CN116978997B - 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
- CN116978997B CN116978997B CN202311237182.XA CN202311237182A CN116978997B CN 116978997 B CN116978997 B CN 116978997B CN 202311237182 A CN202311237182 A CN 202311237182A CN 116978997 B CN116978997 B CN 116978997B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- cavity
- emitting diode
- growth
- light
- 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 claims abstract description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 92
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 48
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 38
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 26
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 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
- H01L33/12—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
- H01L33/005—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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
-
- 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
- H01L33/20—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 particular shape, e.g. curved or truncated substrate
- H01L33/24—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 particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
-
- 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
-
- 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所述衬底上的AlN缓冲层、复合过渡层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层,所述复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层;其中,所述第一空洞层为InaAl1‑aN层经热处理制得,所述第一过渡层为BN层,所述第二空洞层为InbB1‑bN层经热处理制得;其中a为0.05~0.15,b为0.05~0.15。实施本发明,可提升发光二极管的发光效率、提高抗静电能力。
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
GaN材料具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高和抗辐射能力强等特性,是制备发光器件的理想材料。GaN基器件的外延生长通常在蓝宝石、SiC和Si等异质衬底上,这是由于GaN同质衬底价格较高。然而,异质外延过程中衬底与外延GaN薄膜间的晶格失配及热失配会在薄膜中引入大量的缺陷和残余应力,严重的甚至会造成外延片表面的粗化以及产生裂纹等现象。并且,底层缺陷蔓延进入有源区,会形成非辐射复合中心,造成发光二极管光效的降低。为了解决基板衬底与GaN外延层之间较大的晶格失配问题,业界普遍采用PVD(物理气相沉积)的方法在衬底上镀一层AlN缓冲层,虽然AlN缓冲层可以一定程度缓解衬底与GaN的晶格失配,但是对于晶格与热失配较大的衬底(如硅衬底)来说,仍然会有较多的位错、缺陷以及孔隙产生,这些缺陷不仅会影响GaN外延层的晶体质量、外延片的表面形貌,底层缺陷向上延伸之后会影响有源区的发光效率,并且降低LED芯片的抗静电能力。
此外,由于PVD镀膜所得的AlN缓冲层过于致密,不利于本征GaN层的三维生长。
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,提高抗静电能力。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种发光二极管,其发光效率高、抗静电能力高。
为了解决上述问题,本发明公开了一种发光二极管外延片,包括衬底和依次设于所述衬底上的AlN缓冲层、复合过渡层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层,所述复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层;
其中,所述第一空洞层为InaAl1-aN层经热处理制得,所述第一过渡层为BN层,所述第二空洞层为InbB1-bN层经热处理制得;
其中a为0.05~0.15,b为0.05~0.15。
作为上述技术方案的改进,所述InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,即得所述第一空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃;
所述InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下处理,即得所述第二空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃。
作为上述技术方案的改进,所述第一空洞层的厚度为1nm~2nm,In组分的占比为0.01~0.05;
所述BN层的厚度为2nm~5nm;
所述第二空洞层的厚度为1nm~2nm,In组分的占比为0.01~0.05。
作为上述技术方案的改进,所述复合过渡层还包括第二过渡层,所述第二过渡层设于所述第二空洞层之上,所述第二过渡层为BcGa1-cN层。
作为上述技术方案的改进,所述BcGa1-cN层的厚度为5nm~10nm,c为0.25~0.75。
作为上述技术方案的改进,所述BcGa1-cN层中,沿外延生长方向,c由0.75逐渐降低至0.25。
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AlN缓冲层、复合过渡层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层,所述复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层;
其中,所述第一空洞层为InaAl1-aN层经热处理制得,所述第一过渡层为BN层,所述第二空洞层为InbB1-bN层经热处理制得。
作为上述技术方案的改进,所述InaAl1-aN层的生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr;
所述BN层的生长温度为800℃~850℃,生长压力为100torr~150torr;
所述InbB1-bN层的生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr。
作为上述技术方案的改进,所述复合过渡层还包括第二过渡层,所述第二过渡层设于所述第二空洞层之上,所述第二过渡层为BcGa1-cN层,所述BcGa1-cN层的生长温度为800℃~900℃,生长压力为100torr~150torr。
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,复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层,其中,第一空洞层为InaAl1-aN层经热处理制得,第一过渡层为BN层,第二空洞层为InbB1-bN层经热处理制得。首先,本发明第一空洞层和第二空洞层为疏松结构,其可使异质衬底上延伸出的缺陷、位错发生转向甚至湮灭,降低缺陷密度,提高外延片晶格质量,提高二极管发光效率;其次,本发明第一过渡层为BN层,用于衔接两个空洞层,缓解空洞层之间的应力失配,并且B原子较小,可部分填充底层的缺陷,进一步降低缺陷密度,提高外延片表面平整度,提高抗静电能力。
2. 本发明的发光二极管外延片中,复合过渡层还包括第二过渡层,第二过渡层设于第二空洞层之上,第二过渡层为BcGa1-cN层。首先,第二过渡层用于衔接复合过渡层与本征GaN层,可进一步缓解应力失配,提高外延片晶格质量,提高二极管发光效率;其次,BcGa1-cN层中的B原子较小,可部分填充底层的缺陷,进一步降低缺陷密度,提高外延片表面平整度,提高抗静电能力。
3. 本发明的发光二极管外延片中,BcGa1-cN层中的B组分占比沿外延生长方向由0.75逐渐降低至0.25,可对缓冲层表面的缺陷进行修复填充,同时为三维生长的本征GaN层提供部分成核晶种。
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复合过渡层的结构示意图;
图3是本发明另一实施例中复合过渡层的结构示意图;
图4是本发明一实施例中应力释放层的结构示意图;
图5是本发明一实施例中多量子阱层的结构示意图;
图6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AlN缓冲层2、复合过渡层3、本征GaN层4、N型GaN层5、应力释放层6、多量子阱层7、电子阻挡层8、P型GaN层9和欧姆接触层10。
其中,复合过渡层3包括依次层叠的第一空洞层31、第一过渡层32和第二空洞层33;其中,第一空洞层31为InaAl1-aN层经热处理制得,第一过渡层32为BN层,第二空洞层33为InbB1-bN层经热处理制得。首先,本发明第一空洞层31和第二空洞层33为疏松结构,其可使异质衬底上延伸出的缺陷、位错发生转向甚至湮灭,降低缺陷密度,提高外延片晶格质量,提高二极管发光效率;其次,本发明第一过渡层32为BN层,用于衔接两个空洞层,缓解空洞层之间的应力失配,并且B原子较小,可部分填充底层的缺陷,进一步降低缺陷密度,提高外延片表面平整度,提高抗静电能力。
其中,InaAl1-aN层中a为0.05~0.15,示例性的为0.06、0.08、0.1、0.12或0.14,但不限于此。InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,由于InaAl1-aN在高温下不稳定,大部分的In会析出,即得具有疏松结构的第一空洞层31。具体的,热处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃。具体的,所得第一空洞层31的厚度为0.8nm~2.5nm,优选的为1nm~2nm,示例性的为1.2nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm或1.8nm,但不限于此。具体的,第一空洞层31中In组分的占比为0.01~0.05,示例性的为0.02、0.03或0.04,但不限于此。
其中,第一过渡层32为BN层,其厚度为1.8nm~5.5nm,厚度在这个范围内可以较好地衔接第一空洞层31和第二空洞层33,缓解应力失配。优选的,第一过渡层32的厚度为2nm~5nm,示例性的为2.5nm、3nm、3.5nm、4nm或4.5nm,但不限于此。
其中,InbB1-bN层中b为0.05~0.15,示例性的为0.06、0.08、0.1、0.12或0.14,但不限于此。InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,由于InbB1-bN在高温下不稳定,大部分的In会析出,即得具有疏松结构的第二空洞层33。具体的,热处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃。具体的,所得第二空洞层33的厚度为0.8nm~2.5nm,优选的为1nm~2nm,示例性的为1.2nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm或1.8nm,但不限于此。具体的,第二空洞层33中In组分的占比为0.01~0.05,示例性的为0.02、0.03或0.04,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例中,参考图3,复合过渡层3还包括第二过渡层34,第二过渡层34设于第二空洞层33之上,第二过渡层34为BcGa1-cN层。首先,第二过渡层34用于衔接复合过渡层3与本征GaN层4,缓解应力失配,提高外延片晶格质量,提高二极管发光效率;其次,BcGa1-cN层中的B原子较小,可部分填充底层的缺陷,进一步降低缺陷密度,提高外延片表面平整度,提高抗静电能力。
具体的,BcGa1-cN层的厚度为4.5nm~12nm,厚度在这个范围内可有效填充缺陷,同时不会引起晶格质量下降。优选的,BcGa1-cN层的厚度为5nm~10nm,示例性的为6nm、7nm、8nm或9nm,但不限于此。
具体的,BcGa1-cN层中,c为0.2~0.8,B组分的占比在这个范围内,可较好地起到衔接复合过渡层3与本征GaN层4的作用。优选的,c为0.25~0.75。进一步优选的,在本发明的一个实施例中,沿外延生长方向,c由0.75逐渐降低至0.25,基于这种设置,对AlN缓冲层2表面的缺陷进行修复填充,同时为三维生长的本征GaN层4提供部分成核晶种。
其中,衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底或SiC衬底,但不限于此。优选的为硅衬底。
其中,AlN缓冲层2的厚度为50nm~200nm,示例性的为75nm、90nm、100nm、125nm、150nm或175nm,但不限于此。
其中,本征GaN层4的厚度为2.5μm~4μm,示例性的为2.6μm、2.8μm、3μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm或3.8μm,但不限于此。
其中,N型GaN层5的掺杂元素为Si,但不限于此。N型GaN层5的掺杂浓度为3.2×1018cm-3~1.2×1019cm-3。N型GaN层5的厚度为1μm~2μm,示例性的为1.2μm、1.4μm、1.6μm或1.8μm,但不限于此。
其中,参考图4,应力释放层6为周期性结构,周期数为4~8,每个周期均包括依次层叠的InGaN层61和Si掺GaN层62。Si掺GaN层62的掺杂浓度为3.2×1017cm-3~6.5×1017cm-3。单个InGaN层61的厚度为3nm~6nm,单个Si掺GaN层62的厚度为6nm~10nm。
其中,参考图5,多量子阱层7为交替堆叠的InGaN量子阱层71和GaN量子垒层72,周期数为6~12。InGaN量子阱层71中In组分的占比为0.25~0.4,单个InGaN量子阱层71的厚度为2nm~5nm,单个GaN量子垒层72的厚度为8nm~20nm。
其中,电子阻挡层8为AlGaN层,但不限于此。电子阻挡层8的厚度为10nm~100nm,Al组分的占比为0.45~0.65。
其中,P型GaN层9的掺杂元素为Mg,但不限于此。P型GaN层9中Mg的掺杂浓度为6.8×1018cm-3~2.8×1019cm-3。P型GaN层9的厚度为50nm~200nm。
其中,欧姆接触层10为P型InGaN层,P型掺杂元素为Mg,但不限于此。Mg的掺杂浓度为1.2×1019cm-3~3.2×1019cm-3,In组分的掺杂浓度为1.1×102cm-3~8×102cm-3,欧姆接触层10的厚度为5nm~20nm。
相应的,参考图6,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:
S101:提供衬底;
S102:在衬底上生长AlN缓冲层;
具体的,可采用磁控溅射法(PVD)生长AlN缓冲层,生长温度为500℃~600℃,功率为3000W~5000W,生长时,以Ar为溅射气体,以N2为前驱体,以Al为溅射靶材,通少量O2调节晶体质量。
S103:在AlN缓冲层上生长复合过渡层;
具体的,在本发明的一个实施例之中,S103包括:
(I)在AlN缓冲层上生长第一空洞层;
具体的,在MOCVD中生长InaAl1-aN层,生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以N2作为载气,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源。InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,即得第一空洞层。具体的,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃。热处理采用较高的温度,In组分在高温下不稳定,大部分会析出,得到疏松结构的第一空洞层。
(Ⅱ)在第一空洞层上生长第一过渡层;
具体的,在MOCVD中生长BN层,作为第一过渡层,生长温度为800℃~850℃,生长压力为100torr~150torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入B2H6作为B源。
(Ⅲ)在第一过渡层上生长第二空洞层;
具体的,在MOCVD中生长InbB1-bN层,生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以N2作为载气,通入TMIn作为In源,通入B2H6作为B源。InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下处理,即得第二空洞层。具体的,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃。热处理采用较高的温度,In组分在高温下不稳定,大部分会析出,得到疏松结构的第二空洞层。
(Ⅳ)在第二空洞层上生长第二过渡层;
具体的,在MOCVD中生长BcGa1-cN层,作为第二过渡层,生长温度为800℃~900℃,生长压力为100torr~150torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入B2H6作为B源,通入TMGa作为Ga源。
S104:在复合过渡层上生长本征GaN层;
具体地,在MOCVD中生长本征GaN层,生长温度为1100℃~1150℃,生长压力为150torr~300torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S105:在本征GaN层上生长N型GaN层;
具体的,在MOCVD中生长N型GaN层,生长温度为1150℃~1200℃,生长压力为200torr~300torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入SiH4作为N型掺杂源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S106:在N型GaN层上生长应力释放层;
具体的,在MOCVD中周期性生长InGaN层和Si掺GaN层,以形成应力释放层。其中,InGaN层的生长温度为750℃~850℃,生长压力为100torr~200torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源,通入TMIn作为In源。其中,Si掺GaN层的生长温度为850℃~880℃,生长压力为100torr~200torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入SiH4作为Si源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源。
S107:在应力释放层上生长多量子阱层;
具体的,在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN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700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源,通入TMIn作为In源。其中,GaN量子垒层的生长温度为850℃~900℃,生长压力为100torr~200torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以H2和N2作为载气,通入TEGa作为Ga源。
S108:在多量子阱层上生长电子阻挡层;
具体的,在MOCVD中生长AlGaN层,作为电子阻挡层。其中,生长温度为900℃~980℃,生长压力为150torr~200torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
S109:在电子阻挡层上生长P型GaN层;
具体的,在MOCVD中生长P型GaN层,生长温度为920℃~1000℃,生长压力为300torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入CP2Mg作为P型掺杂源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S110:在P型GaN层上生长欧姆接触层;
具体的,在MOCVD中生长欧姆接触层,生长温度为850℃~950℃,生长压力为100torr~200torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入CP2Mg作为P型掺杂源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,以H2和N2作为载气。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明:
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片,参考图1~图2、图4~图5,其包括衬底1和依次设于衬底1上的AlN缓冲层2、复合过渡层3、本征GaN层4、N型GaN层5、应力释放层6、多量子阱层7、电子阻挡层8、P型GaN层9和欧姆接触层10。
其中,衬底1为硅衬底,AlN缓冲层2的厚度为90nm。
其中,复合过渡层3包括依次层叠的第一空洞层31、第一过渡层32和第二空洞层33。其中,第一空洞层31为InaAl1-aN层经热处理制得,a为0.1;第一空洞层31中In组分的占比为0.03,其厚度为2.5nm。第一过渡层32为BN层,其厚度为5.5nm。第二空洞层33为InbB1-bN层经热处理制得,b为0.1;第二空洞层33中In组分的占比为0.03,其厚度为2.5nm。
其中,本征GaN层4的厚度为2.6μm。N型GaN层5的厚度为1.6μm,掺杂元素为Si,Si的掺杂浓度为1×1019cm-3。
其中,应力释放层6为周期性结构,周期数为6,每个周期均包括依次层叠的InGaN层61和Si掺GaN层62。Si掺GaN层62的掺杂浓度为4.5×1017cm-3。单个InGaN层61的厚度为4nm,单个Si掺GaN层62的厚度为8nm。
其中,多量子阱层7为周期性结构,周期数为10,每个周期为依次层叠的InGaN量子阱层71和GaN量子垒层72,单个InGaN量子阱层71的厚度为3nm,单个GaN量子垒层72的厚度为10nm。
其中,电子阻挡层8为AlGaN层,厚度为60nm,Al组分的占比为0.55。P型GaN层9的掺杂元素为Mg,掺杂浓度为8×1018cm-3,P型GaN层9的厚度为85nm。欧姆接触层10为P型InGaN层,P型掺杂元素为Mg,Mg的掺杂浓度为2×1019cm-3,In组分的掺杂浓度为5×102cm-3,欧姆接触层10的厚度为10nm。
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AlN缓冲层;
其中,采用磁控溅射法(PVD)生长AlN缓冲层,生长温度为600℃,功率为5000W,以Ar为溅射气体,以N2为前驱体,以Al为溅射靶材,通少量O2调节晶体质量。
(3)在AlN缓冲层上生长复合过渡层;
(I)在AlN缓冲层上生长第一空洞层;
其中,在MOCVD中生长InaAl1-aN层,生长温度为720℃,生长压力为120torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以N2作为载气,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源。InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,即得第一空洞层。具体的,处理时间为120s,处理温度为820℃。
(Ⅱ)在第一空洞层上生长第一过渡层;
其中,在MOCVD中生长BN层,作为第一过渡层,生长温度为820℃,生长压力为120torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入B2H6作为B源。
(Ⅲ)在第一过渡层上生长第二空洞层;
其中,在MOCVD中生长InbB1-bN层,生长温度为720℃,生长压力为120torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以N2作为载气,通入TMIn作为In源,通入B2H6作为B源。InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下处理,即得第二空洞层。具体的,处理时间为120s,处理温度为820℃。
(4)在复合过渡层上生长本征GaN层;
其中,在MOCVD中生长本征GaN层,生长温度为1120℃,生长压力为300torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,N2和H2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
(5)在本征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1160℃,生长压力为250torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,N2和H2作为载气,通入TMGa作为Ga源,通入SiH4作为N型掺杂源。
(6)在N型GaN层上生长应力释放层;
其中,在MOCVD中周期性生长InGaN层和Si掺GaN层,以形成应力释放层。其中,InGaN层的生长温度为800℃,生长压力为150torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源,通入TMIn作为In源。其中,Si掺GaN层的生长温度为860℃,生长压力为150torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入SiH4作为Si源,以H2作为载气,通入TEGa作为Ga源。
(7)在应力释放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GaN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710℃,生长压力为120torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源,通入TMIn作为In源。其中,GaN量子垒层的生长温度为880℃,生长压力为150torr,生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以H2和N2作为载气,通入TEGa作为Ga源。
(8)在多量子阱层上生长电子阻挡层;
其中,在MOCVD中生长AlGaN层,作为电子阻挡层,生长温度为950℃,生长压力为180torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
(9)在电子阻挡层上生长P型GaN层;
其中,在MOCVD中生长P型GaN层,生长温度为950℃,生长压力为400torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入CP2Mg作为P型掺杂源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
(10)在P型GaN层上生长欧姆接触层;
具体的,在MOCVD中生长欧姆接触层,生长温度为900℃,生长压力为150torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入CP2Mg作为P型掺杂源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,以H2和N2作为载气。
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,第一空洞层31的厚度为1.5nm,第一过渡层32的厚度为3.5nm,第二空洞层33的厚度为1.5nm,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,参考图3,其与实施例2的区别在于,复合过渡层3还包括第二过渡层34,第二过渡层34设于第二空洞层33之上,第二过渡层34为BcGa1- cN层,BcGa1-cN层的厚度为12nm,c为0.5。相应的,在制备方法中,还包括BcGa1-cN层的制备方法。具体的,在MOCVD中生长BcGa1-cN层,生长温度为850℃,生长压力为120torr;生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入B2H6作为B源,通入TMGa作为Ga源。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,BcGa1-cN层的厚度为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,沿外延生长方向,c由0.75逐渐降低至0.25。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,外延片中不包括复合过渡层3。相应的,在制备方法中,不包含制备该层的步骤。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,复合过渡层3中不包括第一过渡层32和第二空洞层33。相应的,在制备方法中,不包含制备上述两层的步骤。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,复合过渡层3中不包括第二空洞层33。相应的,在制备方法中,不包含制备该层的步骤。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InaAl1-aN层中的a为0.2,InbB1-bN层中的b为0.2。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进行测试,具体测试方法如下:
(1)将外延片制备成10mil×24mil尺寸的芯片,在120mA电流下测试其发光亮度;
(2)抗静电能力测试: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4000V静电的通过比例。
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)中增加本发明的复合过渡层结构时,发光亮度由195.8mW提升至197.6mW,抗静电能力由94.8%提升至97.5%,表明本发明的复合过渡层可提高发光效率、提高抗静电能力。
此外,通过实施例1与对比例2~对比例4的对比可以看出,当变更本发明中的复合过渡层结构时,难以有效起到提升亮度、提高抗静电能力的效果。
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,包括衬底和依次设于所述衬底上的AlN缓冲层、复合过渡层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层,所述复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层;
其中,所述第一空洞层为InaAl1-aN层经热处理制得;所述第一过渡层为BN层;所述第二空洞层为InbB1-bN层经热处理制得;
其中,所述InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,即得所述第一空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃;所述InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下处理,即得所述第二空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃;
其中,a为0.05~0.15,b为0.05~0.15。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述第一空洞层的厚度为1nm~2nm,In组分的占比为0.01~0.05;
所述BN层的厚度为2nm~5nm;
所述第二空洞层的厚度为1nm~2nm,In组分的占比为0.01~0.05。
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,所述复合过渡层还包括第二过渡层,所述第二过渡层设于所述第二空洞层之上,所述第二过渡层为BcGa1-cN层。
4.如权利要求3所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述BcGa1-cN层的厚度为5nm~10nm,c为0.25~0.75。
5.如权利要求4所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述BcGa1-cN层中,沿外延生长方向,c由0.75逐渐降低至0.25。
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AlN缓冲层、复合过渡层、本征GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层和欧姆接触层,所述复合过渡层包括依次层叠的第一空洞层、第一过渡层和第二空洞层;
其中,所述第一空洞层为InaAl1-aN层经热处理制得;所述第一过渡层为BN层;所述第二空洞层为InbB1-bN层经热处理制得;
其中,所述InaAl1-aN层生长完成后,在N2气氛下进行热处理,即得所述第一空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃;所述InbB1-bN层生长完成后,在N2气氛下处理,即得所述第二空洞层,处理时间为100s~150s,处理温度为800℃~850℃;
其中,a为0.05~0.15,b为0.05~0.15。
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InaAl1-aN层的生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr;
所述BN层的生长温度为800℃~850℃,生长压力为100torr~150torr;
所述InbB1-bN层的生长温度为700℃~750℃,生长压力为100torr~150torr。
8.如权利要求6或7所述的发光二极管外延片的制备方法,其特征在于,所述复合过渡层还包括第二过渡层,所述第二过渡层设于所述第二空洞层之上,所述第二过渡层为BcGa1-cN层,所述BcGa1-cN层的生长温度为800℃~900℃,生长压力为100torr~150torr。
9.一种发光二极管,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 |
---|---|---|---|
CN202311237182.XA CN116978997B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 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 |
---|---|---|---|
CN202311237182.XA CN116978997B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 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 |
---|---|
CN116978997A CN116978997A (zh) | 2023-10-31 |
CN116978997B true CN116978997B (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=88473453
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311237182.XA Active CN116978997B (zh) | 2023-09-25 | 2023-09-25 | 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) | CN116978997B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001119013A (ja) * | 1999-10-19 | 2001-04-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体およびその作製方法 |
