CN116581216A - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116581216A CN116581216A CN202310847887.7A CN202310847887A CN116581216A CN 116581216 A CN116581216 A CN 116581216A CN 202310847887 A CN202310847887 A CN 202310847887A CN 116581216 A CN116581216 A CN 116581216A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dimensional
- emitting diode
- light
- gan layer
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 21
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 26
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 11
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-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
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005090 crystal field Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
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
- H01L33/04—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
- H01L33/005—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
- H01L33/12—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
- H01L33/02—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
- H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；所述位错屏蔽层包括依次生长于所述多量子阱层上的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层，其中，x为0.5~1。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。
背景技术
由于缺少合适的同质衬底材料，GaN材料通常都是在异质衬底上进行外延生长。由于GaN与衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，导致其外延沉积的GaN存在大量的穿透位错，位错附近晶体场受位错影响发生改变，在合适的生长条件下会诱导产生V形缺陷，也就是所谓的V形坑。研究表明，V形坑可以起到屏蔽位错的作用，提升有源区质量，提升发光二极管外延片的发光效率。但同时，V坑侧壁也会成为电子溢出的通道，造成电子向P型区泄露，这会导致抗静电能力下降。此外，为了填平V坑层，往往需要沉积较厚的P型层，这也提升了该层的吸光，影响发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率和抗静电能力。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管。
为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；所述位错屏蔽层包括依次生长于所述多量子阱层上的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层，其中，x为0.5~1。
作为上述技术方案的改进，所述三维SiNx层的厚度为1nm~50nm，所述三维YGaN层的厚度为1nm~100nm，所述二维Mg、Cr共掺GaN层的厚度为10nm~200nm。
作为上述技术方案的改进，所述三维SiNx层的厚度为5nm~15nm，所述三维YGaN层的厚度为20nm~30nm，所述二维Mg、Cr共掺GaN层的厚度为40nm~80nm。
作为上述技术方案的改进，所述三维YGaN层中Y组分占比为0.01~0.5；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层中，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3，Cr的掺杂浓度为1×1020cm-3~5×1021cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述三维YGaN层中Y组分占比为0.02~0.25；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层中，Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3~5×1020cm-3，Cr的掺杂浓度为5×1020cm-3~5×1021cm-3。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；所述位错屏蔽层包括依次生长于所述多量子阱层上的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层，其中，x为0.5~1。
作为上述技术方案的改进，所述三维SiNx层通过PECVD生长，其SiH4流量为5sccm~15sccm，NH3流量为40sccm~80sccm，N2流量为80sccm~100sccm，射频功率为15W~22W，腔体压强为50Pa~100Pa。
作为上述技术方案的改进，所述三维YGaN层通过MOCVD生长，其生长温度为800℃~1000℃，生长压力为300torr~600torr，V/III比为200~500；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层通过MOCVD生长，其生长温度为900℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/III比为2000~3000。
作为上述技术方案的改进，所述三维YGaN层的生长载气为N2；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层的生长载气为N2和H2的混合气体，且N2和H2的体积比为1:1~1:20。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的发光二极管外延片中，在多量子阱层与电子阻挡层之间引入了位错屏蔽层，其包括依次层叠的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层。其中，三维SiNx层（x=0.5~1）主要呈非晶状态，其可将沿V形坑向上延伸的穿透位错更改为侧向延伸，进而通过三维YGaN层有效扭转、弛豫。再通过二维Mg、Cr共掺GaN层填平，防止电子经由V形坑侧壁溢出至P型GaN层，也为后续电子阻挡层、P型GaN层生长提供了平整的表面，使得P型GaN层在较小的厚度下就能连接成面状结构，降低了其厚度，减少了光吸收，从而提升了发光效率和抗静电能力。此外，本发明的Cr、Mg共掺的GaN层可提供一定量的空穴，促进其通过空穴侧壁进入多量子阱层，提升发光效率。Cr的掺杂可降低Mg的激活能，减少Ga空位的产生，提升空穴浓度，也使得空穴在该层中均匀分布，减少漏电，提高发光二极管的电学性能。
附图说明
图1是本发明一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中位错屏蔽层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1、图2，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、V形坑层5、多量子阱层6、位错屏蔽层7、电子阻挡层8和P型GaN层9。其中，位错屏蔽层7包括依次层叠于多量子阱层6上的三维SiNx层71（x=0.5~1）、三维YGaN层72和二维Mg、Cr共掺GaN层73。其中，三维SiNx层71和三维YGaN层72共同更改了穿透位错的延伸方向，并对其进行弛豫，避免其后续延伸造成电子泄露，提升抗静电性能；也防止产生非辐射复合中心，消耗空穴，提升发光效率。此外，三维SiNx层71主要呈非晶态结构，其可有效缓冲三维YGaN层72与末垒层（GaN层）之间的应力，防止增加的应力进一步提升穿透位错的密度。进一步的，通过在三维YGaN层72上生长二维Mg、Cr共掺GaN层73，可有效填平V形坑，为后续生长的电子阻挡层8、P型GaN层9提供平滑的表面。进而将传统的P型GaN层9（带有V形坑层结构的）的厚度由200nm~300nm降低至10nm~50nm，减少其吸光，提升发光效率。此外，降低P型GaN层9的厚度也意味着Mg的总掺杂量降低，Mg对P型GaN层的晶体质量的不利影响降低，外延片的表面平整度提升。
其中，三维SiNx层71中x为0.5~1，当x＞1时，层结构趋向晶态化，势垒过高，影响空穴进入多量子阱层6，降低发光效率。当x＜0.5时，三维SiNx层71中赋存的H过多，影响后续二维Mg、Cr共掺GaN层73的Mg掺杂。三维SiNx层71的厚度为1nm~50nm，优选的为5nm~20nm，更优选的为5nm~15nm。
其中，三维YGaN层72中Y组分的占比为0.01~0.5，当其占比＞0.5时，YGaN与末垒层（GaN）的晶格差异较大，容易形成新的位错。当其占比＜0.01时，难以有效扭折、弛豫位错。优选的，Y组分的占比为0.02~0.25，更优选的为0.1~0.25，这种三维YGaN层72与末垒层（GaN）的晶格常数更为接近，防止产生新的位错，同时对经V形坑延伸而上的穿透位错的弛豫能力也最强。
三维YGaN层72的厚度为1nm~100nm，优选的为20nm~50nm，更优选的为20nm~30nm。
其中，二维Mg、Cr共掺GaN层73中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3，由于引入了Cr，在提升Mg的掺杂浓度的情况下该层晶体质量良好，故提供了较多的空穴，提升了经由V形坑侧壁进入多量子阱层6的概率，提升了发光效率。优选的二维Mg、Cr共掺GaN层73中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3~5×1020cm-3，更优选的为5×1019cm-3~1×1020cm-3。
其中，二维Mg、Cr共掺GaN层73中Cr的掺杂浓度为1×1020cm-3~5×1021cm-3，该浓度范围可起到良好的受主补偿效应，提升空穴产生量，同时也不影响GaN的晶体质量。优选的，Cr的掺杂浓度为5×1020cm-3~5×1021cm-3，更优选的为5×1020cm-3~1×1021cm-3。
二维Mg、Cr共掺GaN层73的厚度为10nm~200nm，以更好的填平V形坑以及三维SiNx层71、三维YGaN层72。优选的，其厚度为40nm~80nm。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、ZnO衬底或GaN衬底，但不限于此。
其中，缓冲层2可为AlN层，但不限于此。其厚度为10nm~50nm，示例性的为15nm、20nm、25nm、30nm、40nm或45nm，但不限于此。
其中，非掺杂GaN层3的厚度0.8μm~3μm，示例性的为0.9μm、1.3μm、1.7μm、2.1μm或2.4μm，但不限于此。
其中，N型GaN层4的掺杂元素为Si或Ge，但不限于此，优选的为Si。N型GaN层4的掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1019cm-3，示例性的为3×1018cm-3、6×1018cm-3、9×1018cm-3、3×1019cm-3或4×1019cm-3，但不限于此。N型GaN层4的厚度为1μm~3μm，示例性的为1.2μm、1.6μm、2μm、2.4μm、2.8μm或2.9μm，但不限于此。
其中，V形坑层5为由InaGa1-aN层（a=0.1~0.2）和GaN层交叠生长的所得周期性结构，周期数为3~10。其中，单个InaGa1-aN层的厚度为2nm~5nm，示例性的为2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.4nm或4.8nm，但不限于此。单个GaN层的厚度为5nm~10nm，示例性的为6nm、7nm、8nm或9nm，但不限于此。
其中，多量子阱层6为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数3~15。单个InGaN量子阱层的厚度为3nm~5nm，示例性的为3.3nm、3.7nm、4.1nm、4.5nm或4.9nm，但不限于此。单个AlGaN量子垒层的厚度为5nm~15nm，示例性的为6nm、8nm、10nm、12nm或14nm，但不限于此。
其中，电子阻挡层8为AlGaN层或AlInGaN层，但不限于此。优选的为AlInGaN层。其厚度为30nm~50nm，示例性的为34nm、38nm、42nm或46nm，但不限于此。
其中，P型GaN层9中的P型掺杂元素为Mg、Be或Zn，但不限于此。优选的为Mg。P型GaN层9中P型掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3，示例性的为3×1019cm-3、7×1019cm-3、1×1020cm-3、4×1020cm-3或8×1020cm-3，但不限于此。P型GaN层9的厚度为10nm~50nm，示例性的为15nm、17nm、22nm、24nm、30nm、40nm或45nm，但不限于此。
相应的，参考图3，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括以下步骤：
S1：提供衬底；
S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；
具体的，步骤S2包括：
S21：在衬底上生长缓冲层；
其中，可采用MOCVD或PVD生长AlN层作为缓冲层，但不限于此。
S22：在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长非掺杂GaN层，生长温度为1050℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。
S23：在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长N型GaN层，生长温度为1100℃~1200℃，生长压力为100torr~500torr。
S24：在N型GaN层上生长V形坑层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中周期性生长InaGa1-aN层和GaN层，直至得到V形坑层。其中，InaGa1-aN层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为100torr~200torr。GaN层的生长温度为850℃~900℃，生长压力为100torr~200torr。
S25：在V形坑层上生长多量子阱层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，以形成多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为750℃~900℃，生长压力为100torr~300torr。AlGaN量子垒层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为100torr~300torr。
S26：在多量子阱层上生长位错屏蔽层；
具体的，步骤S26包括：
S261：在多量子阱层上生长三维SiNx层；
其中，可通过PECVD、PVD生长非化学计量比的三维SiNx层。优选的，在本发明的一个实施例之中，三维SiNx层通过PECVD生长，其SiH4流量为5sccm~15sccm，NH3流量为40sccm~80sccm，N2流量为80sccm~100sccm，射频功率为15W~22W，腔体压强为50Pa~100Pa。
