CN112582508A - 发光二极管的外延片及其制备方法 - Google Patents
发光二极管的外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112582508A CN112582508A CN202011282626.8A CN202011282626A CN112582508A CN 112582508 A CN112582508 A CN 112582508A CN 202011282626 A CN202011282626 A CN 202011282626A CN 112582508 A CN112582508 A CN 112582508A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- quantum well
- type
- gan
- epitaxial wafer
- 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.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims abstract description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 7
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 79
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 9
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 4
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 229910016920 AlzGa1−z Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Images
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
-
- 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
- H10H20/01335—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 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]
- H10H20/01—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
- H10H20/815—Bodies having stress relaxation structures, e.g. buffer layers
-
- 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
- H10H20/816—Bodies having carrier transport control structures, e.g. highly-doped semiconductor layers or current-blocking structures
-
- 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
- H10H20/816—Bodies having carrier transport control structures, e.g. highly-doped semiconductor layers or current-blocking structures
- H10H20/8162—Current-blocking structures
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本公开提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，属于光电子制造技术领域。该外延片包括衬底、AlN缓冲层、三维成核层、u型GaN层、n型GaN层、多量子阱层、低温p型层、电子阻挡层和高温p型层，多量子阱层包括多个InxGa1‑xN量子阱层和多个GaN量子垒层、以及位于InxGa1‑xN量子阱层和GaN量子垒层之间的复合结构，复合结构包括n‑InyGa1‑yN层和SiN层。n‑InyGa1‑yN层中的Si原子能够填充InGaN材料中的缺陷空位，较低In组分的InGaN材料有利于减弱极化电场，改善能带倾斜，SiN层有利于载流子在多量子阱层中的均匀扩散，提高载流子局域化效应，提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本公开涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及其制备方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备，尤其对于显示装置的分辨率和显示画质要求越来越高，迷你发光二极管(Mini LED)的应用也越来越多。
目前GaN基LED外延片通常包括衬底和在衬底上依次生长的AlN缓冲层、三维成核层、u型GaN层、n型GaN层、多量子阱层和p型层。LED通电后，载流子(包括n型GaN层的电子和p型层的空穴)会向多量子阱层迁移，并在多量子阱层中复合发光。
相关技术中，Mini LED外延技术生长中，采用InGaN/GaN材料制作多量子阱，由于InGaN材料的晶格常数大于GaN而受到压应力，并且压应力随着In组分的增大而变大，严重的晶格失配会直接影响压电极化的强度，极化电场会导致量子阱能带倾斜，使电子空穴波函数重叠度变小，底层的缺陷和位错延伸至量子阱区，大量的缺陷和位错会引起辐射复合效率降低，从而造成Mini LED发光效率低。
发明内容
本公开实施例提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，能够有利于提高Mini LED的发光效率。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底和依次形成在所述衬底上的AlN缓冲层、三维成核层、u型GaN层、n型GaN层、多量子阱层、低温p型层、电子阻挡层和高温p型层，其中，所述多量子阱层包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层和多个GaN量子垒层、以及位于所述InxGa1-xN量子阱层和所述GaN量子垒层之间的复合结构，所述复合结构包括依次层叠的n-InyGa1-yN层和SiN层，0＜y＜x＜1。
可选地，所述n-InyGa1-yN层的厚度为0.1nm～1.5nm。
可选地，0.1≤y≤0.3。
可选地，所述n-InyGa1-yN层中Si的掺杂浓度为1017cm-3～1018cm-3。
可选地，所述SiN层的厚度为0.1nm～1nm。
可选地，相邻的所述InxGa1-xN量子阱层和所述GaN量子垒层之间夹设有2～10个所述复合结构。
另一方面，本公开实施例还提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次外延生长AlN缓冲层、三维成核层、u型GaN层、n型GaN层、多量子阱层、低温p型层、电子阻挡层和高温p型层，其中，所述多量子阱层包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层和多个GaN量子垒层、以及位于所述InxGa1-xN量子阱层和所述GaN量子垒层之间的复合结构，所述复合结构包括依次层叠的n-InyGa1-yN层和SiN层，0＜y＜x＜1。
可选地，所述n-InyGa1-yN层的生长温度为700℃～830℃，生长压力为100torr～300torr。
可选地，所述SiN层采用如下方式生长：
在氮气和氢气的混合气氛下，向反应腔中以恒定流量通入氮气，以脉冲的形式通入硅烷，以氨气和硅烷作为原料气生长所述SiN层。
可选地，所述SiN层的生长温度为800℃～960℃，生长压力为100torr～300torr。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
通过在多量子阱层中的InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层之间设置由n-InyGa1-yN层和SiN层层叠形成的复合结构，n-InyGa1-yN层中的Si原子能够填充InGaN材料中的缺陷空位，从而修复位错，避免位错随着外延片的生长继续延伸，减少InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层界面处载流子溢流的通道，并且相比InxGa1-xN量子阱层，n-InyGa1-yN层的In组分更低，较低In组分的InGaN材料有利于减弱极化电场，改善能带倾斜，而SiN层能够阻挡In向GaN量子垒层的渗透，同时SiN层还对电子和空穴具有限制作用，有利于载流子在多量子阱层中的均匀扩散分布，提高载流子局域化效应，从而提高Mini LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图；
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管的制备方法的流程图；
图4～11是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备过程示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图。如图1所示，该外延片包括衬底10和依次形成在衬底10上的AlN缓冲层20、三维成核层30、u型GaN层40、n型GaN层50、多量子阱层60、低温p型层70、电子阻挡层80和高温p型层90。
其中，多量子阱层60包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层61和多个GaN量子垒层62、以及位于InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间的复合结构63，复合结构63包括依次层叠的n-InyGa1-yN层631和SiN层632，0＜y＜x＜1。
本公开实施例通过在多量子阱层中的InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层之间设置由n-InyGa1-yN层和SiN层层叠形成的复合结构，n-InyGa1-yN层中的Si原子能够填充InGaN材料中的缺陷空位，从而修复位错，避免位错随着外延片的生长继续延伸，减少InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层界面处载流子溢流的通道，并且相比InxGa1-xN量子阱层，n-InyGa1-yN层的In组分更低，较低In组分的InGaN材料有利于减弱极化电场，改善能带倾斜，而SiN层能够阻挡In向GaN量子垒层的渗透，同时SiN层还对电子和空穴具有限制作用，有利于载流子在多量子阱层中的均匀扩散分布，提高载流子局域化效应，从而提高Mini LED的发光效率。
可选地，衬底10可以为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底为一种常用衬底，技术成熟，成本低。具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。在其他实施例中，也可以为氮化镓衬底、SiC衬底、Si衬底中的一种。
AlN缓冲层20的厚度可以为10～50nm，生长的AlN缓冲层20的厚度不同，最终形成的外延层的质量也会不同，若AlN缓冲层20的厚度过薄，则会导致AlN缓冲层20的表面较为疏松和粗糙，不能为后续结构的生长提供一个好的模板，随着AlN缓冲层20厚度的增加，AlN缓冲层20的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续结构的生长，但是若AlN缓冲层20的厚度过厚，则会导致AlN缓冲层20的表面过于致密，同样不利于后续结构的生长，无法减少外延层中的晶格缺陷。
作为示例，本公开实施例中，AlN缓冲层20的厚度为15nm。
可选地，三维成核层30可以为GaN层。三维成核层30的厚度可以为0.3μm～0.5μm。作为示例，本公开实施例中，三维成核层30的厚度为0.4μm。
可选地，u型GaN层40的厚度可以为0.5μm～3μm，作为示例，在本公开实施例中，u型GaN层40的厚度为1μm。
可选地，n型GaN层50的厚度可以为0.5μm～3μm，在本公开实施例中，n型GaN层50的厚度为2μm。
n型GaN层50中的Si的掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。
可选地，多量子阱层60包括8～15个InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62。即多量子阱层60包括交替层叠的2～10个周期的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62。每个相邻的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间均夹设有一个复合结构63。
可选地，InxGa1-xN量子阱层61的厚度可以为2nm～5nm，GaN量子垒层62的厚度可以为8nm～20nm。作为示例，在本公开实施例中，InxGa1-xN量子阱层61的厚度为3.5nm，GaN量子垒层62的厚度为11nm。
可选地，复合结构63中，n-InyGa1-yN层631的厚度为0.1nm～1.5nm。在这一厚度范围内，能带倾斜的问题能够得到较好的改善，并且极化电场也能够被明显减弱，有利于进一步提高mini LED的发光效率。
作为示例，在本公开实施例中，n-InyGa1-yN层631的厚度为1nm。
可选地，0.1≤y≤0.3，采用较低In组分的InGaN材料有利于减弱极化电场，改善能带倾斜。在InxGa1-xN量子阱层61中，0.2≤x≤0.5，在设置InxGa1-xN量子阱层61和n-InyGa1-yN层631中的In组分时，应保证n-InyGa1-yN层631中的In组分更低，即保证y＜x。
作为示例，在本公开实施例中，x＝0.3，y＝0.15。
可选地，n-InyGa1-yN层631中Si的掺杂浓度为1017cm-3～1018cm-3。n-InyGa1-yN层631中适量浓度的Si掺杂能够对InGaN材料中的缺陷空位进行较好地填充而修复位错，阻断位错的进一步延伸，掺杂浓度过低不足以修复位错。作为示例，在本公开实施例中，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
可选地，SiN层632的厚度为0.1nm～1nm。SiN层632的作用是阻挡In向GaN量子垒层62的渗透，并对电子和空穴具有限制作用，厚度过小则对于In的阻挡作用、对电子和空穴的限制作用均较弱，但SiN层632的厚度过大会影响电子与空穴的复合，反而可能导致发光效率降低，在0.1nm～1nm这一厚度范围内能够确保mini LED有较高的发光效率。
作为示例，在本公开实施例中，SiN层632的厚度为0.5nm。
在本公开实施例一种可能的实现方式中，相邻的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间夹设有1个复合结构63。
在本公开实施例另一种可能的实现方式中，相邻的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间夹设有2～10个复合结构63。即在InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间，层叠有两个或两个以上的复合结构63。通过在量子阱层和量子垒层的异质界面处设置数个复合结构63，有利于进一步修复位错，减弱极化电场，改善能带倾斜，提高Mini LED的发光效率。
作为示例，在本公开实施例中，相邻的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间夹设有3个复合结构63。
需要说明的是，图1中所示出的InxGa1-xN量子阱层6191和GaN量子垒层62的层数以及复合结构63的层数仅为示意，并不用以限制其各自的层数。
可选地，低温p型层70可以为p型AlzGa1-zN层，其中0.1<z<0.3。低温p型层70的厚度可以为50nm～100nm。低温p型层70中Mg的掺杂浓度可以为5×1019cm-3～1021cm-3。
可选地，电子阻挡层80可以为p型AlmGa1-mN电子阻挡层，其中0.2<m<0.5。电子阻挡层80的厚度可以为20nm～100nm。
可选地，高温p型层90可以为p型GaN层，高温p型层90的厚度可以为100nm～200nm。高温p型层90中Mg的掺杂浓度可以为5×1019cm-3～1021cm-3。
如图1所示，该外延片还可以包括p型接触层100。p型接触层100可以为p型GaN层，p型接触层100的厚度可以为10nm～50nm。p型接触层100中Mg的掺杂浓度可以为1020cm-3～1021cm-3。
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图，用于制作如图1所示的外延片，如图2所示，该制备方法包括：
S11：提供一衬底。
可选地，衬底可以为蓝宝石衬底、氮化镓衬底、SiC衬底、Si衬底中的一种。
本实施例中，选用图形化蓝宝石衬底。
S12：在衬底上依次外延生长AlN缓冲层、三维成核层、u型GaN层、n型GaN层、多量子阱层、低温p型层、电子阻挡层和高温p型层。
其中，多量子阱层60包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层61和多个GaN量子垒层62、以及位于InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间的复合结构63，复合结构63包括依次层叠的n-InyGa1-yN层631和SiN层632，0＜y＜x＜1。
本公开实施例通过在多量子阱层中的InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层之间设置由n-InyGa1-yN层和SiN层层叠形成的复合结构，n-InyGa1-yN层中的Si原子能够填充InGaN材料中的缺陷空位，从而修复位错，避免位错随着外延片的生长继续延伸，减少InxGa1-xN量子阱层和GaN量子垒层界面处载流子溢流的通道，并且相比InxGa1-xN量子阱层，n-InyGa1-yN层的In组分更低，较低In组分的InGaN材料有利于减弱极化电场，改善能带倾斜，而SiN层能够阻挡In向GaN量子垒层的渗透，同时SiN层还对电子和空穴具有限制作用，有利于载流子在多量子阱层中的均匀扩散分布，提高载流子局域化效应，从而提高Mini LED的发光效率。
图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管的制备方法的流程图，下面结合附图4～11对图3提供的制备方法进行详细说明：
S21：提供一衬底。
实现时，该衬底可以是蓝宝石衬底，蓝宝石衬底是一种常见的衬底，技术成熟，成本低。本实施例选用图形化蓝宝石衬底。
在步骤S21中，可以对蓝宝石衬底进行预处理，具体可以包括在氢气气氛中对蓝宝石衬底进行退火8分钟，退火温度为1000～1200℃，再对蓝宝石衬底进行氮化处理。
S22：在衬底上外延生长AlN缓冲层。
如图4所示，在衬底10上生长有AlN缓冲层20。
在完成步骤S21之后，可以将衬底10置于托盘中，将衬底10连同托盘放入PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)反应腔中，通过磁控溅射沉积AlN缓冲层20，溅射功率可以为3000W～5000W。
AlN缓冲层20的生长压力可以为2mtorr～10mtorr，AlN缓冲层20的生长温度可以为400～800℃。
AlN缓冲层20的厚度可以通过溅射的时间进行控制。本公开实施例中，AlN缓冲层20的厚度为15nm。
在完成AlN缓冲层20的溅射后，可以降低生长有AlN缓冲层20的衬底10至室温，然后取出生长有AlN缓冲层20的衬底10，准备后续结构的生长。
S23：在AlN缓冲层上生长三维成核层。
如图5所示，在AlN缓冲层20上生长有三维成核层30。
在完成步骤S22之后，可以将衬底10放入MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔中，在氮气、氢气和氨气的混合气氛下生长三维成核层30。
三维成核层30的生长压力可以为300torr～500torr，三维成核层30的生长温度可以为950℃～1080℃。
三维成核层30的厚度可以为0.3μm～0.5μm，示例性地，本实施例中，三维成核层30的厚度为0.4μm。
S24：在三维成核层上生长u型GaN层。
如图6所示，在三维成核层30上生长有u型GaN层40。u型GaN层40的厚度可以为0.5μm～3μm，在本实施例中，u型GaN层40的厚度为1μm。
u型GaN层40的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为100torr～300torr。作为示例，本公开实施例中，u型GaN层40的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
S25：在u型GaN层上生长n型GaN层。
如图7所示，在u型GaN层40上生长有n型GaN层50。
示例性地，n型GaN层50的厚度可以为0.5μm～3μm。
在本公开实施例中，n型GaN层50的厚度为2μm。n型GaN层50中的Si的掺杂浓度可以为1018cm-3～1019cm-3。
n型GaN层50的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为100torr～300torr。本公开实施例中，n型GaN层50的生长温度为1050℃，生长压力为300torr。
S26：在n型GaN层上生长多量子阱层。
如图8所示，在n型GaN层50上生长有多量子阱层60。
具体地，多量子阱层60可以包括交替层叠的8～15个周期的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62，且每个相邻的InxGa1-xN量子阱层61和GaN量子垒层62之间均夹设有至少一个复合结构63。
在本公开实施例中，InxGa1-xN量子阱层61的生长温度可以为700℃～830℃，生长压力可以为100torr～300torr。InxGa1-xN量子阱层61可以在氮气气氛下生长。
在本公开实施例中，GaN量子垒层62的生长温度可以为800℃～960℃，生长压力可以为100torr～300torr。GaN量子垒层62可以在氮气和氢气的混合气氛下生长。
可选地，InxGa1-xN量子阱层61的厚度可以为2nm～5nm，GaN量子垒层62的厚度可以为8nm～20nm。作为示例，在本公开实施例中，InxGa1-xN量子阱层61的厚度为3.5nm，GaN量子垒层62的厚度为11nm。
在本公开实施例中，n-InyGa1-yN层631的生长温度为700℃～830℃，生长压力为100torr～300torr。n-InyGa1-yN层631可以在氮气气氛下生长。
在本公开实施例中，SiN层632的生长温度为800℃～960℃，生长压力为100torr～300torr，以生长出质量较好的复合结构63。SiN层632可以在氮气和氢气的混合气氛下生长。
示例性地，在氮气和氢气的混合气氛下，向反应腔中以恒定流量通入氮气，以脉冲的形式通入硅烷，以氨气和硅烷作为原料气生长SiN层632。
可选地，复合结构63中，n-InyGa1-yN层631的厚度为0.1nm～1.5nm。作为示例，在本公开实施例中，n-InyGa1-yN层631的厚度为1nm。
可选地，在n-InyGa1-yN层631中，0.1≤y≤0.3，在InxGa1-xN量子阱层61中，0.2≤x≤0.5，且y＜x，作为示例，在本公开实施例中，x＝0.3，y＝0.15。
可选地，n-InyGa1-yN层631中Si的掺杂浓度为1017cm-3～1018cm-3。n-InyGa1-yN层631中适量浓度的Si掺杂能够对InGaN材料中的缺陷空位进行较好地填充而修复位错，阻断位错的进一步延伸，掺杂浓度过低不足以修复位错。作为示例，在本公开实施例中，Si的掺杂浓度为5×1017cm-3。
可选地，SiN层632的厚度为0.1nm～1nm。SiN层632的作用是阻挡In向GaN量子垒层62的渗透，并对电子和空穴具有限制作用，厚度过小则对于In的阻挡作用、对电子和空穴的限制作用均较弱，但SiN层632的厚度过大会影响电子与空穴的复合，反而可能导致发光效率降低，在0.1nm～1nm这一厚度范围内能够确保mini LED有较高的发光效率。
S27：在多量子阱层上生长低温p型层。
如图9所示，在多量子阱层60上生长有低温p型层70。
示例性地，低温p型层70为p型AlzGa1-zN层，其中0.1<z<0.3。
可选地，低温p型层70的厚度可以为50nm～100nm。在本公开实施例中，低温p型层70的厚度为80nm。低温p型层70中Mg的掺杂浓度可以为5×1019cm-3～1021cm-3。
低温p型层70的生长温度可以为700℃～800℃，生长压力可以为200torr～500torr。本公开实施例中，低温p型层70的生长温度为750℃，生长压力为300torr。
S28：在低温p型层上生长电子阻挡层。
如图10所示，在低温p型层70上生长有电子阻挡层80。
示例性地，电子阻挡层80为p型AlmGa1-mN电子阻挡层，其中0.2<m<0.5。
可选地，电子阻挡层80的厚度可以为20nm～100nm。在本公开实施例中，电子阻挡层80的厚度为60nm。
电子阻挡层80的生长温度可以为800℃～1000℃，生长压力可以为100torr～300torr。本公开实施例中，电子阻挡层80的生长温度为750℃，生长压力为300torr。
S29：在电子阻挡层上生长高温p型层。
如图11所示，在电子阻挡层80上生长有高温p型层90。
示例性地，高温p型层90为p型GaN层。
可选地，高温p型层90的厚度可以为100nm～200nm。在本公开实施例中，高温p型层90的厚度为160nm。
高温p型层90的生长温度可以为800℃～1000℃，生长压力可以为200torr～600torr。本公开实施例中，高温p型层90的生长温度为950℃，生长压力为400torr。
S30：在高温p型层上生长p型接触层。
参照图1，在高温p型层90上生长有p型接触层100。
示例性地，p型接触层100为p型GaN层。
可选地，p型接触层100的厚度可以为10nm～50nm。在本公开实施例中，p型接触层100的厚度为30nm。
p型接触层100的生长温度可以为850℃～1000℃，生长压力可以为100torr～300torr。本公开实施例中，p型接触层100的生长温度为950℃，生长压力为200torr。p型接触层100中Mg的掺杂浓度可以为1020cm-3～1021cm-3。
在完成p型接触层100的生长后，可以在氮气气氛中进行退火处理，退火温度为650～850℃，退火处理时间为5～15分钟，然后降温至室温。
在完成步骤S30后可以对外延片进行后续加工，以完成Mini LED的制作。
在具体实现时，本公开实施例可以采用高纯H2或/和N2作为载气，采用TEGa或TMGa作为Ga源，TMIn作为In源，SiH4作为n型掺杂及，TMAl作为铝源，Cp2Mg作为p型掺杂剂。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片包括衬底(10)和依次形成在所述衬底(10)上的AlN缓冲层(20)、三维成核层(30)、u型GaN层(40)、n型GaN层(50)、多量子阱层(60)、低温p型层(70)、电子阻挡层(80)和高温p型层(90)，其中，所述多量子阱层(60)包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层(61)和多个GaN量子垒层(62)、以及位于所述InxGa1-xN量子阱层(61)和所述GaN量子垒层(62)之间的复合结构(63)，所述复合结构(63)包括依次层叠的n-InyGa1-yN层(631)和SiN层(632)，0＜y＜x＜1。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述n-InyGa1-yN层(631)的厚度为0.1nm～1.5nm。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，0.1≤y≤0.3。
4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述n-InyGa1-yN层(631)中Si的掺杂浓度为1017cm-3～1018cm-3。
5.根据权利要求1～4任一项所述的外延片，其特征在于，所述SiN层(632)的厚度为0.1nm～1nm。
6.根据权利要求1～4任一项所述的外延片，其特征在于，相邻的所述InxGa1-xN量子阱层(61)和所述GaN量子垒层(62)之间夹设有2～10个所述复合结构(63)。
7.一种发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次外延生长AlN缓冲层(20)、三维成核层(30)、u型GaN层(40)、n型GaN层(50)、多量子阱层(60)、低温p型层(70)、电子阻挡层(80)和高温p型层(90)，其中，所述多量子阱层(60)包括交替层叠的多个InxGa1-xN量子阱层(61)和多个GaN量子垒层(62)、以及位于所述InxGa1-xN量子阱层(61)和所述GaN量子垒层(62)之间的复合结构(63)，所述复合结构(63)包括依次层叠的n-InyGa1-yN层(631)和SiN层(632)，0＜y＜x＜1。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述n-InyGa1-yN层(631)的生长温度为700℃～830℃，生长压力为100torr～300torr。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述SiN层(632)采用如下方式生长：
在氮气和氢气的混合气氛下，向反应腔中以恒定流量通入氮气，以脉冲的形式通入硅烷，以氨气和硅烷作为原料气生长所述SiN层(632)。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述SiN层(632)的生长温度为800℃～960℃，生长压力为100torr～300torr。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011282626.8A CN112582508B (zh) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011282626.8A CN112582508B (zh) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112582508A true CN112582508A (zh) | 2021-03-30 |
| CN112582508B CN112582508B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=75122651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011282626.8A Active CN112582508B (zh) | 2020-11-17 | 2020-11-17 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112582508B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113764556A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 圆融光电科技股份有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片的复合n型阻挡层、一种氮化镓基发光二极管外延片 |
| CN115064622A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-09-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种复合N型GaN层、发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN115207098A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-10-18 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 一种氮化物外延片及其制备方法和半导体器件 |
| CN115513347A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-12-23 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 一种led外延片及其制备方法 |
| CN115799423A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-14 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于Mini-LED的外延片及其制备方法、Mini-LED |
| CN116344693A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-06-27 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN117153968A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060060873A1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-23 | Ru-Chin Tu | Structure of gan light-emitting diode |
| US20140370625A1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-18 | Glo Ab | Stopping An Etch In A Planar Layer After Etching A 3D Structure |
| CN105552186A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-05-04 | 南通同方半导体有限公司 | 一种具有抑制极化效应垒层蓝光led外延结构 |
| CN106653971A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-10 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106784216A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
-
2020
- 2020-11-17 CN CN202011282626.8A patent/CN112582508B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060060873A1 (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-23 | Ru-Chin Tu | Structure of gan light-emitting diode |
| US20140370625A1 (en) * | 2013-06-18 | 2014-12-18 | Glo Ab | Stopping An Etch In A Planar Layer After Etching A 3D Structure |
| CN105552186A (zh) * | 2014-10-29 | 2016-05-04 | 南通同方半导体有限公司 | 一种具有抑制极化效应垒层蓝光led外延结构 |
| CN106653971A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-10 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106784216A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-31 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113764556A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 圆融光电科技股份有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片的复合n型阻挡层、一种氮化镓基发光二极管外延片 |
| CN115207098A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-10-18 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 一种氮化物外延片及其制备方法和半导体器件 |
| CN115064622A (zh) * | 2022-08-18 | 2022-09-16 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种复合N型GaN层、发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN115513347A (zh) * | 2022-09-14 | 2022-12-23 | 马鞍山杰生半导体有限公司 | 一种led外延片及其制备方法 |
| CN115799423A (zh) * | 2023-02-08 | 2023-03-14 | 江西兆驰半导体有限公司 | 用于Mini-LED的外延片及其制备方法、Mini-LED |
| CN116344693A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-06-27 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN116344693B (zh) * | 2023-05-31 | 2023-09-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN117153968A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led |
| CN117153968B (zh) * | 2023-10-30 | 2024-01-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、深紫外led |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112582508B (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112582508B (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN112366257B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| JP2006510234A (ja) | 窒化物半導体の発光素子及びその製造方法 | |
| WO2007029638A1 (ja) | 半導体発光素子およびそれを用いた照明装置 | |
| CN109545924B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN109860353B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN112204758B (zh) | 一种微发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| CN109449264B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN117810324B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN115911202A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| US7368309B2 (en) | Nitride semiconductor and fabrication method thereof | |
| CN117199203A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN109244199B (zh) | 一种发光二极管的外延片的制备方法及外延片 | |
| CN108807620B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN113690351A (zh) | 微型发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112802929A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN113284994A (zh) | 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN109994580A (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN113571616A (zh) | AlGaN基深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN109888064B (zh) | 发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN113224211A (zh) | 紫外发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN113161453A (zh) | 发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN112802931A (zh) | 发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN218351492U (zh) | 外延片及发光二极管 | |
| CN112259647A (zh) | 发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |