CN116705937A - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
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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。其中，发光二极管外延片包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；每个量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1‑xN薄层和第二WS2层；每个量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P‑GaN层和第二BN层；其中，x≥0.24，InxGa1‑ xN薄层的厚度≤2.5nm。实施本发明，可提升发光二极管外延片的发光效率。
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
GaN基发光二极管是目前应用最为广泛的发光二极管，其外延结构中以InGaN/GaN多量子阱作为核心结构。该结构具有较宽的光谱范围和发光效率。但由于目前外延结构多为异质外延，这使得InGaN/GaN多量子阱内存在巨大的极化电场，导致量子阱能带向下弯曲，降低了空穴和电子的辐射复合几率，降低了发光效率（即量子限制斯塔克效应，QCSE）。而对于一些高In组分的多量子阱结构而言，GaN与InGaN之间的晶格失配进一步加剧，量子限制斯塔克效应更为显著，大幅降低了发光效率。
此外，高In组分的多量子阱层往往生长困难，这主要是由于高In组分的InGaN与GaN之间的失配应力更大，容易引起In聚集分凝。此外，In-N的分解温度低（＜700℃），提高生长温度容易造成In分凝，In分布不均匀。并且后期GaN的生长温度较高，也会造成In组分的解析分离。而若降低生长温度，则InGaN层的晶体质量下降，InGaN与GaN之间的失配应力更为严重。
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。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高。
为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层；
其中，x≥0.24，所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm。
作为上述技术方案的改进，所述第一WS2层的厚度为0.7nm~1nm，所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。
作为上述技术方案的改进，所述第一BN层的厚度为2nm~4nm，所述第二BN层的厚度为2nm~4nm。
作为上述技术方案的改进，所述P-GaN层的厚度为3nm~10nm；
所述P-GaN层的P型掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3~8×1018cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述InxGa1-xN薄层的厚度为1nm~2nm，x为0.28~0.4。
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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层；其中，x≥0.24，所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm；
所述InxGa1-xN薄层的生长温度≤780℃。
作为上述技术方案的改进，所述InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为2000~3000。
作为上述技术方案的改进，所述第一WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5；
所述第二WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5。
作为上述技术方案的改进，所述第一BN层的生长温度为1150℃~1300℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为800~2000；
所述P-GaN层的生长温度为900℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr；
所述第二BN层的生长温度为1150℃~1300℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为800~2000。
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：
1. 本发明的发光二极管外延片中，采用第一WS2层、InxGa1-xN薄层（x≥0.24）、第二WS2层的叠层结构作为量子阱层，以第一BN层、P-GaN层和第二BN层的叠层结构作为量子垒层。一者，设置在InxGa1-xN薄层与P-GaN层之间的第二WS2层、第一BN层、第二BN层、第一WS2层有效缓冲了两者之间的晶格失配，使得In组分占比提升（x≥0.24），且弱化了量子限制斯托克效应，提升了发光效率。二者，通过采用较小厚度的InxGa1-xN薄层（厚度≤2.5nm），减少了In分凝，提升了In组分占比。此外，覆盖在InxGa1-xN薄层两侧的第一WS2层、第二WS2层也保护了InxGa1-xN薄层中的In，防止其在量子垒层的高温生长过程中分解。三者，高禁带宽度的第一BN层、第二BN层弱化了高In组分有源层中的能带弯曲，提升了空穴、电子的辐射复合几率，提升了发光效率。四者，量子垒层中的P-GaN层可提供空穴，提升了电子、空穴的辐射复合效率，解决了因BN材质高势垒造成的空穴传输效率下降的问题。综上，本发明的发光二极管外延片，提升了有源层中In组分的含量，弱化了量子限制斯托克效应，提升了发光效率。
2. 本发明的发光二极管外延片中，控制第一WS2层、第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm，使得其带隙宽度与高In组分的InxGa1-xN薄层相近，提升了所得光的波长均匀性。
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量子阱层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中量子垒层的结构示意图；
图4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3，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底1、依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源层5、电子阻挡层6和P型GaN层7；其中，有源层5包括多个交替层叠的量子阱层51和量子垒层52，交替周期数为3~15，示例性的为3、5、7、10、12或14，但不限于此。
其中，每个量子阱层51均包括依次层叠的第一WS2层511、InxGa1-xN薄层512（x≥0.24）和第二WS2层513。每个量子垒层52均包括依次层叠的第一BN层521、P-GaN层522和第二BN层523。