S262：在三维SiNx层上生长三维YGaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，三维YGaN层通过MOCVD生长，其生长温度为800℃~1000℃，生长压力为300torr~600torr，V/III比为200~500。其中，V/III比是指N源与Ga源的摩尔比。基于上述生长条件，一者促进了Y源的扩散，有效调整了三维YGaN层中Y组分的占比，二者促进了三维生长。
其中，三维YGaN层的生长载气为N2和/或H2，优选的为N2，其可有效促进三维生长。
S263：在三维YGaN层上生长二维Mg、Cr共掺GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，在MOCVD中生长二维Mg、Cr共掺GaN层；其生长温度为900℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/III比为2000~3000。基于该生长条件，可促进二维生长。
其中，二维Mg、Cr共掺GaN层的生长载气为N2和/或H2，优选的为N2和H2的混合气体，且N2和H2的体积比为1:1~1:20。
S27：在二维Mg、Cr共掺GaN层上生长电子阻挡层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长AlInGaN层，作为电子阻挡层。其生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr。
S28：在电子阻挡层上生长P型GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长P型GaN层。其生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
参考图1~图2，本实施例提供一种发光二极管外延片，其包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、V形坑层5、多量子阱层6、位错屏蔽层7、电子阻挡层8和P型GaN层9。
其中，衬底1为蓝宝石衬底，缓冲层2为AlN层，其厚度为30nm。非掺杂GaN层3的厚度为1.5μm。N型GaN层4的厚度为2μm，掺杂元素为Si，Si的掺杂浓度为8×1018cm-3。
其中，V形坑层5为周期性结构，周期数为8，每个周期均包括依次层叠的InaGa1-aN层（a=0.12）和GaN层，单个InaGa1-aN层的厚度为3nm，单个GaN层的厚度为8nm。
其中，多量子阱层6为周期性结构，周期数为10，每个周期均包括依次层叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层。其中，单个InGaN量子阱层的厚度为3nm，单个GaN量子垒层的厚度为11nm。
其中，位错屏蔽层7包括依次层叠于多量子阱层6上的三维SiNx层71（x=0.8）、三维YGaN层72和二维Mg、Cr共掺GaN层73。三维SiNx层71的厚度为22nm。三维YGaN层72中Y组分的占比为0.4，厚度为8nm。二维Mg、Cr共掺GaN层73中Mg的掺杂浓度为3×1019cm-3，Cr的掺杂浓度为4×1020cm-3，厚度为38nm。
其中，电子阻挡层8为AlInGaN层，其厚度为45nm。P型GaN层9的厚度为45nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1020cm-3。
本实施例中用于发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
其中，通过PVD生长AlN，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，在MOCVD中生长非掺杂GaN层，生长温度为1120℃，生长压力为300torr。
（4）在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，在MOCVD中生长N型GaN层，生长温度为1130℃，生长压力为300torr。
（5）在N型GaN层上生长V形坑层；
其中，在MOCVD中周期性生长InaGa1-aN层和GaN层，直至得到V形坑层。其中，InaGa1- aN层的生长温度为760℃，生长压力为150torr。GaN层的生长温度为880℃，生长压力为150torr。
（6）在V形坑层上生长多量子阱层；
其中，在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，以形成多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为780℃，生长压力为200torr。AlGaN量子垒层的生长温度为880℃，生长压力为200torr。
（7）在Mg掺AlGaN层上生长三维SiNx层；
其中，三维SiNx层通过PECVD生长，其SiH4流量为13sccm，NH3流量为42sccm，N2流量为85sccm，射频功率为20W，腔体压强为80Pa。
（8）在三维SiNx层上生长三维YGaN层；
其中，三维YGaN层通过MOCVD生长，其生长温度为830℃，生长压力为550torr，V/III比为300。其生长载气为N2和H2的混合气体，且N2和H2的体积比为1:20。
（9）在三维YGaN层上生长二维Mg、Cr共掺GaN层；
其中，在MOCVD中生长二维Mg、Cr共掺GaN层；其生长温度为1050℃，生长压力为150torr，V/III比为2700。其生长载气为N2。
（10）在二维Mg、Cr共掺GaN层上生长电子阻挡层；
其中，通过MOCVD生长AlInGaN层，作为电子阻挡层。其生长温度为930℃，生长压力为150torr。
（11）在电子阻挡层上生长P型GaN层；
其中，通过MOCVD生长P型GaN层。其生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
三维YGaN层72的生长载气为N2；二维Mg、Cr共掺GaN层的生长载气为N2和H2的混合气体，且N2和H2的体积比为1:10。
其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例2的区别在于：
三维SiNx层71的厚度为12nm。三维YGaN层72的厚度为25nm。二维Mg、Cr共掺GaN层73的厚度为50nm。
其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例3的区别在于：
三维YGaN层72中Y组分占比为0.2。
其余均与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例4的区别在于：
二维Mg、Cr共掺GaN层73中，Mg的掺杂浓度为7.5×1019cm-3，Cr的掺杂浓度为6.5×1020cm-3。
其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括位错屏蔽层7，也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括三维SiNx层，也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括三维YGaN层，也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括二维Mg、Cr共掺GaN层，也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
将实施例1~实施例5，对比例1~对比例4所得的发光二极管外延片加工制作成10×24mil具有垂直结构的LED芯片，测试其抗静电能力和发光亮度，具体的测试方法为：
（1）亮度：在通入电流120mA时，测试所得芯片的亮度，每个实施例、对比例各测试10个，取平均值。并以对比例1为基准，计算亮度提升率；
（2）抗静电性能测试：在HBM（人体放电模型）模型下运用静电仪对基芯片的抗静电性能进行测试，测试芯片能承受反向8000V静电的通过比例，每个实施例、对比例各测试10个，取平均值。
具体结果如下：
由表中可以看出，当在传统的发光二极管结构（对比例1）中添加本发明的位错屏蔽层时，有效提升了发光效率，抗静电能力。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；所述位错屏蔽层包括依次生长于所述多量子阱层上的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层，其中，x为0.5~1。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维SiNx层的厚度为1nm~50nm，所述三维YGaN层的厚度为1nm~100nm，所述二维Mg、Cr共掺GaN层的厚度为10nm~200nm。
