CN117476829B - 紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 - Google Patents
紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117476829B CN117476829B CN202311824802.XA CN202311824802A CN117476829B CN 117476829 B CN117476829 B CN 117476829B CN 202311824802 A CN202311824802 A CN 202311824802A CN 117476829 B CN117476829 B CN 117476829B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- emitting diode
- ultraviolet light
- thickness
- doped
- 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 abstract description 14
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 56
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 28
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 13
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 9
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 7
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018509 Al—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 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
- H01L33/005—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
- H01L33/26—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
本发明公开了一种紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管，涉及半导体光电器件领域。其中，紫外发光二极管外延片依次包括衬底、缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；所述量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1‑wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1‑xN层；所述量子垒层包括依次层叠的BαGa1‑αN层、AlγGa1‑γN层和BβGa1‑βN层；所述超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1‑yN层和InzGa1‑zN层。实施本发明，可提升紫外发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管。
背景技术
AlGaN三元合金通过调节Al组分，可实现禁带宽度从3.4eV至6.2eV的连续可调，对应发光波长可覆盖长波紫外UV-A(320~400nm)、中波紫外UV-B(280~320nm)乃至短波深紫外UV-C(200~280nm)，成为制备固态紫外光源器件的关键基础材料。
另一方面，与传统的GaN基材料相比，AlGaN材料中Al-N键的离子性更强，其自发极化效应很强，会导致量子阱结构改变，能带弯曲，降低了对载流子的限域效应，使得空穴和电子空间分布不均，降低了发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种紫外发光二极管外延片及其制备方法，其可提升紫外发光二极管的发光效率。
为了解决上述问题，本发明公开了一种紫外发光二极管外延片，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；所述量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1-xN层；所述量子垒层包括依次层叠的BαGa1-αN层、AlγGa1-γN层和BβGa1-βN层；
所述超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层。
作为上述技术方案的改进，所述AlyGa1-yN层的厚度为0.5nm~1.5nm，y为0.1~0.3；
所述InzGa1-zN层的厚度为1nm~2nm，z为0.15~0.25。
作为上述技术方案的改进，所述Mg掺AlwGa1-wN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~8×1017cm-3，其厚度为1nm~2nm，w为0.3~0.45；
所述Mg掺AlxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~8×1017cm-3，其厚度为1nm~2nm，x为0.3~0.4。
作为上述技术方案的改进，所述BαGa1-αN层的厚度为2nm~5nm，α为0.05~0.3；
所述AlγGa1-γN层的厚度为5nm~10nm，γ为0.5~0.6；
所述BβGa1-βN层的厚度为2nm~5nm，β为0.05~0.3。
作为上述技术方案的改进，所述超晶格层生长完成后在1000℃~1100℃退火1min~3min。
作为上述技术方案的改进，w＞x＞y。
相应的，本发明还公开了一种紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的紫外发光二极管外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；所述量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1-xN层；所述量子垒层包括依次层叠的BαGa1-αN层、AlγGa1-γN层和BβGa1-βN层；
所述超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层。
作为上述技术方案的改进，所述AlyGa1-yN层的生长温度为850℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；
所述InzGa1-zN层的生长温度为720℃~800℃，生长压力为100torr~300torr；
所述Mg掺AlwGa1-wN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr；
所述Mg掺AlxGa1-xN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr。
作为上述技术方案的改进，所述BαGa1-αN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr；
所述AlγGa1-γN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr；
所述BβGa1-βN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
相应的，本发明还公开了一种紫外发光二极管，其包括上述的紫外发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1. 本发明的紫外发光二极管外延片中，每个量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1-xN层；超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层。其中，Mg掺AlwGa1-wN层和Mg掺AlxGa1-xN层中的杂质Mg可抬高接价带，导致量子阱阱深加大，优化了对空穴的限域效应，提升了电子和空穴的复合概率。超晶格层中的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层由于应变作用会形成富In的类量子点，进一步优化载流子的局域化效应，使得电子、空穴的复合概率提升，提升发光效率。
此外，本发明的紫外发光二极管外延片中，每个量子垒层包括BαGa1-αN层、AlγGa1-γN层和BβGa1-βN层；BαGa1-αN层、BβGa1-βN层与量子阱层中的Mg掺AlwGa1-wN层、Mg掺AlxGa1-xN层的晶格常数更为接近，减少了位错的产生，且由于B原子相对较小，晶格质量高，可有效降低穿透位错的密度，减少非辐射复合，进一步提升发光效率。
2. 本发明的紫外发光二极管外延片中，超晶格层生长完成后在1000℃~1100℃退火1min~3min。通过退火可使得超晶格层中的富In区的In重新结晶，形成分布密度更高的量子点，提升发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中紫外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超晶格层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中紫外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和图2，本发明公开了一种紫外发光二极管外延片，其包括衬底100、依次层叠于衬底100上的缓冲层200、非掺杂AlGaN层300、N型AlGaN层400、多量子阱层500、电子阻挡层600和P型AlGaN层700。多量子阱层500为量子阱层510和量子垒层520交替层叠形成的周期性结构，周期数为3~15。每个量子阱层510均包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层511、超晶格层512和Mg掺AlxGa1-xN层513；每个量子垒层520包括依次层叠的BαGa1-αN层521、AlγGa1-γN层522和BβGa1-βN层523。超晶格层512为交替层叠的AlyGa1-yN层5121和InzGa1-zN层5122。基于上述的多量子阱层500结构，可有效提升空穴和电子的复合概率，提升发光效率。
具体的，Mg掺AlwGa1-wN层511中Al组分占比（即w）为0.3~0.5，示例性的为0.32、0.34、0.36、0.38、0.4、0.42、0.44、0.46或0.48，但不限于此。优选的为0.3~0.45，更优选的为0.35~0.45。
Mg掺AlwGa1-wN层511中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，Mg掺杂不仅可提升对空穴的限域效应，也可提供少量空穴，从而有效提升发光效率。但Mg掺杂浓度过大时，会使得Mg掺AlwGa1-wN层511整体晶格质量大幅下降，非辐射复合中心大幅增加，降低发光效率。示例性的，Mg掺AlwGa1-wN层511中Mg掺杂浓度为3×1016cm-3、6×1016cm-3、7×1016cm-3、9×1016cm-3、1.5×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3或9×1017cm-3，但不限于此。优选的为1×1016cm-3~8×1017cm-3，更优选的为5×1016cm-3~1×1017cm-3。
Mg掺AlwGa1-wN层511的厚度为1nm~2.5nm，示例性的为1.15nm、1.3nm、1.45nm、1.6nm、1.9nm、2.25nm、2.3nm或2.45nm，但不限于此。优选的为1nm~2nm。
具体的，AlyGa1-yN层5121的中Al组分占比（即y）为0.1~0.35，若其Al组分过高，则在相对低温度下生长后晶格质量偏差，非辐射复合中心多。示例性的y为0.14、0.18、0.22、0.26、0.3或0.34，但不限于此。优选的为0.1~0.3，更优选的为0.1~0.2。
AlyGa1-yN层5121的厚度为0.5nm~2nm，示例性的为0.7nm、1.1nm、1.3nm、1.4nm、1.6nm、1.7nm或1.9nm，但不限于此。优选的为0.5nm~1.5nm。
InzGa1-zN层5122中In组分占比（即z）为0.1~0.25，示例性的为0.12、0.14、0.16、0.18、0.22或0.24，但不限于此。优选的为0.15~0.25。
InzGa1-zN层5122的厚度为0.5nm~2nm，示例性的为0.7nm、1.1nm、1.3nm、1.4nm、1.6nm、1.7nm或1.9nm，但不限于此。优选的为1nm~2nm。
具体的，超晶格层512的周期数为2~6，示例性的为3、4、5或6，但不限于此。优选的为2~5。
优选的，在本发明的一个实施例之中，超晶格层512生长完成后在1000℃~1100℃退火1min~3min。通过退火可使得超晶格层中的富In区的In重新结晶，形成分布密度更高的量子点，提升发光效率。
具体的，Mg掺AlxGa1-xN层513中Al组分占比（即x）为0.3~0.5，示例性的为0.32、0.34、0.36、0.38、0.4、0.42、0.44、0.46或0.48，但不限于此。优选的为0.3~0.4，更优选的为0.3~0.38。
Mg掺AlxGa1-xN层513中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，Mg掺杂不仅可提升对空穴的限域效应，也可提供少量空穴，从而有效提升发光效率。但Mg掺杂浓度过大时，会使得Mg掺AlxGa1-xN层513整体晶格质量大幅下降，非辐射复合中心大幅增加，降低发光效率。示例性的Mg掺AlxGa1-xN层513中Mg掺杂浓度为3×1016cm-3、6×1016cm-3、7×1016cm-3、9×1016cm-3、1.5×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3或9×1017cm-3，但不限于此。优选的为1×1016cm-3~8×1017cm-3，更优选的为5×1016cm-3~1×1017cm-3。
Mg掺AlxGa1-xN层513的厚度为1nm~2.5nm，示例性的为1.15nm、1.3nm、1.45nm、1.6nm、1.9nm、2.25nm、2.3nm或2.45nm，但不限于此。优选的为1nm~2nm。
优选的，在本发明的一个实施例之中，控制w＞x＞y，基于该Al组分的控制，可进一步提升发光效率。
具体的，BαGa1-αN层521中B组分的占比（即α）为0.05~0.35，其可有效减少与量子阱层510的晶格失配，减少非辐射复合中心，同时也可提升对于电子的阻挡，提升电子空穴的复合概率，提升发光效率。示例性的，α为0.07、0.11、0.15、0.19、0.23、0.27、0.31或0.34，但不限于此。优选的，α为0.05~0.3；更优选的为0.1~0.3。
BαGa1-αN层521的厚度为1nm~5nm，示例性的为1.4nm、1.8nm、2.2nm、2.6nm、3nm、3.4nm、3.8nm、4.2nm或4.6nm，但不限于此。优选的为2nm~5nm。
具体的，AlγGa1-γN层522的中Al组分的占比（即γ）为0.45~0.65，示例性的为0.47、0.49、0.51、0.53、0.55、0.57、0.61或0.63，但不限于此。优选的为0.5~0.6，更优选的为0.55~0.6。
AlγGa1-γN层522的厚度为5nm~12nm，示例性的为5.5nm、6.1nm、6.7nm、7.3nm、8.4nm、9nm、10.5nm、11.3nm或11.8nm，但不限于此。优选的为5nm~10nm。
具体的，BβGa1-βN层523中B组分的占比（即β）为0.05~0.35，示例性的为0.07、0.11、0.15、0.19、0.23、0.27、0.31或0.34，但不限于此。优选的，β为0.05~0.3；更优选的为0.1~0.3。
BβGa1-βN层523的厚度为1nm~5nm，示例性的为1.4nm、1.8nm、2.2nm、2.6nm、3nm、3.4nm、3.8nm、4.2nm或4.6nm，但不限于此。优选的为2nm~5nm。
具体的，衬底100可为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。
具体的，缓冲层200为AlN层，但不限于此。缓冲层200的厚度为20nm~200nm。
具体的，非掺杂AlGaN层300的厚度为1μm~3μm。
具体的，N型AlGaN层400的掺杂元素为Si，但不限于此。N型AlGaN层400中Si的掺杂浓度为4×1018cm-3~1×1020cm-3，其厚度为1μm~5μm。
具体的，电子阻挡层600为Mg掺AlδGa1-δN层（δ=0.65~0.75），Mg掺杂浓度为1×1018cm-3~5×1018cm-3，其厚度为10nm~50nm。
具体的，P型AlGaN层700的掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlGaN层700中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1020cm-3，其厚度为100nm~200nm。
相应的，参考图3，本发明还提供了一种紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的紫外发光二极管外延片，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AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；
优选的，在本发明的一些实施方式中，步骤S2包括：
S21：在衬底上生长缓冲层；
具体的，可通过PVD或MOCVD生长AlN层，作为缓冲层，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AlGaN层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~500torr。
S23：在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD生长N型AlGaN层，其生长温度为1100℃~1300℃，生长压力为100torr~500torr。
S24：在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD在N型AlGaN层上周期性生长量子阱层和量子垒层，直至得到多量子阱层。
具体的，每个量子阱层的制备方法包括以下步骤：
（i）生长Mg掺AlwGa1-wN层；
具体的，Mg掺AlwGa1-wN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr。
（ii）在Mg掺AlwGa1-wN层上生长超晶格层；
具体的，通过MOCVD周期性生长AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层，直至得到超晶格层；其中，AlyGa1-yN层的生长温度为850℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；InzGa1-zN层的生长温度为720℃~800℃，生长压力为100torr~300torr。
优选的，在一个实施例之中，超晶格层生长完成后，在1000℃~1100℃退火1min~3min。
（iii）在超晶格层上生长Mg掺AlxGa1-xN层；
具体的，Mg掺AlxGa1-xN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr。
具体的，每个量子垒层的制备方法包括以下步骤：
（I）生长BαGa1-αN层；
其中，BαGa1-αN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
（II）在BαGa1-αN层上生长AlγGa1-γN层；
具体的，AlγGa1-γN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
（III）在AlγGa1-γN层上生长BβGa1-βN层；
具体的，BβGa1-βN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
S25：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr。
S26：在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD生长P型AlGaN，生长温度为1000℃~1200℃，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
本实施例提供一种紫外发光二极管外延片，其包括衬底100，依次层叠于衬底100上的缓冲层200、非掺杂AlGaN层300、N型AlGaN层400、多量子阱层500、电子阻挡层600和P型AlGaN层700。
其中，衬底100为蓝宝石衬底，缓冲层200为AlN层，其厚度为30nm。非掺杂AlGaN层300的厚度为2.5μm。N型AlGaN层300中Si掺杂浓度为1×1019cm-3，其厚度为3μm。
其中，多量子阱层500为量子阱层510和量子垒层520交替层叠形成的周期性结构，周期数为10。每个量子阱层510均包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层511（w=0.47）、超晶格层512和Mg掺AlxGa1-xN层513（x=0.47）；每个量子垒层520包括依次层叠的BαGa1-αN层521（α=0.32）、AlγGa1-γN层522（γ=0.63）和BβGa1-βN层523（β=0.32）。超晶格层512为交替层叠的AlyGa1-yN层5121（y=0.31）和InzGa1-zN层5122（z=0.12），周期数为4。Mg掺AlwGa1-wN层511的厚度为2.2nm，Mg掺杂浓度为9×1017cm-3，AlyGa1-yN层5121的厚度为1.8nm，InzGa1-zN层5122的厚度为0.6nm。Mg掺AlxGa1-xN层513中Mg掺杂浓度为9×1017cm-3，厚度为2.2nm。BαGa1-αN层521的厚度为4nm，AlγGa1-γN层522的厚度为8nm，BβGa1-βN层523的厚度为4nm。
其中，电子阻挡层600为Mg掺AlδGa1-δN层（δ=0.72），Mg掺杂浓度为3×1018cm-3，其厚度为30nm。
其中，P型AlGaN层700中Mg的掺杂浓度为2×1020cm-3，其厚度为150nm。
本实施例中紫外发光二极管外延片的制备方法如下：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1130℃，生长压力为300torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N型AlGaN层，其生长温度为1200℃，生长压力为300torr。
（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD在N型AlGaN层上周期性生长量子阱层和量子垒层，直至得到多量子阱层。
具体的，每个量子阱层的制备方法包括以下步骤：
（i）生长Mg掺AlwGa1-wN层；
具体的，Mg掺AlwGa1-wN层的生长温度为1140℃，生长压力为200torr。
（ii）在Mg掺AlwGa1-wN层上生长超晶格层；
具体的，通过MOCVD周期性生长AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层，直至得到超晶格层；其中，AlyGa1-yN层的生长温度为920℃，生长压力为200torr；InzGa1-zN层的生长温度为780℃，生长压力为200torr。
（iii）在超晶格层上生长Mg掺AlxGa1-xN层；
具体的，Mg掺AlxGa1-xN层的生长温度为1140℃，生长压力为200torr。
具体的，每个量子垒层的制备方法包括以下步骤：
（I）生长BαGa1-αN层；
其中，BαGa1-αN层的生长温度为1030℃，生长压力为200torr。
（II）在BαGa1-αN层上生长AlγGa1-γN层；
具体的，AlγGa1-γN层的生长温度为1080℃，生长压力为200torr。
（III）在AlγGa1-γN层上生长BβGa1-βN层；
具体的，BβGa1-βN层的生长温度为1030℃，生长压力为200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1150℃，生长压力为300torr。
（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlGaN，生长温度为1100℃，生长压力为300torr。
实施例2
本实施例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
每个量子阱层510均包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层511（w=0.42）、超晶格层512和Mg掺AlxGa1-xN层513（x=0.42）；超晶格层512为交替层叠的AlyGa1-yN层5121（y=0.25）和InzGa1-zN层5122（z=0.21），周期数为4。Mg掺AlwGa1-wN层511的厚度为1.5nm，Mg掺杂浓度为3×1017cm-3，AlyGa1-yN层5121的厚度为0.8nm，InzGa1-zN层5122的厚度为1.2nm。Mg掺AlxGa1-xN层513中Mg掺杂浓度为3×1017cm-3，厚度为1.5nm。
其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例2的区别在于：
每个量子垒层520包括依次层叠的BαGa1-αN层521（α=0.2）、AlγGa1-γN层522（γ=0.55）和BβGa1-βN层523（β=0.2）。
其余均与实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例3的区别在于：
超晶格层生长完成后在1050℃退火2.5min。
其余均与实施例3相同。
实施例5
本实施例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例4的区别在于：
w=0.43，x=0.4。
其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
量子阱层510为AlaGa1-aN层（a=0.47），厚度为3.5nm；生长温度为1150℃，生长压力为300torr。
量子垒层520为AlbGa1-bN层（b=0.63），厚度为12nm；生长温度为1200℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
量子阱层510为AlaGa1-aN层（a=0.47），厚度为3.5nm；生长温度为1150℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
量子阱层510不包括超晶格层512，相应的，制备方法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
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
Mg掺AlwGa1-wN层、Mg掺AlxGa1-xN层中不掺杂Mg。
其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
量子垒层520为AlbGa1-bN层（b=0.63），厚度为12nm；生长温度为1200℃，生长压力为300torr。
其余均与实施例1相同。
对比例6
本对比例提供一种紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
不包括BαGa1-αN层和BβGa1-βN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。
将实施例1~实施例5，对比例1~对比例6得到的紫外发光二极管外延片进行测试，并以以对比例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，当将传统的多量子阱层（对比例1）替换为本发明的多量子阱层（实施例1）之后，亮度有明显提升。
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)
1.一种紫外发光二极管外延片，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；其特征在于，所述量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1-xN层；所述量子垒层包括依次层叠的BαGa1-αN层、AlγGa1-γN层和BβGa1-βN层；
其中，所述Mg掺AlwGa1-wN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，其厚度为1nm~2.5nm，w为0.3~0.5；
所述超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层；所述AlyGa1-yN层的厚度为0.5nm~2nm，y为0.1~0.35；所述InzGa1-zN层的厚度为0.5nm~2nm，z为0.1~0.25；所述超晶格层生长完成后在1000℃~1100℃退火1min~3min；
所述Mg掺AlxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，其厚度为1nm~2.5nm，x为0.3~0.5；
所述BαGa1-αN层的厚度为1nm~5nm，α为0.05~0.35；
所述AlγGa1-γN层的厚度为5nm~12nm，γ为0.45~0.65；
所述BβGa1-βN层的厚度为1nm~5nm，β为0.05~0.35。
2.如权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述AlyGa1-yN层的厚度为0.5nm~1.5nm，y为0.1~0.3；
所述InzGa1-zN层的厚度为1nm~2nm，z为0.15~0.25。
3.如权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述Mg掺AlwGa1-wN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~8×1017cm-3，其厚度为1nm~2nm，w为0.3~0.45；
所述Mg掺AlxGa1-xN层中Mg掺杂浓度为1×1016cm-3~8×1017cm-3，其厚度为1nm~2nm，x为0.3~0.4。
4.如权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述BαGa1-αN层的厚度为2nm~5nm，α为0.05~0.3；
所述AlγGa1-γN层的厚度为5nm~10nm，γ为0.5~0.6；
所述BβGa1-βN层的厚度为2nm~5nm，β为0.05~0.3。
5.如权利要求1所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，w＞x＞y。
6.一种紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~5任一项所述的紫外发光二极管外延片，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AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型AlGaN层；所述量子阱层包括依次层叠的Mg掺AlwGa1-wN层、超晶格层和Mg掺AlxGa1-xN层；所述量子垒层包括依次层叠的BαGa1-αN层、AlγGa1-γN层和BβGa1-βN层；
所述超晶格层为周期性结构，周期数为2~6，每个周期均包括依次层叠的AlyGa1-yN层和InzGa1-zN层。
7.如权利要求6所述的紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述AlyGa1-yN层的生长温度为850℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；
所述InzGa1-zN层的生长温度为720℃~800℃，生长压力为100torr~300torr；
所述Mg掺AlwGa1-wN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr；
所述Mg掺AlxGa1-xN层的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr。
8.如权利要求6所述的紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述BαGa1-αN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr；
所述AlγGa1-γN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr；
所述BβGa1-βN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~300torr。
9.一种紫外发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1~5任一项所述的紫外发光二极管外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311824802.XA CN117476829B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311824802.XA CN117476829B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117476829A CN117476829A (zh) | 2024-01-30 |
| CN117476829B true CN117476829B (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=89633350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311824802.XA Active CN117476829B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117476829B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117691017B (zh) * | 2024-02-04 | 2024-05-03 | 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 (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021017145A1 (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | 中国科学技术大学 | 一种多量子阱结构、光电器件外延片及光电器件 |
| CN116581217A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 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 |
| CN116581210A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-11 | 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 |
| 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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109585616A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-04-05 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 紫外led外延制备方法及紫外led |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311824802.XA patent/CN117476829B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021017145A1 (zh) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | 中国科学技术大学 | 一种多量子阱结构、光电器件外延片及光电器件 |
| CN116581210A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-11 | 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 |
| CN116581217A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-11 | 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 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117476829A (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1390990B1 (en) | Group iii nitride based semiconductor device with a multiple quantum well structure | |
| CN115799416B (zh) | 一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN117476829B (zh) | 紫外发光二极管外延片及其制备方法、紫外发光二极管 | |
| JP2011176240A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP2010010678A (ja) | 量子ドットデバイスおよびその製造方法 | |
| CN116581210B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN111063772A (zh) | 高光效紫外led外延结构 | |
| CN217641376U (zh) | 一种led外延片及led芯片 | |
| CN116581216B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN111293198B (zh) | 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法 | |
| CN116666512A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115911207A (zh) | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN116914046A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN111403568A (zh) | 紫外led外延结构及其制备方法 | |
| CN117393667B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116705937B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116364820B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| JP5105738B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物の製造方法 | |
| CN111564538A (zh) | 紫外发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| EP1401027B1 (en) | Group III nitride based light emitting diode with a superlattice structure | |
| CN116825917B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116960246A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117691014A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117954539A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115995514A (zh) | 一种具有AlGaN/InGaN超晶格势垒层的量子阱LED及其制备方法 |
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 |