CN108520911A - 一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 - Google Patents
一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108520911A CN108520911A CN201810320236.1A CN201810320236A CN108520911A CN 108520911 A CN108520911 A CN 108520911A CN 201810320236 A CN201810320236 A CN 201810320236A CN 108520911 A CN108520911 A CN 108520911A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan
- ingan
- base blue
- growth
- thickness
- 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
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 38
- 241001025261 Neoraja caerulea Species 0.000 claims abstract description 34
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000007773 growth pattern Effects 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
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法。该方法首先采用电化学刻蚀法,以生长在c‑面蓝宝石衬底上的GaN/n‑GaN周期性结构为阳极,以Pt丝为阴极,在硝酸、草酸或氢氟酸酸性溶液中刻蚀制备纳米多孔GaN分布布拉格反射镜;然后,采用MOCVD方法在纳米多孔GaN分布布拉格反射镜上外延生长InGaN基蓝光LED。所得InGaN基蓝光LED表面光滑平整,发光强度和荧光寿命分别是参比LED的5‑8倍和3‑5倍。所制备的具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光LED可用于照明、平面显示、生物医学器件等应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法,属于半导体光电子材料技术领域。
背景技术
铟镓氮(InGaN)基蓝光发光二极管(LED)已获得广泛应用。然而,其较低的发光效率不仅造成大量的能量被浪费,而且还制约了其在更为广阔的领域中获得应用(如:平面显示,生物医学器件等)。为了提高InGaN基蓝光LED的发光效率,可采用在InGaN基LED与衬底间生长一层具有高反射率的分布布拉格反射镜(DBR)。目前,已经尝试过AlInN/GaN、AlN/GaN和AlGaN/GaN等多周期DBR结构。但由于两种材料间(例如:AlInN和GaN)存在较小的折射差,因此上述材料所制备的DBR要达到95%的反射率所需要的周期数要高达20-40。此外,两种材料之间还存在一定的晶格失配性,这会严重影响在其上生长的InGaN基蓝光LED的发光效率。
在GaN(0001)/纳米多孔GaN(0001)分布布拉格反射镜中,两种材料不仅具有完美的晶格匹配性,而且还具有较大的折射差(GaN的折射率:2.45,纳米多孔GaN的折射率:1-2.45之间可调)。目前,制备具有GaN(0001)/纳米多孔GaN(0001)分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光LED不仅工艺极为复杂,而且难以大面积生长。该工艺主要包括:(1)采用有机金属化学气相沉积(MOCVD)方法在c-面蓝宝石衬底上先后生长低温GaN缓冲层、Si掺杂n-GaN(0001)层、非故意掺杂GaN(0001)层、非故意掺杂GaN(0001)/n-GaN(0001)周期性结构(10个周期)、InGaN/GaN超晶格和多量子阱层、Mg掺杂p-GaN(0001)层;(2)为保护由步骤(1)所制备的薄膜在电化学刻蚀中表面免遭破坏,在其表面涂覆一层SiO2层;(3)采用电感耦合等离子体刻蚀方法对步骤(2)所获薄膜进行沟道刻蚀(沟道间距为100μm),暴露GaN/n-GaN周期性结构侧墙;(4)采用电化学刻蚀技术对步骤(3)所获薄膜进行侧向刻蚀,形成具有GaN/NP-GaN周期性结构的InGaN基蓝光LED。参见C.Zhang,et al.Mesoporous GaN for photonicEngineering—Highly reflective GaN mirrors as an example,ACS Photonics,2015,2:980-986。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法。本发明的技术任务是制备大面积、高发光效率的InGaN基蓝光发光二极管。
术语解释:
MOCVD:有机金属化学气相淀积。
NP-GaN DBR:非故意掺杂GaN(0001)/纳米多孔GaN(0001)分布布拉格反射镜。
GaN:非故意掺杂GaN(0001)。
n-GaN:Si掺杂GaN(0001)。
p-GaN:Mg掺杂GaN(0001)。
LED:发光二极管。
本发明的技术方案如下:
一种InGaN基蓝光发光二极管制备方法,包括步骤:
(1)在电解液中,对生长在c-面蓝宝石衬底上的GaN/n-GaN周期性结构进行电化学刻蚀,制得GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜。使该分布布拉格反射镜对440-510nm光的反射率≥95%;
所述电解液为草酸、HF酸或硝酸的水溶液;所述GaN/n-GaN周期性结构周期数为6-15;
(2)采用MOCVD技术在步骤(1)制备的GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜上依次外延生长n-GaN层、InGaN/GaN超晶格和多量子阱层、Mg掺杂p-GaN层,制得InGaN基蓝光LED。所得InGaN基蓝光LED比现有技术制备的LED发光效率增加5-8倍。
根据本发明优选的,步骤(1)中,所述电化学刻蚀包括以下条件之一种或多种:
A1:在电化学刻蚀过程中,以所述GaN/n-GaN周期性结构为阳极,铂(Pt)丝为阴极;
A3:电解液浓度:0.1-1.0mol/L;进一步优选0.2-0.6mol/L;
A4:刻蚀电压:8-40V;进一步优选,刻蚀电压:15-35V;
A5:GaN/n-GaN周期性结构刻蚀速率为20-60nm/min。
根据本发明,优选的,步骤(1)中,所述GaN/n-GaN周期性结构包括以下之一种或多种:
A6:所述GaN/n-GaN周期性结构中,n-GaN层的掺杂浓度为3×1018-9×1019cm-3。进一步优选,n-GaN层的掺杂浓度为5.0×1018~3×1019cm-3;采用上述优选条件下制得的DBR结构中n-GaN层孔隙率<50%。
A7:所述蓝宝石衬底尺寸为2-英寸;
A8:所述GaN/n-GaN周期性结构中,GaN层厚度为45-70nm,n-GaN层厚度为50-80nm;所制得的反射镜可实现在440-510nm蓝光反射干涉加强;
A9:所述GaN/n-GaN周期数为10-15;优选的,所制备的GaN/NP-GaN分布布拉格反射镜反射率大于95%,周期数少于15;
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述n-GaN层是Si掺杂n-GaN薄膜,掺杂浓度为3×1018-9×1019cm-3,生长温度为700-1100℃,厚度为1.5-2.5μm。
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述InGaN/GaN超晶格结构是周期为8-12的In0.05Ga0.95N/GaN超晶格结构;每个周期中,In0.05Ga0.95N厚度为2-5nm,GaN厚度为6-8nm。
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述多量子阱层是周期13-15的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱结构。每个周期中,In0.2Ga0.8N厚度为3-7nm,GaN厚度为9-12nm。
根据本发明,优选的,步骤(2)所述MOCVD工艺包括以下条件之一种或多种:
B1:外延生长过程中,n-GaN层生长温度为700-1070℃;
B2:在800℃,生长10周期的In0.05Ga0.95N/GaN超晶格结构,每个周期中,In0.05Ga0.95N层和GaN层厚度分别为3nm和7nm;
B3:生长14周期的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱结构,其中阱(In0.2Ga0.8N)和垒(GaN)的生长温度分别为750℃和850℃,每个周期中,In0.2Ga0.8N生长厚度为4nm,GaN生长厚度为10nm;
B4:在950℃下,生长掺Mg的p-GaN层,掺杂浓度为~5×1019cm-3,厚度为~280nm;
根据本发明,进一步优选,步骤(2)中,先在800-1000℃初始温度生长厚度为300~400nm的n-GaN层,然后在1070℃温度下生长1.2~2.2μm的n-GaN层。其中,进一步优选:在800-1000℃下初始温度生长n-GaN层的生长速率不低于50nm/min,最好在60-100nm/min。
本发明制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光发光二极管面积大,可满足2英寸及以上大尺寸产品需要。
根据本发明,一个优选的实施方式如下:
(1)采用MOCVD技术在c-面蓝宝石衬底上先后外延生长低温GaN缓冲层和GaN/n-GaN周期性结构。将草酸、HF酸或硝酸溶于去离子水中,配置浓度为0.1-1.0mol/L电解液;以金属Pt线为阴极,GaN/n-GaN周期性结构为阳极,浸入配置好的电解液中;设置刻蚀电压,开始电化学刻蚀,对GaN/n-GaN周期性结构进行刻蚀;刻蚀完成后,关闭刻蚀设备;将刻蚀后的GaN/n-GaN周期性结构从电解液中取出,用去离子水浸泡10-15分钟后,用氮气将其吹干;制得GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜;
(2)将GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜置于MOCVD***生长室中,在700-1100℃间生长Si掺杂n-GaN薄膜后,然后按以上所述工艺条件生长InGaN/GaN超晶格和多量子阱层、Mg掺杂p-GaN层,制得的InGaN基蓝光LED。
为研究本发明所制备的LED光电性能的优异特性,以本发明步骤(2)相同的生长工艺在未刻蚀的GaN/n-GaN周期性结构上外延生长InGaN基蓝光LED,并以此作为参比LED。与参比LED相比,本发明所制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED的光致发光强度和荧光寿命分别增加5-8倍和3-5倍,最优选的发光强度和荧光寿命分别增加超过7倍和5倍;
本发明制备具有NP-GaN DBR的InGaN基LED,可用于白光照明、平面显示、生物医学器件等领域。
本发明方法中未特别限定的均参照现有技术即可。
本发明的优良效果:
1.采用MOCVD技术在NP-GaN DBR结构上外延生长InGaN基LED,本发明人惊喜地发现,可制备大面积(2英寸及以上),高发光效率(是参比LED发光效率的5-8倍)、高荧光寿命(是参比LED荧光寿命的3-5倍)的InGaN基蓝光LED。再生长后,NP-GaN DBR层仍保持其GaN/NP-GaN周期性结构。在周期性结构中,GaN层为光密介质,纳米多孔GaN层为光疏介质。将光疏介质(折射率为n1)和光密介质(折射率为n2)分别制成厚度为λ/4n1和λ/4n2,则波长为λ的入射光在周期性结构表面出现反射光干涉加强现象。又由于电化学刻蚀法制备的NP-GaNDBR结构具有应力松弛特性,因此在其上再生长的InGaN基蓝光LED具有更高的晶体质量。因此,具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED发光效率的显著提高应主要归因于入射光的反射效应和InGaN/GaN层较高的结晶质量。
2.本发明通过改变GaN/n-GaN周期性结构中n-GaN层的掺杂浓度和刻蚀电压大小,可制备n-GaN层孔隙率<50%的NP-GaN层。之所以选择n-GaN层孔隙率<50%,这是因为只有当NP-GaN层孔隙率小于50%时,再进行步骤(2)的外延生长过程中才不会根本改变GaN/NP-GaN周期性结构。
3.本发明发现在MOCVD再生长过程中通过改变n-GaN层生长温度可以影响GaN/NP-GaN DBR的晶体质量和反射率。当n-GaN层再生长初始温度在800-1000℃之间时,DBR反射率增加量超过5%。
4.本发明工艺条件易于精确控制,制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED均匀性和重复性好,便于产业化生产。所制备的LED发光效率高、荧光寿命长等优良特性,有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是实施例1制备的可反射蓝光的、2-英寸NP-GaN分布布拉格反射镜照片。图中标尺单位为厘米(cm)。
图2是实施例1制备GaN/NP-GaN分布布拉格反射镜反射率实验结果,其中,横坐标:波长(Wavelength),单位:纳米(nm),纵坐标:反射率(Reflectance)。
图3是实施例1制备的InGaN基蓝光LED的光致发光光谱实验结果。其中,横坐标:波长(Wavelength),单位:纳米(nm),纵坐标:光致发光强度(PL Intensity)。
图4是实施例1制备的InGaN基蓝光LED的光致发光荧光寿命光谱实验结果。其中,横坐标:时间(times),单位:纳秒(ns),纵坐标:归一化强度(Normalized Intensity)。
图5是实施例1制备的InGaN基蓝光LED的电流(I)-电压(V)曲线。其中,横坐标:电压(Voltage),单位:伏特(V),纵坐标:电流(Current),单位:毫安(mA)。
图6是实施例1制备的InGaN基蓝光LED,电流注入导致其发蓝光时的照片。
图7是实施例1制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED的切面电子显微镜(SEM)图片,其中标尺单位:微米(μm)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例、对比例对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例1:
采用电化学刻蚀对生长在c-面蓝宝石衬底上的GaN/n-GaN周期性结构进行电化学刻蚀后,采用MOCVD方法在其上进行InGaN基蓝光LED再生长,步骤如下:
(1)采用MOCVD技术在2-英寸、c-面蓝宝石衬底上先后生长低温GaN缓冲层(生长温度530℃)和具有12个周期的GaN/n-GaN周期性结构(生长温度1070℃);n-GaN为Si掺杂,掺杂浓度为2×1019cm-3,n-GaN的厚度为75nm,GaN厚度为60nm;制得GaN/n-GaN周期性结构;
(2)用去离子水配置0.5mol/L的草酸酸性溶液;作为电解液。开启刻蚀设备,并将刻蚀电压设定为25V;以铂丝为阴极,以GaN/n-GaN周期性结构为阳极,定压刻蚀30分钟;GaN/n-GaN周期性结构刻蚀速率为30-45nm/min。刻蚀结束后,关闭刻蚀设备;将阳极样品浸泡在去离子水中10分钟后,用氮气吹干。得NP-GaN DBR结构。如图1所示。
所得NP-GaN DBR反射率实验结果如图2所示,该分布布拉格反射镜在440-510nm之间的反射率约为95%;
(3)将步骤(2)制备的NP-GaN DBR结构置于MOCVD生长室中,首先在1000℃下生长Si掺杂n-GaN,掺杂浓度为8×1018cm-3,厚度约为400nm,生长速率90nm/min。然后将温度升至1070℃,生长厚度为1.5μm,掺杂浓度为8×1018cm-3。继续依次进行:
在800℃左右,生长10周期的In0.05Ga0.95N/GaN超晶格结构,其中阱和垒厚度分别为3nm和7nm。继续生长14周期的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱结构,其中阱和垒的生长温度分别为750℃和850℃,生长厚度分别为4nm和10nm。最后,在970℃下,生长掺Mg的p-GaN,其掺杂浓度为~5×1019cm-3,厚度为~280nm。制得具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光LED。
本实施例1所制备的InGaN基蓝光LED与参比LED(对比例1,下同)相比,具有更为平整光滑的表面、发光效率高(如图3所示)、荧光寿命长(如图4所示)等优良特性。
本实施例1所制备的InGaN基蓝光LED与参比LED相比,具有相同的开启电压(如图5所示)。
本实施例1所制备的InGaN基LED,当电流注入时LED发蓝光(如图6所示)。
本实施例1制备InGaN基蓝光LED微观结构如图7所示,图7显示,周期性结构中周期数为12个周期。在周期性结构中无孔洞层为光密介质,纳米多孔层为光疏介质。
对比例1:参比LED的制备
以实施例1步骤(1)的方法在c-面蓝宝石衬底上制备GaN/n-GaN周期性结构,以所得未刻蚀的GaN/n-GaN周期性结构为衬底,采用实施例1步骤(3)完全相同的工艺条件,制备InGaN基蓝光LED。
实施例2:
制备步骤如实施例1所述。所不同的是:
改变电解液种类为HF溶液,溶液浓度为0.3mol/L;其他条件不变。
所制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED发光强度和荧光寿命分别为对比例1参比LED的5-8倍和3-5倍,且表面平整光滑。
实施例3:
制备步骤如实施例1所述。所不同的是:GaN/n-GaN周期性结构中n-GaN掺杂浓度为1×1019cm-3;刻蚀电压为30V。
所制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED发光强度和荧光寿命分别为参比LED的5-8倍和3-5倍,且表面平整光滑。
实施例4:
制备步骤如实施例1所述。所不同的是:采用MOCVD方法在NP-GaN DBR衬底上进行外延生长过程中,n-GaN层最初生长温度由1000℃变为950℃。在950℃温度下,生长n-GaN层厚度为400nm。
所制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED发光强度和荧光寿命分别为参比LED的5-8倍和3-5倍,且表面平整光滑。
对比例2:
制备方法与实施例1相同,所不同的是刻蚀电压由25V增加到45V。制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED表面出现明显的脱落现象,变得凹凸不平。
对比例3:
制备方法与实施例1相同,所不同的是步骤(3)在采用MOCVD方法在NP-GaN DBR上再生长过程中,n-GaN层最初生长温度为1070℃,没有采用分段升温生长模式。制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED,虽表面平整光滑,但表面颜色变黑,有金属镓析出。
对比例4:
制备方法与实施例1相同,所不同的是,GaN/n-GaN周期性结构中n-GaN掺杂浓度由2×1019cm-3增加至6×1019cm-3。制备的具有NP-GaN DBR的InGaN基蓝光LED表面出现明显脱落现象。
Claims (9)
1.一种InGaN基蓝光发光二极管制备方法,包括步骤:
(1)在电解液中,对生长在c-面蓝宝石衬底上的GaN/n-GaN周期性结构进行电化学刻蚀,制得GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜;使该分布布拉格反射镜在440-510nm间光的反射率≥95%;
所述电解液为草酸、HF酸或硝酸的水溶液;所述GaN/n-GaN周期性结构周期数为6-15;
(2)采用MOCVD技术在步骤(1)制备的GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜上依次外延生长n-GaN层、InGaN/GaN超晶格和多量子阱层、Mg掺杂p-GaN层,制得的InGaN基蓝光LED。
2.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(1)中,所述电化学刻蚀包括以下条件之一种或多种:
A1:在电化学刻蚀过程中,以所述GaN/n-GaN周期性结构为阳极,铂(Pt)丝为阴极;
A3:电解液浓度:0.1-1.0mol/L;进一步优选0.2-0.6mol/L;
A4:刻蚀电压:8-40V;进一步优选,刻蚀电压:15-35V;
A5:GaN/n-GaN周期性结构刻蚀速率为20-60nm/min。
3.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(1)中,所述GaN/n-GaN周期性结构为以下之一种或多种:
A6:所述GaN/n-GaN周期性结构中,n-GaN层的掺杂浓度为3×1018-9×1019cm-3;进一步优选,n-GaN层的掺杂浓度为5.0×1018~3×1019cm-3;
A7:所述蓝宝石衬底尺寸为2-英寸;
A8:所述GaN/n-GaN周期性结构中,GaN层厚度为45-70nm,n-GaN层厚度为50-80nm;
A9:所述GaN/n-GaN周期数为10-15;
根据本发明优选的,步骤(2)中,所述n-GaN层是Si掺杂n-GaN薄膜,掺杂浓度为3×1018-9×1019cm-3,生长温度为700-1100℃,厚度为1.5-2.5μm。
4.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(2)中,所述InGaN/GaN超晶格结构是周期为8-12的In0.05Ga0.95N/GaN超晶格结构;每个周期中,In0.05Ga0.95N厚度为2-5nm,GaN厚度为6-8nm。
5.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(2)中,所述多量子阱层是周期13-15的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱结构;优选的,每个周期中,In0.2Ga0.8N厚度为3-7nm,GaN厚度为9-12nm。
6.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(2)所述MOCVD技术包括以下条件之一种或多种:
B1:外延生长过程中,n-GaN层生长温度为700-1070℃;
B2:在800℃,生长10周期的In0.05Ga0.95N/GaN超晶格结构,每个周期中,In0.05Ga0.95N层和GaN层厚度分别为3nm和7nm;
B3:生长14周期的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱结构,其中阱(In0.2Ga0.8N)和垒(GaN)的生长温度分别为750℃和850℃,每个周期中,In0.2Ga0.8N生长厚度为4nm,GaN生长厚度为10nm;
B4:在970℃下,生长掺Mg的p-GaN层,掺杂浓度为~5×1019cm-3,厚度为~280nm。
7.如权利要求1所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤(2)中,先在800-1000℃初始温度生长厚度为300~400nm的n-GaN层,然后在1070℃生长1.2~2.2μm的n-GaN层。
8.如权利要求7所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于,在初始温度生长n-GaN层的生长速率不低于50nm/min,优选60-100nm/min。
9.如权利要求1-8任一项所述的InGaN基蓝光发光二极管制备方法,其特征在于步骤如下:
(1)采用MOCVD技术在c-面蓝宝石衬底上异质外延生长GaN/n-GaN周期性结构,将草酸、HF酸或硝酸溶于去离子水中,配置浓度为0.1-1.0mol/L电解液;以金属Pt线为阴极,GaN/n-GaN周期性结构为阳极,浸入配置好的电解液中;设置刻蚀电压,开始电化学刻蚀,对GaN/n-GaN周期性结构进行刻蚀;刻蚀完成后,关闭刻蚀设备;将刻蚀后的GaN/n-GaN周期性结构从电解液中取出,用去离子水浸泡10-15分钟后,用氮气将其吹干;得GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜;
(2)将GaN/纳米多孔GaN分布布拉格反射镜置于MOCVD***生长室中,在700-1100℃间生长Si掺杂n-GaN薄膜后,然后依次生长InGaN/GaN超晶格和多量子阱层、Mg掺杂p-GaN层,制得InGaN基蓝光LED。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810320236.1A CN108520911A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810320236.1A CN108520911A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108520911A true CN108520911A (zh) | 2018-09-11 |
Family
ID=63432060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810320236.1A Pending CN108520911A (zh) | 2018-04-11 | 2018-04-11 | 一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108520911A (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109830583A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-31 | 西安工程大学 | 一种具有GaN/纳米空腔的蓝光发光二极管的制备方法 |
CN110299435A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-10-01 | 西安工程大学 | 一种具有分布布拉格反射镜的InP薄膜的制备方法 |
CN112095117A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-18 | 西安工程大学 | 一种新型InGaN基光阳极的制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102782818A (zh) * | 2010-01-27 | 2012-11-14 | 耶鲁大学 | 用于GaN装置的基于导电性的选择性蚀刻和其应用 |
CN107078190A (zh) * | 2014-09-30 | 2017-08-18 | 耶鲁大学 | 用于GaN垂直微腔面发射激光器(VCSEL)的方法 |
CN107895690A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-10 | 肖之光 | 一种大面积、高反射率氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法 |
-
2018
- 2018-04-11 CN CN201810320236.1A patent/CN108520911A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102782818A (zh) * | 2010-01-27 | 2012-11-14 | 耶鲁大学 | 用于GaN装置的基于导电性的选择性蚀刻和其应用 |
CN105821435A (zh) * | 2010-01-27 | 2016-08-03 | 耶鲁大学 | 用于GaN装置的基于导电性的选择性蚀刻和其应用 |
CN107078190A (zh) * | 2014-09-30 | 2017-08-18 | 耶鲁大学 | 用于GaN垂直微腔面发射激光器(VCSEL)的方法 |
CN107895690A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-10 | 肖之光 | 一种大面积、高反射率氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109830583A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-05-31 | 西安工程大学 | 一种具有GaN/纳米空腔的蓝光发光二极管的制备方法 |
CN110299435A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-10-01 | 西安工程大学 | 一种具有分布布拉格反射镜的InP薄膜的制备方法 |
CN110299435B (zh) * | 2019-06-20 | 2021-04-23 | 西安工程大学 | 一种具有分布布拉格反射镜的InP薄膜的制备方法 |
CN112095117A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-18 | 西安工程大学 | 一种新型InGaN基光阳极的制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7062757B2 (ja) | 材料および半導体構造を多孔質化する方法 | |
US9385274B2 (en) | Patterned opto-electrical substrate and method for manufacturing the same | |
JP4233268B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 | |
US8859399B2 (en) | Method of at least partially releasing an epitaxial layer | |
CN102782818B (zh) | 用于GaN装置的基于导电性的选择性蚀刻和其应用 | |
CN101232068B (zh) | 半导体发光元件 | |
KR101038923B1 (ko) | 개선된 발광 효율을 갖는 발광 다이오드 및 이의 제조방법 | |
TWI445052B (zh) | 藉由金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)於多孔性氮化鎵(GaN)模板上氮化銦鎵(InGaN)之生長 | |
CN107895690A (zh) | 一种大面积、高反射率氮化镓/纳米多孔氮化镓分布布拉格反射镜的制备方法 | |
CN108520911A (zh) | 一种具有纳米多孔GaN分布布拉格反射镜的InGaN基蓝光发光二极管的制备方法 | |
WO2014004261A1 (en) | Lateral electrochemical etching of iii-nitride materials for microfabrication | |
TWI396297B (zh) | 發光二極體結構及其製造方法 | |
CN114256395B (zh) | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 | |
Yang et al. | Fabrication, annealing, and regrowth of wafer-scale nanoporous GaN distributed Bragg reflectors | |
JP4765415B2 (ja) | 発光ダイオード及びその製造方法 | |
Zhao et al. | Enhancement in light-emission efficiency of InGaN/GaN multiple quantum well layer by a porous-GaN mirror | |
CN112095117B (zh) | 一种InGaN基光阳极的制备方法 | |
JP2008227542A (ja) | 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法 | |
CN109830583A (zh) | 一种具有GaN/纳米空腔的蓝光发光二极管的制备方法 | |
CN114759126B (zh) | 基于氮化物单晶衬底的半导体器件结构及其制备方法 | |
GB2483689A (en) | A method of reducing the density of threading dislocations in light emitting devices, by the selective creation of cavities | |
TWI336961B (en) | Light emitting diode structure and manufacturing method of the same | |
CN110190511B (zh) | 基于多孔AlGaN的紫外分布布拉格反射镜及其制备方法 | |
CN118016770A (zh) | 具有中孔GaN DBR的中孔GaN基LED的制备方法 | |
CN110299435B (zh) | 一种具有分布布拉格反射镜的InP薄膜的制备方法 |
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 | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180911 |