JP7295782B2 - Ultraviolet LED and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体器材の技術分野に関し、具体的に紫外線LED及びその製造方法に関し、特にAlGaNベースの紫外線LED及びその製造方法に関する。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the technical field of semiconductor equipment, specifically to UV LEDs and manufacturing methods thereof, and more particularly to AlGaN-based UV LEDs and manufacturing methods thereof.
III-V族半導体材料は、発光照明、太陽電池及びハイパワー器材などの分野で広く応用され、特に窒化ガリウムGaN系を代表とする広禁止帯半導体材料は、SiとGaAsに継ぐ三代目の半導体材料として、科学研究業界及び産業界で大いに注目されている。窒化アルミニウムガリウムAlGaNベースの発光ダイオード(LED)は、波長200~365nm範囲内の紫外線を放射可能なため、殺菌消毒、光線療法、光硬化などの分野で広く使用されている。 Group III-V semiconductor materials are widely used in the fields of light emitting lighting, solar cells, and high-power devices.In particular, wide bandgap semiconductor materials represented by gallium nitride GaN are the third generation semiconductor materials following Si and GaAs. As such, it has attracted a great deal of attention in scientific research and industry. Aluminum gallium nitride AlGaN-based light-emitting diodes (LEDs) are widely used in the fields of disinfection, phototherapy, photocuring, etc., because they can emit ultraviolet light in the wavelength range of 200-365 nm.
現在の段階で最もよく見られるAlGaNベース紫外線LEDの構造は図1に示すように、基板から上に向かう方向に、順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、P型AlzGa1-zN電子障壁層及び正孔注入層が含まれる。正孔注入層はP型GaN層が多いが、P型GaN層は紫外光に対する吸収が非常に深刻であり、紫外光の抽出を制限している。 The structure of the most common AlGaN-based ultraviolet LED at the present stage is shown in FIG . Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multiple quantum well layer, P-type Al z Ga 1-z N electron barrier layer and a hole injection layer. The hole injection layer is often a P-type GaN layer, but the P-type GaN layer has a very serious absorption of ultraviolet light, limiting the extraction of ultraviolet light.
紫外光が正孔注入層に吸収されるのを避けるために、Al含有量が10%以上である高Al成分のAlGaN層を正孔注入層として採用し、中にMgなどの元素をドープしてP型ドーピングを形成する解決案が提案されている。しかし、高Al成分AlGaN層の正孔活性化エネルギーが高いため、Mgなどのドープ元素を活性化して有効な正孔を形成することが難しく、正孔注入層の正孔濃度が低くなり、紫外線LEDの外部量子効率が通常2%未満となり、また発光効率が低くなります。例えば、現在の規格が1mm×1mmである紫外線LEDチップの350 mAの駆動電流での発光輝度は50mWほどしかないため、殺菌、光治療などの分野における紫外線LEDの応用に深刻な影響を与えている。 In order to avoid absorption of ultraviolet light by the hole injection layer, a high Al content AlGaN layer with an Al content of 10% or more is adopted as the hole injection layer, and an element such as Mg is doped therein. A solution has been proposed to form the P-type doping at the However, since the hole activation energy of the AlGaN layer with a high Al content is high, it is difficult to activate the doping element such as Mg to form effective holes. The external quantum efficiency of the LED is usually less than 2%, and the luminous efficiency is low. For example, the UV LED chip with the current standard size of 1 mm x 1 mm has a light emission brightness of only about 50 mW at a driving current of 350 mA. there is
本発明は、上記の欠陥に鑑み、より高い発光効率を有する紫外線LEDを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above defects, it is an object of the present invention to provide an ultraviolet LED with higher luminous efficiency.
また、本発明は、紫外線LEDの製造方法を提供し、当該製造方法の採用により、獲得した紫外線LEDがより高い発光効率を有することができるようにすることを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an ultraviolet LED, and by adopting the manufacturing method, the obtained ultraviolet LED can have a higher luminous efficiency.
上記の目的を達成するために、本発明の第一の態様は、基板及び基板から上に順次に積層的に設置された非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含み、正孔注入層は、少なくとも1つのサブ層を含み、当該サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層、P型GaN層のうちの少なくとも2つの層を含み、0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、u≠vである紫外線LEDを提供する。 To achieve the above objects, a first aspect of the present invention provides a substrate and an undoped Al t Ga 1-t N layer, an N-type Al w Ga 1- a wN layer, an Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multiple quantum well layer, an electron blocking layer and a hole injection layer, the hole injection layer comprising at least one sublayer; The sub-layers include at least two layers of a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer, and a p-type GaN layer arranged in a stack, wherein 0<t<1 , 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v≦1, 0<u≦1, u≠v.
本発明によれば、周期構造の正孔注入層を採用し、圧電分極場を形成することで、正孔活性化エネルギーを低減し、正孔濃度を高め、電子正孔複合効率を向上させ、最終的に紫外線LEDの内部量子効率と発光効率を向上させる紫外線LEDを提供することができる。 According to the present invention, a hole injection layer with a periodic structure is adopted to form a piezoelectric polarization field, thereby reducing the hole activation energy, increasing the hole concentration, improving the electron-hole combined efficiency, Finally, it is possible to provide an ultraviolet LED that improves the internal quantum efficiency and luminous efficiency of the ultraviolet LED.
なお、便宜上、本発明では、基板から正孔注入層に向かう方向を「上に向かって」「上に向かう」と呼び、逆に正孔注入層から基板に向かう方向を「下に向かって」「下に向かう」と呼ぶ。「上に向かって」や「上に向かう」及び「下に向かって」や「下に向かう」とは、紫外線LEDの各機能層間の相対位置関係を明確に記述するためにのみ使用される。 For convenience, in the present invention, the direction from the substrate to the hole injection layer is called "upward" or "upward", and conversely, the direction from the hole injection layer to the substrate is called "downward". Call it "going down". The terms “upward” and “upward” and “downward” and “downward” are only used to clearly describe the relative positional relationships between the functional layers of the UV LED.
本発明の実施例の1つの好ましい形態として、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含み、0.1≦v≦1であり、より好ましくは0.3≦v<0.9である。 As one preferred form of an embodiment of the present invention, each sub-layer comprises a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer which are sequentially stacked in an upward direction from the substrate. , 0.1≦v≦1, more preferably 0.3≦v<0.9.
本発明の実施例のもう1つの好ましい形態として、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型ALvGa1-vN層とを含み、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠vであり、より好ましくは、0.3≦v<u<0.9である。 As another preferred form of an embodiment of the present invention, each sub-layer is sequentially stacked with a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type AL v Ga 1 layer in an upward direction from the substrate. 0.1≦v≦1, 0.1≦u≦1, u≠v, more preferably 0.3≦v<u < 0.9.
本発明の実施例のもう1つの好ましい形態として、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を含み、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠vであり、より好ましくは、0.3≦v<0.9、0.3≦u<0.9、u≠vである。 As another preferred form of the embodiment of the present invention, each sub-layer is a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1 layer, which is sequentially stacked in an upward direction from the substrate. -v Including an N layer and a P-type GaN layer, 0.1 ≤ v ≤ 1, 0.1 ≤ u ≤ 1, u ≠ v, more preferably 0.3 ≤ v < 0.9, 0.3 ≤ v ≤ 0.9; 3≦u<0.9, u≠v.
正孔注入層は上記のP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層のうちの2層又は3層が周期的に配列される方式を採用することにより、圧電分極場の形成をより有利にし、正孔活性化エネルギーを低減し、正孔濃度を高め、電子正孔複合効率を向上させ、紫外線LEDの内部量子効率と発光効率をさらに向上させることができる。 The hole injection layer is formed by periodically arranging two or three of the P-type Al u Ga 1-u N layer, the P-type Al v Ga 1-v N layer and the P-type GaN layer. By adopting it, the formation of the piezoelectric polarization field is more favorable, the hole activation energy is reduced, the hole concentration is increased, the electron-hole combined efficiency is improved, and the internal quantum efficiency and luminous efficiency of the ultraviolet LED are further enhanced. can be improved.
具体的に、上記正孔注入層の周期数は100を超えない方がよく、或いは、正孔注入層のサブ層数は最高100層を超えず、サブ層は一般的に2~12層、好ましくは4~10層である。 Specifically, the periodic number of the hole injection layer should not exceed 100, or the number of sub-layers of the hole injection layer does not exceed 100 at most, and the sub-layers are generally 2 to 12 layers. Preferably 4 to 10 layers.
具体的に、P型AluGa1-uN層の厚さは1~50nm、好ましくは1~10nmであり、P型AlvGa1-vN層の厚さは1~50nm、好ましくは1~10nmであり、P型GaN層の厚さは1~50nm、好ましくは1~10nmである。 Specifically, the thickness of the P-type Al u Ga 1-u N layer is 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm, and the thickness of the P-type Al v Ga 1-v N layer is 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm, and the thickness of the P-type GaN layer is 1 to 50 nm, preferably 1 to 10 nm.
具体的に、上記正孔注入層の総厚は一般的に10~500nm、好ましくは40~120nmであり、各サブ層の厚さは具体的に4~50nm、好ましくは6~15nmである。 Specifically, the total thickness of the hole injection layer is generally 10-500 nm, preferably 40-120 nm, and the thickness of each sub-layer is specifically 4-50 nm, preferably 6-15 nm.
本発明では、正孔注入層のドーピング濃度は、一般に1×1017~5×1020cm-3に制御され、好ましくは1×1018~1×1020cm-3に制御されてもよい。例えば、Mgをドーピング要素として採用すると、Mgのドーピング濃度を1×1017~5×1020cm-3に、好ましくは1×1018~1×1020cm-3に制御できる。 In the present invention, the doping concentration of the hole injection layer is generally controlled between 1×10 17 and 5×10 20 cm −3 and may preferably be controlled between 1×10 18 and 1×10 20 cm −3 . . For example, if Mg is employed as a doping element, the doping concentration of Mg can be controlled to 1×10 17 to 5×10 20 cm −3 , preferably 1×10 18 to 1×10 20 cm −3 .
本発明において、正孔注入層の一般的な形成方法については特に限定されず、従来通常用いられている方法、例えば金属有機化学気相成長(MOCVD)装置、分子ビームエピタクシー(MBE)装置、水素化物気相エピタクシー(HVPE)装置等のうちの1つを採用することができる。本発明の好ましい実施形態では、正孔注入層は電子障壁層上に1つ又は複数のサブ層を形成してから焼きなましを行って得られたものであり、焼きなましは順次に行われる高温焼きなましと低温焼きなましを含む。高温焼きなましの温度は850~950℃で、時間は10s~20minであり、好ましくは30s~10min、さらに好ましくは30s~5minである。低温焼きなましの温度は650~750℃で、時間は1~60minであり、好ましくは2~30minである。 In the present invention, the general method for forming the hole injection layer is not particularly limited, and conventional methods such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) equipment, molecular beam epitaxy (MBE) equipment, One of the hydride vapor phase epitaxy (HVPE) devices and the like can be employed. In a preferred embodiment of the invention, the hole injection layer is obtained by forming one or more sublayers on the electron blocking layer and then performing an annealing, the annealing being a sequential high temperature annealing. Includes low temperature annealing. The temperature of the high temperature annealing is 850-950° C., and the time is 10 s-20 min, preferably 30 s-10 min, more preferably 30 s-5 min. The temperature of the low temperature annealing is 650-750° C., and the time is 1-60 min, preferably 2-30 min.
上記工程条件での焼きなまし処理を採用することにより、Mg-H結合を効果的に遮断し、Mgの活性化効率を向上させ、正孔濃度を高め、電子正孔複合効率を向上させ、最終的に紫外線LEDの内部量子効率と発光効率を向上させることができた。 By adopting the annealing treatment under the above process conditions, the Mg—H bond is effectively blocked, the activation efficiency of Mg is improved, the hole concentration is increased, the electron-hole composite efficiency is improved, and finally We were able to improve the internal quantum efficiency and luminous efficiency of the ultraviolet LED.
具体的に、上記の焼きなまし処理は、正孔注入層の周期的形成に従って実施されてもよく、各サブ層の形成後に焼きなまし処理を実施してもよいし、サブ層の形成中に焼きなまし処理を実施してもよい。例えば、基板から上に向かう方向には、各サブ層が順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む場合、各サブ層の製造完了後に焼きなまし処理を実施することができ、すなわち、一層のP型AlvGa1-vN層と一層のP型GaN層とを形成するごとに焼きなまし処理を実施することもできるし、あるいは、P型AlvGa1-vN層を形成した後に焼きなまし処理を実施し、P型GaN層を形成した後に再度焼きなまし処理を実施することもできる。 Specifically, the above annealing treatment may be performed according to the periodic formation of the hole injection layer, the annealing treatment may be performed after the formation of each sublayer, or the annealing treatment may be performed during the formation of the sublayers. may be implemented. For example, in the upward direction from the substrate, if each sub-layer includes a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer that are sequentially stacked, after completing the fabrication of each sub-layer, The annealing treatment can be performed, i.e. the annealing treatment can be performed after forming one p-type Al v Ga 1-v N layer and one p-type GaN layer, or the p-type Annealing may be performed after forming the Al v Ga 1-v N layer, and annealing may be performed again after forming the P-type GaN layer.
本発明において、紫外線LEDの基板については特に限定されず、サファイア基板、Si基板又はSiC基板などのLEDで常用される基板であってもよい。 In the present invention, the substrate of the ultraviolet LED is not particularly limited, and may be a substrate commonly used in LEDs, such as a sapphire substrate, Si substrate, or SiC substrate.
さらに、エピタクシーに対する基板の影響を除去するために、AlNバッファ層、GaNバッファ層などのバッファ層を非ドープAltGa1-tN層と基板との間にさらに設置してもよい。バッファ層の厚さは10~30nmのような現在の紫外線LEDにおけるバッファ層の通常の厚さであってよい。 Additionally, a buffer layer such as an AlN buffer layer, a GaN buffer layer, etc. may be additionally placed between the undoped Al t Ga 1-tN layer and the substrate to eliminate the influence of the substrate on the epitaxy. The thickness of the buffer layer may be the usual thickness of buffer layers in current UV LEDs, such as 10-30 nm.
さらに、バッファ層と非ドープAltGa1-tN層との間のように、基板と非ドープAltGa1-tN層との間に、非ドープAlN層を設置するほうがよい。非ドープAlN層は紫外線LED全体の基礎層として、基板の上にAlGaN材料を形成する欠陥を低減し、最終的に紫外線LEDの内部量子効率を向上させることができる。本発明の実施例では、非ドープAlN層の厚さは通常0~5000nmに制御してもよい。
Furthermore, it is better to place an undoped AlN layer between the substrate and the
非ドープAltGa1-tN層は、非ドープAlN層とN型AlwGa1-wN層との間の接触層として作用し、応力を調節し、転位を低減することができる。非ドープAltGa1-tN層の厚さは通常1000~3000nmに制御してもよい。 The undoped Al t Ga 1-t N layer can act as a contact layer between the undoped AlN layer and the N-type Al w Ga 1-w N layer to control stress and reduce dislocations. The thickness of the undoped Al t Ga 1-tN layer may be controlled typically between 1000 and 3000 nm.
N型AlwGa1-wN層は、主にn型不純物原子をドープすることによって電子を提供し、例えばシリコン原子をドープすることができ、シリコン原子のドーピング濃度は1×1017~5×1019cm-3であってよい。 The N-type Al w Ga 1-w N layer mainly provides electrons by doping n-type impurity atoms, for example, it can be doped with silicon atoms, and the doping concentration of silicon atoms is 1×10 17 ~5 It may be ×10 19 cm −3 .
AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層は、具体的に、交互に設置されたAlxGa1-xNバリア層とAlyGa1-yN井戸層とを含んでもよく、交互に設置される回数は2~50回、例えば5~15回であり、さらに好ましくは6~12回である。そして、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層における基板に最も近い下層と基板から最も遠い上層とはAlxGa1-xNバリア層であり、あるいは、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層は、AlxGa1-xNバリア層で始まり、AlxGa1-xNバリア層で終わるといってよい。 The Al x Ga 1-x N/A y Ga 1-y N multi-quantum well layers are specifically composed of alternating Al x Ga 1-x N barrier layers and Al y Ga 1-y N well layers. and the number of alternating installations is 2 to 50 times, such as 5 to 15 times, more preferably 6 to 12 times. and the lower layer closest to the substrate and the upper layer furthest from the substrate in the Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer are Al x Ga 1-x N barrier layers, or Al It can be said that the xGa1 - xN/ AlyGa1 -yN multiple quantum well layers start with AlxGa1 -xN barrier layers and end with AlxGa1 -xN barrier layers.
AlxGa1-xNバリア層の厚さは具体的に5~25nmであってもよく、例えば5~15nmであり、AlyGa1-yN井戸層の厚さは具体的に1~5nmであってもよく、例えば2~3nmである。 The thickness of the Al x Ga 1-x N barrier layer may specifically be 5-25 nm, for example 5-15 nm, and the thickness of the Al y Ga 1-y N well layer is specifically 1-25 nm. It may be 5 nm, for example 2-3 nm.
好ましくは、AlyGa1-yN井戸層中のAl含有量は非ドープAltGa1-tN層中のAl含有量より低く、すなわちy<tである。 Preferably, the Al content in the Al y Ga 1-y N well layer is lower than the Al content in the undoped Al t Ga 1-t N layer, ie y<t.
本実施例では、電子障壁層は通常の紫外線LED中の電子障壁層構造であってもよく、例えば電子障壁層はP型AlzGa1-zN層であり、0<z<1である。 In this embodiment, the electron blocking layer can be the electron blocking layer structure in a normal UV LED, for example, the electron blocking layer is a P-type Al z Ga 1-z N layer, where 0<z<1 .
好ましくは、電子障壁層中のAl含有量は正孔注入層中のAl含有量よりも大きい。例えば、基板から上に向かう方向に、正孔注入層中の各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む場合、0.1≦v<z<1であり、さらに、例えば、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層を含む場合、0.1≦v<z<1、0.1≦u<z<1であり、また、例えば、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む場合、0.1≦v<z<1、0.1≦u<z<1である。 Preferably, the Al content in the electron blocking layer is higher than the Al content in the hole injection layer. For example, in the upward direction from the substrate, if each sublayer in the hole injection layer includes a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer that are stacked in sequence, then 0. 1≦v<z<1, and further, for example, a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga sub-layer are sequentially stacked in an upward direction from the substrate. 0.1 ≤ v < z < 1, 0.1 ≤ u < z < 1 when including 1-v N layers, and each sub-layer is stacked in sequence, for example, in an upward direction from the substrate. 0.1≦v < z<1 , 0.1 ≦ u<z<1.
さらに、P型AlzGa1-zN層の厚さは1~100nmであり、通常は20~50nmである。 Furthermore, the thickness of the p-type Al z Ga 1-z N layer is 1-100 nm, typically 20-50 nm.
本発明の1つの好ましい実施形態として、電子障壁層は交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とであり、0<r<1、0<s<1、r≠sで、交互回数は2~100回である。電子障壁層は上記のAlrGa1-rN層/AlsGa1-sN超格子構造を採用することで、電子障壁の役割をさらに果たし、最終的に紫外線LEDの輝度を向上させることができる。 In one preferred embodiment of the present invention, the electron barrier layer is a p-type Al r Ga 1-r N layer and a p-type Al s Ga 1-s N layer alternately stacked, where 0<r <1, 0<s<1, r≠s, and the number of alternations is 2 to 100 times. By adopting the above Al r Ga 1-r N layer/Al s Ga 1-s N superlattice structure, the electron barrier layer further plays the role of an electron barrier and ultimately improves the brightness of the ultraviolet LED. can be done.
さらに好ましくは、基板から上に向かう方向に、電子障壁層はP型AlrGa1-rN層で始まり、P型AlsGa1-sN層で終わり、0<s<r>1で、交互回数は好ましく3~15回、すなわち電子障壁層は3~15層のP型AlrGa1-rN層を含み、同じ数のP型AlsGa1-sN層を含む。 More preferably, in the upward direction from the substrate, the electron barrier layer starts with a P-type Al r Ga 1-r N layer and ends with a P-type Al s Ga 1-s N layer, with 0<s<r>1. , the number of alternating times is preferably 3 to 15 times, ie the electron barrier layer includes 3 to 15 p-type Al r Ga 1-r N layers and the same number of p-type Al s Ga 1-s N layers.
さらに、電子障壁層中のAl含有量は正孔注入層中のAl含有量よりも高く、例えば基板から上に向かう方向に、正孔注入層の各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む場合、0.1≦v≦s<r<1であり、さらに、例えば、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層を含む場合、0.1≦v<u≦s<r<1であり、また、例えば、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む場合、0.1≦v≦s<r<1、0.1≦u≦s<r<1、u≠vである。 Furthermore, the Al content in the electron blocking layer is higher than the Al content in the hole injection layer, e.g. When including a P-type Al v Ga 1-v N layer and a P-type GaN layer, 0.1≦v≦s<r<1, and further, for example, in an upward direction from the substrate, each sublayer is In the case of including the p-type Al u Ga 1-u N layer and the p-type Al v Ga 1-v N layer which are sequentially stacked, 0.1≦v<u≦s<r<1, and , for example, each sub-layer comprises a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer, and a p-type GaN layer, which are sequentially stacked in an upward direction from the substrate. , 0.1≦v≦s<r<1, 0.1≦u≦s<r<1, u≠v.
上記のP型AlrGa1-rN層の厚さは具体的に1~100nmで、さらに5~10nmであってよい。上記P型AlsGa1-sN層の厚さは具体的に1~100nmで、さらに5~10nmであってよい。P型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層との厚さは同じでもよいし、また異なっていてもよい。 The thickness of the p-type Al r Ga 1-r N layer is specifically 1-100 nm, and may be 5-10 nm. The thickness of the P-type Al s Ga 1-sN layer is specifically 1 to 100 nm, and may be 5 to 10 nm. The thicknesses of the P-type Al r Ga 1-rN layer and the P-type Al s Ga 1-sN layer may be the same or different.
