CN116978991B - 发光二极管外延片及其制备方法、led - 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、LED，所述发光二极管外延片包括衬底，所述衬底上依次设有复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。本发明提供的发光二极管外延片能够降低外延层位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、LED。
背景技术
继白炽灯和荧光灯之后，发光效率高、使用寿命长、能源消耗量低的第三代固体照明光源LED纷纷出现在人们的视野。具有优良光电性能的氮化镓（GaN）作为重要的宽禁带半导体材料，被广泛应用于LED等光电领域。
Si衬底由于具有低成本、大尺寸、热导率高、制造工艺成熟等优点，成为了实现高性能、大功率、低成本GaN基LED的理想衬底材料。尽管目前Si衬底上的LED制备技术已经取得许多突破，但在材料生长和基础研究等方面仍然存在难以克服的问题。
在Si衬底上沉积GaN存在以下不足：第一，Si衬底与GaN之间的晶格失配和热失配分别高达16.9%和54%，导致在GaN中容易形成大量缺陷和裂纹；第二，GaN高温生长的过程中，Si原子沿着晶界扩散到GaN中而发生“回熔刻蚀”，大大降低了GaN外延薄膜的晶体质量。
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，其降低外延层位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的发光二极管外延片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。
在一种实施方式中，所述Si3N4网格层的厚度为10nm~100nm；
所述Si3N4网格层由Si3N4层经光刻刻蚀形成，其设有多个暴露所述衬底的网格；
所述网格的面积为1μm2~100μm2。
在一种实施方式中，所述Al金属层的厚度为10nm~100nm；
所述Al金属层为经NH3氮化处理的Al金属层，所述NH3氮化处理的温度为900℃~1100℃。
在一种实施方式中，所述AlInGaN层的厚度为5nm~50nm；
所述AlInGaN层的Al组分沿生长方向逐渐降低，In组分沿生长方向逐渐升高；
所述AlInGaN层的Al组分为0.1~0.5，In组分为0.05~0.2；
所述N极性GaN层的厚度为50nm~500nm。
为解决上述问题，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。
在一种实施方式中，所述Si3N4网格层采用下述方法制得：
将射频功率为15W~22W，压力控制在50torr~100torr，通过PECVD生长Si3N4层；
通过光刻刻蚀形成Si3N4网格层，所述Si3N4网格层上设有多个暴露所述衬底的网格。
在一种实施方式中，所述Al金属层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，生长Al金属层；
然后对所述Al金属层进行900℃~1100℃的高温NH3氮化处理。
在一种实施方式中，所述AlInGaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，通入Al源、In源、Ga源、N源，生长AlInGaN层。
在一种实施方式中，所述N极性GaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~500torr，通入Ga源和N源，生长GaN层；
然后对所述GaN层进行900℃~1100℃的高温N2处理，得到N极性GaN层。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED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：
本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的复合层，所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。所述Si3N4网格层上设有多个暴露所述衬底的网格，使GaN薄膜只能在指定的图形区域生长，每个生长区域相互独立，从而避免了生长过程中热应力的积累，达到应力分离和防止薄膜开裂的目的。所述Al金属层为经NH3氮化处理的Al金属层，能够阻止NH3与Si衬底表面发生反应和“Ga回熔”，提高后续沉积GaN层的晶体质量，降低GaN外延层缺陷密度。所述AlInGaN层的晶格常数与GaN的晶格常数相近，以提高后续N极性GaN层的沉积晶体质量。所述N极性GaN层可以降低GaN的自身极化效应，为进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长，提高后续沉积非掺杂GaN层的晶体质量。在以上四个子层共同作用下，能够降低外延层位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为本发明提供的发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本发明提供的发光二极管外延片的制备方法的流程图；
图3为本发明提供的发光二极管外延片的制备方法的步骤S2的流程图。
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。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，如图1所示，包括衬底1，所述衬底1上依次设有复合层2、GaN本征层3、N型GaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型GaN层7；
所述复合层2包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层21、Al金属层22、AlInGaN层23和N极性GaN层24。
所述复合层2的四个子层的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述Si3N4网格层21的厚度为10nm~100nm；所述Si3N4网格层21的示例性厚度为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm，但不限于此；所述Si3N4网格层21由Si3N4层经光刻刻蚀形成，其设有多个暴露所述衬底的网格；在一种实施方式中，所述网格的面积为1μm2~100μm2。优选地，所述网格的面积为10μm2~90μm2。所述Si3N4网格层设有多个特定尺寸的网格使沉积网格层GaN薄膜只能在指定的图形区域生长，每个生长区域相互独立，从而避免了生长过程中热应力的积累，达到应力分离和防止薄膜开裂的目的。
在一种实施方式中，所述Al金属层22的厚度为10nm~100nm；所述Al金属层22的示例性厚度为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm，但不限于此；所述Al金属层22为经NH3氮化处理的Al金属层，所述NH3氮化处理的温度为900℃~1100℃。所述Al金属层为经NH3氮化处理的Al金属层，能够阻止NH3与Si衬底表面发生反应和“Ga回熔”，提高后续沉积GaN层的晶体质量，降低GaN外延层缺陷密度。
