CN117894898B - 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led - Google Patents
深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led Download PDFInfo
- Publication number
- CN117894898B CN117894898B CN202410295369.3A CN202410295369A CN117894898B CN 117894898 B CN117894898 B CN 117894898B CN 202410295369 A CN202410295369 A CN 202410295369A CN 117894898 B CN117894898 B CN 117894898B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- algan
- sub
- quantum barrier
- algan layer
- 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 claims abstract description 21
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 214
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 99
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 30
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 28
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 21
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 9
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 230000006911 nucleation Effects 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
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 2
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004549 pulsed laser deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED，涉及半导体技术领域。所述深紫外LED外延片包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层，所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层。本发明的结构能够提高有源层的晶体质量，降低极化效应的同时提高局域效应，从而提升深紫外LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED。
背景技术
AlGaN基深紫外LED是一种新型的固态紫外光源。相对于传统的紫外汞灯，AlGaN基深紫外LED具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、环境友好、发光波长连续可调等诸多方面的优点。因此，在紫外相关应用领域获得了广泛关注并开始渗透到汞灯的一些传统应用领域。
目前深紫外LED通常采用高Al组分的AlGaN材料作为量子阱层，AlGaN量子阱结构发光效率较低的原因主要有以下几个方面。首先，高Al组分AlGaN基材料的位错密度较高，导致量子阱层晶体质量较差，形成大量的非辐射复合中心和电流泄露通道，导致载流子在量子阱中发生非辐射复合而被消耗。其次，由于AlGaN材料较强的自发极化效应及量子阱层和量子垒层晶格失配带来的压电极化效应，量子阱中存在非常强的极化电场，该电场会导致能带倾斜而在空间上对电子空穴的波函数产生分离，大大降低了辐射复合几率，导致电子溢流从而影响抗静电能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种深紫外LED外延片，提高有源层的晶体质量，降低极化效应的同时提高局域效应，从而提升深紫外LED的发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种深紫外LED外延片的制备方法，制得的深紫外LED的发光效率高。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种深紫外LED外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层，所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层或非掺杂AlGaN层，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度为0~1×1018cm-3；所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层或非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层的Mg掺杂浓度为0~1×1019cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述有源层的周期数为2~15；所述量子阱层为AlGaN量子阱层，厚度为1nm~10nm，Al组分占比为0.2~0.6；所述第一AlGaN层的厚度为1nm~10nm，所述AlN层的厚度为1nm~10nm，所述Ga2O3层的厚度为1nm~10nm，所述GaN层的厚度为1nm~10nm，所述(AlGa)2O3层的厚度为1nm~10nm，所述第二AlGaN层的厚度为1nm~10nm。
作为上述技术方案的改进，随着有源层周期数的增加，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度降低，所述第二AlGaN层的Mg掺杂浓度升高；
有源层的每个周期中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；或所述第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层、第二子层和第三子层均包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述第一子层、第二子层和第三子层的周期数均为1~4；
第一子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，Si掺杂浓度保持恒定；所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；
第二子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，Si掺杂浓度随着周期数的增加递减；所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；
第三子层中，所述第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3，Mg掺杂浓度随着周期数的增加递增。
作为上述技术方案的改进，所述(AlGa)2O3层的Al组分占比为0.3~0.7，Al组分占比随着周期数的增加递增。
作为上述技术方案的改进，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层的Al组分占比均为0.6~0.8。
相应的，本发明还公开了一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED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、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层，所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层。
作为上述技术方案的改进，所述量子阱层的生长温度为900℃~1200℃，生长压力为50Torr~300Torr；
所述复合量子垒层的生长温度为600℃~1300℃，生长压力为50Torr~500Torr。
相应的，本发明还公开了一种深紫外LED，包括上述的深紫外LED外延片。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明提供的深紫外LED外延片的有源层包括量子阱层和复合量子垒层，复合量子垒层包括第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层。所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，第一量子垒子层可以减少与量子阱层的晶格失配，减少缺陷的产生。所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，Ga2O3层可以提高第三量子垒子层中的(AlGa)2O3层的质量并避免多晶的产生。所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层，(AlGa)2O3层有较高的禁带宽度，可以有效的阻挡电子溢流，从而提高抗静电能力。
2、本发明提供的深紫外LED外延片的有源层的复合量子垒层中，靠近N型AlGaN层一侧的第一AlGaN层进行Si掺杂，很好地增加电流扩展能力；靠近P型AlGaN层一侧的第二AlGaN层进行Mg掺杂，产生的空穴可以补充空穴的不足，提高有源层的有效复合效率，从而提高光电性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的深紫外LED外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的深紫外LED外延片的有源区的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的深紫外LED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深紫外LED外延片，包括衬底1及依次沉积在所述衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、有源层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8，所述有源层5包括周期性交替层叠的量子阱层51和复合量子垒层52，所述复合量子垒层52包括依次层叠的第一量子垒子层521、第二量子垒子层522和第三量子垒子层523。所述第一量子垒子层521包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，AlN层可以降低AlGaN材料的缺陷密度，提高晶体质量，减小AlGaN材料中存在的极化电场，而且第一量子垒子层可以减少与量子阱层的晶格失配，从而减少缺陷的产生。所述第二量子垒子层522包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，Ga2O3层可以提高第三量子垒子层中的(AlGa)2O3层的质量并避免多晶的产生。所述第三量子垒子层523包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层，(AlGa)2O3层有较高的禁带宽度，可以有效的阻挡电子溢流，从而提高抗静电能力。
在一种实施方式中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层或非掺杂AlGaN层，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度为0~1×1018cm-3，Si掺杂可以很好地增加电流扩展能力。所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层或非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层的Mg掺杂浓度为0~1×1019cm-3，Mg掺杂可以提升空穴注入效率，从而提高有源层的有效复合效率。
在一种实施方式中，所述有源层的周期数为2~15，示例性的为2、3、5、7、9、10、13或15，但不限于此。所述量子阱层为AlGaN量子阱层，厚度为1nm~10nm，Al组分占比为0.2~0.6。所述第一AlGaN层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。所述AlN层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。所述Ga2O3层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。所述GaN层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。所述(AlGa)2O3层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。所述第二AlGaN层的厚度为1nm~10nm，示例性的为1nm、2nm、5nm、7nm、8nm或10nm，但不限于此。
在一种实施方式中，随着有源层周期数的增加，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度降低，所述第二AlGaN层的Mg掺杂浓度升高。优选的，靠近N型AlGaN层一侧的第一AlGaN层进行Si掺杂，降低缺陷的同时可以很好地增加电流扩展能力；靠近P型AlGaN层一侧的第二AlGaN层进行Mg掺杂，产生的空穴可以补充空穴的不足，提高有源层的有效复合效率，从而提高光电性能。
有源层的每个周期中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；或所述第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层。
在一种实施方式中，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层、第二子层和第三子层均包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述第一子层、第二子层和第三子层的周期数均为1~4，示例性的为1、2、3或4。
第一子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，若Si掺杂浓度小于1×1016cm-3，对极化电场的改善作用不大；若Si掺杂浓度大于1×1018cm-3，会导致漏电途径的增加，示例性的为1×1016cm-3、5×1016cm-3、8×1016cm-3、1×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3或1×1018cm-3，但不限于此。优选的，第一子层中的第一AlGaN层的Si掺杂浓度保持恒定。所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层。第一子层通过Si掺杂，可以增加电子载流子浓度，更大程度地屏蔽极化电场；同时，还能够增强电流的横向扩展性。
第二子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3，示例性的为1×1016cm-3、5×1016cm-3、8×1016cm-3、1×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3或1×1018cm-3，但不限于此。优选的，第二子层中的Si掺杂浓度随着周期数的增加递减。所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层。第二子层的第一AlGaN层的Si掺杂浓度递减，量子垒层中掺Si会对空穴在量子阱结构中的传输产生不利影响，因此将位于有源层中间的第二子层的第一AlGaN层的Si掺杂浓度设置为沿周期递减，有利于后续有源层结构中空穴的注入。
第三子层中，所述第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层，Mg掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3，示例性的为1×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3、1×1018cm-3、5×1018cm-3、8×1018cm-3或1×1019cm-3，但不限于此。优选的，Mg掺杂浓度随着周期数的增加递增。第三子层通过Mg掺杂提高空穴注入浓度，第三子层的第二AlGaN层的Mg掺杂浓度递增，有利于提高空穴注入效率，从而提高有源层中的电子空穴复合效率。
在一种实施方式中，所述(AlGa)2O3层的Al组分占比为0.3~0.7，在Ga2O3中增加Al组分形成(AlGa)2O3材料能够增大禁带宽度，有效的降低电子的迁移率，从而减少漏电通道的产生，若Al组分占比小于0.3，对电子的阻挡作用不明显；若Al组分占比大于0.7，则会造成晶体质量的下降，示例性的为0.3、0.4、0.45、0.5、0.6或0.7，但不限于此。优选的，(AlGa)2O3层的Al组分占比随着周期数的增加递增，可以不断地减少与AlGaN材料的晶格失配，减少缺陷的产生。
在一种实施方式中，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层的Al组分占比均为0.6~0.8，示例性的为0.6、0.65、0.7、0.72、0.75、0.78或0.8，但不限于此。
除了上述有源层结构外，本发明的其它层状结构的特点如下：
所述衬底1可以选用蓝宝石衬底、AlN衬底、Si衬底、SiC衬底中的一种。具体地，衬底1选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的LED衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理的优点，而且在高温下有很好的稳定性。
所述缓冲层2可以为AlN缓冲层、AlGaN缓冲层中的一种或多种。具体地，缓冲层2选用AlN缓冲层，厚度为20nm~200nm，采用AlN缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了AlGaN材料和衬底之间的晶格失配所产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，为进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长，提高后续沉积AlGaN层的晶体质量，降低位错密度，提高有源层辐射复合效率。
所述非掺杂AlGaN层3的厚度为1μm~5μm。
所述N型AlGaN层4的厚度为1μm~5μm，Si掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1020cm-3。
所述电子阻挡层6为AlGaN电子阻挡层，厚度为10nm~100nm，Al组分占比为0.4~0.8，既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高深紫外LED的发光效率。
所述P型AlGaN层7的厚度为10nm~50nm，Mg掺杂浓度为1×1019cm-3~5×1020cm-3，Mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度。同时，P型AlGaN层可以有效填平外延层，得到表面光滑的深紫外LED外延片。
所述P型接触层8为AlGaN P型接触层层，厚度为5nm~50nm，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3~5×1020cm-3，高掺杂浓度的P型接触层能够降低接触电阻。
相应的，如图3所示，本发明还提供了一种深紫外LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；外延结构可以通过MOCVD、MBE、PLD或VPE生长，但不限于此。具体的，S2包括以下步骤：
S21、生长缓冲层；
采用PVD生长AlN缓冲层，生长温度为500℃~600℃，功率为3000W~5000W，以Ar为溅射气体，以N2为前驱体，以Al为溅射靶材。将已镀完AlN缓冲层的衬底转入MOCVD中，在H2气氛下进行预处理，预处理时间为1min~10min，预处理温度为1000℃~1200℃。
S22、生长非掺杂AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S23、生长N型AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S24、生长有源层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃~1200℃，压力为50Torr~300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长AlGaN量子阱层；控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，生长复合量子垒层；重复层叠周期性生长AlGaN量子阱层和复合量子垒层。具体的，复合量子垒层的生长包括以下步骤：
S241、生长第一量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长第一AlGaN层；控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMAl作为Al源，生长AlN层。
在一种实施方式中，第一AlGaN层的生长方式为：控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入SiH4作为N型掺杂源，生长第一AlGaN层。
S242、生长第二量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为600℃~900℃，压力为200Torr~300Torr，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，载气为N2和Ar，生长Ga2O3层；控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，生长GaN层。
S243、生长第三量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为600℃~900℃，压力为200Torr~300Torr，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，载气为N2和Ar，生长(AlGa)2O3层；控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长第二AlGaN层。
在一种实施方式中，第二AlGaN层的生长方式为：控制反应室温度为1000℃~1300℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入CP2Mg作为P型掺杂源，生长第二AlGaN层。
S25、生长电子阻挡层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1000℃~1100℃，压力为100Torr~300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S26、生长P型AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1000℃~1100℃，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，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
S27、生长P型接触层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为900℃~1100℃，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，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
本实施例提供一种深紫外LED外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层。
衬底为蓝宝石衬底。
缓冲层为AlN缓冲层，厚度为100nm。
非掺杂AlGaN层的厚度为2μm。
N型AlGaN层的厚度为2μm，Si掺杂浓度为2.5×1019cm-3。
有源层为交替层叠的AlGaN量子阱层和复合量子垒层，周期数为9。AlGaN量子阱层的厚度为3.5nm，Al组分占比为0.45。复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层。第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，第一AlGaN层的厚度为5nm，Al组分占比为0.7，AlN层的厚度为5nm。第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，Ga2O3层的厚度为5nm，GaN层的厚度为5nm。第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层，(AlGa)2O3层的厚度为5nm，Al组分占比为0.4，第二AlGaN层的厚度为5nm，Al组分占比为0.7。
电子阻挡层为AlGaN电子阻挡层，厚度为30nm，Al组分占比为0.75。
P型AlGaN层的厚度为100nm，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3。
P型接触层的厚度为10nm，Mg掺杂浓度为1×1020cm-3。
上述深紫外LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供一衬底；
S2、在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层。具体的，S2包括以下步骤：
S21、生长缓冲层；
采用PVD生长AlN缓冲层，生长温度为550℃，功率为4000W，以Ar为溅射气体，以N2为前驱体，以Al为溅射靶材。将已镀完AlN缓冲层的衬底转入MOCVD中，在H2气氛下进行预处理，预处理时间为5min，预处理温度为1100℃。
S22、生长非掺杂AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1200℃，压力为100Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S23、生长N型AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1200℃，压力为100Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入SiH4作为N型掺杂源。
S24、生长有源层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1100℃，压力为50Torr~300Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长AlGaN量子阱层；生长复合量子垒层；重复层叠周期性生长AlGaN量子阱层和复合量子垒层。具体的，复合量子垒层的生长包括以下步骤：
S241、生长第一量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1200℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长第一AlGaN层；控制反应室温度为1200℃，压力为50Torr~500Torr，通入NH3作为N源，通入TMAl作为Al源，生长AlN层。
S242、生长第二量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为700℃，压力为250Torr，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，载气为N2和Ar，生长Ga2O3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，生长GaN层。
S243、生长第三量子垒子层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为750℃，压力为250Torr，通入O2作为O源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，载气为N2和Ar，生长(AlGa)2O3层；控制反应室温度为1200℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长第二AlGaN层。
S25、生长电子阻挡层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃，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。
S26、生长P型AlGaN层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃，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，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
S27、生长P型接触层；
采用MOCVD生长，控制反应室温度为1050℃，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，通入CP2Mg作为P型掺杂源。
实施例2
本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3。相应的，第一AlGaN层的生长方式为：控制反应室温度为1200℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入SiH4作为N型掺杂源，生长第一AlGaN层。其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层，Mg掺杂浓度为1×1018cm-3。相应的，第二AlGaN层的生长方式为：控制反应室温度为1200℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，通入CP2Mg作为P型掺杂源，生长第二AlGaN层。其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层、第二子层和第三子层均包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层，第一子层、第二子层和第三子层的周期数均为3。第一子层中，第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1017cm-3；第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层。第二子层中，第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度为1×1018cm-3；第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层。第三子层中，第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层；第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层，Mg掺杂浓度为1×1018cm-3。相应的，有源区的制备中，第一子层和第二子层的第一AlGaN层进行Si掺杂，第三子层的第二AlGaN层进行Mg掺杂。其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例4的区别在于，第一子层的第一AlGaN层的Si掺杂浓度保持恒定。第二子层的第一AlGaN层的Si掺杂浓度随着周期数的增加由1×1018cm-3递减至1×1016cm-3。第三子层的第二AlGaN层的Mg掺杂浓度随着周期数的增加由1×1017cm-3递增至1×1019cm-3。其余均与实施例4相同。
对比例1
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，有源层包括周期性交替层叠的Al0.45Ga0.55N量子阱层和Al0.7Ga0.3N量子垒层。相应的，在制备方法中，不包括复合量子垒层的制备步骤。Al0.7Ga0.3N量子垒层的制备步骤为控制反应室温度为1200℃，压力为150Torr，通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子垒层不包括第一量子垒子层。相应的，在制备方法中，不包括第一量子垒子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子垒层不包括第二量子垒子层。相应的，在制备方法中，不包括第二量子垒子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，复合量子垒层不包括第三量子垒子层。相应的，在制备方法中，不包括第三量子垒子层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
性能测试：
将实施例1~实施例5和对比例1~对比例4制得的深紫外LED外延片做成15mil×15mil的LED芯片，测试其发光亮度和抗静电性能，结果如表1所示。
（1）亮度：在同一台LED点测机上，在120mA/60mA电流下测试亮度，并计算实施例1~实施例5、对比例2~对比例4相较于对比例1的亮度提升；
（2）抗静电性能：在HBM模型（人体放电模型）下运用静电仪对芯片的抗静电性能进行测试，测试芯片能承受反向8000V静电的通过比例。
表1 深紫外LED的性能测试结果
由表中可以看出，采用本发明的深紫外LED外延片的结构能够有效提升深紫外LED的发光效率及抗静电性能。
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 (8)
1.一种深紫外LED外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层、第二子层和第三子层均包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层，所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层；
第一子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度保持恒定，所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；第二子层中，所述第一AlGaN层为Si掺杂AlGaN层，Si掺杂浓度随着周期数的增加递减，所述第二AlGaN层为非掺杂AlGaN层；第三子层中，所述第一AlGaN层为非掺杂AlGaN层，所述第二AlGaN层为Mg掺杂AlGaN层，Mg掺杂浓度随着周期数的增加递增。
2.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述有源层的周期数为3~15；所述量子阱层为AlGaN量子阱层，厚度为1nm~10nm，Al组分占比为0.2~0.6；所述第一AlGaN层的厚度为1nm~10nm，所述AlN层的厚度为1nm~10nm，所述Ga2O3层的厚度为1nm~10nm，所述GaN层的厚度为1nm~10nm，所述(AlGa)2O3层的厚度为1nm~10nm，所述第二AlGaN层的厚度为1nm~10nm。
3.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述第一子层、第二子层和第三子层的周期数均为1~4；
第一子层中，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3；
第二子层中，所述第一AlGaN层的Si掺杂浓度为1×1016cm-3~1×1018cm-3；
第三子层中，所述第二AlGaN层的Mg掺杂浓度为1×1017cm-3~1×1019cm-3。
4.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述(AlGa)2O3层的Al组分占比为0.3~0.7，Al组分占比随着周期数的增加递增。
5.如权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层的Al组分占比均为0.6~0.8。
6.一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~5任一项所述的深紫外LED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、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替层叠的量子阱层和复合量子垒层；所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒子层、第二量子垒子层和第三量子垒子层，所述第一量子垒子层包括依次层叠的第一AlGaN层和AlN层，所述第二量子垒子层包括依次层叠的Ga2O3层和GaN层，所述第三量子垒子层包括依次层叠的(AlGa)2O3层和第二AlGaN层。
7.如权利要求6所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，所述量子阱层的生长温度为900℃~1200℃，生长压力为50Torr~300Torr；
所述复合量子垒层的生长温度为600℃~1300℃，生长压力为50Torr~500Torr。
8.一种深紫外LED，其特征在于，所述深紫外LED包括如权利要求1~5中任一项所述的深紫外LED外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410295369.3A CN117894898B (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410295369.3A CN117894898B (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117894898A CN117894898A (zh) | 2024-04-16 |
| CN117894898B true CN117894898B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=90650878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410295369.3A Active CN117894898B (zh) | 2024-03-15 | 2024-03-15 | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117894898B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112510124A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-16 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其制造方法 |
| TW202306195A (zh) * | 2021-07-27 | 2023-02-01 | 大陸商重慶康佳光電技術研究院有限公司 | Led外延結構及其製造方法、led器件 |
| CN116169216A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-05-26 | 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 |
| CN116314496A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-06-23 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116525735A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-08-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及制备方法 |
| CN116995164A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-11-03 | 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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10497829B2 (en) * | 2009-12-04 | 2019-12-03 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Semiconductor material doping |
-
2024
- 2024-03-15 CN CN202410295369.3A patent/CN117894898B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112510124A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-16 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片及其制造方法 |
| TW202306195A (zh) * | 2021-07-27 | 2023-02-01 | 大陸商重慶康佳光電技術研究院有限公司 | Led外延結構及其製造方法、led器件 |
| CN116169216A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-05-26 | 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 |
| CN116314496A (zh) * | 2023-05-19 | 2023-06-23 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、led |
| CN116525735A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-08-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及制备方法 |
| CN116995164A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-11-03 | 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117894898A (zh) | 2024-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110718612B (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN116525735B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN114975704A (zh) | 一种led外延片及制备方法 | |
| CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116504895B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN116845153A (zh) | 一种高光效发光二极管外延片、制备方法及led | |
| CN110364598B (zh) | 发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN116598396A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN109671817B (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 | |
| CN116504894B (zh) | GaN基LED外延片及其生长工艺、LED | |
| CN115863503B (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN109473521B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116705946A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN116487493A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led芯片 | |
| CN116469976A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN115377260A (zh) | 一种led外延片、制备方法及电子设备 | |
| CN117894898B (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led | |
| CN114203871A (zh) | 紫外发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN117832348B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN117810324B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN116936701B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法、led芯片 | |
| CN117727849B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 | |
| CN116344691B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
| CN117712249B (zh) | 一种发光二极管外延片及制备方法 |
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 |