CN116344696B - 复合三维成核层及其制备方法、外延片及发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合三维成核层及其制备方法、外延片及发光二极管，该复合三维成核层包括：包括二维成核准备层、层叠在所述二维成核准备层上的成核点层、包裹在所述成核点层上的第一三维成核层、以及层叠在所述第一三维成核层上的第二三维成核层；其中，所述二维成核准备层为AlN层，所述成核点层为In成核点层，所述第一三维成核层为AlInGaN层，所述第二三维成核层为GaN层。本发明解决了现有技术中的外延片由于GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度不好控制而导致发光效率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种复合三维成核层及其制备方法、外延片及发光二极管。
背景技术
近年来，随着科学技术的不断进步，在半导体材料方面取得的成果也越来越明显，特别是，及其合金化合物等族氮化物半导体材料，更是得到了快速的发展。其中，GaN材料作为族化合物半导体材料的代表，由于其拥有着优良的物理、化学性质和十分广泛的应用前景，逐渐成为研究的热点。在光电器件方面，随着对族氮化物材料和器件的研究与开发工作的不断深入，超高亮度蓝光、绿光技术己经实现商品化蓝光己经成为目前世界各大公司和研究机构的重点开发项目。
目前最常用的生长方法是用金属有机气相沉淀法在其他衬底材料上进行异质外延生长的。由于衬底材料性质的不同，其对后续结构的生长以及晶体质量等的影响均有不同表现。而三维成核层对GaN外延层的的位错密度及晶体质量影响巨大。
现有技术中，通常在非掺杂GaN层沉积一层GaN三维成核层,以此来提高晶体质量。但是因GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度不好控制，对GaN外延层的晶体质量及发光性能影响巨大，从而容易导致外延片发光效率低的问题。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种复合三维成核层及其制备方法、外延片及发光二极管，旨在解决现有技术中的外延片由于GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度不好控制而导致发光效率低的问题。
本发明实施例是这样实现的：
一方面，本发明提出一种复合三维成核层，包括二维成核准备层、层叠在所述二维成核准备层上的成核点层、包裹在所述成核点层上的第一三维成核层、以及层叠在所述第一三维成核层上的第二三维成核层；
其中，所述二维成核准备层为AlN层，所述成核点层为In成核点层，所述第一三维成核层为AlInGaN层，所述第二三维成核层为GaN层。
另外，根据本发明提出的复合三维成核层，至少还可以具有如下的附加技术特征：
进一步的，所述二维成核准备层厚度为1 nm~100 nm；
所述成核点层的厚度为1 nm ~50 nm，所述成核点层包括间隔设置的多个成核岛，任意相邻的两个所述成核岛的间距为1 nm ~100 nm；
进一步的，所述第一三维成核层的厚度为0.1 um ~1 um；
进一步的，所述第二三维成核层的厚度均为0.5 um ~5 um。
进一步的，所述第一三维成核层的Al组分0~0.5，In组分0~0.1。
另一方面，本发明提出一种复合三维成核层的制备方法，用于制备上述的复合三维成核层，所述制备方法包括：
通入生长所需的源及生长气氛；
生长AlN层以得到二维成核准备层，在所述二维成核准备层上生长In点层以得到成核点层；
依次在所述成核点层上沉积AlInGaN层、GaN层以形成第一三维成核层以及第二三维成核层，最终得到复合三维成核层。
进一步的，上述复合三维成核层的制备方法，其中，所述二维成核准备层的生长温度为800℃~1000℃。
进一步的，上述复合三维成核层的制备方法，其中，所述成核点层、第一三维成核层、第二三维成核层的生长温度均为900℃~1100℃。
进一步的，上述复合三维成核层的制备方法，其中，所述二维成核准备层、成核点层、第一三维成核层以及第二三维成核层的生长压力均为50~500 torr。
进一步的，上述复合三维成核层的制备方法，其中，所述二维成核准备层的生长气氛为N2/NH3，N2/NH3的比例为1:5~5:1；
所述第一三维成核层、第二三维成核层的生长气氛为N2/H2/NH3，N2/H2/NH3的比例1:1:1~1:10:5。
再一方面，本发明还提出一种外延片，包括上述的复合三维成核层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层；
所述缓冲层、复合三维成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层依次层叠在所述衬底上。
再一方面，本发明还提出一种发光二极管，包括上述的外延片。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
沉积AlN二维成核准备层为In成核点层提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，提高In成核点在AlN二维成核准备层形成几率。沉积In成核点层利用In在外延层表面易团聚成核，通过控制In成核点层形成的密度可以保证成核密度，避免后续成核层过早的合并形成位错。沉积在AlInGaN三维成核层的晶格常数可以通过改变材料中Al/In元素的组分比，可以达到和GaN面内晶格常数的完全匹配，降低与GaN的晶格失配，提高后续GaN三维成核层的晶体质量。沉积GaN三维成核层使得成核点继续扩大合并，由于前期控制成核点的密度，所以合并之后产生的位错密度较低，提高了GaN外延层的晶体质量，进而避免了由于GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度造成的发光效率低的问题，并且减少发光二极管因缺陷发生非辐射复合，最终提高了发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为本发明一实施例当中的外延片的结构示意图；
图2为本发明一实施例当中的复合三维成核层制备方法的流程图；
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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。
本发明实施例针对由于GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度不好控制而导致发光效率低的问题，提出了一种复合三维成核层及其制备方法、外延片及发光二极管，其中：
请参阅图1，所示为本发明一实施例当中提出的外延片的结构示意图，该外延片包括：
衬底100，依次层叠在所述衬底100上的缓冲层200、复合三维成核层300、非掺杂GaN层400、n型GaN层500、多量子阱层600、电子阻挡层700以及P型GaN层800。
其中，复合三维成核层300，包括二维成核准备层310、层叠在二维成核准备层310上的成核点层320、包裹在成核点层320上的第一三维成核层330、以及层叠在第一三维成核层330上的第二三维成核层340。
具体的，二维成核准备层310为AlN层，所述成核点层320为In层，所述第一三维成核层330为AlInGaN层，所述第二三维成核层340为GaN层。
可以理解的，沉积AlN层的二维成核准备层310为成核点层320提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，提高成核点在二维成核准备层310形成几率。沉积成核点层320利用In在外延层表面易团聚成核，通过控制成核点层320形成的密度可以保证成核密度，避免后续成核层过早的合并形成位错。沉积在AlInGaN三维成核层的晶格常数可以通过改变材料中Al/In元素的组分比，可以达到和GaN面内晶格常数的完全匹配，降低与GaN的晶格失配，提高后续GaN三维成核层的晶体质量。沉积GaN三维成核层使得成核点继续扩大合并，由于前期控制成核点的密度，所以合并之后产生的位错密度较低，提高了GaN外延层的晶体质量，进而避免了由于GaN三维成核层成核密度及后成核层合并所形成的位错密度造成的发光效率低的问题，并且减少发光二极管因缺陷发生非辐射复合，最终提高了发光二极管的发光效率。
具体的，二维成核准备层310厚度为1 nm~100 nm；成核点层320的厚度为1 nm ~50nm、其中，成核点层320包括多个间隔设置的成核岛，多个成核岛铺设于二维成核准备层310上，任意相邻的两个成核岛的间距为1 nm ~100 nm；第一三维成核层330的厚度为0.1 um ~1 um；第二三维成核层340的厚度均为0.5 um ~5 um。更具体的，第一三维成核层330的Al组分0~0.5，In组分0~0.1。
示例性的，衬底100可选用蓝宝石衬底、SiO2蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种，在本实施例当中，衬底100选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理，高温下有很好的稳定性.
缓冲层200可以采用AlN/GaN，其厚度为10nm ~50 nm，选用在应用材料PVD中沉积AlN层，其厚度为15 nm，采用AlN层的缓冲层200提供了与衬底100取向相同的成核中心，释放了GaN和衬底100之间的晶格失配产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，进一步的生长提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，转变为二维外延生长。
在本实施例中，采用中微A7 MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition金属有机气相沉积，简称MOCVD)设备，高纯H2(氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
优选的，可以将已镀完AlN层的蓝宝石衬底转入MOCVD中，在H2气氛进行预处理1min ~10 min，处理温度为1000℃～1200℃，再对蓝宝石衬底进行氮化处理，提升缓冲层200的晶体质量，并且可以有效提高后续沉积GaN外延层的晶体质量。
可选地，非掺杂的GaN层生长温度为1050℃~1200℃，压力100~600 torr，厚度为1um ~5 um。
优选的，非掺杂GaN层400生长温度1100℃，生长压力150 torr，生长厚度2~3 um，非掺杂GaN层400生长温度较高，压力较低，制备的到GaN的晶体质量较优，同时厚度随着GaN厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低，但提高GaN层厚度对Ga源材料消耗较大，大大提高了LED的外延成本，因此目前LED外延片通常非掺杂GaN生长2~3 um，不仅节约生产成本，而且GaN材料又具有较高的晶体质量。
可选的，n型GaN层500的生长温度为1050℃~1200℃，压力100torr ~600torr，厚度为2um ~3 um，Si掺杂浓度为1E19 atoms/cm3~5E19 atoms/cm3。
优选的，n型GaN层500的生长温度为1120℃，生长压力为100 torr，生长厚度为2um~3um，Si掺杂浓度为2.5E19 atoms/cm3，首先n型GaN层500为LED发光提供充足电子，其次，n型GaN层500的电阻率要比p-GaN上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效的降低n型GaN层500电阻率，最后n型GaN足够的厚度可以有效释放应力发光二极管的发光效率。
可选地，多量子阱层600为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数6~12个，其中InGaN量子阱层生长温度为790℃~810℃，厚度为2nm ~5nm，生长压力50torr~300 torr，AlGaN量子垒层生长温度为800℃~900℃，厚度为5nm ~15nm，生长压力50torr ~300 torr，Al组分为0.01~0.1。
优选的，多量子阱层600为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数为10个，其中InGaN量子阱生长温度为795℃，厚度为3.5nm，压力200torr，In组分为0.22，AlGaN量子垒层生长温度为855℃，厚度为9.8nm，生长压力为200torr，Al组分为0.05，多量子阱为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴波函数交叠程度，从而提高 LED 器件发光效率。
可选地，电子阻挡层700为AlInGaN层，厚度为10 nm ~40 nm，生长温度为900℃-1000℃，压力为100~300 torr，其中Al组分0.005<x<0.1,In组分浓度为0.01<y<0.2。
优选的，电子阻挡层700为AlInGaN层，厚度为15 nm，其中Al组分浓度延外延层生长方向有0.01渐变至0.05，In组分浓度为0.01，生长温度965℃，生长压力200torr，既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
可选地，P型GaN层800的生长温度900-1050℃，厚度10~50nm，生长压力100 torr ~600 torr，Mg掺杂浓度1E+19 atoms/cm3~1E+21 atoms/cm3。
优选的，P型GaN层800生长温度985℃，厚度15nm，生长压力200 torr，Mg掺杂浓度2E+20 atoms/cm3，Mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度。同时，对于含V 形坑的外延片结构来说，P型GaN层800较高的生长温度也有利于合并V形坑，得到表面光滑的LED外延片。
请参阅图2，另一方面，本发明实施例提出的复合三维成核层制备方法，用于制备上述的复合三维成核层，所述外延片制备方法包括步骤S10~S12。
步骤S10，通入生长所需的源及生长气氛。
其中，通过Ga源、In源以及Al源等生长所需的源、以及生长气氛为生长复合三维成核层提供准备条件，具体的，开启NH3/N2，通入TMAl，沉积AlN二维成核准备层，关闭NH3，开启N2，通入TMIn，沉积In成核点层，开启NH3/N2/H2,通入TMAl/TMIn/TMGa，沉积AlInGaN三维成核层，开启NH3/N2/H2, 关闭TMAl/TMIn，通入TMGa，沉积GaN三维成核层。
其中，二维成核准备层的生长气氛为N2/NH3，N2/NH3的比例为1:5~5:1；第一三维成核层、第二三维成核层的生长气氛为N2/H2/NH3，N2/H2/NH3的比例1:1:1~1:10:5。
步骤S11，生长AlN层以得到二维成核准备层，在所述二维成核准备层上生长In点层以得到成核点层。
具体的，二维成核准备层的生长温度为800℃~1000℃，成核点层的生长温度为900℃~1100℃，二维成核准备层的生长压力为50torr ~500 torr，成核点层的生长压力为50torr ~500 torr。
步骤S12，依次在所述成核点层上沉积AlInGaN层、GaN层以形成第一三维成核层以及第二三维成核层，最终得到复合三维成核层。
具体的，第一三维成核层、第二三维成核层的生长温度均为900℃~1100℃，第一三维成核层、第二三维成核层的生长压力为50torr ~500 torr。
优选的，AlN二维成核准备层厚度为35 nm, In成核点层厚度为10 nm，成核点层320包括多个间隔设置的成核岛，相邻两个成核岛的间距为25 nm，AlInGaN三维成核层厚度为0.5 um，GaN三维成核层厚度为2.5 um。AlInGaN三维成核层Al组分0.2，In组分0.04。AlN二维成核准备层生长气氛N2/NH3比例2:3，AlInGaN三维成核层/GaN三维成核层生长气氛N2/H2/NH3比例1:5:3。AlN二维成核准备层生长温度825℃, In成核点层/AlInGaN三维成核层/GaN三维成核层生长温度1050℃。AlN二维成核准备层/In成核点层/AlInGaN三维成核层/GaN三维成核层生长压力300 torr。
另一方面，本发明实施例提出的发光二极管，包括上述的外延片。
为了便于理解本发明，下面将参照相关实施例对本发明进行更全面的描述。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。
实施例1
提供一衬底；
在PVD设备内，在衬底上生长AlN层；
在MOCVD设备内，依次生长二维成核准备层、层叠在所述二维成核准备层上的成核点层、包裹在所述成核点层上的第一三维成核层、以及层叠在所述第一三维成核层上的第二三维成核层；
在第二三维成核层依次生长非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层。
其中，AlN二维成核准备层的厚度(nm)为35、In成核点层的厚度(nm)为10，成核点层包括多个间隔设置的成核岛，相邻两个成核岛的间距(nm)为25、AlInGaN三维成核层厚度(um)为0.5、GaN三维成核层的厚度(um) 为2.5、AlInGaN三维成核层的Al组分/In组分为0.2/0.04。
实施例2
本发明实施例2也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，AlN二维成核准备层的厚度(nm)为25、In成核点层的厚度(nm)为5。
实施例3
本发明实施例3也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，AlN二维成核准备层的厚度(nm)为45、In成核点层的厚度(nm)为15、相邻两个成核岛的间距(nm)为30。
实施例4
本发明实施例4也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
AlInGaN三维成核层厚度(um)为0.2。
实施例5
本发明实施例5也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，AlInGaN三维成核层厚度(um)为1nm。
实施例6
本发明实施例6也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，GaN三维成核层的厚度(um) 为1.5。
实施例7
本发明实施例7也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，GaN三维成核层的厚度(um) 为3。
实施例8
本发明实施例8也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，AlInGaN三维成核层的Al组分/In组分为0.3/0.07。
实施例9
本发明实施例9也提出一种外延片制备方法，本实施例当中的外延片制备方法与实施例1当中的外延片制备方法的不同之处在于：
其中，AlInGaN三维成核层的Al组分/In组分为0.1/0.02。
为了与本发明上述实施例进行对比，本发明实施例还提出以下对照例。
对照例1
本发明对照例一也提出一种外延片制备方法，本对照例当中的外延片制备方法与实施例一当中的外延片制备方法的不同之处在于：
三维成核层为厚度为2.5 um 的GaN三维成核层。
请参阅下表 1，所示为本发明上述实施例 1~9及对照例1对应的参数以及性能提升。
表1
需要说明的是，为了保证验证结果的可靠性，本发明上述实施例 1-9、及对照例 1对应制备外延片时除上述参数不同以外、其它都应当相同，例如外延片的每一层的制备工艺及参数都应当保持一致。
结合实施例1至实施例9可以明显看出，适当的成核点层厚度和相邻成核岛的间距可以促进有效控制成核点层的密度，避免后续成核层过早的合并形成位错；适当的二维成核准备层厚度提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角，提高成核点在二维成核准备层形成几率，最终减少成核生长时产生的缺陷，最终提高发光二极管的发光效率。
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)
1.一种复合三维成核层，其特征在于，包括二维成核准备层、层叠在所述二维成核准备层上的成核点层、包裹在所述成核点层上的第一三维成核层、以及层叠在所述第一三维成核层上的第二三维成核层；
其中，所述二维成核准备层为AlN层，所述成核点层为In成核点层，所述第一三维成核层为AlInGaN层，所述第二三维成核层为GaN层。
2.根据权利要求1所述的复合三维成核层，其特征在于，所述二维成核准备层厚度为1nm~100 nm；
所述成核点层的厚度为1nm ~50 nm，所述成核点层包括间隔设置的多个成核岛，任意相邻的两个所述成核岛的间距为1nm ~100 nm；
所述第一三维成核层的厚度为0.1um ~1 um；
所述第二三维成核层的厚度均为0.5um ~5 um。
3.根据权利要求1所述的复合三维成核层，其特征在于，所述第一三维成核层的Al组分0~0.5，In组分0~0.1。
4.一种复合三维成核层的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至3中任一项所述的复合三维成核层，所述制备方法包括：
通入生长所需的源及生长气氛；
生长AlN层以得到二维成核准备层，在所述二维成核准备层上生长In点层以得到成核点层；
依次在所述成核点层上沉积AlInGaN层、GaN层以形成第一三维成核层以及第二三维成核层，最终得到复合三维成核层。
5.根据权利要求4所述的复合三维成核层的制备方法，其特征在于，所述二维成核准备层的生长温度为800℃~1000℃。
6.根据权利要求4所述的复合三维成核层的制备方法，其特征在于，所述成核点层、第一三维成核层、第二三维成核层的生长温度均为900℃~1100℃。
7.根据权利要求4所述的复合三维成核层的制备方法，其特征在于，所述二维成核准备层、成核点层、第一三维成核层以及第二三维成核层的生长压力均为50 torr ~500 torr。
8.根据权利要求4所述的复合三维成核层的制备方法，其特征在于，所述二维成核准备层的生长气氛为N2/NH3，N2/NH3的比例为1:5~5:1；
所述第一三维成核层、第二三维成核层的生长气氛为N2/H2/NH3，N2/H2/NH3的比例1:1:1~1:10:5。
9.一种外延片，其特征在于，包括权利要求1至3中任一项所述的复合三维成核层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层；
所述缓冲层、复合三维成核层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层依次层叠在所述衬底上。
10.一种发光二极管，其特征在于，包括根据权利要求9所述的外延片。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103489968A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-01 | 中国科学院半导体研究所 | 利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法 |
| CN113628953A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-11-09 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 氮化物材料的制备方法及氮化物半导体器件 |
| WO2021233305A1 (zh) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 华为技术有限公司 | 氮化物外延片及其制备方法和半导体器件 |
| CN114628555A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-06-14 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN114883460A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-09 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN115020552A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-06 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 |
| CN115985959A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-18 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 具有复合缓冲层的氮化物半导体器件及其制备方法 |
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-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103489968A (zh) * | 2013-09-09 | 2014-01-01 | 中国科学院半导体研究所 | 利用AlInGaN制作氮化镓外延薄膜的方法 |
| WO2021233305A1 (zh) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 华为技术有限公司 | 氮化物外延片及其制备方法和半导体器件 |
| CN113628953A (zh) * | 2021-06-17 | 2021-11-09 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 氮化物材料的制备方法及氮化物半导体器件 |
| CN114628555A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-06-14 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN114883460A (zh) * | 2022-05-19 | 2022-08-09 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN115020552A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-09-06 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN基LED外延片、外延生长方法及LED芯片 |
| CN115985959A (zh) * | 2022-12-30 | 2023-04-18 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 具有复合缓冲层的氮化物半导体器件及其制备方法 |
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