在一种实施方式中，所述AlInGaN层23的厚度为5nm~50nm；所述AlInGaN层23的示例性厚度为10nm、20nm、30nm、40nm，但不限于此；所述AlInGaN层23的Al组分沿生长方向逐渐降低，In组分沿生长方向逐渐升高；所述AlInGaN层23的Al组分为0.1~0.5，In组分为0.05~0.2。所述AlInGaN层23通过调控Al和In组分的比例及渐变，使得AlInGaN层的晶格常数与GaN的晶格常数相近，提高AlInGaN层和后续沉积的N极性GaN层的晶体质量。
在一种实施方式中，所述N极性GaN层24的厚度为50nm~500nm；所述N极性GaN层24的示例性厚度为100nm、200nm、300nm、400nm，但不限于此；所述N极性GaN层24由GaN层经900℃~1100℃的高温N2处理后得到。所述N极性GaN层可以降低GaN的自身极化效应，进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长，提高后续沉积非掺杂GaN层的晶体质量。
综上，本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的复合层2，所述复合层2包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层21、Al金属层22、AlInGaN层23和N极性GaN层24。在以上四个子层共同作用下，能够降低外延层位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
相应地，本发明提供了一种发光二极管外延片的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、准备衬底1；
在一种实施方式中，所述衬底可选用蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。
优选地，衬底选用硅衬底，硅衬底尺寸大、价格便宜，可以降低外延生长成本。对比硬度大、导热导电性质差的蓝宝石衬底有较大优势，而且简化衬底减薄加工工艺，降低成本。
S2、在所述衬底1上依次沉积复合层2、GaN本征层3、N型GaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型GaN层7；
如图3所示，步骤S2包括以下步骤：
S21、在衬底1上沉积复合层2。
在一种实施方式中，所述Si3N4网格层采用下述方法制得：
将射频功率为15W~22W，压力控制在50torr~100torr，通过PECVD生长Si3N4层；
通过光刻刻蚀形成Si3N4网格层，所述Si3N4网格层上设有多个暴露所述衬底的网格。
在一种实施方式中，所述Al金属层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，生长Al金属层；
然后对所述Al金属层进行900℃~1100℃的高温NH3氮化处理。
在一种实施方式中，所述AlInGaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，通入Al源、In源、Ga源、N源，生长AlInGaN层。
在一种实施方式中，所述N极性GaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~500torr，通入Ga源和N源，生长GaN层；
然后对所述GaN层进行900℃~1100℃的高温N2处理，得到N极性GaN层。
S22、在复合层2上沉积GaN本征层3。
在一种实施方式中，将反应室的温度控制在1050℃~1200℃，压力控制为100torr~600torr，通入N源、Ga源，生长厚度为2μm~3μm的GaN本征层。
优选地，控制生长温度为1100℃，生长压力为150torr，生长厚度为2.5μm，GaN本征层生长温度较高，压力较低，制备的到GaN的晶体质量较优，同时厚度随着GaN厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低，但提高GaN层厚度对Ga源材料消耗较大，大大提高了LED的外延成本，因此GaN本征层生长厚度为2μm~3μm，不仅节约生产成本，而且GaN材料又具有较高的晶体质量。
S23、在GaN本征层3上沉积N型GaN层4。
在一种实施方式中，将反应室的温度控制在1050℃~1200℃，压力控制为100torr~600torr，通入N源、Ga源，通SiH4提供N型掺杂，生长厚度为2μm~3μm的N型GaN层。优选地，所述Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~5×1019atoms/cm3。
S24、在N型GaN层4上沉积多量子阱层5。
在一种实施方式中，所述多量子阱层包括多个交替层叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，上述多量子阱层的制备方法如下：
将反应室温度控制在790℃~810℃，通入N源、In源、Ga源，控制所沉积的InGaN量子阱层单层厚度为2nm~5nm；
将反应室温度控制在800℃~900℃，通入N源、Al源、Ga源，控制所沉积的AlGaN量子垒层单层厚度为5nm~15nm；
交替层叠所述InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，完成多量子阱层的沉积，交替层叠周期数为6~12。所述多量子阱层为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴波函数交叠程度，从而提高LED器件发光效率。
S25、在多量子阱层5上沉积电子阻挡层6。
在一种实施方式中，将反应室的温度控制在900℃~1000℃，通入N源、Ga源、Al源、In源，生长AlInGaN层作为电子阻挡层。优选地，Al组分为0.005~0.1，In组分为0.01~0.2。所述AlInGaN层既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
S26、在电子阻挡层6上沉积P型GaN层7。
在一种实施方式中，将反应室的温度控制在900℃~1050℃，通入N源、Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂剂，生长P型GaN层，并控制所沉积P型GaN层厚度为10nm~50nm，Mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1021atoms/cm3。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。所述LED的光电效率得到有效提升，且其他项电学性能良好。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。
所述Si3N4网格层的厚度为45nm，网格的面积为40μm2；
Al金属层的厚度为65nm；
所述AlInGaN层的厚度为35nm，Al组分沿生长方向由0.5降至0.1，In组分沿生长方向由0.05升至0.2；