3.如权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维SiNx层的厚度为5nm~15nm，所述三维YGaN层的厚度为20nm~30nm，所述二维Mg、Cr共掺GaN层的厚度为40nm~80nm。
4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维YGaN层中Y组分占比为0.01~0.5；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层中，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3，Cr的掺杂浓度为1×1020cm-3~5×1021cm-3。
5.如权利要求1或4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述三维YGaN层中Y组分占比为0.02~0.25；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层中，Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3~5×1020cm-3，Cr的掺杂浓度为5×1020cm-3~5×1021cm-3。
6.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V形坑层、多量子阱层、位错屏蔽层、电子阻挡层和P型GaN层；所述位错屏蔽层包括依次生长于所述多量子阱层上的三维SiNx层、三维YGaN层和二维Mg、Cr共掺GaN层，其中，x为0.5~1。
7.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述三维SiNx层通过PECVD生长，其SiH4流量为5sccm~15sccm，NH3流量为40sccm~80sccm，N2流量为80sccm~100sccm，射频功率为15W~22W，腔体压强为50Pa~100Pa。
8.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述三维YGaN层通过MOCVD生长，其生长温度为800℃~1000℃，生长压力为300torr~600torr，V/III比为200~500；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层通过MOCVD生长，其生长温度为900℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/III比为2000~3000。
9.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述三维YGaN层的生长载气为N2；
所述二维Mg、Cr共掺GaN层的生长载气为N2和H2的混合气体，且N2和H2的体积比为1:1~1:20。
10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1~5任一项所述的发光二极管外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310847887.7A CN116581216B (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310847887.7A CN116581216B (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116581216A true CN116581216A (zh) | 2023-08-11 |
| CN116581216B CN116581216B (zh) | 2023-09-15 |
Family
ID=87545611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310847887.7A Active CN116581216B (zh) | 2023-07-12 | 2023-07-12 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116581216B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116825918A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 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 |
| CN116825917A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 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 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6847046B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-01-25 | Epitech Corporation, Ltd. | Light-emitting device and method for manufacturing the same |
| CN104681676A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN105023979A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-11-04 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| US20160149073A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Tianjin Sanan Optoelectronics Co., Ltd. | Light-Emitting Diode Fabrication Method |
| CN115832138A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-03-21 | 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 |
| CN116053369A (zh) * | 2023-03-31 | 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 |
| CN116093220A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-05-09 | 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 |
| CN116130569A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高效发光二极管及制备方法 |
| US20230200245A1 (en) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | University Of Houston System | Hybrid chemical and physical vapor deposition of transition-metal-alloyed piezoelectric semiconductor films |
| CN116314511A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-23 | 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 |
| CN116387368A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-04 | 西安电子科技大学 | 垂直型氮化物铁电半导体肖特基二极管及制备方法 |
-
2023
- 2023-07-12 CN CN202310847887.7A patent/CN116581216B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6847046B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-01-25 | Epitech Corporation, Ltd. | Light-emitting device and method for manufacturing the same |
| US20160149073A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Tianjin Sanan Optoelectronics Co., Ltd. | Light-Emitting Diode Fabrication Method |
| CN104681676A (zh) * | 2015-01-29 | 2015-06-03 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片 |
| CN105023979A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-11-04 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| US20230200245A1 (en) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | University Of Houston System | Hybrid chemical and physical vapor deposition of transition-metal-alloyed piezoelectric semiconductor films |
| CN115832138A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-03-21 | 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 |
| CN116093220A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-05-09 | 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 |
| CN116053369A (zh) * | 2023-03-31 | 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 |
| CN116130569A (zh) * | 2023-04-17 | 2023-05-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高效发光二极管及制备方法 |
| CN116387368A (zh) * | 2023-04-25 | 2023-07-04 | 西安电子科技大学 | 垂直型氮化物铁电半导体肖特基二极管及制备方法 |
| CN116314511A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-23 | 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 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116825918A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 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 |
| CN116825917A (zh) * | 2023-08-31 | 2023-09-29 | 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 |
| CN116825917B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-17 | 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 |
| CN116825918B (zh) * | 2023-08-31 | 2023-11-17 | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116581216B (zh) | 2023-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116581216B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115050870B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116581217B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115458650A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115881865B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116581214A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116093223B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116581210B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| 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 | |
| CN116504895B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN115954422A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116845153A (zh) | 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led | |
| CN116344695A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116072780A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116454186A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116169216A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116598396A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117393667B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116960248B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN116682914B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管外延片 | |
| CN116779736A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116435422A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116014041A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116469976A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117810324B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |