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CN118888658A - 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 - Google Patents

一种led外延片、外延生长方法及led芯片 Download PDF

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CN118888658A CN202411356495.1A CN202411356495A CN118888658A CN 118888658 A CN118888658 A CN 118888658A CN 202411356495 A CN202411356495 A CN 202411356495A CN 118888658 A CN118888658 A CN 118888658A
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Abstract

本发明提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，通过设置衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT‑AlN层、PALE‑AlN层、GaN量子点以及n‑AlxGa（1‑x）N层依次沉积的周期性的超晶格结构，由于多个GaN量子点分布在PALE‑AlN层和n‑AlxGa（1‑x）N层的交界面处，可以提供辐射复合所需的电子，引入量子点可以有效束缚电子，对往多量子阱层的有源区注入的电子进行减速，同时不影响空穴注入，从而提高器件的载流子注入效率。

Description

一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片。
背景技术
氮化物是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，氮化物的研究与应用是目前全球半导体研究的热点。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好（几乎不被任何酸腐蚀）等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。
但无论是在InGaN光电器件还是在AlGaN光电器件的发展中，都遇到了由于缺少同质衬底而带来的高密度缺陷的问题。另外有实验表明，在氮化物材料中，电子和空穴的有效质量相差很大，使得电子极易溢出有源区，而空穴则较难注入，致使电子和空穴的复合过程经常发生在P-GaN处而非有源区。
AlGaN材料由于其禁带宽度(3.4eV至6.2eV)，较GaN材料广泛应用于GaN发光二极管(LED)及其他器件中作为电子势垒层(EBL)，用以阻挡电子。但EBL的存在也会对空穴的注入有一定的阻碍，而且EBL需要高Al组分的AlGaN材料。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，旨在对往多量子阱层的有源区注入的电子进行减速，同时不影响空穴注入，从而提高器件的载流子注入效率。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片，包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的周期性的超晶格结构，0≤x＜1；
在沉积所述GaN量子点的过程中，首先只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴；
在形成Ga液滴后，立即通入N源；
在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点。
进一步的，所述只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴的步骤中，生长时间为5s~18s，生长温度为500℃~650℃。
进一步的，所述在形成Ga液滴后，立即通入N源的步骤中，立即通入NH3，通入时间为8s~30s，生长温度低于形成Ga液滴时的生长温度。
进一步的，所述在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点的步骤中，在NH3环境下，升温至850℃~1200℃并退火，退火时间为10s~60s。
进一步的，所述LT-AlN层的厚度为5nm~30nm，生长温度为300℃~800℃。
进一步的，所述PALE-AlN层的厚度为30nm~500nm，生长温度为900℃~1200℃。
进一步的，所述PALE-AlN层的周期数为6个~50个，一个PALE周期为8s~25s，TMAl一直通入反应腔，NH3以脉冲形式通入，其中，NH3通入时间要小于关闭时间。
进一步的，所述n-AlxGa（1-x）N层的厚度为10nm~100nm，掺杂元素为Si，掺杂形成的电子浓度为1×1017cm-3～1×1020cm-3。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述的LED外延片，所述外延生长方法包括：
生长衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的超晶格结构，0≤x＜1；
在沉积所述GaN量子点的过程中，首先只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴；
在形成Ga液滴后，立即通入N源；
在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的LED外延片。
与现有技术相比：本发明提供的LED外延片，通过LT-AlN层、PALE-AlN层取代传统缓冲层，可以起到释放张应力，防止外延膜开裂的作用，同时可以减少整个N型层与衬底间的晶格差异，进一步减少晶体缺陷密度，提高外延材料的晶体质量，降低非辐射复合效率;另外，PALE方法可以有效抑制气相预反应并增强Al原子在表面的迁移能力，同时为后续GaN量子点的生长提供模板；最后，GaN量子点的引入可以实现电子减速，因为量子点在各个方向的尺寸都接近于电子的波尔半径，在量子点内部，电子的运动在三维方向都受到限制，导致电子的态密度分布呈现δ函数分布。态密度分布不再连续，电子只能在有限确定的能级间跃迁辐射，那么载流子的非辐射复合就会被削弱，从而带来了较高的内量子效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种LED外延片的N型层的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种LED外延片的外延生长方法的实现流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种LED外延片的N型层的结构示意图，该LED外延片包括衬底以及依次沉积在衬底上的N型层1、多量子阱层和P型层，N型层为LT-AlN层11、PALE-AlN层12、GaN量子点13以及n-AlxGa（1-x）N层14依次沉积的超晶格结构，该N型层具备电子减速作用。
其中，LT-AlN层11为低温生长的AlN层，具体的，LT-AlN层11的厚度为5nm~30nm，示例性的，LT-AlN层11的厚度为5nm、10nm、15nm、20nm、25nm或30nm等，但不限于此，需要说明的是，“5nm~30nm”中的“~”表示包括5nm与30nm之间的数值以及端点值5nm和30nm，后续出现该符号所表达的含义一致，不再赘述，LT-AlN层11的生长温度为300℃~800℃。
在本发明一实施例中，PALE-AlN层12的厚度为30nm~500nm，示例性的，PALE-AlN层12的厚度为30nm、100nm、200nm、300nm、400nm或500nm等，但不限于此，生长温度为900℃~1200℃，需要说明的是，PALE-AlN层12为通过PALE（Pulsed Atomic Layer Epitaxy，脉冲原子层外延）工艺制备得到的AlN层。更为具体的，PALE-AlN层12的周期数为6个~50个，一个PALE周期为8s~25s，TMAl一直通入反应腔，NH3以脉冲形式通入，其中，NH3通入时间要小于关闭时间。
进一步的，在沉积GaN量子点13的过程中，首先在PALE-AlN层12上形成Ga液滴，其中，生长时间为5s~18s，生长温度为500℃~650℃，不通入NH3；
在Ga液滴的基础上，立即通入NH3，通入时间为8s~30s，生长温度低于形成Ga液滴时的生长温度；
在NH3环境下，升温至850℃~1200℃并退火，退火时间为10s~60s。可以理解的，GaN量子点13分布在PALE-AlN层12和n-AlxGa（1-x）N层14的交界面处。
在本发明一实施例中，n-AlxGa（1-x）N层14的厚度为10nm~100nm，示例性的，n-AlxGa（1-x）N层14的厚度为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等，但不限于此，掺杂元素为Si，掺杂形成的电子浓度为1×1017cm-3～1×1020cm-3。
在本发明一实施例中，n-AlxGa（1-x）N层14中0≤x＜1，N型层1中LT-AlN层11、PALE-AlN层12、GaN量子点13以及n-AlxGa（1-x）N层14依次沉积的周期为4个~15个，示例性的，周期数为4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个或14个。
相应的，本发明实施例还提供了一种LED外延片的外延生长方法，其用于制备上述的LED外延片，参考图2，为本发明实施例提供的一种LED外延片的外延生长方法的实现流程图，具体包括以下步骤：
S1、提供衬底并进行清理。
其中，衬底可以为PSS镀AlN衬底、蓝宝石衬底或者SIC衬底中的一种。具体的，将衬底升温至1100℃，进行5min氢化处理，去除表面杂质等。
S2、在所述衬底上生长N型层。
具体的，首先通入TMAl，生长LT-AlN层，LT-AlN层的厚度为5nm~30nm，生长温度为300℃~800℃；
随后通入TMAl、NH3，生长PALE-AlN层，PALE-AlN层的厚度为30nm~500nm，生长温度为900℃~1200℃，需要说明的是，PALE-AlN层的周期数为6个~50个，一个PALE周期为8s~25s，TMAl一直通入反应腔，NH3以脉冲形式通入，其中，NH3通入时间要小于关闭时间；
进一步的，在PALE-AlN层上形成Ga液滴，其中，生长时间为5s~18s，生长温度为500℃~650℃，不通入NH3；
在Ga液滴的基础上，立即通入NH3，通入时间为8s~30s，生长温度低于形成Ga液滴时的生长温度；
在NH3环境下，升温至850℃~1200℃并退火，退火时间为10s~60s，得到GaN量子点；
最后通入TMAl、TEGa、SiH4生长n-AlxGa（1-x）N层，n-AlxGa（1-x）N层的厚度为10nm~100nm，掺杂元素为Si，掺杂形成的电子浓度为1×1017cm-3～1×1020cm-3。
S3、在所述N型层背离所述衬底一侧生长多量子阱层。
具体的，通入TEGa、TMIn、SiH4生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，量子阱层的生长温度为780℃，量子垒层的生长温度为890℃。
S4、在所述多量子阱层背离所述衬底一侧生长P型层。
具体的，通入TEGa、CP2Mg生长P型GaN层，厚度为0.4μm，生长温度为965℃，Mg的浓度为2E19/cm3。
需要说明的是，上述各步骤均在MOCVD设备中完成，所用的MO源有金属源有三甲基镓TEGa、三乙基镓TEGa、三甲基TMIn、二茂镁（Cp2Mg）、三甲基铝（TMAl），TEGa和TEGa作为Ga源，气态源有硅烷（SiH4）、氨气（NH3）、H2、N2，其中NH3为N源，H2、N2为载气，N型和P型掺杂源分别是硅烷SiH4和二茂镁CP2Mg。
综上，本发明提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，通过设置衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的周期性的超晶格结构，由于多个GaN量子点分布在PALE-AlN层和n-AlxGa（1-x）N层的交界面处，可以提供辐射复合所需的电子，引入量子点可以有效束缚电子，对往多量子阱层的有源区注入的电子进行减速，同时不影响空穴注入，从而提高器件的载流子注入效率。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例1中LED外延片的外延生长方法包括以下步骤：
（1）提供衬底并进行清理。
其中，衬底为PSS镀AlN衬底，具体的，将衬底升温至1100℃，进行5min氢化处理，去除表面杂质等。
（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层。
具体的，首先通入TMAl，生长LT-AlN层，LT-AlN层的厚度为10nm，生长温度为500℃；
通入TMAl、NH3，生长PALE-AlN层，PALE周期为10个，周期时间为10s，NH3通入时间为4s，生长温度为1000℃；
通入TEGa，流量为12µmol/min，不通入NH3，在PALE-AlN层上生长Ga液滴，生长时间为12s，生长温度为580℃，生长压力为40Torr；
通入TEGa，流量为12µmol/min，在上述Ga液滴的基础上，立即通入1800sccm的NH3，生长时间为10s，然后快速降温至450℃，生长GaN量子点。
将TEGa流量降到8µmol/min，保持其他生长参数不变，在此基础上，1800sccm的NH3环境下，升温至900℃并退火，退火时间为15s；
最后通入TMAl、TEGa、SiH4生长n-AlxGa（1-x）N层，n-AlxGa（1-x）N层的厚度为20nm，掺杂元素为Si，掺杂形成的电子浓度为2E19/cm3，生长温度为1085℃，整个超晶格N型层的周期为5个，也即N型层由5个依次沉积的LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层组成。
（3）在所述N型层背离所述衬底一侧生长多量子阱层。
具体的，通入TEGa、TMIn、SiH4生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，量子阱层的生长温度为780℃，量子垒层的生长温度为890℃。
（4）在所述多量子阱层背离所述衬底一侧生长P型层。
具体的，通入TEGa、CP2Mg生长P型GaN层，厚度为0.4μm，生长温度为965℃，Mg的浓度为2E19/cm3。
实施例2
本实施例2同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，通入TMAl、NH3，生长PALE-AlN层，PALE周期为30个，周期时间为10s，NH3通入时间为4s，温度为1000℃。
实施例3
本实施例3同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，通入TMAl、NH3，生长PALE-AlN层，PALE周期为50个，周期时间为10s，NH3通入时间为4s，温度为1000℃。
实施例4
本实施例4同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，通入TEGa，流量为20µmol/min，不通入NH3，在PALE-AlN层上生长Ga液滴，生长时间为12s，生长温度为580℃，生长压力为40Torr；
通入TEGa，流量为20µmol/min，在上述Ga液滴的基础上，立即通入1800sccm的NH3，生长时间为10s，然后快速降温至450℃，生长GaN量子点。
实施例5
本实施例5同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，通入TEGa，流量为12µmol/min，不通入NH3，在PALE-AlN层上生长Ga液滴，生长时间为12s，生长温度为650℃，生长压力为40Torr。
实施例6
本实施例6同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，通入TEGa，流量为12µmol/min，在上述Ga液滴的基础上，立即通入1800sccm的NH3，生长时间为10s，然后快速降温至400℃，生长GaN量子点。
实施例7
本实施例7同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，将TEGa流量降到12µmol/min，保持其他生长参数不变，在此基础上，1800sccm的NH3环境下，升温至900℃并退火，退火时间为15s。
实施例8
本实施例8同样提供一种LED外延片的外延生长方法，与实施例1的区别在于，（2）在PSS镀AlN衬底上生长N型层，具体的，整个超晶格N型层的周期为15个，也即N型层由15个依次沉积的LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层组成。
对比例1
对比例1提供一种传统的LED外延片的外延生长方法，具体如下：
（1）提供一PSS镀AlN衬底，升温至1100℃，进行5min氢化处理，去除表面杂质等，起到衬底清理作用。
（2）通入TEGa，生长缓冲层，厚度为2nm，生长温度为850℃。
（3）通入TEGa，生长U型GaN层，厚度为2300nm，生长温度为1125℃。
（4）通入TEGa、SiH4生长N型GaN层，厚度为2000nm，生长温度为1085℃，SiH4的浓度为2E19/cm3。
（5）通入TEGa、TMIn、SiH4生长多量子阱层总厚度为140nm，其中，量子阱层的生长温度为780℃，量子垒层的生长温度为890℃。
（6）通入TEGa、CP2Mg生长P型GaN层，厚度为0.4μm，生长温度为965℃，Mg的浓度为2E19/cm3。
将实施例1至实施例8中最终制备得到的LED芯片与对比例1中的LED芯片在同等条件下进行光效测试，结果如下表所示：
从表中可以发现，本发明实施例制备得到的LED芯片的发光效率相比于对比例1来说，均有不同程度的提升，其中，实施例1制备得到的LED芯片的发光效率最佳，发光效率相较于对比例1提升0.88%。
可以理解的，在加入所述具有电子减速作用的N型层后，通过采用LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的周期性的超晶格结构作为N型电子注入层，同时在AlN和AlGaN超晶格交界面插入GaN量子点，从而形成多周期的超晶格界面量子点结构，主要改变了现有技术中典型N型电子注入层(n-GaN)的结构。好处在于，一是LT-AlN与PALE-AlN可以减少衬底与多量子阱层之间的晶格失配，降低AlGaN材料的位错密度；PALE方法可以增强Al原子在衬底表面的迁移能力，降低预反应发生的可能性，有利于提高外延层的晶体质量；二是通过生长n-AlGaN，既可以为多量子阱层提高辐射复合所需的电子，也可以覆盖掩埋量子点，对量子点起到保护作用；三是在GaN量子点材料(又称零维材料)中，三个维度上的尺寸与电子的德布罗意波长相当，甚至更小，因此电子运动在三个维度上都受到束缚，可以对电子起到明显的减速作用，同时不会阻碍空穴的注入效率，从而提高载流子的复合效率。
本发明实施例还提供一种LED芯片，包括上述任意实施例当中的LED外延片。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种LED外延片，其特征在于，包括衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的周期性的超晶格结构，0≤x＜1；
在沉积所述GaN量子点的过程中，首先只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴；
在形成Ga液滴后，立即通入N源；
在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点。
2.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴的步骤中，生长时间为5s~18s，生长温度为500℃~650℃。
3.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述在形成Ga液滴后，立即通入N源的步骤中，立即通入NH3，通入时间为8s~30s，生长温度低于形成Ga液滴时的生长温度。
4.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点的步骤中，在NH3环境下，升温至850℃~1200℃并退火，退火时间为10s~60s。
5.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述LT-AlN层的厚度为5nm~30nm，生长温度为300℃~800℃。
6.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述PALE-AlN层的厚度为30nm~500nm，生长温度为900℃~1200℃。
7.根据权利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述PALE-AlN层的周期数为6个~50个，一个PALE周期为8s~25s，TMAl一直通入反应腔，NH3以脉冲形式通入，其中，NH3通入时间要小于关闭时间。
8.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述的厚度为10nm~100nm，掺杂元素为Si，掺杂形成的电子浓度为。
9.一种LED外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-8任一项所述的LED外延片，所述外延生长方法包括：
生长衬底以及依次沉积在所述衬底上的N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层为LT-AlN层、PALE-AlN层、GaN量子点以及n-AlxGa（1-x）N层依次沉积的超晶格结构，0≤x＜1；
在沉积所述GaN量子点的过程中，首先只通入Ga源，在所述PALE-AlN层上形成Ga液滴；
在形成Ga液滴后，立即通入N源；
在N源环境下，升温并进行退火处理，形成GaN量子点。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的LED外延片。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119403191A (zh) * 2024-12-30 2025-02-07 中微半导体(上海)有限公司 用于GaN HEMT的超晶格结构、缓冲层、GaN HEMT外延片及生长方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060237744A1 (en) * 2003-06-03 2006-10-26 The Research Foundation Of State University Of New York Formation of highly dislocation free compound semiconductor on a lattice mismatched substrate
CN101060076A (zh) * 2007-05-14 2007-10-24 武汉大学 一种GaN绝缘或半绝缘外延层的制备方法
CN101604716A (zh) * 2008-06-10 2009-12-16 北京大学 一种深紫外发光二极管及其制备方法
US20100314605A1 (en) * 2006-10-18 2010-12-16 Asif Khan Vertical deep ultraviolet light emitting diodes
US20170256404A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Xiamen Changelight Co., Ltd. Buffer Layers Having Composite Structures
CN108598223A (zh) * 2018-04-04 2018-09-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 InGaN量子点的外延生长方法及其应用
CN208637450U (zh) * 2018-07-10 2019-03-22 江西兆驰半导体有限公司 一种紫外发光二极管芯片的外延结构
CN114093993A (zh) * 2021-12-13 2022-02-25 福建兆元光电有限公司 一种深紫外外延片及其制备方法
CN115259075A (zh) * 2022-07-27 2022-11-01 中山大学 一种采用液滴刻蚀外延生长技术制备周期性阵列量子点的方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060237744A1 (en) * 2003-06-03 2006-10-26 The Research Foundation Of State University Of New York Formation of highly dislocation free compound semiconductor on a lattice mismatched substrate
US20100314605A1 (en) * 2006-10-18 2010-12-16 Asif Khan Vertical deep ultraviolet light emitting diodes
CN101060076A (zh) * 2007-05-14 2007-10-24 武汉大学 一种GaN绝缘或半绝缘外延层的制备方法
CN101604716A (zh) * 2008-06-10 2009-12-16 北京大学 一种深紫外发光二极管及其制备方法
US20170256404A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-07 Xiamen Changelight Co., Ltd. Buffer Layers Having Composite Structures
CN108598223A (zh) * 2018-04-04 2018-09-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 InGaN量子点的外延生长方法及其应用
CN208637450U (zh) * 2018-07-10 2019-03-22 江西兆驰半导体有限公司 一种紫外发光二极管芯片的外延结构
CN114093993A (zh) * 2021-12-13 2022-02-25 福建兆元光电有限公司 一种深紫外外延片及其制备方法
CN115259075A (zh) * 2022-07-27 2022-11-01 中山大学 一种采用液滴刻蚀外延生长技术制备周期性阵列量子点的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119403191A (zh) * 2024-12-30 2025-02-07 中微半导体(上海)有限公司 用于GaN HEMT的超晶格结构、缓冲层、GaN HEMT外延片及生长方法

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