JP2004235473A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体素子及びその製造方法 |
KR20090002567A (ko) * | 2007-07-02 | 2009-01-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
JP2018067712A (ja) * | 2017-10-19 | 2018-04-26 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | 半導体積層構造およびこれを用いた半導体素子 |
CN114566576A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 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 |
CN115312635A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-11-08 | 武汉优炜芯科技有限公司 | 具有防开裂功能的AlN薄膜及其外延生长方法 |
CN115986020A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外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 |
CN116646431A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-08-25 | 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 |
-
2023
- 2023-09-25 CN CN202311237182.XA patent/CN116978997B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001119013A (ja) * | 1999-10-19 | 2001-04-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体およびその作製方法 |
JP2004235473A (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-19 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 化合物半導体素子及びその製造方法 |
KR20090002567A (ko) * | 2007-07-02 | 2009-01-09 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
JP2018067712A (ja) * | 2017-10-19 | 2018-04-26 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | 半導体積層構造およびこれを用いた半導体素子 |
CN114566576A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 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 |
CN115312635A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-11-08 | 武汉优炜芯科技有限公司 | 具有防开裂功能的AlN薄膜及其外延生长方法 |
CN115986020A (zh) * | 2022-12-07 | 2023-04-18 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外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 |
CN116646431A (zh) * | 2023-06-27 | 2023-08-25 | 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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116978997A (zh) | 2023-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN115832134B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115775853B (zh) | 一种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 | |
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 | |
CN116072780B (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 | |
CN117253948B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116504895B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
CN115064622B (zh) | 一种复合N型GaN层、发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN116344695A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
CN116646431A (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 | |
CN117393671B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117133841B (zh) | InGaN基绿光发光二极管外延片及其制备方法、LED | |
CN115799423B (zh) | 用于Mini-LED的外延片及其制备方法、Mini-LED | |
CN117423786A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115939285B (zh) | 基于硅衬底的led外延片及其制备方法、led | |
CN116014041B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117613156A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
CN116914049A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116093218A (zh) | GaN基发光二极管外延片及其制备方法、GaN基发光二极管 | |
CN116978997B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117293241B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117913191B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116581219B (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 |