電子障壁層はP型不純物元素をドープして正孔を形成することができ、例えばMg元素をドープする。ドーピング濃度は具体的に1×1017~1×1020cm-3であってよく、好ましくは1×1018~1×1020cm-3である。 The electron barrier layer can be doped with a P-type impurity element to form holes, such as Mg element. The doping concentration may specifically be between 1×10 17 and 1×10 20 cm −3 , preferably between 1×10 18 and 1×10 20 cm −3 .
さらに、電子障壁層中のAl含有量はAlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層中のAlyGa1-yN井戸層のAl含有量よりも高い方がよい。例えば電子障壁層がP型AlzGa1-zN層であると、0<y<z<1である。また、例えば電子障壁層が交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とであれば、1>r>y>0且つ1>s>y>0である。 Furthermore, the Al content in the electron barrier layer should be higher than the Al content in the Al y Ga 1- y N well layer in the Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer. good. For example, if the electron barrier layer is a P-type Al z Ga 1-z N layer, 0<y<z<1. Further, for example, if the electron barrier layers are alternately stacked p-type Al r Ga 1-r N layers and p-type Al s Ga 1-s N layers, then 1>r>y>0 and 1 >s>y>0.
本発明の第二の態様は、以下のステップを含む紫外線LEDの製造方法を提供する。 A second aspect of the present invention provides a method for manufacturing an ultraviolet LED, including the following steps.
基板の上に、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を順次に形成し、正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層のうちの少なくとも2つの層を含み、0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、u≠vである。 Undoped Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer on the substrate and a hole injection layer are sequentially formed, the hole injection layer including at least one sub-layer, the sub-layers being a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1 laminated -v includes at least two layers of an N layer and a P-type GaN layer, 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v<1, 0<u<1 , u≠v.
具体的に、上記基板の上に形成された非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層は、いずれも、金属有機化学気相成長(MOCVD)装置、分子ビームエピタクシー(MBE)装置及び水素化物気相エピタクシー(HVPE)装置等のような加工過程で常用する工程装置中の1つを採用して形成することができる。本発明の具体的な実施過程では、MOCVD技術が採用されている。 Specifically, an undoped Al t Ga 1-t N layer, an N-type Al w Ga 1-w N layer, an Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-layer formed on the substrate. Quantum well layers, electron barrier layers, and hole injection layers are all formed by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) devices, molecular beam epitaxy (MBE) devices, hydride vapor phase epitaxy (HVPE) devices, and the like. It can be formed by adopting one of the process equipment commonly used in various processing processes. MOCVD technology is adopted in the specific implementation process of the present invention.
さらに、基板の上に非ドープAltGa1-tN層を形成する前に、まず基板の上にバッファ層を形成してよく、例えば反応室の温度を600~1000℃に制御し、圧力を100~500torr(760torr=1標準大気圧)に制御して、反応室にアルミニウム源と窒素ガス源を注入することにより、基板の上にAlNバッファ層を形成する。バッファ層の厚さは10~30nmのような従来の紫外線LED中のバッファ層の通常の厚さであってよい。 Furthermore, before forming the undoped Al t Ga 1-tN layer on the substrate, a buffer layer may first be formed on the substrate, for example, the temperature of the reaction chamber is controlled to 600-1000° C. and the pressure is is controlled to 100 to 500 torr (760 torr=1 standard atmospheric pressure) and an aluminum source and a nitrogen gas source are injected into the reaction chamber to form an AlN buffer layer on the substrate. The thickness of the buffer layer may be the usual thickness of buffer layers in conventional UV LEDs, such as 10-30 nm.
さらに、非ドープAltGa1-tN層を形成する前に、まずは基板の上に非ドープAlN層を形成してもよく、例えばバッファ層上にAlN層を形成する。具体的に、反応室の温度を1000~1350℃に設置し、圧力を100~400torrに設置し、続いて反応室にアルミニウム源と窒素ガス源を注入し、水素などをキャリアガスとして非ドープAlN層を形成する。非ドープAlN層の厚さは通常0~5000nmに制御され、例えば500~5000nmに制御されてもよい。 Furthermore, before forming the undoped Al t Ga 1-tN layer, an undoped AlN layer may first be formed over the substrate, eg, forming an AlN layer over the buffer layer. Specifically, the temperature of the reaction chamber is set to 1000-1350° C., the pressure is set to 100-400 torr, and then an aluminum source and a nitrogen gas source are injected into the reaction chamber, and hydrogen or the like is used as a carrier gas to produce undoped AlN. form a layer. The thickness of the undoped AlN layer is typically controlled between 0 and 5000 nm, and may be controlled between 500 and 5000 nm, for example.
非ドープAlN層をベースに、反応室の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torrに制御し、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、及びキャリアガスとしての水素を注入し、非ドープAltGa1-tN層を非ドープAlN層に形成できる。非ドープAltGa1-tN層の厚さは通常1000~3000nmに制御されてもよい。 Based on the undoped AlN layer, the temperature in the reaction chamber is controlled at 1000-1350° C., the pressure is controlled at 100-400 torr, and the reaction chamber contains gallium source, aluminum source, nitrogen gas source, and hydrogen as carrier gas. implanted to form an undoped Al t Ga 1-tN layer on the undoped AlN layer. The thickness of the undoped Al t Ga 1-tN layer may be controlled typically between 1000 and 3000 nm.
非ドープAltGa1-tN層をベースにして、続いて反応室の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torrに制御し、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、キャリアガスとしての水素及びシリコン源を注入し、N型AlwGa1-wN層を形成できる。N型AlwGa1-wN層の厚さは通常1000~3000nmに制御されてよく、シリコン原子のドーピング濃度は1×1017~5×1019cm-3であってよい。 Based on the undoped Al t Ga 1-t N layer, the temperature in the reaction chamber was then controlled at 1000-1350° C., the pressure was controlled at 100-400 torr, and the reaction chamber was filled with gallium source, aluminum source and nitrogen gas. source, hydrogen as a carrier gas and a silicon source can be implanted to form an N-type Al w Ga 1-w N layer. The thickness of the N-type Al w Ga 1-w N layer may be controlled typically between 1000 and 3000 nm, and the doping concentration of silicon atoms may be between 1×10 17 and 5×10 19 cm −3 .
AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層は本技術領域の従来の手段を採用して形成することができ、例えば、反応室内の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torrに制御して、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、キャリアガスとしての水素及びシリコン源を注入し、AlxGa1-xNバリア層を得ることができる。AlxGa1-xNバリア層の厚さは具体的に5~25nmとすることができ、例えば5~15nmであってもよく、シリコン原子のドーピング濃度は具体的に1×1017~5×1019cm-3とすることができる。AlyGa1-yN井戸層の形成については、反応室内の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torに制御し、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、及びキャリアガスとしての水素を注入し、AlyGa1-yN井戸層を得ることができる。AlyGa1-yN井戸層の厚さは具体的に1~5nmとすることができ、例えば2~3nmとしてもよい。且つ、AlyGa1-yN井戸層中のAl含有量がAlxGa1-xNバリア層中のAl含有量より低くなるように制御し、すなわちy<xである。 The Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer can be formed using conventional means in this technical area, for example, by controlling the temperature in the reaction chamber to 1000-1350°C. Then, the pressure is controlled to 100 to 400 torr, and a gallium source, an aluminum source, a nitrogen gas source, and hydrogen and silicon sources as carrier gases are injected into the reaction chamber to obtain an Al x Ga 1-x N barrier layer. can. The thickness of the Al x Ga 1-x N barrier layer may specifically be 5 to 25 nm, for example 5 to 15 nm, and the doping concentration of silicon atoms is specifically 1×10 17 to 5 nm. It can be ×10 19 cm −3 . For the formation of the Al y Ga 1-y N well layer, the temperature in the reaction chamber is controlled at 1000-1350° C., the pressure is controlled at 100-400 torr, and the reaction chamber contains a gallium source, an aluminum source, a nitrogen gas source, and a nitrogen gas source. An Al y Ga 1-y N well layer can be obtained by injecting hydrogen as a carrier gas. The thickness of the Al y Ga 1-y N well layer can be specifically set to 1 to 5 nm, and may be set to 2 to 3 nm, for example. Also, the Al content in the Al y Ga 1-y N well layer is controlled to be lower than the Al content in the Al x Ga 1-x N barrier layer, that is, y<x.
上記のようにAlxGa1-xNバリア層とAlyGa1-yN井戸層とを交互に形成し、交互に形成する回数は具体的に2~50回とすることができ、例えば5~15回出会ってよく、さらに6~12回であってもよい。AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層はAlxGa1-xNバリア層で始まり、AlxGa1-xNバリア層で終わることから、最後のAlxGa1-xNバリア層にSiをドープする必要がない。 The Al x Ga 1-x N barrier layers and the Al y Ga 1-y N well layers are alternately formed as described above, and the number of alternate formations can be specifically set to 2 to 50 times. They may meet 5-15 times, or even 6-12 times. Since the Al x Ga 1-x N/A y Ga 1-y N multiple quantum well layers start with Al x Ga 1-x N barrier layers and end with Al x Ga 1-x N barrier layers, the last Al x There is no need to dope the Ga 1-x N barrier layer with Si.
本発明のいくつかの具体的な実施形態では、電子障壁層を形成するステップは具体的に、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層上にP型AlzGa1-zN層を形成することを含んでもよく、0<z<1である。 In some specific embodiments of the present invention, the step of forming an electron blocking layer specifically comprises P-type Alz on the AlxGa1 -xN / AlyGa1 -yN multi-quantum well layers. Forming a Ga 1-z N layer, where 0<z<1.
例えば、反応室内の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torに制御して、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、キャリアガスとしての水素及びマグネシウム源を注入し、P型AlzGa1-zN層、すなわち電子障壁層を得ることができる。P型AlzGa1-zNの厚さは通常1~100nmで、好ましくは20~50nmである。 For example, the temperature in the reaction chamber is controlled to 1000 to 1350° C., the pressure is controlled to 100 to 400 torr, and a gallium source, an aluminum source, a nitrogen gas source, hydrogen and magnesium sources as carrier gases are injected into the reaction chamber, A p-type Al z Ga 1-z N layer, ie an electron blocking layer, can be obtained. The thickness of the p-type Al z Ga 1-z N is usually 1-100 nm, preferably 20-50 nm.
本発明の他の具体的な実施形態では、電子障壁層を形成するステップは、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層上にP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層を交互に形成することを含んでもよく、0<r<1、0<s<1、r≠s、交互に形成する回数は2~100回である。 In another specific embodiment of the invention, the step of forming an electron barrier layer comprises p-type Al r Ga 1-r on the Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer. It may include alternately forming the N layer and the P-type Al s Ga 1-s N layer, 0<r<1, 0<s<1, r≠s, and the number of times of alternately forming is 2 to 100 times. is.
例えば、反応室内の温度を1000~1350℃に制御し、圧力を100~400torに制御し、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、キャリアガスとしての水素及びマグネシウム源を注入し、P型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層を順次に獲得することができる。上記のようにP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層を交互に形成し、交互に形成する回数は2~100回、好ましくは3~15回として、電子障壁層を得る。 For example, the temperature in the reaction chamber is controlled to 1000 to 1350° C., the pressure is controlled to 100 to 400 torr, a gallium source, an aluminum source, a nitrogen gas source, hydrogen and magnesium sources as carrier gases are injected into the reaction chamber, and P A type Al r Ga 1-r N layer and a P-type Al s Ga 1-s N layer can be obtained sequentially. The p-type Al r Ga 1-r N layer and the p-type Al s Ga 1-s N layer are alternately formed as described above, and the number of alternate formations is 2 to 100 times, preferably 3 to 15 times. Obtain an electron barrier layer.
P型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層中のAl含有量が異なり(すなわちr≠s)、アルミニウム源の流量を変えるなどによりAl含有量を制御することができる。 The Al content in the P-type Al r Ga 1-r N layer and the P-type Al s Ga 1-s N layer are different (that is, r ≠ s), and the Al content can be controlled by changing the flow rate of the aluminum source. can be done.
上記のP型AlrGa1-rN層の厚さは具体的に1~100nmとすることができ、さらに5~10nmであり、上記P型AlsGa1-sN層の厚さは具体的に1~100nmとすることができ、さらに5~10nmである。P型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層の厚さは同じであってもよく、異なっていてもよい。 The thickness of the P-type Al r Ga 1-rN layer can be specifically 1 to 100 nm, more preferably 5 to 10 nm. The thickness of the P-type Al s Ga 1-s N layer is Specifically, it can be 1 to 100 nm, and more preferably 5 to 10 nm. The thicknesses of the P-type Al r Ga 1-r N layer and the P-type Al s Ga 1-s N layer may be the same or different.
電子障壁層では、Mgのドーピング濃度は具体的に1×1017~1×1020cm-3とすることができ、好ましくは1×1018~1×1020cm-3である。P型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層のMgのドーピング濃度は同じであってもよく、異なっていてもよい。 In the electron barrier layer, the Mg doping concentration can specifically be between 1×10 17 and 1×10 20 cm −3 , preferably between 1×10 18 and 1× 10 20 cm −3 . The doping concentration of Mg in the P-type Al r Ga 1-r N layer and the P-type Al s Ga 1-s N layer may be the same or different.
前述のように、正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、当該サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層、P型GaN層のうちの少なくとも2つの層を含む。 As described above, the hole injection layer includes at least one sublayer, which is a stacked layer of a P-type Al u Ga 1-u N layer, a P-type Al v Ga 1-v N layer, At least two of the P-type GaN layers are included.
本発明の具体的な実施形態では、正孔注入層の形成は、少なくとも1つのサブ層を形成するプロセスを含み、各サブ層を形成するステップは具体的に、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを順次に形成することを含むことができ、0.1≦v<1、好ましくは0.3≦v<0.9である。 In a specific embodiment of the invention, forming the hole injection layer comprises a process of forming at least one sublayer, wherein the step of forming each sublayer specifically comprises P-type Al v Ga 1-v It can include sequentially forming an N layer and a P-type GaN layer, where 0.1≦v<1, preferably 0.3≦v<0.9.
具体的に、反応室の温度を900~1300℃に制御し、圧力を100~400torrに制御し、反応室にガリウム源、アルミニウム源、窒素ガス源、水素源、マグネシウム源を注入し、P型AlvGa1-vN層を形成することができる。次に、反応室にアルミニウム源を注入するのを停止し、他のガリウム源、窒素ガス源、水素源、マグネシウム源の流量などを調節してP型GaN層を形成し、それによりサブ層を形成することができる。上記のようにP型AlvGa1-vN層とP型GaN層を交互に形成し、正孔注入層を得る。 Specifically, the temperature of the reaction chamber is controlled at 900-1300° C., the pressure is controlled at 100-400 torr, and a gallium source, an aluminum source, a nitrogen gas source, a hydrogen source, and a magnesium source are injected into the reaction chamber, and the P-type Al v Ga 1-v N layers can be formed. Next, the injection of the aluminum source into the reaction chamber is stopped, and the flow rates of other gallium sources, nitrogen gas sources, hydrogen sources, magnesium sources, etc. are adjusted to form a p-type GaN layer, thereby forming a sub-layer. can be formed. P-type Al v Ga 1-v N layers and P-type GaN layers are alternately formed as described above to obtain a hole injection layer.
或いは、各サブ層を形成するステップは、P型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層を順次に形成することを含むことができ、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠v、好ましくは、0.3≦v<u<0.9である。P型AluGa1-uN層を形成する具体的なプロセスは、前述のP型AlvGa1-vN層を形成する工程を参照してよく、ここでの説明を省略する。 Alternatively, forming each sub-layer may include sequentially forming a P-type Al u Ga 1-u N layer and a P-type Al v Ga 1-v N layer, where 0.1≦v≦ 1, 0.1≤u≤1, u≠v, preferably 0.3≤v<u<0.9. The specific process of forming the P-type Al u Ga 1-u N layer may refer to the above-described process of forming the P-type Al v Ga 1-v N layer, and the description thereof is omitted here.
また或いは、各サブ層を形成するステップは、P型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層を順次に形成することを含むことができ、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠vであり、好ましくは、0.3≦v<0.9、0.3≦u<0.9、u≠vである。 Alternatively, the step of forming each sub-layer may include sequentially forming a P-type Al u Ga 1-u N layer, a P-type Al v Ga 1-v N layer and a P-type GaN layer; 0.1≦v≦1, 0.1≦u≦1, u≠v, preferably 0.3≦v<0.9, 0.3≦u<0.9, u≠v .
具体的に、正孔注入層を形成するプロセスでは、Mgのドーピング濃度は具体的に1×1017~5×1020cm-3とすることができ、好ましくは、1×1018~1×1020cm-3である。 Specifically, in the process of forming the hole injection layer, the Mg doping concentration can be specifically 1×10 17 to 5×10 20 cm −3 , preferably 1×10 18 to 1×10 18 cm −3 . 10 20 cm −3 .
具体的に、上記正孔注入層の周期数は100を超えない方がよい、或いは、正孔注入層のサブ層数は最高100層を超えず、サブ層は通常2~12層で、好ましくは4~10層である。 Specifically, the periodic number of the hole injection layer should not exceed 100, or the number of sublayers of the hole injection layer should not exceed 100 at most, and the number of sublayers is usually 2 to 12, preferably is 4-10 layers.
さらに、正孔注入層を形成するプロセスは、順次に行われる高温焼きなましと低温焼きなましを含む焼きなましを実施するステップを含んでもよい。高温焼きなましの温度は850~950℃で、時間は10s~20minであり、好ましくは30s~10min、さらに好ましくは30s~5minである。低温焼きなましの温度は650~750℃で、時間は1~60minであり、好ましくは2~30minである。 Additionally, the process of forming the hole injection layer may include performing an anneal comprising a high temperature anneal and a low temperature anneal that are performed sequentially. The temperature of the high temperature annealing is 850-950° C., and the time is 10 s-20 min, preferably 30 s-10 min, more preferably 30 s-5 min. The temperature of the low temperature annealing is 650-750° C., and the time is 1-60 min, preferably 2-30 min.
具体的に、上記焼きなましは、各サブ層の形成後に実施されてもよいし、サブ層形成中に実施されてもよい。各サブ層がいずれもP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含むことを例にすると、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを形成した後に焼きなまし処理を実施し、すなわちP型GaN層を形成した後にだけ焼きなまし処理を実施してもよいし、P型AlvGa1-vN層を形成した後に焼きなまし処理を実施し、P型GaN層を形成した後にも焼きなまし処理を実施してもよい。 Specifically, the annealing may be performed after the formation of each sub-layer, or may be performed during the formation of the sub-layers. For example, each sub-layer includes a P-type Al v Ga 1-v N layer and a P-type GaN layer. After forming the P-type Al v Ga 1-v N layer and the P-type GaN layer, The annealing treatment may be performed, that is, the annealing treatment may be performed only after forming the P-type GaN layer, or the annealing treatment may be performed after forming the P-type Al v Ga 1-v N layer and then the P-type GaN layer. Annealing may also be performed after forming the .
本発明において、上記アルミニウム源、ガリウム源、窒素ガス源などは特に限定されず、例えば、Ga源はトリメチルガリウムTMGaであってもよく、Al源はトリメチルアルミニウムTMAlであってよく、窒素ガス源は窒素ガスであってよく、シリコン源はシランSiH4であってよく、マグネシウム源はジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgであってよい。 In the present invention, the aluminum source, gallium source, nitrogen gas source, and the like are not particularly limited. For example, the Ga source may be trimethylgallium TMGa, the Al source may be trimethylaluminum TMAl, and the nitrogen gas source may be It may be nitrogen gas, the silicon source may be silane SiH4 , and the magnesium source may be dicyclopentadienylmagnesium Cp2Mg .
また、当該紫外線LEDの製造方法はさらに、洗浄、電極メッキ、パターン化、切断、実装などの従来の処理を含んでもよく、いずれも従来の紫外線LED加工プロセス中の従来の工程を採用してもよく、ここでの説明を省略する。 In addition, the method of manufacturing the ultraviolet LED may further include conventional processing such as cleaning, electrode plating, patterning, cutting, mounting, etc., all of which employ conventional steps in the conventional ultraviolet LED fabrication process. We often omit the explanation here.
本発明が提供する紫外線LEDは、周期構造の正孔注入層を採用することにより、圧電分極場を形成し、正孔活性化エネルギーを低減し、正孔濃度を高め、電子と正孔の複合効率を向上させ、最終的に紫外線LEDの内部量子効率と発光効率を向上させることができる。正孔注入層形成プロセス中に実施される焼きなまし処理をさらに結合することで、紫外線LEDの内部量子効率と発光効率をさらに向上させることができる。規格が1mm2で、印加電流が350mAというテスト条件の下で、本発明が提供する紫外線LEDの輝度は80mW以上に達し、さらに100mW以上に達することができ、通常の紫外線LEDが同様のテスト条件の下での発光効率(約50mW)を遥かに超えたため、殺菌、光治療などにより好適に使用されることができる。 The ultraviolet LED provided by the present invention adopts a hole injection layer with a periodic structure to form a piezoelectric polarization field, reduce the hole activation energy, increase the hole concentration, and combine electrons and holes. It can improve the efficiency and finally improve the internal quantum efficiency and luminous efficiency of UV LED. Further coupling of the annealing treatment performed during the hole injection layer formation process can further improve the internal quantum efficiency and luminous efficiency of the UV LED. Under the test conditions of standard 1mm2 and applied current of 350mA, the brightness of the UV LED provided by the present invention can reach more than 80mW, and even more than 100mW, and the ordinary UV LED can achieve similar test conditions Since it far exceeds the luminous efficiency (about 50 mW) under , it can be more preferably used for sterilization, phototherapy, etc.
本発明が提供する紫外線LEDの製造方法では、得られた紫外線LEDをより高い内部量子効率と発光効率を有することができ、且つ、当該製造方法は従来の通常技術を用いて行うことができるため、実施及び普及が容易である。 In the method for manufacturing an ultraviolet LED provided by the present invention, the obtained ultraviolet LED can have higher internal quantum efficiency and luminous efficiency, and the manufacturing method can be performed using conventional conventional techniques. , easy to implement and disseminate.
本発明の実施例の目的、技術的解決手段及び利ポイントをより明瞭にするために、以下、本発明の実施例に係る図面を参照しながら、本発明の実施例の技術的解決手段について明瞭、且つ完全に説明する。当然のことながら、記載される実施例は本発明の実施例の一部にすぎず、そのすべての実施例ではない。当業者が、本発明における実施例に基づいて創造的な努力をすることなく、獲得されたその他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。 In order to make the objects, technical solutions and advantages of the embodiments of the present invention clearer, the technical solutions of the embodiments of the present invention will be clearly described below with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention. , and fully explained. It is to be understood that the described embodiments are only some but not all embodiments of the present invention. All other embodiments obtained by persons skilled in the art without creative efforts based on the embodiments in the present invention shall fall within the protection scope of the present invention.
<実施例1>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図2に示すように、具体的には、基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層、及び正孔注入層を含む。正孔注入層は、少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かう方向に、各サブ層は積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む。0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1である。
<Example 1>
The present embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG. Undoped Al t Ga 1-t N layers, N-type Al w Ga 1-w N layers, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multiple quantum well layers, electron barrier layers, and hole injection Including layers. The hole injection layer includes at least one sub-layer, each sub-layer including a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer stacked in an upward direction from the substrate. . 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v≦1.
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程は以下の通りである。
(1)反応室内の温度を900℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを約3min注入し、サファイア基板の上に厚さが約25nmであるAlN緩衝層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃に上げ、圧力を200mbarに調整し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを約90min注入し、非ドープAlN層を形成する。その厚さは約1500nmである。
(3)反応室内の温度を1150℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを約60min注入し、非ドープAlN層に厚さが約1000nmである一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.52である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを約80min注入し、シランをドープして厚さが約1500nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.52であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を引き続き1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを約1min注入し、シランをドープして厚さが約12nmのAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.58であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを30s注入し、厚さが約3nmのAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.35%である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計8サイクル繰り返して、8サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を引き続き1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを約1min注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。厚さは約12nmであり、x=0.58である。
(9)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを約2min注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約30nmである一層のP型AlzGa1-zN層を電子障壁層として形成する。z=0.65であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを約1min注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.35であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(11)反応室内の温度を穏便に1000℃に下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)とアンモニアガスを0.5min注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約2nmである一層のP型GaN層を形成する。Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(12)反応室内に水素、トリメチルガリウムとアンモニアガスなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を950℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は2minである。
(13)反応室内の温度を引き続き750℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、引き続き反応室に窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は30minである。
(14)ステップ(10)から(13)を合計10サイクル繰り返して、電子障壁層に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層はサブ層を10個含み、各サブ層は基板から上に向かって順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む。
The ultraviolet LED is manufactured using the MOCVD technique, and the specific steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the reaction chamber to 900° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 3 min, and obtain a thickness of about 25 nm on the sapphire substrate. to form an AlN buffer layer.
(2) Raise the temperature in the reaction chamber to 1250° C., adjust the pressure to 200 mbar, and inject hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 90 min to form an undoped AlN layer. Its thickness is about 1500 nm.
(3) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 60 min, and An undoped Al t Ga 1-t N layer with a thickness of about 1000 nm is formed on the doped AlN layer. t=0.52.
(4) While maintaining the temperature and pressure in the reaction chamber without changing, hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber for about 80 min to dope with silane. A single N-type Al w Ga 1-w N layer with a thickness of about 1500 nm is formed. w=0.52 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) Keeping the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 1 min. , silane to form an Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm. x=0.58 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) While maintaining the temperature and pressure in the reaction chamber without changing, hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber for 30 s, and the thickness is about 3 nm. An Al y Ga 1-y N well layer is formed. y=0.35%.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 8 cycles to form a quantum well structure for 8 cycles.
(8) Keeping the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 1 min. , form the last Al x Ga 1-x N barrier layer. The thickness is about 12 nm and x=0.58.
(9) maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 2 min; A single p-type Al z Ga 1-z N layer doped with dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg and having a thickness of about 30 nm is formed as an electron barrier layer. z=0.65 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 1 min; Dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.35 and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(11) The temperature in the reaction chamber is gently lowered to 1000° C., the pressure is maintained at 200 mbar, hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber for 0.5 min, and dicyclopentadienylmagnesium Dope with Cp 2 Mg and form a single P-type GaN layer with a thickness of about 2 nm. The doping concentration of Mg is 2×10 19 cm −3 .
(12) stop injecting source materials such as hydrogen, trimethylgallium and ammonia gas into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 950°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; , high temperature annealing. Annealing time is 2 min.
(13) Continue to lower the temperature in the reaction chamber to 750° C., maintain the pressure at 200 mbar, and then introduce nitrogen gas into the reaction chamber to perform low temperature annealing. Annealing time is 30 min.
(14) Repeat steps (10) to (13) for a total of 10 cycles to form a hole injection layer on the electron barrier layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes 10 sub-layers, each sub-layer including a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer sequentially stacked upward from the substrate.
紫外線LEDエピタキシャルウェファーを、サイズが1mm×1mmである紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流スト、当該紫外線LEDチップの発光波長は280nm、輝度は100mWであり、外部量子効率は5%に近く、正電圧は6.5Vである。当該紫外線LEDは高い効果の殺菌作用がある。 The ultraviolet LED epitaxial wafer is processed into an ultraviolet LED chip with a size of 1 mm × 1 mm, and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the ultraviolet LED chip is 280 nm, the brightness is 100 mW, and the external quantum efficiency is 5%. Nearly, the positive voltage is 6.5V. The UV LED has a highly effective bactericidal action.
<実施例2>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図3に示すように、具体的には基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。
<Example 2>
The present embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG. Doped Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer include.
正孔注入層は、少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かう方向に、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含み、0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、u≠vである。
The hole injection layer includes at least one sub-layer, each sub-layer being sequentially stacked in an upward direction from the substrate: a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer and P-type GaN layer, 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程は以下の通りである。
(1)MOCVD反応室内の温度を900℃まで上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを同時に約1.5min注入し、サファイア基板の上に厚さが約12.5nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃に上げ、圧力を200mbarに調整し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層を形成する。その厚さは2000nmである。
(3)反応室内の温度を1150℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層に厚さが約1500nm出ある一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.52である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(90mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープして厚さが約1000nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.47であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約12nmであるAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.58であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約3nmであるAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.35%である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計6サイクル繰り返して、6サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。その厚さは約12nmであり、x=0.58である。
(9)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約30nmである一層のP型AlzGa1-zN層を電子障壁層として形成する。z=0.65であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(100mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約4nmである一層のP型AluGa1-uN層を形成する。u=0.45であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(11)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.35であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(12)反応室内の温度を穏便に1000℃に下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)とアンモニアガスを約0.5min注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約2nmである一層のP型GaN層を形成する。Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(13)反応室に水素、トリメチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を900℃まで下げ、圧力は200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は1minである。
(14)反応室内の温度を750℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、続いて窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は20minである。
(15)ステップ(10)から(14)を合計6サイクル繰り返して、電子障壁層に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は6つのサブ層を含み、各サブ層は基板から上に向かって順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を含む。
The ultraviolet LED is manufactured using the MOCVD technique, and the specific steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the MOCVD reaction chamber to 900° C., control the pressure to 400 mbar, and simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 1.5 min to form a thickness on the sapphire substrate. is approximately 12.5 nm.
(2) Raise the temperature in the reaction chamber to 1250° C., adjust the pressure to 200 mbar, and inject hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to form an undoped AlN layer. Its thickness is 2000 nm.
(3) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and undoped AlN A single undoped Al t Ga 1-t N layer with a thickness of about 1500 nm is formed on the layer. t=0.52.
(4) Keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, hydrogen, trimethylgallium (90 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber, and silane is doped to increase the thickness. A single N-type Al w Ga 1-w N layer with a thickness of about 1000 nm is formed. w=0.47 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and adding silane. Dope to form an Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm. x=0.58 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (50mL/min), trimethylaluminum (50mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and the thickness is about 3nm; An Al y Ga 1-y N well layer is formed. y=0.35%.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 6 cycles to form a quantum well structure for 6 cycles.
(8) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally A single Al x Ga 1-x N barrier layer is formed. Its thickness is about 12 nm and x=0.58.
(9) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, A single P-type Al z Ga 1-z N layer doped with pentadienylmagnesium Cp 2 Mg and having a thickness of about 30 nm is formed as an electron barrier layer. z=0.65 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (100 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and dicyclo Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al u Ga 1-u N layer with a thickness of about 4 nm. u=0.45 and the doping concentration of Mg is 2×10 19 cm −3 .
(11) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.35 and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(12) The temperature in the reaction chamber is gently lowered to 1000° C., the pressure is maintained at 200 mbar, hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber for about 0.5 min, and dicyclopentadienyl Dope with magnesium Cp2Mg to form a single P-type GaN layer with a thickness of about 2 nm. The doping concentration of Mg is 2×10 19 cm −3 .
(13) stop injecting hydrogen, trimethylgallium, ammonia and other source materials into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 900°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. Annealing time is 1 min.
(14) Lowering the temperature in the reaction chamber to 750° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and then injecting nitrogen gas and performing low temperature annealing. Annealing time is 20 min.
(15) Repeat steps (10) to (14) for a total of 6 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes six sublayers, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer, which are sequentially stacked upward from the substrate. layer and a P-type GaN layer.
当該紫外線LEDエピタキシャルウェファーをサイズ1mm2の紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は280nm、輝度は100mWであり、外部量子効率は5%に近く、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効果の殺菌作用がある。 When the ultraviolet LED epitaxial wafer is processed into an ultraviolet LED chip with a size of 1 mm 2 and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the ultraviolet LED chip is 280 nm, the luminance is 100 mW, and the external quantum efficiency is close to 5%, positive The voltage is 6.0V. The UV LED has a highly effective bactericidal action.
<実施例3>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図4に示すように、具体的に基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かって、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層とを含む。0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、u≠vである。
<Example 3>
This embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG. Including Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer . The hole injection layer includes at least one sublayer, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer stacked upward from the substrate. layer. 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v≦1, 0<u≦1, u≠v.