所述N极性GaN层的厚度为200nm。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述Si3N4网格层的厚度为60nm，网格的面积为50μm2；其它与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述Si3N4网格层的厚度为35nm，网格的面积为25μm2；其它与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：Al金属层的厚度为50nm；所述AlInGaN层的厚度为25nm；其它与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：Al金属层的厚度为35nm；所述AlInGaN层的厚度为30nm；其它与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：Al组分沿生长方向由0.4降至0.1，In组分沿生长方向由0.05升至0.15；其它与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：Al组分沿生长方向由0.5降至0.2，In组分沿生长方向由0.1升至0.2；其它与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N极性GaN层的厚度为250nm；其它与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N极性GaN层的厚度为150nm；其它与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，包括衬底，所述衬底上依次设有GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层。
以实施例1~实施例9和对比例1制得发光二极管外延片使用相同芯片工艺条件制备成10mil×24mil芯片，分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60mA电流下测试，测试各实施例相对于对比例1的光电效率提升率，具体测试结果如表1所示。
表1实施例1~实施例9制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的发光二极管外延片，其具有特定结构的复合层，所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。所述Si3N4网格层上设有多个暴露所述衬底的网格，使GaN薄膜只能在指定的图形区域生长，每个生长区域相互独立，从而避免了生长过程中热应力的积累，达到应力分离和防止薄膜开裂的目的。所述Al金属层为经NH3氮化处理的Al金属层，能够阻止NH3与Si衬底表面发生反应和“Ga回熔”，提高后续沉积GaN层的晶体质量，降低GaN外延层缺陷密度。所述AlInGaN层的晶格常数与GaN的晶格常数相近，以提高后续N极性GaN层的沉积晶体质量。所述N极性GaN层可以降低GaN的自身极化效应，为进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长，提高后续沉积非掺杂GaN层的晶体质量。在以上四个子层共同作用下，能够降低外延层位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高GaN外延层晶体质量，降低缺陷导致非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
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 (9)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底，所述衬底上依次设有复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层；
所述Al金属层的厚度为10nm~100nm；
所述Al金属层为经NH3氮化处理的Al金属层，所述NH3氮化处理的温度为900℃~1100℃；
所述AlInGaN层的Al组分为0.1~0.5，In组分为0.05~0.2。
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Si3N4网格层的厚度为10nm~100nm；
所述Si3N4网格层由Si3N4层经光刻刻蚀形成，其设有多个暴露所述衬底的网格；
所述网格的面积为1μm2~100μm2。
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AlInGaN层的厚度为5nm~50nm；
所述AlInGaN层的Al组分沿生长方向逐渐降低，In组分沿生长方向逐渐升高；
所述N极性GaN层的厚度为50nm~500nm。
4.一种如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积复合层、GaN本征层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；
所述复合层包括依次层叠在衬底上的Si3N4网格层、Al金属层、AlInGaN层和N极性GaN层。
5.如权利要求4所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述Si3N4网格层采用下述方法制得：
将射频功率为15W~22W，压力控制在50torr~100torr，通过PECVD生长Si3N4层；
通过光刻刻蚀形成Si3N4网格层，所述Si3N4网格层上设有多个暴露所述衬底的网格。
6.如权利要求4所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述Al金属层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，生长Al金属层；
然后对所述Al金属层进行900℃~1100℃的高温NH3氮化处理。
7.如权利要求4所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述AlInGaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~300torr，通入Al源、In源、Ga源、N源，生长AlInGaN层。
8.如权利要求4所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述N极性GaN层采用下述方法制得：
将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力控制在50torr~500torr，通入Ga源和N源，生长GaN层；
然后对所述GaN层进行900℃~1100℃的高温N2处理，得到N极性GaN层。
9.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003289047A (ja) * | 2003-04-11 | 2003-10-10 | Sony Corp | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP2009246393A (ja) * | 2005-09-22 | 2009-10-22 | Sony Corp | 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびに窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法ならびに窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法 |
| CN101777614A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 山西乐百利特科技有限责任公司 | 低位错密度led芯片的制备方法 |
| CN102130234A (zh) * | 2005-10-29 | 2011-07-20 | 三星电子株式会社 | 半导体器件的制造方法 |
| JP2012119646A (ja) * | 2010-11-11 | 2012-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物発光素子、及び窒化物発光素子を作製する方法 |
| CN106601883A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-04-26 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及制备方法 |
| WO2018040123A1 (zh) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸镁钪衬底上的led外延片及其制备方法 |
| CN108598234A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 吉林大学 | 一种降低SiC衬底上GaN薄膜内张应力的外延结构及其制备方法 |
| CN110752275A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-04 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 发光二极管芯片以及其制备方法 |
| CN113690263A (zh) * | 2020-05-18 | 2021-11-23 | 成都辰显光电有限公司 | 显示基板及显示基板的制备方法 |
| CN217239488U (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管 |
| CN116565097A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6627974B2 (en) * | 2000-06-19 | 2003-09-30 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor substrate and method for manufacturing the same, and nitride semiconductor device using nitride semiconductor substrate |
| JP4462249B2 (ja) * | 2005-09-22 | 2010-05-12 | ソニー株式会社 | 発光ダイオードの製造方法、集積型発光ダイオードの製造方法および窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
| CN100338790C (zh) * | 2005-09-30 | 2007-09-19 | 晶能光电（江西）有限公司 | 在硅衬底上制备铟镓铝氮薄膜的方法 |
| CN104638068B (zh) * | 2013-11-07 | 2018-08-24 | 上海蓝光科技有限公司 | 一种用于ⅲ-ⅴ族氮化物生长的衬底结构及其制备方法 |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311226576.5A patent/CN116978991B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003289047A (ja) * | 2003-04-11 | 2003-10-10 | Sony Corp | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 |
| JP2009246393A (ja) * | 2005-09-22 | 2009-10-22 | Sony Corp | 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびに窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法ならびに窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体成長用基板ならびに光源セルユニットならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法 |
| CN102130234A (zh) * | 2005-10-29 | 2011-07-20 | 三星电子株式会社 | 半导体器件的制造方法 |
| CN101777614A (zh) * | 2010-01-05 | 2010-07-14 | 山西乐百利特科技有限责任公司 | 低位错密度led芯片的制备方法 |
| JP2012119646A (ja) * | 2010-11-11 | 2012-06-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物発光素子、及び窒化物発光素子を作製する方法 |
| WO2018040123A1 (zh) * | 2016-08-29 | 2018-03-08 | 华南理工大学 | 生长在铝酸镁钪衬底上的led外延片及其制备方法 |
| CN106601883A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-04-26 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及制备方法 |
| CN108598234A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-09-28 | 吉林大学 | 一种降低SiC衬底上GaN薄膜内张应力的外延结构及其制备方法 |
| CN110752275A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-02-04 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 发光二极管芯片以及其制备方法 |
| CN113690263A (zh) * | 2020-05-18 | 2021-11-23 | 成都辰显光电有限公司 | 显示基板及显示基板的制备方法 |
| CN217239488U (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管 |
| CN116565097A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 硅衬底GaN基LED外延生长的研究;彭冬生;王质武;冯玉春;牛憨笨;;压电与声光(第04期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116978991A (zh) | 2023-10-31 |
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