CN117712252A - 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
- CN117712252A CN117712252A CN202311744181.4A CN202311744181A CN117712252A CN 117712252 A CN117712252 A CN 117712252A CN 202311744181 A CN202311744181 A CN 202311744181A CN 117712252 A CN117712252 A CN 117712252A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- emitting diode
- light
- epitaxial wafer
- alon
- 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 24
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 229910017109 AlON Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 20
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- 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沉积在所述衬底上的复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。本发明能够降低外延层的位错密度，释放衬底与GaN外延层的应力，提高外延质量，减少缺陷导致的非辐射复合，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
以蓝宝石为衬底的LED外延结构通常包括AlN缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。采用AlN缓冲层虽然可以提高GaN外延层的晶体质量，但是蓝宝石不导电的特性使得以其为衬底的GaN基LED芯片一般只能加工为同侧结构；此外，蓝宝石导热性能差，增加了器件在封装时的难度，导致器件在工作时结温升高，LED芯片光电性能下降；而且蓝宝石衬底不利于剥离，增加了后续芯片制造和器件封装的难度和成本。
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，方便衬底剥离，提高LED芯片导热能力，提高GaN外延层晶体质量，减少缺陷导致的非辐射复合，提升发光二极管的发光效率。
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，制得的发光二极管的发光效率高。
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，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述氧化石墨烯层的厚度为1nm～100nm。
作为上述技术方案的改进，所述AlON层中的O组分占比为0.01～0.5；
所述AlON层的厚度为5nm～50nm。
作为上述技术方案的改进，所述AlON层中，O组分占比沿外延方向逐渐降低。
作为上述技术方案的改进，所述AlInN层中的Al组分占比为0.5～0.9；
所述AlInN层的厚度为1nm～100nm。
作为上述技术方案的改进，所述AlInN层中，Al组分占比沿外延方向逐渐降低。
作为上述技术方案的改进，所述N极性三维AlGaN层中的Al组分占比为0.01～0.5；
所述N极性三维AlGaN层的厚度50nm～500nm。
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复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述氧化石墨烯层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～100Torr，沉积后通入O2进行氧化处理，氧化处理的温度为800℃～1000℃；
所述AlON层的沉积温度为500℃～700℃，沉积压力为50Torr～300Torr；
所述AlInN层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～500Torr；
所述N极性三维AlGaN层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～300Torr，沉积后通入NH3进行处理，NH3处理的温度为800℃～1200℃。
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：
本发明提供的发光二极管的缓冲层结构包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。氧化石墨烯层具有优秀的力学性能、热性能和光性能，方便LED结构的完整剥离，将LED芯片集聚的热导出，并控制晶体缺陷，改善后续外延生长的质量。AlON层能够减少GaN晶体在PSS侧壁生长，提高GaN晶体质量，缓解衬底与外延层之间由于晶格失配和热失配引起的应力。沉积AlInN层，缓解AlON层与N极性三维AlGaN层的晶格失配，提高后续沉积N极性三维AlGaN层的晶体质量。最后沉积N极性三维AlGaN层，提高半导体表面质量的同时降低异质结外延层的线位错密度，降低电子和空穴的非辐射复合，提高发光二极管的发光效率。
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及依次沉积在所述衬底1上的复合缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型GaN层7；所述复合缓冲层2包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
在一种实施方式中，所述氧化石墨烯层的厚度为1nm～100nm。若氧化石墨烯层的厚度小于1nm，无法提高后续生长质量；若氧化石墨烯层的厚度大于100nm，则会造成浪费。示例性的，所述氧化石墨烯层的厚度为1nm、5nm、10nm、20nm、50nm、80nm或100nm，但不限于此。氧化石墨烯层具有优秀的力学性能、热性能和光性能，以氧化石墨烯层作为缓冲层可以方便将LED结构完整地从衬底上剥离下来，另外氧化石墨烯具有优秀的导热性能，可以将LED芯片集聚的热导出。
在一种实施方式中，所述AlON层中O组分占比为0.01～0.5。若O组分占比小于0.01，无法缓解衬底与外延层之间的应力；若O组分占比大于0.5，则会造成晶体质量的下降。示例性的，所述AlON层中，O组分占比为0.01、0.1、0.2、0.25、0.3、0.4或0.5，但不限于此，优选的，O组分占比为0.01～0.1。在一种实施方式中，所述AlON层的厚度为5nm～50nm。示例性的，所述AlON层的厚度为5nm、10nm、15nm、20nm、30nm、40nm或50nm，但不限于此。生长AlON层可以控制晶体缺陷，改善后续GaN生长晶体的质量，缓解衬底与外延层之间由于晶格失配和热失配引起的应力。此外，AlON层还能够减少GaN晶体在PSS侧壁生长，提高GaN晶体质量。
在一种实施方式中，所述AlON层的O组分占比沿外延方向逐渐降低，在保证AlON层晶体质量的同时，避免氧渗透进入后续的外延结构层中。
在一种实施方式中，所述AlInN层中Al组分占比为0.5～0.9。示例性的，Al组分占比为0.5、0.55、0.6、0.7、0.8、0.85或0.9，但不限于此。AlInN层可以提高AlON层与N极性三维AlGaN层的晶格匹配。在一种实施方式中，所述AlInN层的厚度为1nm～100nm。示例性的，所述AlInN层的厚度为1nm、10nm、20nm、50nm、70nm、90nm或100nm，但不限于此。
在一种实施方式中，所述AlInN层中Al组分占比沿外延方向逐渐降低。通过调控Al元素和In元素的比例，进一步减少AlON层与N极性三维AlGaN层的晶格失配，提高后续沉积N极性三维AlGaN层的晶体质量。
在一种实施方式中，所述N极性三维AlGaN层中Al组分占比为0.01～0.5。示例性的，Al组分占比为0.01、0.1、0.2、0.25、0.3、0.4或0.5，但不限于此。在一种实施方式中，所述N极性三维AlGaN层的厚度50nm～500nm。示例性的，所述N极性三维AlGaN层的厚度为50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、300nm或500nm，但不限于此。沉积的N极性三维AlGaN层通过调控成核密度的高低，有效提高非掺杂GaN层的晶体质量，另外氮化处理转变为N极性可以在提高半导体表面质量的同时降低异质结外延层的线位错密度，降低极化效应，提高发光二极管的发光效率。
相应的，如图2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。
S200在所述衬底上依次生长复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层，所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
在一种实施方式中，所述氧化石墨烯层的制备方法包括以下步骤：
采用PECVD生长，控制反应室温度为800℃～1000℃，压力为50Torr～100Torr，射频功率为15W～22W，反应气氛为CH4和H2，CH4和H2的流量比为1:(1～20)，生长石墨烯层；石墨烯层生长结束后，在O2气氛中进行氧化处理形成氧化石墨烯层，氧化处理的温度为800℃～1000℃。
在一种实施方式中，所述AlON层的制备方法包括以下步骤：
采用PVD生长，控制反应室温度为500℃～700℃，压力为50Torr～300Torr，Ar为保护气体，金属Al为溅射靶，反应气氛为O2和N2，O2和N2的流量比为1:(1～100)。
优选的，生长过程中，O2和N2的流量比逐渐下降。
在一种实施方式中，所述AlInN层的制备方法包括以下步骤：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃～1000℃，压力为50Torr～500Torr，通入N源、Al源和In源。
在一种实施方式中，所述N极性三维AlGaN层的制备方法包括以下步骤：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为800℃～1000℃，压力为50Torr～300Torr，通入N源、Ga源和Al源，沉积AlGaN层；再通入NH3进行处理，使AlGaN层形成N极性接触面，得到N极性AlGaN层，NH3处理的温度为900℃～1100℃。
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，包括衬底及依次沉积在衬底上的复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
氧化石墨烯层的厚度为50nm。
AlON层中的O组分占比为0.1，厚度为40nm。
AlInN层中的Al组分占比为0.9，厚度为45nm。
N极性三维AlGaN层中的Al组分占比为0.1，厚度为100nm。
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。
S200在衬底上依次生长复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
具体的，氧化石墨烯层的制备方法包括以下步骤：
采用PECVD生长，控制反应室温度为900℃，压力为70Torr，射频功率为18W，反应气氛为CH4和H2，CH4和H2的流量比为1:10，生长石墨烯层；石墨烯层生长结束后，在O2气氛中进行氧化处理形成氧化石墨烯层，氧化处理的温度为900℃。
AlON层的制备方法包括以下步骤：
采用PVD生长，控制反应室温度为600℃，压力为75Torr，Ar为保护气体，金属Al为溅射靶，反应气氛为O2和N2，O2和N2的流量比为1:10。
AlInN层的制备方法包括以下步骤：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为950℃，压力为200Torr，通入N源、Al源和In源。
N极性三维AlGaN层的制备方法包括以下步骤：
采用MOCVD生长，控制反应室温度为865℃，压力为150Torr，通入N源、Ga源和Al源，沉积AlGaN层；再通入NH3进行处理，使AlGaN层形成N极性接触面，得到N极性AlGaN层，NH3处理的温度为1000℃。
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，AlON层中的O组分占比沿外延方向由0.1下降至0.01。相应的，在制备方法中，O2和N2的流量比由1:10下降至1:100。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，AlInN层中的Al组分占比沿外延方向由0.9下降至0.7。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，复合缓冲层不包括氧化石墨烯层；相应的，在制备方法中，不包括氧化石墨烯层的制备步骤。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，与实施例1的区别在于，复合缓冲层不包括AlON层；相应的，在制备方法中，不包括AlON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，与实施例1的区别在于，复合缓冲层不包括AlInN层；相应的，在制备方法中，不包括AlInN层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种发光二极管外延片，与实施例1的区别在于，与实施例1的区别在于，复合缓冲层不包括N极性三维AlGaN层；相应的，在制备方法中，不包括N极性三维AlGaN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4制得的发光二极管外延片做成10mil×24mil的LED芯片并在120mA/60mA电流下测试发光亮度，并计算实施例1～实施例3、对比例2～对比例4相对于对比例1的光效提升，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
由表中可以看出，采用本发明的发光二极管外延片的结构能够有效提高发光二极管的发光亮度。
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，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述氧化石墨烯层的厚度为1nm～100nm。
3.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlON层中的O组分占比为0.01～0.5；
所述AlON层的厚度为5nm～50nm。
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AlON层中，O组分占比沿外延方向逐渐降低。
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AlInN层中的Al组分占比为0.5～0.9；
所述AlInN层的厚度为1nm～100nm。
6.如权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlInN层中，Al组分占比沿外延方向逐渐降低。
7.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N极性三维AlGaN层中的Al组分占比为0.01～0.5；
所述N极性三维AlGaN层的厚度50nm～500nm。
8.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1～7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复合缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；所述复合缓冲层包括氧化石墨烯层、AlON层、AlInN层和N极性三维AlGaN层。
9.如权利要求8所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述氧化石墨烯层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～100Torr，沉积后通入O2进行氧化处理，氧化处理的温度为800℃～1000℃；
所述AlON层的沉积温度为500℃～700℃，沉积压力为50Torr～300Torr；
所述AlInN层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～500Torr；
所述N极性三维AlGaN层的沉积温度为800℃～1000℃，沉积压力为50Torr～300Torr，沉积后通入NH3进行处理，NH3处理的温度为800℃～1200℃。
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1～7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 |
|---|---|---|---|
| CN202311744181.4A CN117712252A (zh) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | 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 |
|---|---|---|---|
| CN202311744181.4A CN117712252A (zh) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | 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 |
|---|---|
| CN117712252A true CN117712252A (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=90156697
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311744181.4A Pending CN117712252A (zh) | 2023-12-18 | 2023-12-18 | 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) | CN117712252A (zh) |
-
2023
- 2023-12-18 CN CN202311744181.4A patent/CN117712252A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3866540B2 (ja) | 窒化物半導体素子およびその製造方法 | |
| JP4458223B2 (ja) | 化合物半導体素子及びその製造方法 | |
| CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116845153A (zh) | 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led | |
| CN115347096A (zh) | GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN117476827B (zh) | 一种低接触电阻的发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN117393667B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116364820B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117577748A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117410405A (zh) | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN117153964A (zh) | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN116960248A (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN117712252A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117423787B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN112331563B (zh) | 氮化镓基高电子迁移率晶体管外延片的制备方法 | |
| CN117712249B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN117810324B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116978991B (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 | |
| CN117497658A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117174797A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117558846A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117810325A (zh) | 一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116469981A (zh) | 一种高光效发光二极管及制备方法 | |
| CN116387427A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led |
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 |