CN110459654A - 紫外led外延结构 - Google Patents
紫外led外延结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110459654A CN110459654A CN201910723657.3A CN201910723657A CN110459654A CN 110459654 A CN110459654 A CN 110459654A CN 201910723657 A CN201910723657 A CN 201910723657A CN 110459654 A CN110459654 A CN 110459654A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- ultraviolet led
- led epitaxial
- superlattices
- 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 claims abstract description 23
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- H01L33/325—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen characterised by the doping materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种紫外LED外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由InaGa1‑aN量子阱层和GaN/InbAl1‑bN超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1‑bN超晶格势垒层为InbAl1‑bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0.16<b<0.18，有效解决现有紫外LED外延结构中出现的界面缺失、AlGaN势垒中存在的晶体缺陷等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其是一种紫外LED外延结构。
背景技术
在365nm-370nm波长范围的GaN基紫外LED结构中，有源发光区一般采用多量子阱结构，其中，阱层使用InGaN材料，势垒层使用AlGaN材料，且AlGaN势垒层必须有较高的Al组分(>12％)以把载流子限制在量子阱中，提高多量子阱结构的内量子效率。但高Al组分的AlGaN势垒和InGaN量子阱之间存在较明显的晶格失配的情况，导致产生界面缺陷和粗糙的外延表面。另外，为了防止InGaN量子阱在高温下被破坏，AlGaN势垒层的生长温度一般不能太高，而低温下生长的高Al组分的AlGaN势垒中存在大量点缺陷，制约着低波段紫外LED的内量子效率。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提供了一种紫外LED外延结构，有效解决现有紫外LED外延结构中出现的界面缺陷、AlGaN势垒中存在的晶体缺陷等技术问题。
本发明提供的技术方案为：
一种紫外LED外延结构，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0.16<b<0.18。
进一步优选地，InaGa1-aN量子阱层的厚度为1～5nm，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层的厚度为10～20nm。
进一步优选地，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层掺杂有浓度在5×1016～5×1018cm-2之间的硅。
在本发明提供的紫外LED外延结构，以短周期的GaN/InbAl1-bN超晶格结构取代原高Al组分的AlGaN势垒层，在获得高Al组分的准AlGaN势垒的同时，有效解决了高Al组分与界面缺陷、晶体缺陷和表面形貌之间的矛盾，实现了高晶体质量紫外LED多量子阱结构，减少了紫外LED中高Al组分势垒层本身的晶体缺陷及高Al组分势垒层和InGaN量子阱之间界面缺陷的同时，提高了紫外LED的发光效率。
附图说明
图1为本发明中紫外LED外延结构示意图；
图2为一实例中GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层结构示意图；
图3为有源区发光层的表面AFM图片。
附图标记：
1-生长衬底层，2-应力控制层，3-n型电流扩展层，4-有源区发光层，5-p型电流扩展层，41-InaGa1-aN量子阱层，42-GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本发明提供的紫外LED(发光波长365-370nm)外延结构示意图，从图中看出，该紫外LED外延结构中包括：在生长衬底(图示中，为硅衬底层1)表面依次生长的应力控制层2、n型电流扩展层3、有源区发光层4及p型电流扩展层5；其中，有源区发光层4为由InaGa1-aN量子阱层41和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层42形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05(根据需求的发光波长进行调整)，0.16<b<0.18(实现和GaN的晶格匹配)。在该结构中，InaGa1-aN量子阱层41的厚度为1～5nm，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层42的厚度为10～20nm，且GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层掺杂有浓度在5×1016～5×1018cm-2之间的硅。在一实例中，如图2所示，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为由4个周期的InbAl1-bN层和GaN层形成的周期结构。
在一实例中，使用MOCVD生长设备、选用Si(111)衬底为硅衬底层1、非掺杂AlN/AlGaN层为应力控制层2，Si掺杂的AlGaN层作为n型电流扩展层3，InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层组成的多量子阱结构作为有源区发光层4，Mg掺杂的AlGaN层作为p型电流扩展层5，具体：
首先，将硅衬底层1放置到MOCVD反应室中，升温到1100℃，并通入H2进行高温表面清洁处理。
随后，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基铝(TMAl)、氨气(NH3)，在H2作为载气的条件下生长一层AlN，相同条件下在AlN上通过三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)、氨气(NH3)生长一层AlGaN，形成应力控制层2。
紧接着，以硅烷(SiH4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×1018cm-3，生长温度在900～1100℃，实现n型电流扩展层3的生长，生长出来的n型电流扩展层3为Al组分7％的n型Al0.07Ga0.93N层，厚度3000nm。
之后，反应室温度为750℃，以氮气(N2)作为载气，通入三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、氨气(NH3)生长厚度为3nm的In0.02Ga0.98N量子阱层；接着将反应室温度升高到850℃，通入三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、氨气(NH3)生长厚度为1.5nm的In0.17Al0.83N层，之后在相同温度下通入三乙基镓(TEGa)、氨气(NH3)生长1nm的GaN层，In0.17Al0.83N层和GaN层中均通入硅烷(SiH4)进行掺杂，掺杂浓度2×1018cm-3。重复生长6个周期制备得到GaN/In0.17Al0.83N超晶格势垒层，及重复生长5个周期的In0.02Ga0.98N量子阱层和GaN/In0.17Al0.83N超晶格势垒层得到有源区发光层4。该量子阱结构的发光波长365nm，属于近紫外波段。
最后，以H2或者N2作为载气，通入TMAl、TMGa及NH3，且以二茂镁(Cp2Mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。
如图3所示为有源区发光层4的表面AFM图片，其中，图3(a)为本实例中由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的有源区发光层的表面AFM图片；图3(b)为现有技术中高组分AlGaN势垒层形成的有源区发光层的表面AFM图片，从图中可以看出，图3(a)相比于图3(b)表面形貌有了很明显的改。
将紫外LED芯片(包括本实例中LED芯片和高Al组分LED芯片)切割成1.125*1.125mm大小，在350mA电流下进行光功率测量，本实例中LED芯片的光功率为422mW，高Al组分LED芯片的光功率为403mW，可见，使用本发明方法制备得到的紫外LED芯片的光功率得到了提升。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种紫外LED外延结构，其特征在于，包括：在生长衬底表面依次生长的应力控制层、n型电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层；其中，有源区发光层为由InaGa1-aN量子阱层和GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层形成的周期性结构，周期为5～8；GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层为InbAl1-bN层和GaN层形成的周期性结构，周期为4～8，且0.01<a<0.05，0.16<b<0.18。
2.如权利要求1所述的紫外LED外延结构，其特征在于，InaGa1-aN量子阱层的厚度为1～5nm，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层的厚度为10～20nm。
3.如权利要求1或2所述的紫外LED外延结构，其特征在于，GaN/InbAl1-bN超晶格势垒层掺杂有浓度在5×1016～5×1018cm-2之间的硅。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910723657.3A CN110459654A (zh) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 紫外led外延结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910723657.3A CN110459654A (zh) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 紫外led外延结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110459654A true CN110459654A (zh) | 2019-11-15 |
Family
ID=68485061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910723657.3A Pending CN110459654A (zh) | 2019-08-07 | 2019-08-07 | 紫外led外延结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110459654A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111933757A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-11-13 | 北京大学 | 一种AlGaN基深紫外量子阱及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090065762A1 (en) * | 2007-09-10 | 2009-03-12 | Seoul Opto Device Co., Ltd. | Light emitting diode with improved structure |
| CN105070805A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-18 | 晶能光电（常州）有限公司 | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 |
| CN108682719A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种多量子阱层、led外延结构及其制备方法 |
| CN109786522A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-05-21 | 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 |
-
2019
- 2019-08-07 CN CN201910723657.3A patent/CN110459654A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090065762A1 (en) * | 2007-09-10 | 2009-03-12 | Seoul Opto Device Co., Ltd. | Light emitting diode with improved structure |
| CN105070805A (zh) * | 2015-08-17 | 2015-11-18 | 晶能光电（常州）有限公司 | 一种硅基氮化物紫外led外延结构及其实现方法 |
| CN108682719A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-10-19 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种多量子阱层、led外延结构及其制备方法 |
| CN109786522A (zh) * | 2019-01-07 | 2019-05-21 | 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 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111933757A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-11-13 | 北京大学 | 一种AlGaN基深紫外量子阱及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104919604B (zh) | 氮化物半导体发光元件 | |
| JP3778344B2 (ja) | 発光半導体デバイスの製造方法 | |
| CN101488550B (zh) | 高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED的制造方法 | |
| CN115458650B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| JP6587673B2 (ja) | 発光素子 | |
| CN104362233A (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN101488548A (zh) | 一种高In组分多InGaN/GaN量子阱结构的LED | |
| CN110148652B (zh) | 发光二极管的外延片的制备方法及外延片 | |
| CN104810445A (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN111063772A (zh) | 高光效紫外led外延结构 | |
| CN103456852B (zh) | 一种led外延片及制备方法 | |
| CN106229397B (zh) | 一种发光二极管外延片的生长方法 | |
| US9601654B2 (en) | Method of producing group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| CN107863421A (zh) | 发光器件及其制造方法 | |
| CN110459654A (zh) | 紫外led外延结构 | |
| CN110473940A (zh) | 紫外led的外延结构 | |
| CN115863503A (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led | |
| KR100728132B1 (ko) | 전류 확산층을 이용한 발광 다이오드 | |
| CN113571607B (zh) | 高发光效率的发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN104966767A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN115377260A (zh) | 一种led外延片、制备方法及电子设备 | |
| CN111129243B (zh) | GaN基紫外LED外延结构 | |
| KR20090030652A (ko) | 질화물계 발광소자 | |
| KR100925164B1 (ko) | ｐ형 질화물 반도체층 형성 방법 및 그것을 갖는 발광 소자 | |
| KR100881053B1 (ko) | 질화물계 발광소자 |
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 | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 330096 No. 699, Aixi Hubei Road, Nanchang High-tech Development Zone, Jiangxi Province Applicant after: Jingneng optoelectronics Co.,Ltd. Address before: 330096 No. 699, Aixi Hubei Road, Nanchang High-tech Development Zone, Jiangxi Province Applicant before: LATTICE POWER (JIANGXI) Corp. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191115 |