其中，第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.7nm~1.5nm，当其厚度＞1.5nm时，虽然其缓冲应力失配的作用较强，但其呈间接带隙结构，导致电子、空穴发生非辐射复合，大幅降低发光效率。当其厚度＜0.7nm时，其为非连续层结构，难以有效缓冲晶格失配，且无法在后期高温生长量子垒层52时保护InxGa1-xN薄层512。示例性的，第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.1nm或1.3nm，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，第一WS2层511、第二WS2层513的厚度为0.7nm~1nm，基于该厚度，可提升发光效率和波长均一性。
其中，InxGa1-xN薄层512的厚度≤2.5nm。通过降低厚度，可提升In的并入效率，且维持相对较高的晶体质量。而且，也正是由于InxGa1-xN薄层512引入的BN-WS2结构缓冲了晶格失配，才提升了In组分占比（即x）。具体的，InxGa1-xN薄层512中In组分占比为0.25~0.4，优选的为0.28~0.4。InxGa1-xN薄层512的厚度为1nm~2.5nm，示例性的为1.3nm、1.6nm、1.9nm、2.0nm、2.2nm或2.4nm，但不限于此。优选的，InxGa1-xN薄层512的厚度为1nm~2nm。
其中，第一BN层521、第二BN层523的厚度为2nm~5nm，示例性的为2.4nm、2.8nm、3.2nm、3.6nm、4nm、4.4nm或4.8nm，但不限于此。优选的为2nm~4nm。更优选的为2nm~3nm。
其中，P-GaN层522中P型掺杂元素为Mg或Zn，但不限于此。优选的为Mg。P-GaN层522的掺杂浓度为5×1017cm-3~1×1019cm-3，优选的为5×1017cm-3~8×1018cm-3，更优选的为3×1018cm-3~8×1018cm-3。
P-GaN层522的厚度为3nm~12nm，示例性的为4nm、6nm、8nm、10nm或11nm，但不限于此。优选的为3nm~10nm。
其中，衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、氧化镓衬底、氧化锌衬底或碳化衬底，但不限于此。
其中，缓冲层2为AlN层或AlGaN层，但不限于此。优选的为AlN层。缓冲层2的厚度为30nm~80nm，示例性的为35nm、40nm、45nm、55nm、60nm或75nm，但不限于此。
其中，非掺杂GaN层3的厚度为1μm~3μm，示例性的为1.4μm、1.8μm、2.2μm、2.5μm或2.8μm，但不限于此。
其中，N型GaN层4的N型掺杂元素为Si或Ge，但不限于此。N型GaN层4的N型掺杂浓度为5×1018cm-3~5×1019cm-3，厚度为1μm~3μm，示例性的为1.5μm、1.7μm、2.3μm或2.5μm，但不限于此。
其中，电子阻挡层6为AlGaN层或InAlGaN层，但不限于此。优选的为AlGaN层。电子阻挡层6的厚度为30nm~100nm，示例性的为40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm，但不限于此。
其中，P型GaN层7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7中P型掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。P型GaN层7的厚度为20nm~50nm，示例性的为22nm、24nm、30nm、40nm或45nm，但不限于此。
相应的，参考图4，本发明还提供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，其具体包括以下步骤：
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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；
具体的，步骤S2包括：
S21：在衬底生长缓冲层；
其中，可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长缓冲层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层。
S22：在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长非掺杂GaN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1100℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。
S23：在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，可通过MOCVD、MBE或VPE生长N型GaN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1100℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。
S24：在N型GaN层上生长有源层；
具体的，周期性生长量子阱层和量子垒层，直至得到有源层。
具体的，每个量子阱层的制备方法为：
（i）生长第一WS2层；
其中，可通过CVD或PVT生长第一WS2层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过CVD生长第一WS2层，其生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:（1~3），以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:（1~5）。基于这种条件生长得到的第一WS2层中WS2晶体为单晶结构，且取向一致，具有良好的热稳定性和化学稳定性。具体的，硫源可选用硫代硫酸钠，但不限于此。钨源可选用二硫化钨，但不限于此。
（ii）在第一WS2层上生长InxGa1-xN薄层；
其中，可通过MOCVD、MBE或VPE生长InxGa1-xN薄层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长InxGa1-xN薄层，其生长温度≤780℃，由于本发明采用了第一WS2层、第二WS2层夹InxGa1-xN薄层的结构，InxGa1-xN薄层的晶体质量较高，故采用较低的生长温度，优化In的并入效率。具体的，InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为2000~3000。
（iii）在InxGa1-xN薄层上生长第二WS2层；
具体的，第二WS2层的生长条件与第一WS2层相同。
其中，每个量子垒层的制备方法为：
（I）在量子阱层上生长第一BN层；
其中，可通过MOCVD、CVD或MBE生长第一BN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长第一BN层，其生长温度为1150℃~1300℃，生长压力为50torr~300torr，V/III为800~2000。由于引入了第一WS2层、第二WS2层，有效地保护了InxGa1-xN薄层，故第一BN层可采用较高的生长温度，提升了晶体质量，提升了量子局域化效应，提升了发光效率。
（II）在第一BN层上生长P-GaN层；
其中，可通过MOCVD、MBE或VPE生长P-GaN层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长P-GaN层，其生长温度为900℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr。
（III）在P-GaN层上生长第二BN层；
具体的，第二BN层的生长条件与第一BN层相同。
S25：在有源层上生长电子阻挡层；
其中，可通过MOCVD、MBE或VPE生长电子阻挡层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层，其生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr。
S26：在电子阻挡层上生长P型GaN层；
其中，可通过MOCVD、MBE或VPE生长P型GaN层，但不限于此。
优选的，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900℃~1000℃，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3，本实施例提供一种发光二极管外延片，其包括衬底1，依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、有源层5、电子阻挡层6和P型GaN层7。
其中，衬底1为蓝宝石衬底，缓冲层2为AlN层，其厚度为45nm。非掺杂GaN层3的厚度为1.8μm。N型GaN层4的掺杂元素为Si，掺杂浓度为3.5×1019cm-3，其厚度为2.4μm。
其中，有源层5为周期性结构，周期数为10，每个周期均包括依次层叠的量子阱层和量子垒层。每个量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层511、InxGa1-xN薄层512（x=0.32）和第二WS2层；第一WS2层511、第二WS2层513的厚度均为1.2nm，InxGa1-xN薄层512的厚度为2.4nm。每个量子垒层52均包括依次层叠的第一BN层521、P-GaN层522和第二BN层523，第一BN层521、第二BN层523的厚度均为4.5nm。P-GaN层522中P型掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1018cm-3，厚度为3nm。
其中，电子阻挡层6为AlGaN层，其厚度为65nm。P型GaN层7的掺杂元素为Mg，其掺杂浓度3×1020cm-3，其厚度为25nm。
本实施例中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层，作为缓冲层；
（3）在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1110℃，生长压力为300torr。
（4）在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1130℃，生长压力为300torr。
（5）在N型GaN层上生长有源层；
其中，周期性生长量子阱层和量子垒层，直至得到有源层。
（i）生长第一WS2层；
其中，通过CVD生长第一WS2层，其生长温度为880℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:2.3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:3。
（ii）在第一WS2层上生长InxGa1-xN薄层；
其中，通过MOCVD生长InxGa1-xN薄层，其生长温度为770℃，生长压力为200torr，V/III比为2400。
（iii）在InxGa1-xN薄层上生长第二WS2层；
具体的，第二WS2层的生长条件与第一WS2层相同。
其中，每个量子垒层的制备方法为：
（I）在量子阱层上生长第一BN层；
其中，通过MOCVD生长第一BN层，其生长温度为1200℃，生长压力为200torr，V/III为1000。
（II）在第一BN层上生长P-GaN层；
其中，通过MOCVD生长P-GaN层，其生长温度为1020℃，生长压力为200torr。
（III）在P-GaN层上生长第二BN层；
具体的，第二BN层的生长条件与第一BN层相同。
（6）在有源层上生长电子阻挡层；
其中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层。电子阻挡层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
（7）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950℃，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，第一WS2层511、第二WS2层513的厚度均为0.85nm。
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，第一BN层521、第二BN层523的厚度均为2.5nm，P-GaN层的厚度为7nm。
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，InxGa1-xN薄层512的厚度为1.8nm。
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，P-GaN层522的掺杂浓度为5×1018cm-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，量子阱层为InGaN层，其In组分占比为0.3，厚度为3nm。量子垒层为GaN层，厚度为12nm。
量子阱层的生长温度为820℃，生长压力为300torr；量子垒层的生长温度为930℃，生长压力为300torr。
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，不包括第一WS2层和第二WS2层，相应的，制备方法中也不包括该两层的制备步骤，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，不包括第一BN层和第二BN层，相应的，制备方法中也不包括该两层的制备步骤，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P-GaN层，相应的，制备方法中也不包括该层的制备步骤，其余均与实施例1相同。
对比例5
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，量子垒层包括依次层叠的第一BN层、GaN层和第二BN层。其中，第一BN层和第二BN层的厚度为4.5nm。GaN层的厚度为3nm。第一BN层和第二BN层均通过MOCVD生长，其生长温度为1200℃，生长压力为200torr，V/III为1000。GaN层通过MOCVD生长，生长温度为820℃，生长压力为300torr；量子垒层的生长温度为930℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
采用实施例1~实施例5，对比例1~对比例5的方法各生长发光二极管外延片10片，测试发光亮度。以对比例1的数据为基准，计算发光亮度提升率，具体结果如下表所示。
由表中可以看出，当将传统的有源层（对比例1）替换为本发明的有源层（实施例1）后，提升了发光二极管外延片的发光亮度。
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，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；其特征在于，所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层；
其中，x≥0.24，所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一WS2层的厚度为0.7nm~1nm，所述第二WS2层的厚度为0.7nm~1nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一BN层的厚度为2nm~4nm，所述第二BN层的厚度为2nm~4nm。
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P-GaN层的厚度为3nm~10nm；
