CN117352622A - 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
- CN117352622A CN117352622A CN202311571492.5A CN202311571492A CN117352622A CN 117352622 A CN117352622 A CN 117352622A CN 202311571492 A CN202311571492 A CN 202311571492A CN 117352622 A CN117352622 A CN 117352622A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- light
- alingan
- emitting diode
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 275
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 22
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 18
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 10
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing 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
- H01L33/20—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
- H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers
-
- 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
- H01L33/36—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 electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
-
- 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,所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层;所述P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层;所述P型空穴注入层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层;所述P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层的掺杂浓度大于所述P型空穴注入层的掺杂浓度。本发明可以提高P型半导体层的出光效率,从而提升发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,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
发光二极管(LED)已经被广泛应用于指示、显示、背光、投射等领域。相对于其它的材料体系,GaN基LED在效率和可靠性上都有着明显的优势。
P型半导体层作为LED的主要功能层,对LED的发光效率和工作电压有很大的影响,P型半导体层需要与P电极形成欧姆接触,但是P型GaN中掺杂Mg的激活能高,导致空穴浓度低,很难形成P型欧姆接触,为了解决这一问题,常用高掺Mg的InGaN结构作为欧姆接触层,但其会影响晶格质量,增加光的吸收,从而影响发光效率;并且有源层出射的部分光在经过P型半导体层时,会被P型半导体层吸收并反射,也会影响发光二极管的发光效率。
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,能够提高P型半导体层的出光效率,从而提高发光效率。
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,工艺简单,制得的发光二极管外延片发光效率高。
为达到上述技术效果,本发明提供了一种发光二极管外延片,包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层,所述P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层;
所述P型空穴注入层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层;
所述P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层的Mg掺杂浓度大于所述P型空穴注入层的Mg掺杂浓度。
作为上述技术方案的改进,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比;
所述多孔P型AlInGaN层中的In组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的In组分占比;
所述多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的Mg掺杂浓度递减;
所述多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的生长厚度递增。
作为上述技术方案的改进,所述P型空穴注入层为周期性交替生长的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层,生长周期为2~30。
作为上述技术方案的改进,所述P型欧姆接触层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3~5×1021cm-3,厚度为1nm~30nm。
作为上述技术方案的改进,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为5×1019cm-3~8.5×1020cm-3,厚度为1nm~10nm;
所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为3×1019cm-3~5.6×1020cm-3,厚度为2nm~20nm;
所述P型GaN层的Mg掺杂浓度为1.2×1019cm-3~3.2×1020cm-3,厚度为5nm~50nm。
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,包括以下步骤:
提供一衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层,所述P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层;
所述P型空穴注入层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层;
所述P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层的Mg掺杂浓度大于所述P型空穴注入层的Mg掺杂浓度。
作为上述技术方案的改进,所述多孔P型AlInGaN层的生长步骤为:沉积P型AlInGaN材料后,向反应腔中间歇、循环的通入H2对P型AlInGaN材料表面进行刻蚀处理,处理时间为10s~30s,处理温度为850℃~950℃,处理压力为30Torr~500Torr。
作为上述技术方案的改进,所述多孔P型AlInGaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr;
所述第一P型AlInGaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr;
所述P型GaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr。
作为上述技术方案的改进,所述P型欧姆接触层的生长温度为850℃~950℃,生长压力为30Torr~500Torr。
相应的,本发明还公开了一种发光二极管,包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明实施例,具有如下有益效果:
本发明的P型空穴注入层中,多孔P型AlInGaN层表面具有粗糙的多孔结构,能够有效减少半导体材料的面内全反射,有利于多量子阱发光层中光子逸出体材料;在多孔P型AlInGaN层上沉积第一P型AlInGaN层和P型GaN层,外延材料的晶体质量好,提供空穴的同时减少材料的吸光损耗。此外,P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,Mg掺杂浓度高,能够确保LED芯片具备良好的P型欧姆接触特性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的发光二极管外延片中的P型半导体层的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的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,下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1和图2所示,本发明实施例提供了一种发光二极管外延片,包括衬底1及依次层叠于所述衬底100上的缓冲层200、N型半导体层300、低温应力释放层400、多量子阱发光层500、电子阻挡层600、P型半导体层700,所述P型半导体层700包括依次层叠的P型空穴注入层710和P型欧姆接触层720。
所述P型空穴注入层710包括依次层叠于所述电子阻挡层600上的多孔P型AlInGaN层711、第一P型AlInGaN层712和P型GaN层713。多孔P型AlInGaN层表面具有粗糙的多孔结构,能够有效减少半导体材料的面内全反射,有利于多量子阱发光层中光子逸出体材料,在多孔P型AlInGaN层上沉积第一AlInGaN层和P型GaN层,外延材料的晶体质量好,提供空穴的同时减少材料的吸光损耗。
所述P型欧姆接触层720为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层720的Mg掺杂浓度大于所述P型空穴注入层710的Mg掺杂浓度。后续在P型欧姆接触层上沉积P电极,高掺杂浓度可以确保LED芯片具备良好的P型欧姆接触特性,P型空穴注入层的Mg掺杂浓度小于P型欧姆接触层的Mg掺杂浓度,在保证形成良好欧姆接触的同时提高晶体质量。
在一种实施方式中,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比;所述多孔P型AlInGaN层中的In组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的In组分占比;所述多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的Mg掺杂浓度递减。通过控制多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的In组分、Al组分和Mg掺杂浓度降低,禁带宽度变宽,材料的吸光损耗减少。此外,多孔P型AlInGaN层的厚度最小,在提供粗化表面的前提下减少In组分对发光效率的影响,生长厚度逐层递增,提高晶格匹配,提升晶体质量。
在一种实施方式中,所述P型空穴注入层为周期性交替生长的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层,生长周期为2~30。通过周期性交替生长可以进一步提高P型空穴注入层中的Mg离化率,从而获得更高的空穴浓度。此外,周期性交替生长的P型空穴注入层还能够提高空穴的扩展能力,从而提高空穴注入均匀性,进一步提高发光效率。
在一种实施方式中,所述P型欧姆接触层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3~5×1021cm-3,若Mg掺杂浓度小于1.2×1020cm-3,不能获得良好的P型欧姆接触特性;若Mg掺杂浓度大于5×1021cm-3,则会造成晶体质量的下降,示例性的,所述Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3、5×1020cm-3、8×1020cm-3、1×1021cm-3或5×1021cm-3,但不限于此。所述P型欧姆接触层的厚度为1nm~30nm,具体的,所述P型欧姆接触层可以为P型AlInGaN单层结构或P型AlInGaN多层结构,当P型欧姆接触层为P型AlInGaN多层结构时,层数为2~6。所述P型欧姆接触层的厚度为1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或30nm,但不限于此。
在一种实施方式中,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,示例性的,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比为0、0.01、0.02、0.05、0.08或0.1,In组分占比为0、0.01、0.02、0.05、0.08或0.1,但不限于此。所述多孔P型AlInGaN层的Mg掺杂浓度为5×1019cm-3~8.5×1020cm-3,若Mg掺杂浓度小于5×1019cm-3,不能提供足够的空穴;若Mg掺杂浓度大于8.5×1020cm-3,则会造成晶体质量的下降,示例性的,所述Mg掺杂浓度为5×1019cm-3、8×1019cm-3、1×1020cm-3、5×1021cm-3或8.5×1021cm-3,但不限于此。所述多孔P型AlInGaN层的厚度为1nm~10nm,示例性的,所述多孔P型AlInGaN层的厚度为1nm、3nm、5nm、8nm或10nm,但不限于此。
在一种实施方式中,所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,示例性的,所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比为0、0.01、0.02、0.05、0.08或0.1,In组分占比为0、0.01、0.02、0.05、0.08或0.1,但不限于此。所述第一P型AlInGaN层的Mg掺杂浓度为3×1019cm-3~5.6×1020cm-3,示例性的,所述第一P型AlInGaN层的Mg掺杂浓度为3×1019cm-3、5×1019cm-3、8.5×1019cm-3、1×1020cm-3、2.5×1019cm-3或5.6×1020cm-3,但不限于此。所述第一P型AlInGaN层的厚度为2nm~20nm,示例性的,所述第一P型AlInGaN层的厚度为2nm、5nm、10nm、12nm、15nm、18nm或20nm,但不限于此。
在一种实施方式中,所述P型GaN层的Mg掺杂浓度为1.2×1019cm-3~3.2×1020cm-3,示例性的,所述P型GaN层的Mg掺杂浓度为1.2×1019cm-3、2.5×1019cm-3、5×1019cm-3、8×1019cm-3、1×1020cm-3或3.2×1020cm-3,但不限于此。所述P型GaN层的厚度为5nm~50nm,示例性的,所述P型GaN层的厚度为5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm或50nm,但不限于此。
除了上述P型半导体层外,本发明的其它层状结构的特点如下:
所述衬底100为可以为Si衬底、SiC衬底、Al2O3衬底等材料中的一种。在一种实施方式中,所述衬底为蓝宝石衬底。
所述缓冲层200为AlN缓冲层或AlGaN缓冲层。在一种实施方式中,所述缓冲层为AlGaN缓冲层,厚度为10nm~50nm。
在一种实施方式中,所述N型半导体层300包括依次层叠的非掺杂GaN层和N型GaN层,非掺杂GaN层的厚度为1μm~3μm,N型GaN层的厚度为1μm~3μm,掺杂浓度为5×1017cm-3~1×1019cm-3。
在一种实施方式中,所述低温应力释放层400包括周期性堆叠的InGaN层和GaN层,堆叠周期为10~30。所述InGaN层的厚度为1nm~2nm;所述GaN层的厚度为5nm~10nm。
在一种实施方式中,所述多量子阱发光层500为包括周期性堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层,堆叠周期为6~12。所述InGaN量子阱层的厚度为2nm~5nm;所述GaN量子垒层的厚度为5nm~15nm。
在一种实施方式中,所述电子阻挡层600为AlInGaN层,厚度为10nm~40nm。
相应的,如图3所示,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:
S100提供一衬底:
衬底可以为Si衬底、SiC衬底、Al2O3衬底等材料中的一种。在一种实施方式中,衬底选用蓝宝石衬底。
S200生长缓冲层:
缓冲层可选用AlN缓冲层或AlGaN缓冲层。在一种实施方式中,采用MOCVD生长AlGaN缓冲层。控制反应室温度为750℃~820℃,压力为100Torr~200Torr,通入NH3作为N源,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
S300生长N型半导体层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为1000℃~1250℃,压力为100Torr~300Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长非掺杂GaN层。控制反应室温度为1000℃~1200℃,压力为100Torr~600Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入SiH4作为N型掺杂剂,生长N型GaN层。
S400生长低温应力释放层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为750~850℃,压力为100Torr~300Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,生长InGaN层;控制反应室温度和压力不变,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长GaN层;重复层叠周期性生长InGaN层和GaN层。
S500生长多量子阱发光层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为780℃~820℃,压力为50Torr~300Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,生长InGaN量子阱层;控制反应室温度为860℃~900℃,压力为150Torr~250Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长GaN量子垒层;重复层叠周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
S600生长电子阻挡层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为980℃~1050℃,压力为100Torr~600Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMAl作为Al源。
S700生长P型半导体层:
具体的,在一种实施方式中,P型半导体层的生长包括以下步骤:
S701生长P型空穴注入层:
具体的,在一种实施方式中,P型空穴注入层的生长包括以下步骤:
S701a生长多孔P型AlInGaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为720℃~1050℃,压力为30Torr~500Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂剂,沉积完成后向反应腔中间歇、循环的通入H2进行表面刻蚀处理,处理时间为10s~30s,处理温度为850℃~950℃,处理压力为30Torr~500Torr。
S701b生长第一P型AlInGaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为720℃~1050℃,压力为30Torr~500Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
S701c生长P型GaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为720℃~1050℃,压力为30Torr~500Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
在一种实施方式中,重复层叠周期性生长多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层,得到P型空穴注入层。
S702生长P型欧姆接触层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为850℃~950℃,压力为30Torr~500Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
本实施例提供一种发光二极管外延片,包括衬底及依次层叠于衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层。
衬底为蓝宝石衬底。
缓冲层为AlGaN缓冲层,厚度为30nm。
N型半导体层包括非掺杂GaN层和N型GaN层,非掺杂GaN层的厚度为1.5μm,N型GaN层的厚度为2μm,Si掺杂浓度为2.5×1018cm-3。
低温应力释放层为周期性堆叠的InGaN层和GaN层,堆叠周期为12。InGaN层的厚度为1.5nm,GaN层的厚度为5.5nm。
多量子阱发光层为交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层,周期数为10。InGaN量子阱层的厚度为3nm,GaN量子垒层的厚度为10nm。
电子阻挡层为AlInGaN层,厚度为20nm。
P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层。P型空穴注入层为依次层叠于电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层。多孔P型AlInGaN层的Al组分占比为0.02,In组分占比为0.03,Mg掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度为2nm;第一P型AlInGaN层的Al组分占比为0.02,In组分占比为0.03,Mg掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度为5nm;P型GaN层的Mg掺杂浓度为5×1019cm-3,厚度为10nm。P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,Al组分占比为0.02,In组分占比为0.05,Mg掺杂浓度为8.5×1020cm-3,厚度为10nm。
上述发光二极管外延片的制备方法,包括以下步骤:
S100提供一衬底:
衬底选用蓝宝石衬底。
S200生长缓冲层:
采用MOCVD生长AlGaN缓冲层。控制反应室温度为800℃,压力为150Torr,通入NH3作为N源,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
S300生长N型半导体层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为1150℃,压力为150Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长非掺杂GaN层。控制反应室温度为1100℃,压力为150Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入SiH4作为N型掺杂剂,生长N型GaN层。
S400生长低温应力释放层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为800℃,压力为120Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,生长InGaN层;控制反应室温度和压力不变,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长GaN层;重复层叠周期性生长InGaN层和GaN层。
S500生长多量子阱发光层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为800℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,生长InGaN量子阱层;控制反应室温度为880℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,生长GaN量子垒层;重复层叠周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层。
S600生长电子阻挡层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为1000℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMAl作为Al源。
S700生长P型半导体层,具体的,包括以下步骤:
S701生长P型空穴注入层,具体的,包括以下步骤:
S701a生长多孔P型AlInGaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为800℃,压力为120Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂剂,沉积完成后向反应腔中间歇、循环的通入H2进行表面刻蚀处理,处理时间为15s,处理温度为900℃,处理压力为200Torr。
S701b生长第一P型AlInGaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为900℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
S701c生长P型GaN层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为1000℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
S702生长P型欧姆接触层:
采用MOCVD生长,控制反应室温度为900℃,压力为200Torr,通入NH3作为N源,通入TMGa作为Ga源,通入TMIn作为In源,通入TMAl作为Al源,通入Cp2Mg作为P型掺杂源。
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,P型注入层中,多孔P型AlInGaN层的Al组分占比为0.05,In组分占比为0.06,Mg掺杂浓度为5×1020cm-3,厚度为2nm;第一P型AlInGaN层的Al组分占比为0.02,In组分占比为0.03,Mg掺杂浓度为1×1020cm-3,厚度为5nm;P型GaN层的Mg掺杂浓度为5×1019cm-3,厚度为10nm。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,P型空穴注入层为周期性交替生长的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层,生长周期为10。相应的,在制备方法中,P型空穴注入层的制备步骤还包括重复层叠周期性生长多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层。其余均与实施例2相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片,与实施例1的区别在于,P型半导体层不包括P型欧姆接触层;相应的,在制备方法中,也不包括P型欧姆接触层的制备步骤。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,与实施例1的区别在于,P型空穴注入层不包括多孔P型AlInGaN层;相应的,在制备方法中,也不包括多孔P型AlInGaN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,与实施例1的区别在于,P型空穴注入层不包括第一P型AlInGaN层;相应的,在制备方法中,也不包括第一P型AlInGaN层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
性能测试:
将实施例1~实施例3和对比例1~对比例3制得的发光二极管外延片做成10mil×24mil的芯片并在120mA/60mA电流下测试,计算实施例1~实施例3、对比例2和对比例3相较于对比例1的光效提升率,结果如表1所示。
表1发光二极管外延片的光电性能测试结果
工作电压(V) | 光效提升(%) | |
实施例1 | 3.092 | 2.1 |
实施例2 | 3.084 | 3.2 |
实施例3 | 3.077 | 3.7 |
对比例1 | 3.175 | - |
对比例2 | 3.164 | 0.5 |
对比例3 | 3.152 | 0.6 |
由表中可以看出,采用本发明的P型半导体层能够有效降低工作电压,提高LED的发光效率。
以上所述是本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,包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层,所述P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层;
所述P型空穴注入层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层;
所述P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层的Mg掺杂浓度大于所述P型空穴注入层的Mg掺杂浓度。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比;
所述多孔P型AlInGaN层中的In组分占比大于所述第一P型AlInGaN层中的In组分占比;
所述多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的Mg掺杂浓度递减;
所述多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层的生长厚度递增。
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P型空穴注入层为周期性交替生长的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层,生长周期为2~30。
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型欧姆接触层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3~5×1021cm-3,厚度为1nm~30nm。
5.如权利要求3所述的发光二极管外延片,其特征在于,所述多孔P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为5×1019cm-3~8.5×1020cm-3,厚度为1nm~10nm;
所述第一P型AlInGaN层中的Al组分占比为0~0.1,In组分占比为0~0.1,Mg掺杂浓度为3×1019cm-3~5.6×1020cm-3,厚度为2nm~20nm;
所述P型GaN层的Mg掺杂浓度为1.2×1019cm-3~3.2×1020cm-3,厚度为5nm~50nm。
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,包括以下步骤:
提供一衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、低温应力释放层、多量子阱发光层、电子阻挡层、P型半导体层,所述P型半导体层包括依次层叠的P型空穴注入层和P型欧姆接触层;
所述P型空穴注入层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的多孔P型AlInGaN层、第一P型AlInGaN层和P型GaN层;
所述P型欧姆接触层为第二P型AlInGaN层,所述P型欧姆接触层的Mg掺杂浓度大于所述P型空穴注入层的Mg掺杂浓度。
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,所述多孔P型AlInGaN层的生长步骤为:沉积P型AlInGaN材料后,向反应腔中间歇、循环的通入H2对P型AlInGaN材料表面进行刻蚀处理,处理时间为10s~30s,处理温度为850℃~950℃,处理压力为30Torr~500Torr。
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,所述多孔P型AlInGaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr;
所述第一P型AlInGaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr;
所述P型GaN层的生长温度为720℃~1050℃,生长压力为30Torr~500Torr。
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P型欧姆接触层的生长温度为850℃~950℃,生长压力为30Torr~500Torr。
10.一种发光二极管,其特征在于,所述发光二极管包括如权利要求1~5中任一项所述的发光二极管外延片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311571492.5A CN117352622A (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 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 |
---|---|---|---|
CN202311571492.5A CN117352622A (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117352622A true CN117352622A (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=89357766
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311571492.5A Pending CN117352622A (zh) | 2023-11-23 | 2023-11-23 | 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) | CN117352622A (zh) |
-
2023
- 2023-11-23 CN CN202311571492.5A patent/CN117352622A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108365069B (zh) | 一种高亮度v型极化掺杂深紫外led制备方法 | |
CN115000263B (zh) | Led外延结构及其制备方法 | |
CN116581217B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
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 | |
CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115863501B (zh) | 一种发光二极管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 | |
CN117239025B (zh) | GaN基绿光LED外延片及其制备方法、LED | |
CN116154066A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116741905A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117253948A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116525734A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN109346568B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN116960248B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
CN116598396A (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 | |
CN117352622A (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 | |
CN117476834B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116936700B (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 | |
CN117832348B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116759500B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117954539A (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 |