CN117650210A - 一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 - Google Patents
一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117650210A CN117650210A CN202311844706.1A CN202311844706A CN117650210A CN 117650210 A CN117650210 A CN 117650210A CN 202311844706 A CN202311844706 A CN 202311844706A CN 117650210 A CN117650210 A CN 117650210A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- stress release
- epitaxial structure
- led epitaxial
- stress
- 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
- 230000012010 growth Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 156
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000009646 cyclic growth Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有应力释放层的LED外延结构，包括衬底、以及依次生长于衬底之上的缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，所述应力释放层是由自下而上依次生长的InGaN层、停顿层和GaN盖帽层重复交叠组成的周期性复合层。本LED外延结构的生长方法使应力释放层中InGaN/停顿层/GaN结构循环生长，利用停顿层高温烘烤InGaN层，使In析出或者逃逸形成空位pits，进一步阻断底层衍生的位错，生成多层叠加Pits，有利于应力释放，提升上层晶格质量，且电流扩散效果好、利于大电流通过，从而提升光效。
Description
技术领域
本发明属于LED芯片技术领域，具体涉及一种具有应力释放层的LED外延结构及其生长方法。
背景技术
白光LED目前已经取代传统照明，成为室内、室外通用照明的首选方试。如何提升发光二极管（LED）的发光效率成为需要解决的重要课题，而因材料本身属性，外延层中失配应力会引入位错、层错、和孔隙等结构缺陷，使晶体质量变差，从而降低发光效率，如何改善外延结构晶体质量成为提升LED发光效率的重要课题。
现有技术中，LED外延片中利用应力释放层通过掺Al/In阻止底层衍生位错、降低压应力，但是In/Al与GaN晶格适配大，极化效应变大，降低其上生长的MQW层晶格质量影响发光效率，其次，传统的应力释放层通过低温生长GaN形成Pits（空洞），从而使应力在pits处消失，缺陷并到Pits里面，但是低温生成的Pits会持续变大，不能有效的湮灭底层衍生的位错，甚至衍生到MQW发光层，影响MQW层晶格质量，降低发光效率；再次，低温生长GaN开Pits层，生长GaN层晶格质量差、生成V型Pits不易填平，对开pits厚度要求高，不利大电流通过。因此，我们亟需针对现有的LED外延片应力释放层结构及制备方法进行优化，在生长MQW发光层前得到相对晶格质量好，缺陷少、应力小的结构，改善电流扩散效果，利于大电流通过，从而提升光效。
发明内容
本发明针对背景技术中的不足，提供了一种具有应力释放层的LED外延结构，应力释放层中生长InGaN/停顿层/GaN SL结构（循环生长结构），利用停顿层高温烘烤InGaN层，使In析出或者逃逸形成空位pits，进一步阻断底层衍生的位错，该结构循环生长，生成多层叠加Pits，有利于应力释放，提升上层晶格质量，且电流扩散效果好、利于大电流通过，从而提升光效。
为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：
一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：包括衬底、以及依次生长于衬底之上的缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，所述应力释放层是由自下而上依次生长的InGaN层、停顿层和GaN盖帽层重复交叠组成的周期性复合层。
优选的，所述应力释放层的重复交叠周期数为3-10。
优选的，所述停顿层包括第一停顿层和第二停顿层，第一停顿层的生长条件中无NH3，第二停顿层的生长条件中有NH3。
优选的，所述衬底为镀AlN的PSS衬底，所述缓冲层厚度为180-220A，所述UGaN层厚度为3-4μm，所述NGaN层厚度为1-2μm。
优选的，所述应力释放层中的InGaN层厚度为10-50A，GaN盖帽层厚度为100-400A。
一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，用于制作上述具有应力释放层的LED外延结构，具体方法包括提供一衬底，以及在衬底表面依次生长缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，其特征在于：所述应力释放层的生长方法为周期性依次循环生长InGaN层、第一停顿层、第二停顿层和GaN盖帽层。
优选的，所述应力释放层中的InGaN层生长条件为：N2：120-150SLM，H2：0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=750-780°。
优选的，所述应力释放层中的第一停顿层生长条件为：N2：0-150SLM，H2:120-270SLM(N2/NH3=0为纯H2环境) ，NH3:0SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp= 900-1200°，无Mo源通入，时间为30-120s；
优选的，所述应力释放层中的第二停顿层生长条件为：N2：120-150SLM，H2:0SLM，NH3:150-120 SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp=900-1200°无Mo源通入，时间为10-50s。
优选的，所述应力释放层中的GaN盖帽层生长条件为：N2：120-150 SLM，H2:0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=900-1200°，通入TMG/TEGa生长100~400A厚度的GaN垒晶层。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
（1）本发明通过高温使In析出或者逃逸形成空位pits，进一步阻断底层衍生的位错；
（2）本发明因高温使In析出或者逃逸生成空位Pits，极大改善极化效应，降低其上生长MQW层压应力，提升晶格质量的同时有利于电流扩展，提升发光效率；
（3）本发明的应力释放层中InGaN/停顿层/GaN循环生长，生成多层叠加Pits层电流扩散效果好且利于大电流通过，从而提升光效和抗静电能力，且单一层pits开口小，衍生位错少，对后续生长MQW层晶格质量有积极作用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明具有应力释放层的LED外延结构示意图；
图2为本发明应力释放层采用InGaN/停顿层/GaN SL结构的空位Pits产生过程示意图。
图中：1、衬底，2、缓冲层，3、UGaN层，4、NGaN层，5、应力释放层，501、InGaN层，502、第一停顿层，503、第二停顿层，504、GaN盖帽层，6、MQW层，7、EBL层，8、P层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例
一种具有应力释放层的LED外延结构，包括衬底、以及依次生长于衬底之上的缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，应力释放层是由自下而上依次生长的InGaN层、停顿层和GaN盖帽层重复交叠组成的周期性复合层，应力释放层的重复交叠周期数为3-10，其中，停顿层包括第一停顿层和第二停顿层，第一停顿层的生长条件中无NH3，第二停顿层的生长条件中有NH3。
一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，用于制作上述具有应力释放层的LED外延结构，具体方法包括提供镀AlN的PSS衬底，以及在衬底表面依次生长厚度为180-220A的缓冲层、厚度为3-4μm的UGaN层、厚度为1-2μm的NGaN层（掺SI N型GaN层，浓度在2E19）、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，生长缓冲层、UGaN层、NGaN层、MQW层、EBL层和P层的方法均为现有常规技术，在此不再赘述，本实施例中，应力释放层的生长方法为周期性依次循环生长厚度为10-50A的InGaN层、第一停顿层、第二停顿层和厚度为100-400A的GaN盖帽层；该结构（InGaN/停顿层/GaN）周期性循环3-10次，最终形成多层次立体结构状的Pits层释放应力，利于电流扩散、提升光效和应力释放。
应力释放层中的InGaN层生长条件为：N2：120-150SLM，H2：0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=750-780°，InGaN（高掺In）层释放应力，湮灭位错；
应力释放层中的第一停顿层生长条件为：N2：0-150SLM，H2:120-270SLM(N2/NH3=0为纯H2环境) ，NH3:0SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp= 900-1200°，无Mo源通入，时间为30-120s，第一停顿层无NH3，在无NH3条件下GaN（InGaN)裂解平衡被打破（原反应为TEGa+NH3+TMIn生成InGaN+其他，NH3作为反应物，减少会使可逆平衡像左边进行；且高温下TEGa/TMIn裂解成原子，从而使表面In原子聚集析出（会堵住Pits口，湮灭位错），右边InGaN因裂解，In逃逸形成孔洞释放应力，湮灭位错）， 从而使In原子析出或者逃逸，形成Pits（孔洞），释放应力，湮灭位错；
应力释放层中的第二停顿层生长条件为：N2：120-150SLM，H2:0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp=900-1200°无Mo源通入，时间为10-50s，第二停顿层通过原子重排得到陡峭和平整界面。
应力释放层中的GaN盖帽层生长条件为：N2：120-150 SLM，H2:0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=900-1200°，通入TMG/TEGa生长100~400A厚度的GaN垒晶层，通过GaN盖帽层在In析出或逃逸剩下的GaN成键从而湮灭不必要的位错。
下面详细说明应力释放层中空位Pits产生过程（如图2所示）：
（1）应力释放层第一层生长InGaN层，因晶格常数不同，在InGaN层与其下的GaN垒晶层会产生位错，如图2中 A处形成位错；
（2）InGaN层上高温停顿层使InGaN层部分In逃逸或者析出从而留下GaN，降低了A处的极化效应；
（3）停顿层上高温生长GaN盖帽层，A处GaN成键，从而使A处位错消失；
（4）其上在生长InGaN层，部分位错被InGaN层填平，从而使位错湮灭或者改变方向；
（5）如此循环生长，因In原子逃逸或析出出现空位pits，析出In原子周围极化效应降低部分位错湮灭，最终降低衍生至MQW层位错，提升MQW层晶格质量，形成的空位Pits呈立体状，更有利于电流扩展，提升发光效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：包括衬底、以及依次生长于衬底之上的缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，所述应力释放层是由自下而上依次生长的InGaN层、停顿层和GaN盖帽层重复交叠组成的周期性复合层。
2.如权利要求1所述的一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：所述应力释放层的重复交叠周期数为3-10。
3.如权利要求1所述的一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：所述停顿层包括第一停顿层和第二停顿层，第一停顿层的生长条件中无NH3，第二停顿层的生长条件中有NH3。
4.如权利要求1所述的一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：所述衬底为镀AlN的PSS衬底，所述缓冲层厚度为180-220A，所述UGaN层厚度为3-4μm，所述NGaN层厚度为1-2μm。
5.如权利要求1所述的一种具有应力释放层的LED外延结构，其特征在于：所述应力释放层中的InGaN层厚度为10-50A，GaN盖帽层厚度为100-400A。
6.一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，用于制作上述权利要求1至权利要求5任意一项的具有应力释放层的LED外延结构，具体方法包括提供一衬底，以及在衬底表面依次生长缓冲层、UGaN层、NGaN层、应力释放层、MQW层、EBL层和P层，其特征在于：所述应力释放层的生长方法为周期性依次循环生长InGaN层、第一停顿层、第二停顿层和GaN盖帽层。
7.如权利要求6所述的一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，其特征在于：所述应力释放层中的InGaN层生长条件为：N2：120-150SLM，H2：0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=750-780°。
8.如权利要求6所述的一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，其特征在于：所述应力释放层中的第一停顿层生长条件为：N2：0-150SLM，H2:120-270SLM，NH3:0SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp= 900-1200°，无Mo源通入，时间为30-120s。
9.如权利要求6所述的一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，其特征在于：所述应力释放层中的第二停顿层生长条件为：N2：120-150SLM，H2:0SLM，NH3:150-120 SLM，压力P=200Torr，转速：600Rmp；Temp=900-1200°无Mo源通入，时间为10-50s。
10.如权利要求6所述的一种具有应力释放层的LED外延结构生长方法，其特征在于：所述应力释放层中的GaN盖帽层生长条件为：N2：120-150 SLM，H2:0SLM，NH3:150-120SLM，压力P=200Torr；转速：600Rmp；Temp=900-1200°，通入TMG/TEGa生长100~400A厚度的GaN垒晶层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311844706.1A CN117650210A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311844706.1A CN117650210A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117650210A true CN117650210A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90047868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311844706.1A Pending CN117650210A (zh) | 2023-12-29 | 2023-12-29 | 一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117650210A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130193480A1 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-01 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy Technique for Reducing Threading Dislocations in Stressed Semiconductor Compounds |
| CN104051586A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-09-17 | 江门市奥伦德光电有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 |
| CN109888071A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-06-14 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种新型GaN基LED外延层结构及其制备方法 |
| CN114551663A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-27 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
-
2023
- 2023-12-29 CN CN202311844706.1A patent/CN117650210A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130193480A1 (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-01 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Epitaxy Technique for Reducing Threading Dislocations in Stressed Semiconductor Compounds |
| CN104051586A (zh) * | 2013-03-11 | 2014-09-17 | 江门市奥伦德光电有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 |
| CN109888071A (zh) * | 2019-03-06 | 2019-06-14 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种新型GaN基LED外延层结构及其制备方法 |
| CN114551663A (zh) * | 2022-02-23 | 2022-05-27 | 聚灿光电科技（宿迁）有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103887378B (zh) | 一种高光效紫外led的外延生长方法 | |
| CN103227251B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延结构的生长方法 | |
| US8530256B2 (en) | Production process for semiconductor device | |
| CN109103303B (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片 | |
| CN103824909A (zh) | 一种提高GaN基LED发光亮度的外延方法 | |
| CN104485400A (zh) | 一种iii-v族氮化物的外延结构及其生长方法 | |
| CN113690350B (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112582508A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN109326692B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN115842077B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN108447952B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| JP2023511822A (ja) | マイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及びその製造方法 | |
| JP3832313B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体 | |
| CN114883460A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN103456852B (zh) | 一种led外延片及制备方法 | |
| CN117832342B (zh) | 一种led外延片及其制备方法 | |
| CN114256394B (zh) | 一种发光二极管及其制备方法 | |
| CN117133841B (zh) | InGaN基绿光发光二极管外延片及其制备方法、LED | |
| CN109888069B (zh) | InGaN/GaN量子阱结构及LED外延片制备方法 | |
| CN102779737B (zh) | 一种提高gan基led发光效率的外延生长方法 | |
| CN104900774B (zh) | 一种提高led亮度的双缓冲层横向外延生长方法 | |
| CN105161580B (zh) | 一种氮化物发光二极管的制作设备和方法 | |
| CN117650210A (zh) | 一种具有应力释放层的led外延结构及其生长方法 | |
| CN116314515A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN106887487A (zh) | 一种半导体发光器件及其制备方法 |
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 |