所述P-GaN层的P型掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3~8×1018cm-3。
5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InxGa1-xN薄层的厚度为1nm~2nm，x为0.28~0.4。
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、有源层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述有源层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；每个所述量子阱层均包括依次层叠的第一WS2层、InxGa1-xN薄层和第二WS2层；每个所述量子垒层均包括依次层叠的第一BN层、P-GaN层和第二BN层；其中，x≥0.24，所述InxGa1-xN薄层的厚度≤2.5nm；
所述InxGa1-xN薄层的生长温度≤780℃。
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InxGa1-xN薄层的生长温度为760℃~780℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为2000~3000。
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，所述第一WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5；
所述第二WS2层的生长温度为800℃~950℃，生长时，钨源和硫源的摩尔比为1:1~1:3，以Ar和H2的混合气体作为载气，且Ar与H2的体积比为1:1~1:5。
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，所述第一BN层的生长温度为1150℃~1300℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为800~2000；
所述P-GaN层的生长温度为900℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr；
所述第二BN层的生长温度为1150℃~1300℃，生长压力为50torr~300torr，V/III比为800~2000。
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。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985796A (zh) * | 2013-02-05 | 2014-08-13 | 国际商业机器公司 | 电子器件 |
| EP3432364A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion element and optical sensor including the same |
| US20190356114A1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Superlattice heterostructures formed with single crystalline semiconductor nanomembranes and amorphous tunneling barrier layers |
| WO2021249291A1 (zh) * | 2020-06-11 | 2021-12-16 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管芯片 |
| CN115377259A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-11-22 | 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 |
| CN115954422A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-04-11 | 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 |
| CN116504895A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 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、led |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103985796A (zh) * | 2013-02-05 | 2014-08-13 | 国际商业机器公司 | 电子器件 |
| EP3432364A1 (en) * | 2017-07-19 | 2019-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Photoelectric conversion element and optical sensor including the same |
| US20190356114A1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-11-21 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Superlattice heterostructures formed with single crystalline semiconductor nanomembranes and amorphous tunneling barrier layers |
| WO2021249291A1 (zh) * | 2020-06-11 | 2021-12-16 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管芯片 |
| CN115377259A (zh) * | 2022-10-26 | 2022-11-22 | 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 |
| CN115954422A (zh) * | 2023-02-16 | 2023-04-11 | 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 |
| CN116504895A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-07-28 | 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、led |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 于远方;缪峰;何军;倪振华;: "Photodetecting and light-emitting devices based on two-dimensional materials", CHINESE PHYSICS B, no. 03 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118016774A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 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 |
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