CN105161586A - 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 - Google Patents
具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105161586A CN105161586A CN201510628808.9A CN201510628808A CN105161586A CN 105161586 A CN105161586 A CN 105161586A CN 201510628808 A CN201510628808 A CN 201510628808A CN 105161586 A CN105161586 A CN 105161586A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- thickness
- growth
- barrier
- gan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 66
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 abstract description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 64
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 7
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical group [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
- H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
-
- H01L21/2056—
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/01—Manufacture or treatment
- H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
- H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
- H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
- H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
一种具有组合势垒多量子阱的LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构的有源层为组合势垒多量子阱结构，由InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层周期性叠加构成。其制备方法包括以下步骤：(1)氮化处理蓝宝石衬底；(2)在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层和n型GaN层；(3)在n型GaN层上生长组合势垒多量子阱结构：(A)生长InxGa1-xN势阱层；(B)生长InaAlbGa1-a-bN层、GaN势垒层和InaAlbGa1-a-bN层；步骤(A)和步骤(B)的循环周期数为5-20，步骤(B)单循环或多循环；(4)在组合势垒多量子阱层上依次生长P型层。本发明从本质上提高晶体质量和内量子效率，提高器件性能，提高出光效率10％左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够提高出光效率的具有组合势垒多量子阱的高亮度基LED外延结构及其制备方法，属于LED外延设计技术领域。
背景技术
二十世纪九十年代初，以氮化物为代表的第三代宽带隙半导体材料获得了历史性突破，科研人员在氮化镓材料上成功地制备出蓝绿光和紫外光LED，使得LED照明成为可能。1971年，第一只氮化镓LED管芯面世，1994年，氮化镓HEMT出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管，氮化镓半导体材料发展十分迅速。
半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研究的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迁移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在短波长发光器件、光探测器件以及大功率器件方面有着广泛的应用和巨大的市场前景。
通常，LED包含N型衬底、形成于该衬底上的N型外延区以及形成于N型外延区上的量子阱区、P型外延区。由于GaN在高温生长时氮的离解压很高，很难得到大尺寸的GaN体单晶材料，目前大部分GaN外延器件还只能在其他衬底上(如蓝宝石衬底)进行异质外延生长。
量子阱区是制造GaN基LED器件必不可少的重要环节，LED外延片要提高发光效率，最根本的办法就是要增强外延结构的内量子效率。目前国内MOCVD生长GaN基LED外延片的内量子效率只能达到30％左右，还有较大的发展提高空间，而有源层MQW的生长对内量子效应的提高尤为重要。
业内目前一般采用GaN/InGaN材料交替生长有源层。在注入电流后，N型GaN层中的电子因为其高迁移率，会很容易穿过发光层(有源层量子阱)，迁移至有源层之上的P型GaN层中，与空穴形成无效辐射复合，这样无形之中降低了内量子效率，并且由于GaN基材料固有的极化效应，产生的极化电场导致多量子阱中产生弯曲，导致在P型一侧较低，N型一侧抬高，从而多量子阱的边带由长方形变成了三角形，导带的基带能量降低，价带的基带能量升高，使两者之间的间隙宽度变窄，导致发光波长红移，从而进一步影响了发光效率。
因此，有必要提供一种GaN基LED外延片的新有源层制作方法，以进一步提高内量子效率。
对于提高内量子效应，国内外有一些专利文献。中国专利文献CN104157746A公开的《新型量子阱势垒层的LED外延生长方法及外延层》，是在传统的有源层GaN势垒层中插入生长一个AlGaN薄层。但是该方法较高的势垒不仅限制了电子的注入，同时限制了空穴的注入。
CN104201262A公开的《一种InGaN/AlGaN-GaN基多量子阱结构及其制备方法》，以固定In组分的InGaN作为阱层，采用不同的AlGaN-GaN作为垒层，包含Al组分固定的AlGaN垒层、Al组分沿生长方向连续减少的AlGaN垒层和GaN垒层，缓解减小垒和阱界面处的应力，缓解能带的弯曲，但是效果不明显。
发明内容
本发明针对现有多量子阱内量子效率低、应力大的问题，提供一种具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，该结构能够有效降低阱垒界面间的应力，缓解能带的弯曲，提高空穴和电子注入有源区效率和辐射复合效率。同时提供一种该结构的制备方法。
本发明的具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，采用以下技术方案：
该LED外延结构，自下而上依次设置有衬底层、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层、n型GaN层、有源层、P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层，有源层为组合势垒多量子阱结构，该组合势垒多量子阱结构是由InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层周期性叠加构成。
所述衬底为蓝宝石。
所述GaN缓冲层的厚度为20-40nm。
所述非掺杂GaN层的厚度为2-3μm。
所述n型AlGaN层的厚度30-60nm。
所述n型GaN层的厚度2-3μm。
所述P型AlGaN层的厚度为50-100nm。
所述P型层的厚度为150-300nm。
所述P型InGaN欧姆接触层的厚度为2-10nm。
所述组合势垒多量子阱结构中InGaN势阱层的厚度为2-4nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm，GaN势垒层厚度为10-20nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm。
所述组合势垒多量子阱结构中势阱层和势垒层的叠加周期为5-20个。
所述组合势垒多量子阱结构中的三个势垒层为单循环或多循环，多循环周期为3-5个。单循环是指每个组合势垒多量子阱周期中InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层都只有一个；多循环是指每个组合势垒多量子阱周期中的InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层有3-5个周期。
上述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)将蓝宝石衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1350℃，压力200mbar，处理5-10分钟；升压至600mbar，温度为650℃，通入氨气，氮化处理2-3分钟；
(2)在氮化处理的蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；
(3)在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；
生长温度为1100℃，生长压力600mbar，生长厚度为2-3μm，生长速率2-2.5μm/h。
(4)在非掺杂GaN层上生长n型AlGaN层；
硅掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，厚度为30-60nm，生长温度约为1000℃，压力133mbar。
(5)在n型AlGaN层上生长n型GaN层；
硅掺杂浓度为8E19-1.3E19atom/cm3，厚度为2-3μm，生长温度为1080℃，生长压力600mbar。
(6)在n型GaN层上生长组合势垒多量子阱结构(InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层)，具体过程如下所述：
(A)在气氛为氮气的反应室内，在生长温度为730-760℃、压力为200-400mbar的环境下，通入三乙基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物或通入三甲基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物，持续生长厚度为2-4nm的InxGa1-xN势阱层，其中0＜x＜1，In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm3；
(B)停止生长InxGa1-xN势阱层后，温度升高至880-920℃，生长InaAlbGa1-a-bN层，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，In掺杂浓度2E19-4E19atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；连续生长GaN势垒层，生长厚度10-20nm，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；再连续生长InaAlbGa1-a-bN层，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，In掺杂浓度2E19-4E19atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；
上述步骤(A)和步骤(B)的循环周期数为5-20，步骤(B)单循环或周期3-5个的多循环；
(7)在组合势垒多量子阱层上依次生长P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层。
P型AlGaN层的生长温度为830℃，生长厚度50-100nm，Mg掺杂浓度5E19atom/cm3，Al掺杂浓度8E19atom/cm3，生长压力为200mbar；P型GaN层的生长温度为1000℃，生长厚度150-300nm，Mg掺杂浓度1E20atom/cm3，生长压力为200mbar；P型PInGaN接触层的生长温度为750℃，压力300-400mbar，生长厚度为2-10nm，Mg掺杂浓度为2E20atom/cm3，In掺杂浓度为1E20atom/cm3。
本发明使LED外延结构具有组合势垒多量子阱结构，由于其特殊能带组合势垒，能够显著阻挡和扩散N型电子的注入，增强量子阱束缚电子的能力，提高空穴和电子注入在有源区效率和辐射复合效率，调整极化电荷消除内建的极化电场，有效降低阱垒界面间的应力，缓解能带的弯曲，从本质上提高晶体质量和内量子效率，提高器件性能，提高出光效率10％左右。
附图说明
图1是本发明具有组合势垒多量子阱的LED外延结构示意图。
图2是本发明中组合势垒多量子阱结构的能带结构图。
图1中，1、衬底，2、缓冲层，3、非掺杂GaN层，4、n型AlGaN层，5、n型GaN层，6、有源层，7、P型AlGaN层，8、P型GaN层，9、P型InGaN接触层，10、InGaN势阱层，11、InAlGaN势垒层，12、GaN势垒层，13、InAlGaN势垒层。
具体实施方式
如图1所示，本发明具有组合势垒多量子阱的高亮度基LED外延结构，自下而上依次设置有衬底层1、GaN缓冲层2、非掺杂GaN层3、n型AlGaN层4、n型GaN层5、多量子阱有源发光层6、P型AlGaN层7、P型GaN层8和P型InGaN欧姆接触层9。衬底为蓝宝石。GaN缓冲层的厚度为20-40nm。非掺杂GaN层的厚度为2-3μm。n型AlGaN层的厚度30-60nm。n型GaN层的厚度2-3μm。P型AlGaN层的厚度为50-100nm。P型层的厚度为150-300nm。P型欧姆接触层的厚度为2-10nm。多量子阱有源发光层6为组合势垒多量子阱层是由InGaN势阱层10、InAlGaN势垒层11、GaN势垒层12和InAlGaN势垒层13周期性叠加构成，周期数为5-20个，势垒层单循环或多循环。InGaN势阱层的厚度为2-4nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm，GaN势垒层厚度为10-20nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm。
本发明的高亮度LED外延片，运用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备以金属有机物化学气相沉积法在蓝宝石衬底上生长，采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓或三乙基镓作为镓源，三甲基铟作为铟源，N型掺杂剂用硅烷，三甲基铝作为铝源，P型掺杂剂为二茂镁，反应室压力在100mabar-900mbar之间，具体包括以下步骤：
(1)将蓝宝石衬底1放入金属有机物化学气相沉积炉(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1350℃，压力200mbar，氢气处理5-10分钟；
(2)反应室升压至600mbar，生长温度为650℃，通入氨气，氮化处理蓝宝石衬底1，时间2-3分钟，然后在蓝宝石衬底1上通入三家基镓生长GaN缓冲层2，厚度20-40nm；
(3)在GaN缓冲层2上生长非掺杂GaN层3，生长温度为1100℃，生长压力600mbar，生长厚度为2-3μm，生长速率2-2.5μm/h。
(4)在非掺杂GaN层3上生长n型AlGaN层4，硅掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，厚度为30-60nm，生长温度约为1000℃，压力133mbar。
(5)在n型AlGaN层4上生长n型GaN层5，硅掺杂浓度为8E19-1.3E19atom/cm3，厚度为2-3μm，生长温度约为1080℃，生长压力600mbar。
(6)在n型GaN层5上生长多量子阱发光层6，生长压力200-400mbar，步骤如下：
(A)通入三乙基镓和三甲基铟(两者按1:2摩尔量比例混合)的混合物或通入三甲基镓和三甲基铟(两者按1:2摩尔量比例混合)的混合物，生长InxGa1-xN势阱层11，其中0＜x＜1，In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm3，生长温度为730-760℃，生长厚度2-4nm；
(B)停止生长InxGa1-xN势阱层11后，温度升高至880-920℃，生长InaAlbGa1-a-bN势垒层12，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，In浓度1E18-5E18atom/cm3，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；
(C)保持温度不变，生长GaN势垒层13，生长厚度10-20nm，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；
(D)保持温度不变，生长InaAlbGa1-a-bN势垒层14，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，生长厚度10-20nm，In浓度1E18-5E18atom/cm3，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；
步骤(A)、(B)、(C)和(D)可以直接循环生长5-20个周期，也可以是步骤(B)、(C)和(D)做内部循环生长3-5个周期，然后再与步骤(A)一起循环生长。
(7)在多量子阱发光层6上生长P型AlGaN层7，生长温度为830℃，生长厚度50-100nm，Mg掺杂浓度5E19atom/cm3，Al掺杂浓度8E19atom/cm3，生长压力为200mbar。
(8)在P型AlGaN层7上生长P型GaN层8，生长温度为1000℃，生长厚度150-300nm，Mg掺杂浓度1E20atom/cm3，生长压力为200mbar。
(9)在P型GaN层8上生长P型PInGaN接触层9，反应室温度为750℃，压力300-400mbar，生长厚度为2-10nm，Mg掺杂浓度为2E20atom/cm3，In掺杂浓度为1E20atom/cm3。
图2给出了本发明中组合势垒多量子阱结构的能带结构，由于其特殊能带组合势垒，能够显著阻挡和扩散N型电子的注入，增强量子阱束缚电子的能力，提高空穴和电子注入在有源区效率和辐射复合效率，调整极化电荷消除内建的极化电场，有效降低阱垒界面间的应力，缓解能带的弯曲，从本质上提高晶体质量和内量子效率，提高器件性能。
Claims (10)
1.一种具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，自下而上依次设置有衬底层、GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型AlGaN层、n型GaN层、有源层、P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层，其特征是，有源层为组合势垒多量子阱结构，该组合势垒多量子阱结构是由InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层周期性叠加构成。
2.根据权利要求1所述的具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，其特征是，所述GaN缓冲层的厚度为20-40nm；所述非掺杂GaN层的厚度为2-3μm；所述n型AlGaN层的厚度30-60nm；所述n型GaN层的厚度2-3μm；所述P型AlGaN层的厚度为50-100nm；所述P型层的厚度为150-300nm；所述P型InGaN欧姆接触层的厚度为2-10nm。
3.根据权利要求1所述的具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，其特征是，所述组合势垒多量子阱结构中InGaN势阱层的厚度为2-4nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm，GaN势垒层厚度为10-20nm，InAlGaN势垒层厚度为10-20nm。
4.根据权利要求1所述的具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，其特征是，所述组合势垒多量子阱结构中势阱层和势垒层的叠加周期为5-20个。
5.根据权利要求1所述的具有组合势垒多量子阱的LED外延结构，其特征是，所述组合势垒多量子阱结构中的三个势垒层为单循环或多循环，多循环周期为3-5个。
6.一种权利要求1所述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)将蓝宝石衬底放入金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备的反应室中，在氢气气氛下加热到1000-1350℃，压力200mbar，处理5-10分钟；升压至600mbar，温度为650℃，通入氨气，氮化处理2-3分钟；
(2)在氮化处理的蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；
(3)在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层；
(4)在非掺杂GaN层上生长n型AlGaN层；
(5)在n型AlGaN层上生长n型GaN层；
(6)在n型GaN层上生长组合势垒多量子阱结构(InGaN势阱层、InAlGaN势垒层、GaN势垒层和InAlGaN势垒层)，具体过程如下所述：
(A)在气氛为氮气的反应室内，在生长温度为730-760℃、压力为200-400mbar的环境下，通入三乙基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物或通入三甲基镓和三甲基铟按1:2摩尔比的混合物，持续生长厚度为2-4nm的InxGa1-xN势阱层，其中0＜x＜1，In掺杂浓度为2E20-4E20atom/cm3；
(B)停止生长InxGa1-xN势阱层后，温度升高至880-920℃，生长InaAlbGa1-a-bN层，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，In掺杂浓度2E19-4E19atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；连续生长GaN势垒层，生长厚度10-20nm，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；再连续生长InaAlbGa1-a-bN层，其中0＜a＜0.3，0＜b＜0.7，生长厚度10-20nm，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，In掺杂浓度2E19-4E19atom/cm3，硅掺杂浓度为1E17-1E18atom/cm3；
上述步骤(A)和步骤(B)的循环周期数为5-20，步骤(B)单循环或周期3-5的多循环；
(7)在组合势垒多量子阱层上依次生长P型AlGaN层、P型GaN层和P型InGaN欧姆接触层。
7.根据权利要求6所述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中非掺杂GaN层的生长温度为1100℃，生长压力600mbar，生长厚度为2-3μm，生长速率2-2.5μm/h。
8.根据权利要求6所述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中n型AlGaN层的硅掺杂浓度为5E18-1E19atom/cm3，Al掺杂浓度5E19-1E20atom/cm3，厚度为30-60nm，生长温度为1000℃，压力133mbar。
9.根据权利要求6所述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中n型GaN层的硅掺杂浓度为8E19-1.3E19atom/cm3，厚度为2-3μm，生长温度约为1080℃，生长压力600mbar。
10.根据权利要求6所述具有组合势垒多量子阱的LED外延结构的制备方法，其特征是，所述步骤(7)中P型AlGaN层的生长温度为830℃，生长厚度50-100nm，Mg掺杂浓度5E19atom/cm3，Al掺杂浓度8E19atom/cm3，生长压力为200mbar；P型GaN层的生长温度为1000℃，生长厚度150-300nm，Mg掺杂浓度1E20atom/cm3，生长压力为200mbar；P型PInGaN接触层的生长温度为750℃，压力300-400mbar，生长厚度为2-10nm，Mg掺杂浓度为2E20atom/cm3，In掺杂浓度为1E20atom/cm3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510628808.9A CN105161586A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510628808.9A CN105161586A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105161586A true CN105161586A (zh) | 2015-12-16 |
Family
ID=54802397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510628808.9A Pending CN105161586A (zh) | 2015-09-29 | 2015-09-29 | 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105161586A (zh) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105514237A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其生产方法 |
| CN107086258A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-22 | 安徽三安光电有限公司 | 一种多量子阱结构及其发光二极管 |
| CN107946423A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 西安智盛锐芯半导体科技有限公司 | 基于GaN材料的RGBW四色LED芯片及其制备方法 |
| CN108133995A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 西安智盛锐芯半导体科技有限公司 | 基于蓝光材料和红光材料的led光源制备方法及led芯片 |
| CN109217109A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-15 | 中国科学院半导体研究所 | 基于数字合金势垒的量子阱结构、外延结构及其制备方法 |
| CN109802021A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-24 | 山西飞虹微纳米光电科技有限公司 | InGaN量子点发光二极管及其制备方法 |
| CN109860356A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-06-07 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN109950368A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-28 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
| JP2019526938A (ja) * | 2016-09-02 | 2019-09-19 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | オプトエレクトロニクス素子 |
| CN110335923A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-15 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种多量子阱结构、led外延片及其制备方法 |
| US20200220325A1 (en) * | 2017-08-30 | 2020-07-09 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic semiconductor component |
| CN112048710A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-08 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种减少led发光波长蓝移量的led外延生长方法 |
| CN113707774A (zh) * | 2019-03-06 | 2021-11-26 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN114551659A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-27 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 高抗水解性能蓝绿光led外延片结构及其制备方法 |
| CN117174792A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-12-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 高光效的led外延结构 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1885572A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-12-27 | 华南师范大学 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| US20100270531A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Ashmeet K. Samal | GaN BASED LIGHT EMITTERS WITH BAND-EDGE ALIGNED CARRIER BLOCKING LAYERS |
| CN101877381A (zh) * | 2009-04-28 | 2010-11-03 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件和发光器件封装 |
-
2015
- 2015-09-29 CN CN201510628808.9A patent/CN105161586A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1885572A (zh) * | 2005-06-23 | 2006-12-27 | 华南师范大学 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| US20100270531A1 (en) * | 2009-04-22 | 2010-10-28 | Ashmeet K. Samal | GaN BASED LIGHT EMITTERS WITH BAND-EDGE ALIGNED CARRIER BLOCKING LAYERS |
| CN101877381A (zh) * | 2009-04-28 | 2010-11-03 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件和发光器件封装 |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105514237A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-04-20 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种GaN基LED外延结构及其生产方法 |
| JP2019526938A (ja) * | 2016-09-02 | 2019-09-19 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＯｓｒａｍ Ｏｐｔｏ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ＧｍｂＨ | オプトエレクトロニクス素子 |
| JP6991199B2 (ja) | 2016-09-02 | 2022-01-12 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | オプトエレクトロニクス素子 |
| US11114584B2 (en) | 2016-09-02 | 2021-09-07 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic component |
| CN107086258A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-08-22 | 安徽三安光电有限公司 | 一种多量子阱结构及其发光二极管 |
| US20200220325A1 (en) * | 2017-08-30 | 2020-07-09 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic semiconductor component |
| US11527865B2 (en) * | 2017-08-30 | 2022-12-13 | Osram Oled Gmbh | Optoelectronic semiconductor component |
| CN108133995A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-06-08 | 西安智盛锐芯半导体科技有限公司 | 基于蓝光材料和红光材料的led光源制备方法及led芯片 |
| CN107946423A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 西安智盛锐芯半导体科技有限公司 | 基于GaN材料的RGBW四色LED芯片及其制备方法 |
| CN109217109B (zh) * | 2018-08-29 | 2020-05-26 | 中国科学院半导体研究所 | 基于数字合金势垒的量子阱结构、外延结构及其制备方法 |
| CN109217109A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-15 | 中国科学院半导体研究所 | 基于数字合金势垒的量子阱结构、外延结构及其制备方法 |
| CN109860356A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-06-07 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN109950368A (zh) * | 2019-02-18 | 2019-06-28 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN113707773B (zh) * | 2019-03-06 | 2022-04-15 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN113707774A (zh) * | 2019-03-06 | 2021-11-26 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN113707773A (zh) * | 2019-03-06 | 2021-11-26 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN113707775A (zh) * | 2019-03-06 | 2021-11-26 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN113707775B (zh) * | 2019-03-06 | 2022-06-03 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN113707774B (zh) * | 2019-03-06 | 2022-06-14 | 博尔博公司 | 异质结构以及采用异质结构的发光器件 |
| CN109802021A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-24 | 山西飞虹微纳米光电科技有限公司 | InGaN量子点发光二极管及其制备方法 |
| CN110335923A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-15 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种多量子阱结构、led外延片及其制备方法 |
| CN112048710A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-08 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种减少led发光波长蓝移量的led外延生长方法 |
| CN112048710B (zh) * | 2020-09-07 | 2023-09-19 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种减少led发光波长蓝移量的led外延生长方法 |
| CN114551659A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-05-27 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 高抗水解性能蓝绿光led外延片结构及其制备方法 |
| CN117174792A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-12-05 | 江西兆驰半导体有限公司 | 高光效的led外延结构 |
| CN117174792B (zh) * | 2023-10-23 | 2024-02-02 | 江西兆驰半导体有限公司 | 高光效的led外延结构 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105161586A (zh) | 具有组合势垒多量子阱的led外延结构及其制备方法 | |
| CN105355737B (zh) | 高发光效率的量子阱组合led外延结构及其制备方法 | |
| CN101645480B (zh) | 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法 | |
| CN105633235B (zh) | 一种n型GaN结构的GaN基LED外延结构及生长方法 | |
| CN102664145B (zh) | 采用金属有机化合物气相外延技术生长非对称电子储蓄层高亮度发光二极管的方法 | |
| CN104538517B (zh) | 一种具有n型超晶格结构的LED外延结构及其生长方法 | |
| CN103985798B (zh) | 一种具有新型量子阱结构的led及其制作方法 | |
| CN107275450B (zh) | 一种紫外led外延结构 | |
| CN105140356B (zh) | 一种Al组分渐变式N型LED结构及其制备方法 | |
| CN105449051B (zh) | 一种采用MOCVD技术在GaN衬底或GaN/Al2O3复合衬底上制备高亮度同质LED的方法 | |
| CN104716236B (zh) | 一种提高发光效率的GaN基LED外延结构及生长方法 | |
| CN105206726A (zh) | 一种led结构及其生长方法 | |
| CN109755361A (zh) | 一种提高势阱质量的led外延结构及其制备方法 | |
| CN103872194B (zh) | 一种提高GaN基LED有源区发光效率的外延生长方法 | |
| CN109755360A (zh) | 具有组合阱的多量子阱led外延结构及其外延制备方法 | |
| CN104241464B (zh) | 一种提高p型氮化镓掺杂浓度的外延生长方法 | |
| CN104600163A (zh) | 一种有p型超晶格的led外延结构及其制备方法 | |
| CN106159047A (zh) | 具有pn掺杂量子垒的发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| CN108695417A (zh) | 基于V形坑的无荧光粉GaN基白光LED外延结构及其制备方法 | |
| CN103346219B (zh) | 复式多量子阱发光层结构的生长方法及led外延结构 | |
| CN110335923A (zh) | 一种多量子阱结构、led外延片及其制备方法 | |
| CN218827204U (zh) | 一种氮化镓基发光二极管 | |
| CN105047779B (zh) | 基于Si衬底上黄光LED材料及其制作方法 | |
| CN105098017A (zh) | 基于c面蓝宝石衬底上N面黄光LED材料及其制作方法 | |
| CN108666398A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151216 |