CN210576001U - 一种高晶体质量的外延结构 - Google Patents
一种高晶体质量的外延结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN210576001U CN210576001U CN201920900630.2U CN201920900630U CN210576001U CN 210576001 U CN210576001 U CN 210576001U CN 201920900630 U CN201920900630 U CN 201920900630U CN 210576001 U CN210576001 U CN 210576001U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- crystal quality
- gan
- aln
- temperature buffer
- 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
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种高晶体质量的外延结构,从下至上依次包括衬底、AlN薄膜层、高温缓冲层、非掺氮化镓层、N型层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型层以及P型接触层,所述AlN薄膜层的材料为AlN,所述高温缓冲层的材料为AlGaN或GaN。
Description
技术领域
本实用新型涉及发光二极管技术领域,尤其涉及一种高晶体质量的外延结构。
背景技术
LED(Light Emitting Diode,发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件,LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
在现有技术中,由于蓝宝石衬底和GaN之间存在较大的晶格失配,为了减少晶格失配,需要在两者之间形成一层低温氮化镓缓冲层。但由于低温氮化镓缓冲层的结晶质量非常差,影响在其上生长的外延层的晶体质量,从而降低外延层的整体质量。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题在于,提供一种高晶体质量的外延结构,在衬底上形成一层AlN薄膜层,以提高外延层的晶体质量。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了1、一种高晶体质量的外延结构,其特征在于,从下至上依次包括衬底、AlN薄膜层、高温缓冲层、非掺氮化镓层、N型层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型层以及P型接触层,所述AlN薄膜层的材料为AlN,所述高温缓冲层的材料为AlGaN或GaN。
作为上述方案的改进,所述高温缓冲层的生长温度为700~1000℃
作为上述方案的改进,所述高温缓冲层的生长压力为100~500Torr。
作为上述方案的改进,所述高温缓冲层的生长温度为800~850℃,生长压力为100~200Torr。
作为上述方案的改进,所述高温缓冲层在经过清洗的AlN薄膜层上形成。
作为上述方案的改进,采用酸液或碱液对所述AlN薄膜层进行清洗,酸液为硫酸、磷酸和H2O2中的一种,碱液为KOH或NaOH。
作为上述方案的改进,所述AlN薄膜层的清洗时间为2~5min,清洗温度为40~60℃。
作为上述方案的改进,所述AlN薄膜层的厚度为5~50nm,所述高温缓冲层的厚度为5~100nm。
作为上述方案的改进,所述多量子阱有源层包括相互间隔设置的至少一层垒层与至少一层阱层,所述阱层包括第一N-GaN层,设于所述第一N-GaN层上的电流均化层,以及设于所述电流均化层上的第二N-GaN层,所述电流均化层通过在GaN中掺杂电阻率>2.4×10-6Ω·cm的高电阻率材料形成。
作为上述方案的改进,所述电子阻挡层的材料为AlN或AlGaN,厚度为1~100nm。
实施本实用新型,具有如下有益效果:
本实用新型公开的一种高晶体质量的外延结构,从下至上依次包括衬底、AlN薄膜层、高温缓冲层、非掺氮化镓层、N型层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型层以及P型接触层,所述AlN薄膜层的材料为AlN,所述高温缓冲层的材料为AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)。本实用新型通过AlN薄膜层和高温缓冲层的相互配合,整体提高外延结构的晶体质量,同时降低晶格失配。
进一步地,本实用新型的高温缓冲层在经过清洗的AlN薄膜层上形成。具体的,采用酸液或碱液对所述AlN薄膜层进行清洗。经过酸液或碱液清洗后的AlN薄膜层,其XRD002/102HW变小,有效减少AlN薄膜层和高温缓冲层的晶格失配,从而提高晶体质量。
附图说明
图1是本实用新型外延结构的示意图;
图2是本实用新型多量子阱有源层的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
参见图1,本实用新型提供的一种高晶体质量的外延结构,从下至上依次包括衬底10、AlN薄膜层20、高温缓冲层30、非掺氮化镓层40、N型层50、多量子阱有源层60、电子阻挡层70、P型层80以及P型接触层90。其中,所述AlN薄膜层的材料为AlN,所述高温缓冲层的材料为AlxGa(1-x)N(0≤x≤1)。
本实用新型的AlN薄膜层的作用是减小晶格失配,高温缓冲层的作用是减少AlN与GaN的界面位错。由于AlN与GaN的晶格失配比较小,只有2%左右,因此本实用新型在衬底上形成一层AlN薄膜层,可以减少衬底和GaN的晶格失配,由于高温缓冲层的晶体质量优于低温缓冲层的晶体质量,因为高温缓冲层的生长温度可以减少AlN与GaN界面间的错位,从而提高GaN的晶体质量。
本实用新型在AlN薄膜层上形成一层高温缓冲层,可以提高生长在其上的外延层的晶体质量,从而提高外延结构的整体晶体质量。本实用新型通过AlN薄膜层和高温缓冲层的相互配合,整体提高外延结构的晶体质量,同时降低晶格失配。
为了减少晶格失配,提高晶体质量,本实用新型的高温缓冲层在经过清洗的AlN薄膜层上形成。具体的,采用酸液或碱液对所述AlN薄膜层进行清洗,酸液为硫酸、磷酸和H2O2中的一种或几种,碱液为KOH和/或NaOH。
经过酸液或碱液清洗后的AlN薄膜层,其XRD 002/102HW变小,有效减少AlN薄膜层和高温缓冲层的晶格失配,从而提高晶体质量。
其中,清洗的时间和清洗温度对AlN薄膜层的晶格失配具有重要的影响,优选的,所述AlN薄膜层的清洗时间为2~5min,清洗温度为40~60℃。
所述AlN薄膜层的厚度和高温缓冲层的厚度均对外延结构的晶体质量起着重要的作用,特别是影响外延层的翘曲度。一般来说AlN薄膜层的厚度越薄,晶体质量越好,亮度越高,但是会导致外延片表面出现雾化、或者ESD电性变弱等问题。因此本实用新型对AlN薄膜层的厚度作了进一步地限定。优选的,所述AlN薄膜层的厚度为5~50nm,所述高温缓冲层的厚度为5~100nm。优选的,所述AlN薄膜层的厚度为10~20nm,所述高温缓冲层的厚度为5~50nm。更优的,所述AlN薄膜层的厚度为10~15nm,所述高温缓冲层的厚度为5~20nm。
进一步地,所述高温缓冲层的生长温度和生长压力对其晶体质量起着重要作用,因此将所述高温缓冲层生长温度控制在700~1000℃之间,生长压力控制在100~500Torr之间。优选的,所述高温缓冲层的生长温度为800~850℃,生长压力为100~200Torr。
为了进一步提高外延结构的晶体质量,保证发光效率,本实用新型对其他外延结构做了进一步地限定。
具体的,所述N型层的掺杂源为硅烷,掺杂浓度为1E18~1E20cm-3,厚度为1000~5000nm;所述P型层的掺杂源为Mg源,掺杂浓度为1E18~1E21cm-3。
所述电子阻挡层的材料为AlN或AlGaN,或者为AlN、AlGaN和GaN形成的超晶格结构,厚度为1~100nm。
所述P型接触层的掺杂源为Mg源,掺杂浓度浓度为1E20~1E22cm-3。
参见图2,所述多量子阱有源层50包括相互间隔设置的至少一层垒层51和至少一层阱层52。垒层51包括第一N-GaN层53,设于所述第一N-GaN层53上的电路均化层54以及设于所述电流均化层54上的第二N-GaN层55;其中所述电流均化层54通过在GaN中掺杂高电阻率材料形成,所述电流均化层的电阻率远大于第一N-GaN层和第二N-GaN层。本实用新型通过在有源区设置N-GaN+电流均化层+N-GaN的阱层结构,通过高电阻率的电流均化层与低电阻率的N-GaN层复合,形成了高电阻率的强化扩散结构;使得在具有本实用新型外延结构的LED在使用小电流的情况下,可有效提升小电流的拥堵效应,使得小电流能够在进程之中横向扩展,分散分布,强化了扩散效应,从而达到了功率小、光效高的效果。
具体的,在本实用新型中,小电流密度是指低于500mA的电流;所述高电阻率材料是指电导率大于2.4×10-6Ω·cm的物质,本实用新型中的高电阻率材料选用Al、B、氮化硅中的一种或几种,通过上述高电阻率材料的掺杂,使得本实用新型中的电流均化层34的电阻率>109Ω·cm,而N-GaN层的电阻率≤3Ω·cm;N-GaN层33/35与电流均化层34之间的巨大差异会形成能阶形变,使得阱层整体电阻值更大,从而具有更加良好的分散电流的效果。
优选的,所述高电阻率材料选用Al,AlGaN层的电阻率可大于1011Ω·cm,拥有更加良好的电流分散效果。且采用Al掺杂工艺简单,其掺杂温度<800℃,易于操作;通过掺杂后,AlGaN层中Al的含量≤5wt%。
具体的,参见下表,现有芯片与本发明芯片的质量差别如下:
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本实用新型之权利范围,因此依本实用新型权利要求所作的等同变化,仍属本实用新型所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种高晶体质量的外延结构,其特征在于,从下至上依次包括衬底、AlN薄膜层、高温缓冲层、非掺氮化镓层、N型层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型层以及P型接触层,所述AlN薄膜层的材料为AlN,所述高温缓冲层的材料为AlGaN或GaN。
2.如权利要求1所述的高晶体质量的外延结构,其特征在于,所述高温缓冲层在经过清洗的AlN薄膜层上形成。
3.如权利要求1所述的高晶体质量的外延结构,其特征在于,所述AlN薄膜层的厚度为5~50nm,所述高温缓冲层的厚度为5~100nm。
4.如权利要求1所述的高晶体质量的外延结构,其特征在于,所述多量子阱有源层包括相互间隔设置的至少一层垒层与至少一层阱层,所述阱层包括第一N-GaN层,设于所述第一N-GaN层上的电流均化层,以及设于所述电流均化层上的第二N-GaN层,所述电流均化层通过在GaN中掺杂电阻率>2.4×10-6Ω·cm的高电阻率材料形成。
5.如权利要求1所述的高晶体质量的外延结构,其特征在于,所述电子阻挡层的材料为AlN或AlGaN,厚度为1~100nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201920900630.2U CN210576001U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种高晶体质量的外延结构 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201920900630.2U CN210576001U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种高晶体质量的外延结构 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN210576001U true CN210576001U (zh) | 2020-05-19 |
Family
ID=70637624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201920900630.2U Active CN210576001U (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种高晶体质量的外延结构 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN210576001U (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110246942A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种高晶体质量的外延结构 |
CN116207196A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-02 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led外延片及其制备方法、led芯片 |
-
2019
- 2019-06-14 CN CN201920900630.2U patent/CN210576001U/zh active Active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110246942A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-17 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种高晶体质量的外延结构 |
CN116207196A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-06-02 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led外延片及其制备方法、led芯片 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8502266B2 (en) | Nitride semiconductor light emitting device | |
JPH09293897A (ja) | 半導体素子とその製造方法 | |
CN210576001U (zh) | 一种高晶体质量的外延结构 | |
CN114883460A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN113964217A (zh) | 一种InGaN/GaN多量子阱蓝色激光电池外延片及其制备方法 | |
CN116598396A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
CN117832346A (zh) | 一种InGaN基红黄光LED外延薄膜结构 | |
CN115498083A (zh) | 发光二极管外延结构及发光二极管 | |
US20150048396A1 (en) | Light emitting structure and semiconductor light emitting element having the same | |
CN116014041B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN114373838B (zh) | 带量子垒层硅掺杂结构的led外延片、生长方法及其制造方法 | |
CN116504894A (zh) | GaN基LED外延片及其生长工艺、LED | |
US8299480B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same, and epitaxial wafer | |
CN216450669U (zh) | 外延片及半导体发光器件 | |
CN111326622A (zh) | 一种基于空穴调整层的发光二极管 | |
CN113725331A (zh) | 一种硅基led外延结构及其生长方法 | |
CN113851546A (zh) | 一种绿光氮化物激光电池外延片及其制备方法 | |
CN111326620A (zh) | 一种基于n型掺杂层和电子阻挡层的发光二极管 | |
CN217086610U (zh) | 一种led结构 | |
CN116995166B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
KR102224109B1 (ko) | 발광소자, 발광소자 제조방법 및 조명시스템 | |
CN210156414U (zh) | 一种高亮度的外延结构 | |
CN218351490U (zh) | 硅基外延片及半导体器件 | |
CN110729383B (zh) | 一种基于AlN/PSS复合衬底的高亮度发光二极管及其制备方法 | |
CN216389409U (zh) | 适用于大电流条件工作的发光二极管外延结构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |