CN117650211A - 紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117650211A CN117650211A CN202311509843.XA CN202311509843A CN117650211A CN 117650211 A CN117650211 A CN 117650211A CN 202311509843 A CN202311509843 A CN 202311509843A CN 117650211 A CN117650211 A CN 117650211A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- type
- beta
- graphene composite
- annealing
- 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 9
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 161
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 98
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 95
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 84
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 44
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 95
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 30
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 7
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000005574 cross-species transmission Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 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
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- 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、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。紫外发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层，所述电子阻挡层包括β‑Ga2O3‑石墨烯复合层，所述P型半导体层包括第一P型β‑Ga2O3‑石墨烯复合层，所述P型接触层包括第二P型β‑Ga2O3‑石墨烯复合层。实施本发明，可提升发光二极管的亮度，降低工作电压。
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、发光二极管。
背景技术
过去十年中，AlGaN材料因其在紫外光电器件中的巨大应用潜力而备受关注，紫外LED具有光子能量高、波长短、体积小、功耗低、寿命长、环境友好等特点，在高显色指数白光照明、高密度光学数据储存、传感器、平版印刷、空气净化环保等领域具有广泛的应用。AlGaN基紫外LED的研制面临的许多的技术困难，如电子本身有效质量较小，具有较高的迁移率，导致电子很多容易通过量子阱而溢出到P型层。理想的N型和P型材料是各种半导体材料得以应用的前提，是各种半导体器件发挥良好性能的基础。对于已经进入市场化生产的AlGaN基紫外LED器件，N型掺杂已经具备较成熟的技术，P型掺杂仍是目前阻碍AlGaN基紫外LED进一步发展的障碍。且高Al组分的AlGaN材料的P型掺杂尤为棘手，掺杂剂Mg的活化效率低，导致空穴不足，辐射复合效率降低，内量子效率偏低，发光效率下降；P型AlGaN基材料的Mg掺杂浓度及空穴浓度是直接影响器件的发光效率的重要参数，P型AlGaN基材料中受主(Mg)杂质难以电离，导致空穴浓度偏低，且P型AlGaN的功函数高，难以找到与其形成欧姆接触的金属电极，如何获得高空穴浓度、高空穴迁移率的P型材料，实现低P型欧姆接触和高发光效率一直是阻碍紫外光二极管进一步发展的关键。因此，有必要深入研究如何改善上述P型材料中存在的问题。
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，降低工作电压。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种紫外发光二极管，其发光效率高、工作电压低。
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，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层；其特征在于，所述电子阻挡层为β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型半导体层为第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型接触层为第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
作为上述技术方案的改进，所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度＜所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度。
作为上述技术方案的改进，所述β-Ga2O3层-石墨烯复合层的厚度为10nm-80nm，所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为20nm-80nm，所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为5nm-40nm。
作为上述技术方案的改进，所述β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得；
所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得。
作为上述技术方案的改进，所述β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述β-Ga2O3-石墨烯复合层；
所述第一P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层；
所述第二P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
作为上述技术方案的改进，所述β-Ga2O3层的厚度为20nm-100nm；
所述第一P型β-Ga2O3层的厚度为30nm-100nm；
所述第二P型β-Ga2O3层的厚度为10nm-50nm。
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型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层；所述电子阻挡层包括β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型半导体层包括第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型接触层包括第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
作为上述技术方案的改进，所述β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得，所述β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm；
所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得，所述第一P型β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得，所述第二P型β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管，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，电子阻挡层包括β-Ga2O3-石墨烯复合层，P型半导体层包括第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，P型接触层包括第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。首先，本发明的电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层均采用β-Ga2O3与石墨烯复合材料，Ga2O3与AlGaN材料之间几乎没有晶格失配，可以获得良好的晶体质量，提高二极管发光效率；其次，Ga2O3功函数为4.0eV，又能很好的与金属电极匹配形成欧姆接触，降低工作电压；最后，石墨烯材料可提供二维C原子层结构，提高载流子的迁移能力，有利于空穴向量子阱迁移，提高发光效率，且起到电流扩展作用，降低接触电阻。
本发明的紫外发光二极管外延片中，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的P型掺杂浓度＜第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的P型掺杂浓度。第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的P型掺杂浓度较高，可保证较高的空穴浓度；第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的P型掺杂浓度稍低，避免表面平整度下降，保证较好的欧姆接触。
2.本发明的紫外发光二极管外延片中，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度＜第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度尽量薄，可进一步降低接触电阻。
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，本发明公开了一种紫外发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7和P型接触层8。
其中，电子阻挡层6为β-Ga2O3-石墨烯复合层，P型半导体层7为第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，P型接触层8为第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。首先，本发明的电子阻挡层6、P型半导体层7和P型接触层8均采用β-Ga2O3与石墨烯复合材料，Ga2O3与AlGaN材料之间几乎没有晶格失配，可以获得良好的晶体质量，提高二极管发光效率；其次，Ga2O3功函数为4.0eV，又能很好的与金属电极匹配形成欧姆接触，降低工作电压；最后，石墨烯材料可提供二维C原子层结构，提高载流子的迁移能力，有利于空穴向量子阱迁移，提高发光效率，且起到电流扩展作用，降低接触电阻。
具体的，第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，但不限于此。Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-5×1020cm-3，可保证较高的空穴浓度，同时不会引起晶格质量下降。优选的，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3，示例性的为2×1019cm-3、2×1019cm-3、2×1019cm-3或2×1019cm-3，但不限于此。
具体的，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，但不限于此。Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-5×1021cm-3，Mg的掺杂浓度在这个范围内，可保证较好的欧姆接触，同时不会引起晶格质量下降。优选的，Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3，示例性的为2×1020cm-3、4×1020cm-3、6×1020cm-3或8×1020cm-3，但不限于此。
其中，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度＜第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度。基于这种设置，可进一步降低接触电阻。
具体的，β-Ga2O3层-石墨烯复合层的厚度为10nm-90nm，厚度在这个范围内可以较好地起到阻挡电子的作用。优选的，厚度为10nm-80nm，示例性的为20nm、30nm、40nm、50nm或60nm，但不限于此。
具体的，第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为20nm-90nm，优选的为20nm-80nm，示例性的为30nm、40nm、50nm或60nm，但不限于此。
具体的，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为5nm-50nm，优选的为5nm-40nm，示例性的为10nm、20nm、30nm或35nm，但不限于此。
其中，β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得；第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得；第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得。β-Ga2O3材料中氧空位浓度较高，缺陷较多，呈N型导电性能，不利于空穴迁移到量子阱中，将其进行退火处理，通入Ga源、SiH4、C2H4形成GaSiC的复合物，再在H2气氛下进行退火，GaSiC复合物中的Ga原子扩散，与β-Ga2O3材料中的氧空位结合，可降低β-Ga2O3材料中的氧空位浓度，得到稳定的β-Ga2O3材料，同时由于GaSiC复合物中的Si原子蒸气压较高，Si原子蒸发速度快于其他成分，留下的C原子重新排列，形成二维石墨烯层，能提高载流子的迁移能力，有利于空穴向量子阱迁移，且起到电流扩展作用，降低接触电阻。
具体的，β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为50sccm-100sccm，SiH4的流量为10sccm-50sccm，C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得β-Ga2O3-石墨烯复合层。
具体的，第一P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为50sccm-100sccm，SiH4的流量为10sccm-50sccm，C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
具体的，第二P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为50sccm-100sccm，SiH4的流量为10sccm-50sccm，C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
具体的，β-Ga2O3层的厚度为20nm-120nm，优选的为20nm-100nm，示例性的为30nm、40nm、50nm、60nm或80nm，但不限于此。
具体的，第一P型β-Ga2O3层的厚度为30nm-120nm，优选的为30nm-100nm，示例性的为40nm、50nm、60nm或80nm，但不限于此。
具体的，第二P型β-Ga2O3层的厚度为10nm-60nm，优选的为10nm-50nm，示例性的为20nm、30nm、40nm或45nm，但不限于此。
其中，衬底1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。
其中，缓冲层2可为AlN层和/或AlGaN层，但不限于此。缓冲层2的厚度为20nm-200nm，示例性的为40nm、60nm、80nm、100nm、150nm或180nm，但不限于此。
其中，非掺杂AlGaN层3的厚度1μm-3μm，示例性的为1μm、1.5μm、2μm或2.5μm，但不限于此。Al组分的占比为0.3-0.8，示例性的为0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。
其中，N型半导体层4可为Si掺杂的AlaGa1-aN层，但不限于此。N型半导体层4的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3，厚度为1μm-3μm，Al组分的占比为0.2-0.6。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，堆叠周期数5-12。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为2nm-4nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为8nm-20nm。x为0.1-0.5，y为0.2-0.7，且x＜y。
相应的，参考图2，本发明还公开了一种紫外发光二极管外延片的制备方法，其用于制备上述的紫外发光二极管外延片，其包括以下步骤：
S100：提供衬底；
将衬底加载至MOCVD中，在1000℃-1200℃、150torr-500torr、氢气气氛下退火5min-10min，以去除衬底表面的颗粒、氧化物等杂质。
S200：在衬底上生长缓冲层；
具体的，可采用MOCVD生长AlGaN层作为缓冲层，或采用PVD生长AlN层作为缓冲层，但不限于此。优选的，采用PVD生长AlN层，PVD设备溅射温度为400℃-700℃，功率为3000W-5000W，压力为1torr-10torr。
S300：在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，在MOCVD中生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1050℃-1200℃，生长压力为50torr-100torr。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，通入TMAl作为Al源。
S400：在非掺杂AlGaN层上生长N型半导体层；
具体的，在MOCVD中生长N型半导体层，生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为50torr-100torr。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，通入TMAl作为Al源。
S500：在N型半导体层上生长多量子阱层；
其中，采用MOCVD周期性生长多个AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，即得到多量子阱层。AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为900℃-1000℃，生长压力为50torr-100torr。AlyGa1-yN量子垒层的生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr。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，通入TMAl作为Al源。
S600：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，S600包括：
S610：在多量子阱层上生长β-Ga2O3层；
具体的，采用MOCVD生长β-Ga2O3层，生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm。
S620：将β-Ga2O3层进行退火处理；
具体的，将β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得β-Ga2O3-石墨烯复合层。
S700：在电子阻挡层上生长P型半导体层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，S700包括：
S710：在电子阻挡层上生长第一P型β-Ga2O3层；
具体的，在MOCVD中生长第一P型β-Ga2O3层，生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm。
S720：将第一P型β-Ga2O3层进行退火处理；
具体的，将第一P型β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
S800：在P型半导体层上生长P型接触层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，S800包括：
S810：在P型半导体层上生长第二P型β-Ga2O3层；
具体的，在MOCVD中生长第二P型β-Ga2O3层，生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm。
S820：将第二P型β-Ga2O3层进行退火处理；
具体的，将第二P型β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
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，参考图1，其包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7和P型接触层8。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；缓冲层2为AlN层，其厚度为30nm；非掺杂AlGaN层3的厚度3μm，Al组分的占比为0.5；N型半导体层4为Si掺杂的AlaGa1-aN层，Si的掺杂浓度为5×1019cm-3，其厚度为3μm，Al组分的占比为0.4。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层(x＝0.4)和AlyGa1-yN(y＝0.6)量子垒层，堆叠周期数为9，单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为β-Ga2O3-石墨烯复合层，厚度为90nm。具体的，β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得。具体的，β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1150℃，压力为150torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为70sccm，SiH4的流量为30sccm，C2H4的流量为150sccm，通入时间为2min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1600℃，退火腔体压力为3torr，退火时间为20min；即得β-Ga2O3-石墨烯复合层。具体的，β-Ga2O3层的厚度为120nm。
其中，P型半导体层7为第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，厚度为90nm，P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1020cm-3。具体的，第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得。具体的，第一P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1150℃，压力为150torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为70sccm，SiH4的流量为30sccm，C2H4的流量为150sccm，通入时间为2min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1600℃，退火腔体压力为3torr，退火时间为20min；即得第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。具体的，第一P型β-Ga2O3层的厚度为120nm。
其中，P型接触层8为第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，厚度为50nm，P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1021cm-3。具体的，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得。具体的，第二P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1150℃，压力为150torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，TMGa的流量为70sccm，SiH4的流量为30sccm，C2H4的流量为150sccm，通入时间为2min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1600℃，退火腔体压力为3torr，退火时间为20min；即得第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。具体的，第二P型β-Ga2O3层的厚度为60nm。
本实施例中紫外发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
(1)提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1100℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
(2)在衬底上生长缓冲层；
具体的，采用PVD生长AlN层作为缓冲层，PVD设备溅射温度为500℃，功率为4000W，压力为5torr。
(3)在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为70torr，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，通入TMAl作为Al源。
(4)在非掺杂AlGaN层上生长N型半导体层；
具体地，采用MOCVD生长N型半导体层，生长温度为1150℃，生长压力为80torr；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，通入TMAl作为Al源。
(5)在N型半导体层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，得到多量子阱层。AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为950℃，生长压力为80torr。AlyGa1-yN量子垒层的生长温度为1050℃，生长压力为80torr。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，通入TMAl作为Al源。
(6)在多量子阱层上生长β-Ga2O3层；
体的，采用MOCVD生长β-Ga2O3层，生长温度为1150℃，生长压力为150torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，O2的流量为200sccm，TMGa的流量为80sccm。
(7)将β-Ga2O3层进行退火处理，得到电子阻挡层；
具体的，将β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得β-Ga2O3-石墨烯复合层。
(8)在电子阻挡层上生长第一P型β-Ga2O3层；
具体的，在MOCVD中生长第一P型β-Ga2O3层，生长温度为1150℃，生长压力为150torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为200sccm，TMGa的流量为80sccm。
(9)将第一P型β-Ga2O3层进行退火处理，得到P型半导体层；
具体的，将第一P型β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
(10)在P型半导体层上生长第二P型β-Ga2O3层；
具体的，在MOCVD中生长第二P型β-Ga2O3层，生长温度为1150℃，生长压力为150torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为200sccm，TMGa的流量为80sccm。
(11)将第二P型β-Ga2O3层进行退火处理，得到P型接触层；
具体的，将第二P型β-Ga2O3层在MOCVD中进行退火处理，即得第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
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，第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中Mg的掺杂浓度为5×1020cm-3。
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，β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为40nm，第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为40nm，第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为20nm。
其余均与实施例2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，电子阻挡层6为AlγGa1-γN层(γ＝0.6)，其厚度为90nm；P型半导体层7为P型AlGaN层，P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1020cm-3，其厚度为90nm；P型接触层8为Mg掺AlGaN层，Mg的掺杂浓度为5×1021cm-3，其厚度为50nm。相应的，在制备方法中，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层，作为电子阻挡层。生长温度为1050℃，生长压力200torr；采用MOCVD生长P型AlGaN层，生长温度为1050℃，生长压力为200torr；采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
其余均与实施例1相同。
将实施例1-实施例3，对比例1所得的发光二极管外延片进行亮度和工作电压测试，具体测试方法如下：
(1)将外延片制备成20mil×20mil尺寸的芯片，在40mA电流下测试其发光亮度；
(2)使用Keithley2450型数字源表进行工作电压测试。
具体结果如下：
| 亮度(mW) | 工作电压(V) | |
| 实施例1 | 5.178 | 6.10 |
| 实施例2 | 5.329 | 6.08 |
| 实施例3 | 5.516 | 6.07 |
| 对比例1 | 4.464 | 6.17 |
由表中可以看出，当将传统的发光二极管电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层结构(对比例1)时，亮度提升至5.178mW，工作电压降低至6.10V，表明本发明可有效提升亮度、降低工作电压。此外，通过实施例1与对比例2-3的对比可以看出，当变更本发明中的结构时，难以有效起到提升亮度、降低工作电压的效果。
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 (10)
1.一种紫外发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层；其特征在于，所述电子阻挡层为β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型半导体层为第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型接触层为第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
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，所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层中P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-1×1021cm-3。
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，所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度＜所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度。
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β-Ga2O3层-石墨烯复合层的厚度为10nm-80nm，所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为20nm-80nm，所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层的厚度为5nm-40nm。
5.如权利要求1-4任一项所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得；
所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得。
6.如权利要求5所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述β-Ga2O3-石墨烯复合层；
所述第一P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层；
所述第二P型β-Ga2O3层生长完成后，先保持温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-200torr，继续通入TMGa、SiH4、C2H4进行退火，其中，所述TMGa的流量为50sccm-100sccm，所述SiH4的流量为10sccm-50sccm，所述C2H4的流量为100sccm-200sccm，通入时间为1min-3min；再在H2气氛下进行退火，退火温度为1500℃-1700℃，退火腔体压力为0torr-5torr，退火时间为10min-30min；即得所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
7.如权利要求5所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述β-Ga2O3层的厚度为20nm-100nm；
所述第一P型β-Ga2O3层的厚度为30nm-100nm；
所述第二P型β-Ga2O3层的厚度为10nm-50nm。
8.一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1-7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型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和P型接触层；所述电子阻挡层为β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型半导体层为第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层，所述P型接触层为第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层。
9.如权利要求8所述的紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述β-Ga2O3-石墨烯复合层由β-Ga2O3层经退火处理制得，所述β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm；
所述第一P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第一P型β-Ga2O3层经退火处理制得，所述第一P型β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm；
所述第二P型β-Ga2O3-石墨烯复合层由第二P型β-Ga2O3层经退火处理制得，所述第二P型β-Ga2O3层的生长温度为1100℃-1200℃，生长压力为100torr-200torr，生长时，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入Cp2Mg作为Mg源，O2的流量为100sccm-300sccm，TMGa的流量为50sccm-100sccm。
10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1-7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 |
|---|---|---|---|
| CN202311509843.XA CN117650211A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 紫外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 |
|---|---|---|---|
| CN202311509843.XA CN117650211A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 紫外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 |
|---|---|
| CN117650211A true CN117650211A (zh) | 2024-03-05 |
Family
ID=90044192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311509843.XA Pending CN117650211A (zh) | 2023-11-14 | 2023-11-14 | 紫外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) | CN117650211A (zh) |
-
2023
- 2023-11-14 CN CN202311509843.XA patent/CN117650211A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110718612B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN116053378B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115842078B (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、led | |
| CN117253948B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117239025B (zh) | GaN基绿光LED外延片及其制备方法、LED | |
| CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116169216A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN114944443A (zh) | 一种欧姆接触层、发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116387420A (zh) | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN109671817B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116759508A (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 | |
| CN109273571B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN114883464A (zh) | 提高可靠性的发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109103312B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN112687773B (zh) | 紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN116014041B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115863503B (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN109686823B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN111883623B (zh) | 近紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN117650211A (zh) | 紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN109473525B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN109461802B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116581219B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117810325B (zh) | 一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法 |
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 |