当該紫外線LEDはMOCVDエピタクシー技術を用いて製造されており、具体的な工程ステップは以下の通りである。
(1)反応室内の温度を950℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、サファイア基板の上に厚さが約12.5nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃に上げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層を形成する。厚さは約300nmである。
(3)反応室内の温度を1140℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層に厚さが約1500nmである一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.50である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(90mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約1000nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.45、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を1140℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さは約12nmであるAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.55%、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約2.8nmであるAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.33%である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計10サイクル繰り返して、10サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を1140℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。厚さは約12nm、x=0.55である。
(9)反応室内の温度を1140℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約30nmである一層のP型AlzGa1-zN層を電子障壁層として形成する。z=0.63であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1150℃に調整し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(100mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約8nmである一層のP型AluGa1-uN層を形成する。u=0.45%であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(11)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.35%であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(12)反応室に水素、トリメチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を950℃まで下げ、圧力は200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は3minである。
(13)反応室内の温度を750℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、続いて窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は25minである。
(14)ステップ(10)から(13)を合計8サイクル繰り返して、電子障壁層上に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は8つのサブ層を含み、各サブ層は基板から上に向かって順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層とを含む。
The UV LED is manufactured using MOCVD epitaxy technology, and the specific process steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the reaction chamber to 950° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and deposit a thickness of about 12.5 nm on the sapphire substrate. to form an AlN buffer layer.
(2) raising the temperature in the reaction chamber to 1250° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to form an undoped AlN layer; The thickness is approximately 300 nm.
(3) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and undoped AlN A layer of undoped Al t Ga 1-t N with a thickness of about 1500 nm is formed on the layer. t=0.50.
(4) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (90 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, doping silane, and increasing the thickness A single N-type Al w Ga 1-w N layer with a thickness of about 1000 nm is formed. w=0.45 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) maintaining the temperature in the reaction chamber at 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and adding silane; Doping to form an Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm. x=0.55% and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) Keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber until the thickness is about 2.8 nm. Al y Ga 1-y N well layers are formed. y=0.33%.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 10 cycles to form a quantum well structure for 10 cycles.
(8) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally A single Al x Ga 1-x N barrier layer is formed. The thickness is about 12 nm, x=0.55.
(9) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and dicyclo A single P-type Al z Ga 1-z N layer doped with pentadienylmagnesium Cp 2 Mg and having a thickness of about 30 nm is formed as an electron barrier layer. z=0.63 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) Adjust the temperature in the reaction chamber to 1150° C., maintain the pressure at 200 mbar, inject hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (100 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al u Ga 1-u N layer with a thickness of about 8 nm. u=0.45% and the Mg doping concentration is 1×10 19 cm −3 .
(11) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.35% and the Mg doping concentration is 1×10 19 cm −3 .
(12) stop injecting hydrogen, trimethylgallium, ammonia and other source materials into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 950°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. Annealing time is 3 min.
(13) The temperature in the reaction chamber is lowered to 750° C., the pressure is maintained at 200 mbar, and then nitrogen gas is injected to perform low temperature annealing. Annealing time is 25 min.
(14) Repeat steps (10) to (13) for a total of 8 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes eight sublayers, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer sequentially stacked upward from the substrate. layer.
紫外線LEDエピタキシャルウェファーをサイズ1mm2の紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は280nm、輝度は110 mWであり、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効果の殺菌作用がある。 The UV LED epitaxial wafer is processed into a UV LED chip with a size of 1 mm 2 , and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the UV LED chip is 280 nm, the brightness is 110 mW, and the positive voltage is 6.0V. The UV LED has a highly effective bactericidal action.
<実施例4>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図5に示すように、具体的に基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かって、各サブ層は積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含む。電子障壁層は、交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とを含む。0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<r<1、0<s<1、r≠sである。
<Example 4>
This embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG. Including Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer . The hole-injection layer includes at least one sub-layer, each sub-layer including a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer, which are stacked upward from the substrate. The electron barrier layer includes p-type Al r Ga 1-r N layers and p-type Al s Ga 1-s N layers that are alternately stacked. 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v≦1, 0<r<1, 0<s<1, r≠s.
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程ステップは以下の通りである。
(1)MOCVD反応室内の温度を950℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、サファイア基板の上に厚さが約12.5nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃に上げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層を形成する。厚さは約3500nmである。
(3)反応室内の温度を1140℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層上に厚さが約1500nmである一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.50である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(90mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約1200nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.45であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約12nmである一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.50であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約2.5nmである一層のAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.25である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計8サイクル繰り返して、8サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。厚さは約12nmであり、x=0.50である。
(9)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約7.5nmである一層のP型AlrGa1-rN層を形成する。r=0.65であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約5nmである一層のP型AlsGa1-sN層を形成する。s=0.45であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(11)ステップ(9)及び(10)を合計5サイクル繰り返して、5サイクル分の電子障壁層を形成する。
(12)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(60mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。
(13)反応室内の温度を1000℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約2nmである一層のGaN層を形成する。Mgのドーピング濃度は3×1019cm-3である。
(14)反応室に水素、メチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を900℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は1minである。
(15)反応室内の温度を750℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、続いて反応室に窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は5minである。
(16)ステップ(12)から(15)を合計5サイクル繰り返して、電子障壁層上に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は5つのサブ層を含み、各サブ層は基板から上に向かって順次に積層的に設置されたP型AlvGa1-vN層とP型GaN層を含む。
The UV LED is manufactured using MOCVD technology, and the specific process steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the MOCVD reaction chamber to 950° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and deposit a thickness of about 12 mm on the sapphire substrate. A 5 nm AlN buffer layer is formed.
(2) raising the temperature in the reaction chamber to 1250° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to form an undoped AlN layer; The thickness is approximately 3500 nm.
(3) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and undoped AlN An undoped Al t Ga 1-t N layer having a thickness of about 1500 nm is formed on the layer. t=0.50.
(4) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (90 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, doping silane, and increasing the thickness is about 1200 nm, forming a single N-type AlwGa1 -wN layer. w=0.45 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and adding silane; Dope to form a single Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm. x=0.50 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber until the thickness is about 2.5 nm; A single layer of Al y Ga 1-y N well layer is formed. y=0.25.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 8 cycles to form a quantum well structure for 8 cycles.
(8) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally A single Al x Ga 1-x N barrier layer is formed. The thickness is about 12 nm and x=0.50.
(9) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of A single p-type Al r Ga 1-r N layer with a thickness of about 7.5 nm is formed. r=0.65 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al s Ga 1- sN layer with a thickness of about 5 nm. s=0.45 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(11) Steps (9) and (10) are repeated for a total of 5 cycles to form an electron barrier layer for 5 cycles.
(12) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (60 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm.
(13) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1000° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to dope dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg. to form a single GaN layer with a thickness of about 2 nm. The doping concentration of Mg is 3×10 19 cm −3 .
(14) stop injecting source materials such as hydrogen, methyl gallium, and ammonia into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 900°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. Annealing time is 1 min.
(15) Lower the temperature in the reaction chamber to 750° C., maintain the pressure at 200 mbar, and then inject nitrogen gas into the reaction chamber to perform low temperature annealing. Annealing time is 5 min.
(16) Repeat steps (12) to (15) for a total of 5 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes five sublayers, and each sublayer includes a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer that are sequentially stacked upward from the substrate.
当該紫外線LEDエピタキシャルウェファーをサイズが1mm×1mmである紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は310nm、輝度は120mWであり、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効率の光治療効果がある。 When the UV LED epitaxial wafer is processed into a UV LED chip with a size of 1 mm x 1 mm, and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the UV LED chip is 310 nm, the brightness is 120 mW, and the positive voltage is 6.0 V. be. The UV LED has a high efficiency phototherapy effect.
<実施例5>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図6に示すように、具体的に基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAlN層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かって、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を含む。電子障壁層は、交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とを含み、
0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、0<r<1、0<s<1、u≠v、r≠sである。
<Example 5>
This embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG. Including Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer . The hole injection layer includes at least one sub-layer, each sub-layer being a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer, and upwardly from the substrate. layer and a P-type GaN layer. the electron barrier layer includes p-type Al r Ga 1-r N layers and p-type Al s Ga 1-s N layers alternately stacked;
0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<v<1, 0<u<1, 0<r<1, 0<s<1, u≠v, r≠ is s.
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程ステップは以下の通りである。
(1)MOCVD反応室内の温度を850℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガス1.5min注入し、サファイア基板の上に厚さが約12.5nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃まで上げて、圧力は200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層を形成する。厚さは約4000nmである。
(3)反応室内の温度を1140℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入する。非ドープAlN層上に厚さが約1500nmである一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.50である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(90mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約1000nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.45であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに調整し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約12nmであるAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.50であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約2.5nmであるAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.25である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計8サイクル繰り返して、8サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。厚さは12nmであり、x=0.50である。
(9)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約7.5nmである一層のP型AlrGa1-rN層を形成する。r=0.55であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlsGa1-sN層を形成する。s=0.50であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(11)ステップ(9)及び(10)を合計10サイクル繰り返して、10サイクル分の電子障壁層を形成する。
(12)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(80mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが5nmである一層のP型AluGa1-uN層を形成する。u=0.45%であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(13)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(60mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.45%であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(14)反応室内の温度を1000℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約2nmである一層のGaN層を形成する。Mgのドーピング濃度は3×1019cm-3である。
(15)反応室に水素、トリメチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を900℃まで下げ、圧力は200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は1minである。
(16)反応室内の温度を750℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、続いて反応室に窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は5minである。
(17)ステップ(12)から(16)を合計6サイクル繰り返して、電子障壁層に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は6つのサブ層を含み、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を含む。
The UV LED is manufactured using MOCVD technology, and the specific process steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the MOCVD reaction chamber to 850° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for 1.5 min, and deposit a thickness of about 1.5 min on the sapphire substrate. An AlN buffer layer of 12.5 nm is formed.
(2) raising the temperature in the reaction chamber to 1250° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to form an undoped AlN layer; The thickness is approximately 4000 nm.
(3) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1140° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber. A layer of undoped Al t Ga 1-tN with a thickness of about 1500 nm is formed on the undoped AlN layer. t=0.50.
(4) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (90 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, doping silane, and increasing the thickness A single N-type Al w Ga 1-w N layer with a thickness of about 1000 nm is formed. w=0.45 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., adjusting the pressure to 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and adding silane. Dope to form an Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm. x=0.50 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of is about 2.5 nm to form an Al y Ga 1-y N well layer. y=0.25.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 8 cycles to form a quantum well structure for 8 cycles.
(8) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally of Al x Ga 1-x N barrier layers are formed. The thickness is 12 nm and x=0.50.
(9) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al r Ga 1-r N layer with a thickness of about 7.5 nm. r=0.55 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al s Ga 1- sN layer with a thickness of about 6 nm. s=0.50 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(11) Steps (9) and (10) are repeated for a total of 10 cycles to form an electron barrier layer for 10 cycles.
(12) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (80 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al u Ga 1-u N layer with a thickness of 5 nm. u=0.45% and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(13) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (60 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.45% and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(14) Lowering the temperature in the reaction chamber to 1000° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to dope with dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg. to form a single GaN layer with a thickness of about 2 nm. The doping concentration of Mg is 3×10 19 cm −3 .
(15) stop injecting hydrogen, trimethylgallium, ammonia and other source materials into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 900°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. Annealing time is 1 min.
(16) Lower the temperature in the reaction chamber to 750° C., maintain the pressure at 200 mbar, and then inject nitrogen gas into the reaction chamber to perform low temperature annealing. Annealing time is 5 min.
(17) Repeat steps (12) to (16) for a total of 6 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes six sublayers, each sublayer including a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer, which are stacked. .
当該紫外線LEDエピタキシャルウェファーを1mm2のサイズの紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は310nm、輝度は120mWであり、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効率の光治療効果がある。 The UV LED epitaxial wafer is processed into a UV LED chip with a size of 1 mm 2 , and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the UV LED chip is 310 nm, the brightness is 120 mW, and the positive voltage is 6.0V. The UV LED has a high efficiency phototherapy effect.
<実施例6>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図7に示すように、具体的に基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かって、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層とを含む。電子障壁層は、交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とを含み、0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、0<r<1、0<s<1、u≠v、r≠sである。
<Example 6>
This embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG . tN layer, N-type AlwGa1 -wN layer, AlxGa1 -xN / AlyGa1 -yN multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer. The hole injection layer includes at least one sublayer, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer stacked upward from the substrate. layer. The electron barrier layer includes a p-type Al r Ga 1-r N layer and a p-type Al s Ga 1-s N layer that are alternately stacked, wherein 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程ステップは以下の通りである。
(1)MOCVD反応室内の温度を850℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、サファイア基板の上に厚さが約25nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1250℃に上げ、圧力を200mbarに制御し、反応室に水素、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、非ドープAlN層を形成する。厚さは5000nmである。
(3)反応室内の温度を1140℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約1000nmである非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.50である。
(4)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(90mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約1200nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.45であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(5)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約12nmである一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.50であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(6)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約2.5nmである一層のAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.25である。
(7)ステップ(5)及び(6)を合計8サイクル繰り返し、8サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(8)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。厚さは約12nmで、x=0.50である。
(9)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約7.5nmである一層のP型AlrGa1-rN層を形成する。r=0.55であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(10)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに調整し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlsGa1-sN層を形成する。s=0.45であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(11)ステップ(9)及び(10)を合計4サイクル繰り返して、4サイクル分の電子障壁層を形成する。
(12)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(80mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AluGa1-uN層を形成する。u=0.45%であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(13)反応室内の温度を1100℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(60mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.32%であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(14)反応室に水素、トリメチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を850℃に下げ、圧力を200mbarに調整し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は1minである。
(15)反応室内の温度を650℃まで下げ、圧力を200mbarに調整し、続いて反応室に窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は4minである。
(16)ステップ(12)から(15)を合計6サイクル繰り返して、電子障壁層に正孔注入層を形成し、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は6つのサブ層を含み、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層とを含む。
The UV LED is manufactured using MOCVD technology, and the specific process steps are as follows.
(1) Raise the temperature in the MOCVD reaction chamber to 850° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and deposit a thickness of about 25 nm on the sapphire substrate. A certain AlN buffer layer is formed.
(2) Raise the temperature in the reaction chamber to 1250° C., control the pressure to 200 mbar, and inject hydrogen, trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to form an undoped AlN layer. The thickness is 5000 nm.
(3) The temperature in the reaction chamber is lowered to 1140°C, the pressure is maintained at 200mbar, hydrogen, trimethylgallium (100mL/min), trimethylaluminum (360mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber, and the thickness is Form an undoped Al t Ga 1-tN layer that is about 1000 nm. t=0.50.
(4) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (90 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, doping silane, and increasing the thickness is about 1200 nm, forming a single N-type AlwGa1 -wN layer. w=0.45 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(5) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of A single Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm is formed. x=0.50 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(6) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of A single Al y Ga 1-y N well layer with a thickness of about 2.5 nm is formed. y=0.25.
(7) Steps (5) and (6) are repeated for a total of 8 cycles to form a quantum well structure for 8 cycles.
(8) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally A single Al x Ga 1-x N barrier layer is formed. The thickness is about 12 nm and x=0.50.
(9) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al r Ga 1-r N layer with a thickness of about 7.5 nm. r=0.55 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(10) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., adjusting the pressure to 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al s Ga 1- sN layer with a thickness of about 6 nm. s=0.45 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(11) Steps (9) and (10) are repeated for a total of 4 cycles to form an electron barrier layer for 4 cycles.
(12) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (80 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al u Ga 1-u N layer with a thickness of about 6 nm. u=0.45% and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(13) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1100° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (60 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, Pentadienylmagnesium Cp 2 Mg is doped to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.32% and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(14) stop injecting hydrogen, trimethylgallium, ammonia and other source materials into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 850°C, adjust the pressure to 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. Annealing time is 1 min.
(15) Lower the temperature in the reaction chamber to 650° C., adjust the pressure to 200 mbar, and then introduce nitrogen gas into the reaction chamber to perform low temperature annealing. Annealing time is 4 min.
(16) Repeat steps (12) to (15) for a total of 6 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes six sub-layers, each sub-layer including a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer that are stacked.
当該紫外線LEDエピタキシャルウェファーを1mm2のサイズの紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は310nm、輝度は110mWであり、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効率の光治療効果がある。 The UV LED epitaxial wafer is processed into a UV LED chip with a size of 1 mm 2 , and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the UV LED chip is 310 nm, the brightness is 110 mW, and the positive voltage is 6.0V. The UV LED has a high efficiency phototherapy effect.
<実施例7>
本実施例は紫外線LEDを提供し、その構成図は図3に示すように、具体的に基板及び基板から上に向かって順次に積層的に設置されたバッファ層、非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層及び正孔注入層を含む。正孔注入層は少なくとも1つのサブ層を含み、基板から上に向かって、各サブ層は積層的に設置されたP型AluGa1-uN層とP型AlvGa1-vN層とを含む。電子障壁層は、交互に積層的に設置されたP型AlrGa1-rN層とP型AlsGa1-sN層とを含み、0<t<1、0<w<1、0<y<x<1、0<v≦1、0<u≦1、0<r<1、0<s<1、u≠v、r≠sである。
<Example 7>
This embodiment provides an ultraviolet LED, the schematic diagram of which is shown in FIG . tN layer, N-type AlwGa1 -wN layer, AlxGa1 -xN / AlyGa1 -yN multi-quantum well layer, electron barrier layer and hole injection layer. The hole injection layer includes at least one sublayer, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer and a p-type Al v Ga 1-v N layer stacked upward from the substrate. layer. The electron barrier layer includes a p-type Al r Ga 1-r N layer and a p-type Al s Ga 1-s N layer that are alternately stacked, wherein 0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1, 0<
当該紫外線LEDはMOCVD技術を用いて製造されており、具体的な工程ステップは以下の通りである。
(1)MOCVD反応室の温度を850℃に上げ、圧力を400mbarに制御し、反応室に同時にトリメチルアルミニウム(150mL/min)とアンモニアガスを注入し、サファイア基板の上に厚さが約42nmであるAlNバッファ層を形成する。
(2)反応室内の温度を1150℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約3000nmである一層の非ドープAltGa1-tN層を形成する。t=0.52である。
(3)反応室内の温度と圧力を変えずに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)、トリメチルアルミニウム(360mL/min)とアンモニアガスを注入し、シランをドープし、厚さが約1500nmである一層のN型AlwGa1-wN層を形成する。w=0.52であり、Siのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(4)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約12nmである一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.58であり、Siのドーピング濃度は1×1018cm-3である。
(5)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(50mL/min)とアンモニアガスを注入し、厚さが約3.0nmである一層のAlyGa1-yN井戸層を形成する。y=0.35である。
(6)、ステップ(4)及び(5)を合計12サイクル繰り返して、12サイクル分の量子井戸構造を形成する。
(7)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(200mL/min)とアンモニアガスを注入し、最後の一層のAlxGa1-xNバリア層を形成する。x=0.58であり、厚さは約12nmである。
(8)反応室内の温度を1150℃に維持し、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(250mL/min)とアンモニアガスを約2min注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約30nmである一層のP型AlzGa1-zN層を電子障壁層として形成する。z=0.65であり、Mgのドーピング濃度は1×1019cm-3である。
(9)反応室内の温度を1110℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(80mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約5nmである一層のP型AluGa1-uN層を形成する。u=0.45であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(10)反応室に水素、メチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を850℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は30sである。
(11)反応室内の温度を650℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、続いて窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は3minである。
(12)反応室内の温度を1100℃まで上げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(50mL/min)、トリメチルアルミニウム(60mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約6nmである一層のP型AlvGa1-vN層を形成する。v=0.32であり、Mgのドーピング濃度は2×1019cm-3である。
(13)反応室に水素、メチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を850℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は30sである。
(14)反応室内の温度を650℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、引き続き窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は3minである。
(15)反応室内の温度を1000℃まで上げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に水素、トリメチルガリウム(100mL/min)とアンモニアガスを注入し、ジシクロペンタジエニルマグネシウムCp2Mgをドープし、厚さが約2nmである一層のGaN層を形成する。Mgのドーピング濃度は3×1019cm-3である。
(16)反応室に水素、メチルガリウム、アンモニアなどの源材料を注入するのを停止し、反応室内の温度を850℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、反応室に窒素ガスを注入し、高温焼きなましを行う。焼きなまし時間は30sである。
(17)反応室内の温度を650℃まで下げ、圧力を200mbarに維持し、引き続き窒素ガスを注入し、低温焼きなましを行う。焼きなまし時間は3minである。
(18)ステップ(9)から(17)を合計4サイクル繰り返して、電子障壁層に正孔注入層を形成して、紫外線LEDエピタキシャルウェファーを得る。正孔注入層は4つのサブ層を含み、各サブ層は順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を含む。
The UV LED is manufactured using MOCVD technology, and the specific process steps are as follows.
(1) Raise the temperature of the MOCVD reaction chamber to 850° C., control the pressure to 400 mbar, simultaneously inject trimethylaluminum (150 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and deposit a thickness of about 42 nm on the sapphire substrate. A certain AlN buffer layer is formed.
(2) The temperature in the reaction chamber is lowered to 1150°C, the pressure is maintained at 200mbar, hydrogen, trimethylgallium (100mL/min), trimethylaluminum (360mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber, and the thickness is A one-layer undoped Al t Ga 1-tN layer of about 3000 nm is formed. t=0.52.
(3) keeping the temperature and pressure in the reaction chamber unchanged, injecting hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min), trimethylaluminum (360 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, doping silane, and increasing the thickness is about 1500 nm, forming a single N-type Al w Ga 1-w N layer. w=0.52 and the doping concentration of Si is 1×10 19 cm −3 .
(4) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of A single Al x Ga 1-x N barrier layer with a thickness of about 12 nm is formed. x=0.58 and the doping concentration of Si is 1×10 18 cm −3 .
(5) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (50 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to obtain a thickness of A single Al y Ga 1-y N well layer with a thickness of about 3.0 nm is formed. y=0.35.
(6) Steps (4) and (5) are repeated for a total of 12 cycles to form a quantum well structure for 12 cycles.
(7) Maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (200 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, and finally A single Al x Ga 1-x N barrier layer is formed. x=0.58 and the thickness is about 12 nm.
(8) maintaining the temperature in the reaction chamber at 1150° C., maintaining the pressure at 200 mbar, and injecting hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (250 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber for about 2 min; A single p-type Al z Ga 1-z N layer doped with dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg and having a thickness of about 30 nm is formed as an electron barrier layer. z=0.65 and the doping concentration of Mg is 1×10 19 cm −3 .
(9) The temperature in the reaction chamber is lowered to 1110° C., the pressure is maintained at 200 mbar, hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (80 mL/min) and ammonia gas are injected into the reaction chamber, and dicyclopenta Doping dienylmagnesium Cp 2 Mg to form a single p-type Al u Ga 1-u N layer with a thickness of about 5 nm. u=0.45 and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(10) stop injecting source materials such as hydrogen, methyl gallium, and ammonia into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 850°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. The annealing time is 30s.
(11) The temperature in the reaction chamber is lowered to 650° C., the pressure is maintained at 200 mbar, and then nitrogen gas is injected to perform low temperature annealing. Annealing time is 3 min.
(12) Raise the temperature in the reaction chamber to 1100° C., maintain the pressure at 200 mbar, inject hydrogen, trimethylgallium (50 mL/min), trimethylaluminum (60 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber, dicyclopenta Doping dienylmagnesium Cp 2 Mg to form a single p-type Al v Ga 1-v N layer with a thickness of about 6 nm. v=0.32 and the Mg doping concentration is 2×10 19 cm −3 .
(13) stop injecting source materials such as hydrogen, methyl gallium, and ammonia into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 850°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. The annealing time is 30s.
(14) Lowering the temperature in the reaction chamber to 650° C., maintaining the pressure at 200 mbar, continuously injecting nitrogen gas and performing low temperature annealing. Annealing time is 3 min.
(15) Raise the temperature in the reaction chamber to 1000° C., maintain the pressure at 200 mbar, inject hydrogen, trimethylgallium (100 mL/min) and ammonia gas into the reaction chamber to dope with dicyclopentadienylmagnesium Cp 2 Mg. to form a single GaN layer with a thickness of about 2 nm. The doping concentration of Mg is 3×10 19 cm −3 .
(16) stop injecting source materials such as hydrogen, methyl gallium, and ammonia into the reaction chamber, reduce the temperature in the reaction chamber to 850°C, maintain the pressure at 200 mbar, and inject nitrogen gas into the reaction chamber; High temperature annealing is performed. The annealing time is 30s.
(17) Lowering the temperature in the reaction chamber to 650° C., maintaining the pressure at 200 mbar, continuously injecting nitrogen gas and performing low temperature annealing. Annealing time is 3 min.
(18) Repeat steps (9) to (17) for a total of 4 cycles to form a hole injection layer on the electron blocking layer to obtain an ultraviolet LED epitaxial wafer. The hole injection layer includes four sublayers, each sublayer being a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer, which are sequentially stacked. including.
当該紫外線LEDエピタキシャルウェファーを1mm2のサイズの紫外線LEDチップに加工し、350mAの電流を流すと、当該紫外線LEDチップの発光波長は280nm、輝度は120mWで、正電圧は6.0Vである。当該紫外線LEDは高い効果の殺菌作用がある。 The UV LED epitaxial wafer is processed into a UV LED chip with a size of 1 mm 2 , and a current of 350 mA is applied, the emission wavelength of the UV LED chip is 280 nm, the brightness is 120 mW, and the positive voltage is 6.0V. The UV LED has a highly effective bactericidal action.
最後に説明すべきものとして、以上の各実施例は、本発明の技術的解決手段を説明するためのものであって、これを制限するものではない。当業者であれば、前述の各実施例に記載の技術的解決手段を修正するか、又はそのうちの一部又はすべての技術的特徴に対して同等置換を行うことができ、これらの修正又は置換は、対応する技術的解決手段の本質が本発明の各実施例の技術的解決手段の範囲から逸脱しないと理解すべきである。 Finally, it should be noted that the above embodiments are for describing the technical solutions of the present invention, but not for limiting it. Those skilled in the art can modify the technical solutions described in each of the above embodiments, or make equivalent replacements for some or all of the technical features thereof, and these modifications or replacements should understand that the essence of the corresponding technical solution does not depart from the scope of the technical solution of each embodiment of the present invention.
Claims (5)
前記正孔注入層は少なくとも2つの周期的に繰り返されるサブ層を含み、
基板から上に向かう方向に、各前記サブ層はいずれも順次に積層的に設置されたP型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層とP型GaN層とを含み、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠vであり、
0<t<1、0<w<1、0<y<x<1であり、
前記AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層は、交互に積層的に設置されたAlxGa1-xNバリア層とAlyGa1-yN井戸層とからなり、交互に積層される回数は2~50回であり、前記AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層における前記基板に最も近い下層と前記基板から最も遠い上層とはいずれもAlxGa1-xNバリア層であり、
前記AlxGa1-xNバリア層の厚さは5~25nmであり、
前記AlyGa1-yN井戸層の厚さは1~5nmであり、
前記AlyGa1-yN井戸層のAl含有量は、前記電子障壁層のAl含有量よりも低く、
前記電子障壁層はP型AlrGa1-rN層及びP型AlsGa1-sN層が交互に積層された超格子構造であって、前記電子障壁層はP型Al r Ga 1-r N層で始まり、P型Al s Ga 1-s N層で終わり、0<r<1、0<s<1、r≠sであり、交互に積層される回数は2~100回である、
ことを特徴とする紫外線LED。 A substrate and an undoped Al t Ga 1-t N layer, an N-type Al w Ga 1-w N layer, and an Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1 sequentially stacked upward from the substrate. -y N multi-quantum well layer, an electron barrier layer and a hole injection layer,
said hole injection layer comprising at least two periodically repeated sub-layers;
Each sub-layer includes a p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer, and a p-type GaN layer, which are sequentially stacked in an upward direction from the substrate. 0.1 ≤ v ≤ 1, 0.1 ≤ u ≤ 1, u ≠ v,
0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1,
The Al x Ga 1-x N/A y Ga 1-y N multi-quantum well layer includes Al x Ga 1-x N barrier layers and Al y Ga 1-y N well layers alternately stacked. The number of times of alternate lamination is 2 to 50, and the lower layer closest to the substrate and the farthest from the substrate in the Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer Both upper layers are Al x Ga 1-x N barrier layers,
the Al x Ga 1-x N barrier layer has a thickness of 5 to 25 nm;
the Al y Ga 1-y N well layer has a thickness of 1 to 5 nm;
Al content of the Al y Ga 1-y N well layer is lower than Al content of the electron barrier layer,
The electron barrier layer has a superlattice structure in which a P -type Al r Ga 1-r N layer and a P-type Al s Ga 1-s N layer are alternately stacked, and the electron barrier layer is a P-type Al r Ga 1 −r N layer, ends with P-type Al s Ga 1-s N layer , 0<r<1, 0<s<1, r≠s, and the number of times of alternate stacking is 2 to 100 is
An ultraviolet LED characterized by:
および/または、前記正孔注入層のドーピング濃度は1×1017~5×1020cm-3であることを特徴とする請求項1に記載の紫外線LED。 The hole injection layer has a total thickness of 10 to 500 nm,
and/or the doping concentration of the hole injection layer is between 1×10 17 and 5×10 20 cm −3 .
基板の上に非ドープAltGa1-tN層、N型AlwGa1-wN層、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層、電子障壁層および正孔注入層を順次に形成することを含み、
前記正孔注入層は少なくとも2つの周期的に繰り返されるサブ層を含み、
0<t<1、0<w<1、0<y<x<1であり、
前記AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層は、交互に積層的に設置されたAlxGa1-xNバリア層とAlyGa1-yN井戸層とからなり、交互に積層される回数は2~50回であり、前記AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子井戸層における前記基板に最も近い下層と前記基板から最も遠い上層とはいずれもAlxGa1-xNバリア層であり、
前記AlxGa1-xNバリア層の厚さは5~25nmであり、
前記AlyGa1-yN井戸層の厚さは1~5nmであり、
前記AlyGa1-yN井戸層のAl含有量は、前記電子障壁層のAl含有量よりも低く、
前記正孔注入層を形成することは、少なくとも2つの前記サブ層を形成するプロセスを含み、前記サブ層のそれぞれを形成するステップは、
P型AluGa1-uN層、P型AlvGa1-vN層及びP型GaN層を順次に形成し、0.1≦v≦1、0.1≦u≦1、u≠vである、ステップを含み、
前記電子障壁層はP型AlrGa1-rN層及びP型AlsGa1-sN層が交互に積層された超格子構造であって、前記電子障壁層はP型Al r Ga 1-r N層で始まり、P型Al s Ga 1-s N層で終わり、0<r<1、0<s<1、r≠sであり、交互に積層される回数は2~100回である、
ことを特徴とする紫外線LEDの製造方法。 A method for manufacturing an ultraviolet LED,
undoped Al t Ga 1-t N layer, N-type Al w Ga 1-w N layer, Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer, electron barrier layer and sequentially forming hole injection layers;
said hole injection layer comprising at least two periodically repeated sub-layers;
0<t<1, 0<w<1, 0<y<x<1,
The Al x Ga 1-x N/A y Ga 1-y N multi-quantum well layer includes Al x Ga 1-x N barrier layers and Al y Ga 1-y N well layers alternately stacked. The number of times of alternate lamination is 2 to 50, and the lower layer closest to the substrate and the farthest from the substrate in the Al x Ga 1-x N/Al y Ga 1-y N multi-quantum well layer Both upper layers are Al x Ga 1-x N barrier layers,
the Al x Ga 1-x N barrier layer has a thickness of 5 to 25 nm;
the Al y Ga 1-y N well layer has a thickness of 1 to 5 nm;
Al content of the Al y Ga 1-y N well layer is lower than Al content of the electron barrier layer,
forming the hole injection layer includes forming at least two of the sublayers, wherein forming each of the sublayers comprises:
A p-type Al u Ga 1-u N layer, a p-type Al v Ga 1-v N layer and a p-type GaN layer are sequentially formed, and 0.1≦v≦1, 0.1≦u≦1, u≠ v, comprising the step of
The electron barrier layer has a superlattice structure in which a P -type Al r Ga 1-r N layer and a P-type Al s Ga 1-s N layer are alternately stacked, and the electron barrier layer is a P-type Al r Ga 1 −r N layer, ends with P-type Al s Ga 1-s N layer , 0<r<1, 0<s<1, r≠s, and the number of times of alternate stacking is 2 to 100 is
A method for manufacturing an ultraviolet LED, characterized by:
前記焼きなましは順次に行われる高温焼きなましと低温焼きなましとを含み、
前記高温焼きなましの温度は850~950℃で、時間は10s~20minであり、
前記低温焼きなましの温度は650~750℃で、時間は1~60minであることを特徴とする請求項4に記載の製造方法。 The process of forming the hole injection layer further includes performing an annealing;
The annealing comprises sequential high temperature annealing and low temperature annealing,
The temperature of the high temperature annealing is 850-950° C., the time is 10 s-20 min,
5. The manufacturing method according to claim 4 , wherein the low temperature annealing temperature is 650-750° C. and the time is 1-60 min.
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