | 一种通过优化As分子类别控制N型GaAs薄膜掺杂浓度的方法 |
| CN105702820A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-06-22 | 扬州乾照光电有限公司 | 表面覆盖ITO的反极性AlGaInP基LED及其制造方法 |
| CN106229398A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-12-14 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种高均匀性的红光led 外延结构及其制备方法 |
| CN109148259A (zh) * | 2017-06-27 | 2019-01-04 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种砷化镓衬底的表面处理方法 |
| CN111710606A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-25 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 一种衬底处理方法 |
| CN114335276A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-04-12 | 南昌凯捷半导体科技有限公司 | 一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法 |
| CN114649453A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-21 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种高亮度正极性黄绿光led外延片及其制备方法 |
| CN115323487A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 衬底表面刻蚀方法及半导体器件 |
-
2023
- 2023-06-13 CN CN202310691542.7A patent/CN116435418B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1127424A (zh) * | 1994-12-19 | 1996-07-24 | 富士通株式会社 | 半导体衬底清洗方法与半导体器件制造方法 |
| CN105428225A (zh) * | 2014-09-10 | 2016-03-23 | 长春理工大学 | 一种通过优化As分子类别控制N型GaAs薄膜掺杂浓度的方法 |
| CN204189817U (zh) * | 2014-10-14 | 2015-03-04 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种含掺杂宽势垒结构的黄绿光led |
| CN105702820A (zh) * | 2016-04-08 | 2016-06-22 | 扬州乾照光电有限公司 | 表面覆盖ITO的反极性AlGaInP基LED及其制造方法 |
| CN106229398A (zh) * | 2016-09-30 | 2016-12-14 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种高均匀性的红光led 外延结构及其制备方法 |
| CN109148259A (zh) * | 2017-06-27 | 2019-01-04 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种砷化镓衬底的表面处理方法 |
| CN111710606A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-25 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 一种衬底处理方法 |
| CN114335276A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-04-12 | 南昌凯捷半导体科技有限公司 | 一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法 |
| CN114649453A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-06-21 | 南昌凯迅光电股份有限公司 | 一种高亮度正极性黄绿光led外延片及其制备方法 |
| CN115323487A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 衬底表面刻蚀方法及半导体器件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116435418A (zh) | 2023-07-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108336195B (zh) | 一种InGaN薄膜的制备方法 | |
| KR102491456B1 (ko) | Iii족 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 | |
| KR101038923B1 (ko) | 개선된 발광 효율을 갖는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 | |
| CN105070805B (zh) | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 | |
| US20090250686A1 (en) | METHOD FOR FABRICATION OF SEMIPOLAR (Al, In, Ga, B)N BASED LIGHT EMITTING DIODES | |
| US10770621B2 (en) | Semiconductor wafer | |
| CN105977351B (zh) | 一种紫外led有源区多量子阱的生长方法 | |
| CN102208503A (zh) | 一种发光二极管外延结构及其制造方法 | |
| CN109860345B (zh) | 一种led外延结构生长方法 | |
| CN104576852A (zh) | 一种GaN基LED外延结构的发光量子阱应力调控方法 | |
| CN105742415A (zh) | 紫外GaN基LED外延结构及其制造方法 | |
| CN114335276B (zh) | 一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法 | |
| CN114649453A (zh) | 一种高亮度正极性黄绿光led外延片及其制备方法 | |
| CN112397618A (zh) | 一种发光二极管的外延结构及其制备方法 | |
| CN116435418B (zh) | 一种590nm反极性LED外延片及其制备方法 | |
| CN103022292A (zh) | 一种InGaN基蓝光LED器件及其制备方法 | |
| CN109360880B (zh) | 一种用于N面出光AlGaInP LED薄膜芯片的外延材料及其制备方法 | |
| CN104576853A (zh) | 一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法 | |
| CN108091742B (zh) | 一种GaAs基改良窗口层结构的黄绿光LED及其制造方法 | |
| CN205385037U (zh) | 紫外GaN基LED外延结构 | |
| CN116722083A (zh) | 高辐射发光二极管制备方法及发光二极管 | |
| CN104835885A (zh) | Led外延层结构及其制备方法和具有该结构的led器件 | |
| CN108831972B (zh) | GaAs基生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法 | |
| CN111180561B (zh) | AlGaInP基发光二极管芯片及其制作方法 | |
| CN109860344B (zh) | 一种led外延量子阱生长方法 |
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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |