CN116705927A - Led外延片及其制备方法、led - Google Patents
Led外延片及其制备方法、led Download PDFInfo
- Publication number
- CN116705927A CN116705927A CN202310994188.5A CN202310994188A CN116705927A CN 116705927 A CN116705927 A CN 116705927A CN 202310994188 A CN202310994188 A CN 202310994188A CN 116705927 A CN116705927 A CN 116705927A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gan
- growth
- oxidation
- dimensional
- 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 13
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 50
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 32
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 48
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 14
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 8
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 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
- H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
- H01L23/60—Protection against electrostatic charges or discharges, e.g. Faraday shields
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种LED外延片及其制备方法、LED,涉及半导体光电器件领域。LED外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,所述二维填平层包括依次层叠于所述三维生长层上的GaN填平层和第二GaN氧化层,所述第一GaN氧化层为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得,所述第二GaN氧化层为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得,第一GaN氧化层的氧化温度小于第二GaN氧化层的氧化温度。实施本发明,可提升抗静电性能、发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域,尤其涉及一种LED外延片及其制备方法、LED。
背景技术
GaN基发光二极管已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。目前常用于GaN基发光二极管一般采用异质衬底,由于衬底与GaN材料存在严重的晶格失配,一般采用MOCVD方法生长GaN产生的位错缺陷密度高,位错缺陷严重破坏了GaN原本的晶体排序,有的位错从LED外延结构的底层延伸,造成LED器件漏电通道增多,从而造成LED抗静电能力减弱。
此外,现有的GaN基发光二极管外延结构中,一般在N型层与缓冲层之间设置非掺杂GaN层,以减少位错缺陷。其一般通过2步法进行生长,即先进行3D-GaN生长,再转变为2D-GaN生长,但是在三维岛合并转变为二维生长的过程中,在其界面处依然存在大量的位错缺陷,影响外延的表面平整度和发光二极管的抗静电能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种LED外延片及其制备方法,其可提升发光二极管的抗静电性能和发光效率。
本发明还要解决的技术问题在于,提供一种LED。
为了解决上述问题,本发明公开了一种LED外延片,其包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,所述二维填平层包括依次层叠于所述三维生长层上的GaN填平层和第二GaN氧化层,所述第一GaN氧化层为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得,所述第二GaN氧化层为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得;
所述第一GaN氧化层的氧化温度小于所述第二GaN氧化层的氧化温度,以使所述第二GaN氧化层中Ga2O3的含量大于第一GaN氧化层中Ga2O3的含量。
作为上述技术方案的改进,所述第一GaN氧化层的氧化温度为700℃~900℃,所述第二GaN氧化层的氧化温度为1000℃~1200℃。
作为上述技术方案的改进,所述AlGaN岛层的厚度为30nm~200nm,Al组分占比为0.4~0.6;所述第一GaN氧化层的厚度为5nm~50nm。
作为上述技术方案的改进,所述GaN填平层的厚度为50nm~300nm,所述第二GaN氧化层的厚度为20nm~100nm。
作为上述技术方案的改进,所述缓冲层为AlN层,其通过PVD法制成;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的Al金属层、AlGaN岛层和第一GaN氧化层。
作为上述技术方案的改进,所述Al金属层的厚度为1nm~10nm。
相应的,本发明还公开了一种LED外延片的制备方法,用于制备上述的LED外延片,其包括:
提供衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,所述二维填平层包括依次层叠于所述三维生长层上的GaN填平层和第二GaN氧化层,所述第一GaN氧化层为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得,所述第二GaN氧化层为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得;
所述第一GaN氧化层的氧化温度小于所述第二GaN氧化层的氧化温度,以使所述第二GaN氧化层中Ga2O3的含量大于第一GaN氧化层中Ga2O3的含量。
作为上述技术方案的改进,所述AlGaN岛层的生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr;
所述第一GaN氧化层的制备方法为,在800℃~1050℃、200torr~500torr条件下生长第一GaN层,然后在氧气气氛中,700℃~900℃下氧化10min~20min,即得到第一GaN氧化层;
所述GaN填平层的生长温度为1100℃~1300℃,生长压力为100torr~200torr;
所述第二GaN氧化层的制备方法为:在1100℃~1300℃、100torr~200torr条件下生长第二GaN层,然后在氧气气氛中,1000℃~1200℃下氧化10min~20min,即得到第二GaN氧化层。
作为上述技术方案的改进,所述三维生长层还包括Al金属层,其生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr。
实施本发明,具有如下有益效果:
1、本发明的LED外延片,在缓冲层与非掺杂GaN层之间***了三维生长层和二维填平层,其中,三维生长层包括依次层叠的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,二维填平层包括依次层叠的GaN填平层和第二GaN氧化层。AlGaN岛层较传统的GaN岛层而言晶格质量更高,三维岛的分布相对均匀。第一GaN氧化层以GaON材质和Ga2O3材质为主,一者其具有较高的击穿场,晶格质量较好。二者,第一GaN氧化层在氧化时,相当于一个退火再结晶的过程,使得AlGaN岛更加均匀,大小更加一致。GaN填平层可合并填平三维生长层,进一步的,后续生长的第二GaN氧化层的晶格质量高,可减少三维生长层合并时的位错缺陷。第二GaN氧化层也以GaON材质和Ga2O3材质为主,本身可以提升器件的抗静电能力,此外,其氧化时也对GaN填平层进行了退火,会使得三维岛合并时产生的位错缺陷发生扭曲和湮灭。综合以上,本发明的LED外延片解决了传统LED外延2步生长法中三维岛合并时缺陷位错多,产生的外延表面平整度差,器件抗静电性能差的问题,提升了发光效率。
2、本发明的LED外延片中在以PVD法生长的AlN层作为缓冲层时,三维生长层包括依次层叠的Al金属层、AlGaN岛层和第一GaN氧化层。这是由于PVD法生长的AlN缓冲层平整度高,在其上面直接进行3D生长相对困难。本发明通过先生长Al金属层,其在AlGaN岛层生长时可发挥定位作用,提升AlGaN岛层中AlGaN岛的晶格质量,使得其大小更一致,分布更均匀,减少了位错的产生,也为后续三维岛合并时位错的湮灭提供良好基础。进一步提升LED外延片的抗静电性能和发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中LED外延片的结构示意图;
图2是本发明另一实施例中LED外延片的结构示意图;
图3是本发明一实施例中LED外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1~图2,本发明公开了一种LED外延片LED外延片,包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、三维生长层3、二维填平层4、非掺杂GaN层5、N型GaN层6、多量子阱层7、电子阻挡层8和P型GaN层9。其中,三维生长层3包括依次层叠于缓冲层2上的AlGaN岛层31和第一GaN氧化层32,二维填平层4包括依次层叠于三维生长层3上的GaN填平层41和第二GaN氧化层42。
其中,AlGaN岛层31的厚度为30nm~300nm,示例性的为50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、170nm、200nm、250nm或270nm,但不限于此。优选的为30nm~200nm。
AlGaN岛层31中Al组分占比为0.4~0.7,高组分的AlGaN材质三维生长趋势更为明显,但过高的Al组分会使得其晶格质量下降,引入的缺陷增多。示例性的,AlGaN岛层31中Al组分占比为0.44、0.48、0.55、0.59、0.63或0.67,但不限于此。优选的为0.4~0.6。
其中,第一GaN氧化层32为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得。具体的,含氧气氛可为空气气氛、O2气氛或N2O气氛,但不限于此。优选的为O2气氛。氧化温度为700℃~1000℃,在该温度下氧化,晶格质量较好,且防止了过高温度破坏三维结构。示例性的,氧化温度为760℃、820℃、880℃、930℃或970℃,但不限于此。优选的为700℃~900℃。
具体的,第一GaN层的生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr,基于该条件生长的第一GaN层更加趋向三维岛状结构。
第一GaN氧化层32的厚度为5nm~100nm,示例性的为15nm、30nm、45nm、60nm、75nm或90nm,但不限于此。优选的为5nm~50nm。
优选的,参考图2,在本发明的一个实施例之中,三维生长层3还包括Al金属层33,其设于缓冲层2和AlGaN岛层31之间。Al金属层33可发挥定位作用,提升后期AlGaN岛层31中AlGaN岛的晶格质量,使得其大小更一致,分布更均匀,减少位错的产生,也为后续三维岛合并时位错的湮灭提供良好基础。这种三维生长层3更适用于以PVD法制得的AlN层作为缓冲层的外延结构之中,这是由于PVD法生长的AlN缓冲层平整度高,在其上面直接进行3D生长相对困难。
具体的,Al金属层33的厚度为1nm~10nm,示例性的为2nm、4nm、6nm、8nm或9nm,但不限于此。
其中,GaN填平层41的厚度为50nm~400nm,示例性的为80nm、120nm、150nm、200nm、250nm、300nm或380nm,但不限于此。优选的为50nm~300nm。
其中,第二GaN氧化层42为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得。具体的,含氧气氛可为空气气氛、O2气氛或N2O气氛,但不限于此。优选的为O2气氛。氧化温度为1000℃~1300℃,在该温度下氧化,晶格质量较好,且采用较高温度退火,会使得三维岛合并时产生的位错缺陷发生扭曲和湮灭。示例性的,氧化温度为1060℃、1130℃、1180℃、1240℃或1290℃,但不限于此。优选的为1000℃~1200℃。
具体的,第二GaN层的生长温度为1100℃~1300℃,生长压力为100torr~200torr,基于该条件生长的第二GaN层更加趋向二维层状结构。
第二GaN氧化层42的厚度为5nm~100nm,示例性的为15nm、30nm、45nm、60nm、75nm或90nm,但不限于此。优选的为20nm~100nm。
具体的,第一GaN氧化层32的氧化温度小于第二GaN氧化层42的氧化温度,以使第二GaN氧化层42中Ga2O3的含量大于第一GaN氧化层32中Ga2O3的含量,基于这种控制,可进一步提升LED外延片的抗静电性能。
其中,衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、氧化锌衬底、氧化镓衬底或碳化硅衬底,但不限于此。
其中,缓冲层2为AlN层或AlGaN层,但不限于此。优选的为AlN层。缓冲层2的厚度为20nm~100nm,示例性的为35nm、40nm、50nm、70nm或90nm,但不限于此。
其中,非掺杂GaN层5的厚度300nm~1000nm,示例性的为350nm、500nm、700nm或800nm,但不限于此。本发明的三维生长层3、二维填平层4减少了位错缺陷,也降低了非掺杂GaN层5的厚度。
其中,N型GaN层6的掺杂元素为Si或Ge,但不限于此,优选的为Si。N型GaN层6的掺杂浓度为5×1018cm-3~5×1019cm-3,示例性的为6×1018cm-3、9×1018cm-3、3×1019cm-3或4×1019cm-3,但不限于此。N型GaN层6的厚度为0.5μm~3μm,示例性的为1.2μm、1.6μm、2μm、2.4μm、2.8μm或2.9μm,但不限于此。
其中,多量子阱层7为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层,堆叠周期数3~15。单个InGaN量子阱层的厚度为2nm~5nm,示例性的为2.5nm、3.3nm、3.7nm、4.1nm、4.5nm或4.9nm,但不限于此。单个GaN量子垒层的厚度为6nm~15nm,示例性的为6.4nm、8nm、10nm、12nm或14nm,但不限于此。
其中,电子阻挡层8为AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层交替生长的周期性结构,周期数为3~15;其中,x为0.05-0.2,y为0.1-0.5。单个AlxGa1-xN层的厚度为1nm~5nm,单个InyGa1-yN层的厚度为1nm~5nm。电子阻挡层8的总厚度为5nm~100nm。
其中,P型GaN层9中的P型掺杂元素为Mg、Be或Zn,但不限于此。优选的为Mg。P型GaN层9中P型掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3,示例性的为3×1019cm-3、7×1019cm-3、1×1020cm-3、4×1020cm-3或8×1020cm-3,但不限于此。P型GaN层9的厚度为200nm~300nm,示例性的为220nm、240nm、260nm或280nm,但不限于此。
相应的,参考图3,本发明还公开了一种LED外延片的制备方法,用于制备上述的LED外延片,其包括以下步骤:
S1:提供衬底;
优选的,在本发明的一个实施例之中,将衬底加载至MOCVD反应室中,在H2气氛中预处理4min~15min,处理温度为1000℃~1200℃,处理压力为200torr~600torr。
S2:在衬底上依次生长缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;
具体的,步骤S2包括:
S21:在衬底上生长缓冲层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长缓冲层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过PVD生长AlN层,作为缓冲层。
在本发明的另一个实施例之中,通过MOCVD生长AlN层,作为缓冲层。其生长温度为800℃~1000℃,生长压力为100torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMAl作为Al源。
在本发明的又一个实施例之中,采用MOCVD生长AlGaN层,其生长温度为500℃~700℃,生长压力为200torr~400torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
S22:在缓冲层上生长三维生长层;
具体的,在本发明的一个实施例之中,S22包括:
S221:在缓冲层上生长Al金属层;
其中,可通过PVD、MOCVD、蒸镀等方法生长Al金属层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,采用MOCVD生长Al金属层,其生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr。生长时,以H2和N2作为载气,在MOCVD反应室中通入TMAl作为Al源。
S222:在Al金属层上生长AlGaN岛层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长AlGaN岛层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过MOCVD生长AlGaN岛层,其生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。
S223:在AlGaN岛层上生长第一GaN层。
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长第一GaN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,采用MOCVD生长第一GaN层,其生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S224:将第一GaN层在含氧气氛中氧化,得到第一GaN氧化层;
其中,700℃~900℃下氧化10min~20min,即得到第一GaN氧化层;
其中,含氧气氛可为空气气氛、O2气氛或N2O气氛,但不限于此。优选的为O2气氛。氧化温度为700℃~1000℃,优选的为700℃~900℃。氧化时间为10min~20min。
S23:在三维生长层上生长二维填平层;
具体的,在本发明的一个实施例之中,S23包括:
S231:在三维生长层上生长GaN填平层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长GaN填平层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,采用MOCVD生长GaN填平层,其生长温度为1100℃~1300℃,生长压力为100torr~200torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S232:在GaN填平层上生长第二GaN层。
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长第二GaN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,采用MOCVD生长第二GaN层,其生长温度为1100℃~1300℃,生长压力为100torr~200torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源;以H2和N2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S233:将第二GaN层在含氧气氛中氧化,得到第二GaN氧化层;
其中,含氧气氛可为空气气氛、O2气氛或N2O气氛,但不限于此。优选的为O2气氛。氧化温度为1000℃~1300℃,优选的为1000℃~1200℃。氧化时间为10min~20min。
S24:在二维填平层上生长非掺杂GaN层;
其中,可通过PVD、MOCVD、MBE或VPE生长非掺杂GaN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,在MOCVD中生长非掺杂GaN层,生长温度为1100℃~1150℃,生长压力为100torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,N2和H2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S25:在非掺杂GaN层上生长N型GaN层;
其中,在本发明的一个实施例之中,在MOCVD中生长N型GaN层,生长温度为1100℃~1200℃,生长压力为100torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,通入SiH4作为N型掺杂源,以N2和H2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S26:在N型GaN层上生长多量子阱层;
其中,在本发明的一个实施例之中,在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层,以形成多量子阱层。其中,InGaN量子阱层的生长温度为700℃~800℃,生长压力为100torr~300torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2作为载气,通入TEGa作为Ga源,通入TMIn作为In源。GaN量子垒层的生长温度为800℃~900℃,生长压力为100torr~300torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2和H2作为载气,通入TMGa作为Ga源。
S27:在多量子阱层上生长电子阻挡层;
其中,可通过MOCVD、MBE或VPE生长电子阻挡层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过MOCVD中周期性生长AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层,直至得到电子阻挡层。其中,AlxGa1-xN层的生长温度900℃~1000℃,生长压力为100torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2和H2作为载气,通入TMAl作为Al源,通入TMGa作为Ga源。InyGa1-yN层的生长温度900℃~1000℃,生长压力为100torr~500torr。生长时,在MOCVD反应室中通入NH3作为N源,以N2和H2作为载气,通入TMIn作为In源,通入TMGa作为Ga源。
S28:在电子阻挡层上生长P型GaN层;
其中,通过MOCVD、MBE或VPE生长P型GaN层,但不限于此。
优选的,在本发明的一个实施例之中,通过MOCVD生长P型GaN层,生长温度为1000℃~1100℃,生长压力100torr~500torr。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明:
实施例1
参考图1,本实施例提供一种LED外延片,其包括衬底1和依次设于衬底1上的缓冲层2、三维生长层3、二维填平层4、非掺杂GaN层5、N型GaN层6、多量子阱层7、电子阻挡层8和P型GaN层9。
其中,衬底1为蓝宝石衬底,缓冲层2为AlN层,其厚度为30nm。
其中,三维生长层3包括依次层叠于缓冲层2上的AlGaN岛层31和第一GaN氧化层32,AlGaN岛层31中Al组分占比为0.65,厚度为250nm。第一GaN氧化层32为第一GaN层在O2气氛中氧化而得,氧化温度为800℃,氧化时间为18min。第一GaN氧化层32的厚度为60nm。
其中,二维填平层4包括依次层叠于三维生长层3上的GaN填平层41和第二GaN氧化层42。GaN填平层41的厚度为385nm。第二GaN氧化层42为第二GaN层在O2气氛中氧化而得,氧化温度为1100℃,氧化时间为15min。第二GaN氧化层42的厚度为15nm。
其中,非掺杂GaN层5的厚度为650nm。N型GaN层6的厚度为2μm,掺杂元素为Si,Si的掺杂浓度为2×1019cm-3。
其中,多量子阱层7为周期性结构,周期数为10,每个周期均包括依次层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其中,单个InGaN量子阱层的厚度为3nm,单个GaN量子垒层的厚度为10nm。
其中,电子阻挡层8为AlxGa1-xN层(x=0.1)和InyGa1-yN层(y=0.22)交替生长的周期性结构,周期数为10;单个AlxGa1-xN层的厚度为3nm,单个InyGa1-yN层的厚度为3nm。P型GaN层9的厚度为220nm,掺杂元素为Mg,掺杂浓度为5×1020cm-3。
本实施例中用于LED外延片的制备方法,包括以下步骤:
(1)提供衬底,将衬底加载至MOCVD反应室中,在H2气氛中预处理12min,处理温度为1150℃,处理压力为400torr。
(2)在衬底上生长缓冲层;
其中,通过MOCVD生长AlN层,生长温度为850℃,生长压力为200torr。
(3)在缓冲层上生长AlGaN岛层;
其中,通过MOCVD生长AlGaN岛层,其生长温度为920℃,生长压力为450torr。
(4)在AlGaN岛层上生长第一GaN层。
其中,通过MOCVD生长第一GaN层,其生长温度为850℃,生长压力为450torr。
(5)将第一GaN层在O2气氛中氧化,得到第一GaN氧化层;
其中,氧化温度为1000℃,氧化时间为18min。
(6)在第一GaN氧化层上生长GaN填平层;
其中,通过MOCVD生长GaN填平层,其生长温度为1280℃,生长压力为130torr。
(7)在GaN填平层上生长第二GaN层。
其中,通过MOCVD生长第二GaN层,其生长温度为1250℃,生长压力为120torr。
(8)将第二GaN层在O2气氛中氧化,得到第二GaN氧化层;
其中,氧化温度为1000℃,氧化时间为10min。
(9)在第二GaN氧化层上生长非掺杂GaN层;
其中,在MOCVD中生长非掺杂GaN层,生长温度为1120℃,生长压力为300torr。
(10)在非掺杂GaN层上生长N型GaN层;
其中,在MOCVD中生长N型GaN层,生长温度为1150℃,生长压力为300torr。
(11)在N型GaN层上生长多量子阱层;
其中,在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层,以形成多量子阱层。其中,InGaN量子阱层的生长温度为780℃,生长压力为200torr。GaN量子垒层的生长温度为880℃,生长压力为200torr。
(12)在多量子阱层上生长电子阻挡层;
其中,通过MOCVD中周期性生长AlxGa1-xN层和InyGa1-yN层,直至得到电子阻挡层。其中,AlxGa1-xN层的生长温度920℃,生长压力为200torr。InyGa1-yN层的生长温度910℃,生长压力为200torr。
(13)在电子阻挡层上生长P型GaN层;
其中,通过MOCVD生长P型GaN层。其生长温度为1050℃,生长压力为200torr。
实施例2
参考图1,本实施例提供一种LED外延片,其与实施例1的区别在于:
AlGaN岛层31中Al组分占比为0.55,厚度为160nm。第一GaN氧化层32的氧化时间为16min,厚度为40nm。
GaN填平层41的厚度为250nm。第二GaN氧化层的氧化时间为18min,厚度为50nm。
其余均与实施例1相同。
实施例3
参考图1,本实施例提供一种LED外延片,其与实施例2的区别在于:
缓冲层2(AlN层)通过PVD制成。
其余均与实施例2相同。
实施例4
参考图2,本实施例提供一种LED外延片,其与实施例3的区别在于:三维生长层3还包括Al金属层33,其设于缓冲层2和AlGaN岛层31之间。Al金属层33的厚度为5nm。
Al金属层通过MOCVD生长,其生长温度为830℃,生长压力为400torr。
其余均与实施例3相同。
对比例1
本对比例提供一种LED外延片,其与实施例1的区别在于,不包括三维生长层、二维填平层,相应的,也不包括该两层的制备步骤。非掺杂GaN层的厚度为2.2μm,其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种LED外延片,其与实施例1的区别在于,不包括AlGaN岛层和GaN填平层,相应的,也不包括该两层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种LED外延片,其与实施例1的区别在于,不包括第一GaN氧化层和第二GaN氧化层,相应的,也不包括该两层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
将实施例1~实施例4,对比例1~对比例3所得的LED外延片加工制作成10×24mil具有垂直结构的LED芯片,测试其发光亮度与抗静电性能;具体的测试方法为:
(1)亮度:在通入电流120mA时,测试所得芯片的亮度,每个实施例、对比例各测试10个,取平均值。并以对比例1为基准,计算亮度提升率;
(2)抗静电性能:在HBM(人体放电模型)下运用静电仪对LED芯片的抗静电性能进行测试,测试LED芯片能承受反向8000V静电的通过比例。
具体结果如下:
由表中可以看出,当在传统的发光二极管结构(对比例1)中添加本发明的三维生长层和二维填平层(实施例1)时,有效提升了发光效率、抗静电性能。
以上所述是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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED外延片,其特征在于,包括衬底和依次设于所述衬底上的缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,所述二维填平层包括依次层叠于所述三维生长层上的GaN填平层和第二GaN氧化层,所述第一GaN氧化层为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得,所述第二GaN氧化层为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得;
所述第一GaN氧化层的氧化温度小于所述第二GaN氧化层的氧化温度,以使所述第二GaN氧化层中Ga2O3的含量大于第一GaN氧化层中Ga2O3的含量。
2.如权利要求1所述的LED外延片,其特征在于,所述第一GaN氧化层的氧化温度为700℃~900℃,所述第二GaN氧化层的氧化温度为1000℃~1200℃。
3.如权利要求2所述的LED外延片,其特征在于,所述AlGaN岛层的厚度为30nm~200nm,Al组分占比为0.4~0.6;所述第一GaN氧化层的厚度为5nm~50nm。
4.如权利要求1所述的LED外延片,其特征在于,所述GaN填平层的厚度为50nm~300nm,所述第二GaN氧化层的厚度为20nm~100nm。
5.如权利要求1~4任一项所述的LED外延片,其特征在于,所述缓冲层为AlN层,其通过PVD法制成;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的Al金属层、AlGaN岛层和第一GaN氧化层。
6.如权利要求5所述的LED外延片,其特征在于,所述Al金属层的厚度为1nm~10nm。
7.一种LED外延片的制备方法,用于制备如权利要求1~6任一项所述的LED外延片,其特征在于,包括:
提供衬底,在所述衬底上依次生长缓冲层、三维生长层、二维填平层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层;
所述三维生长层包括依次层叠于所述缓冲层上的AlGaN岛层和第一GaN氧化层,所述二维填平层包括依次层叠于所述三维生长层上的GaN填平层和第二GaN氧化层,所述第一GaN氧化层为第一GaN层在含氧气氛中氧化而得,所述第二GaN氧化层为第二GaN层在含氧气氛中氧化而得;
所述第一GaN氧化层的氧化温度小于所述第二GaN氧化层的氧化温度,以使所述第二GaN氧化层中Ga2O3的含量大于第一GaN氧化层中Ga2O3的含量。
8.如权利要求7所述的LED外延片的制备方法,其特征在于,所述AlGaN岛层的生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr;
所述第一GaN氧化层的制备方法为,在800℃~1050℃、200torr~500torr条件下生长第一GaN层,然后在氧气气氛中,700℃~900℃下氧化10min~20min,即得到第一GaN氧化层;
所述GaN填平层的生长温度为1100℃~1300℃,生长压力为100torr~200torr;
所述第二GaN氧化层的制备方法为:在1100℃~1300℃、100torr~200torr条件下生长第二GaN层,然后在氧气气氛中,1000℃~1200℃下氧化10min~20min,即得到第二GaN氧化层。
9.如权利要求7所述的LED外延片的制备方法,其特征在于,所述三维生长层还包括Al金属层,其生长温度为800℃~1050℃,生长压力为200torr~500torr。
10.一种LED,其特征在于,包括如权利要求1~6任一项所述的LED外延片。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310994188.5A CN116705927B (zh) | 2023-08-09 | 2023-08-09 | Led外延片及其制备方法、led |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310994188.5A CN116705927B (zh) | 2023-08-09 | 2023-08-09 | Led外延片及其制备方法、led |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116705927A true CN116705927A (zh) | 2023-09-05 |
CN116705927B CN116705927B (zh) | 2023-11-07 |
Family
ID=87834322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310994188.5A Active CN116705927B (zh) | 2023-08-09 | 2023-08-09 | Led外延片及其制备方法、led |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116705927B (zh) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100123167A1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | Yong Tae Moon | Method for manufacturing gallium oxide based substrate, light emitting device, and method for manufacturing the light emitting device |
US20160149073A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Tianjin Sanan Optoelectronics Co., Ltd. | Light-Emitting Diode Fabrication Method |
JP2020074464A (ja) * | 2017-03-24 | 2020-05-14 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
WO2022116945A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
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 |
CN115714155A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-02-24 | 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、深紫外发光二极管 |
CN116093226A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-05-09 | 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、发光二极管 |
CN116190520A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-05-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 提高波长良率的led外延片及其制备方法、led芯片 |
CN116259693A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-13 | 江西兆驰半导体有限公司 | 基于图形化衬底的led外延片及其制备方法、led |
CN116565073A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-08-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管 |
-
2023
- 2023-08-09 CN CN202310994188.5A patent/CN116705927B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20100123167A1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | Yong Tae Moon | Method for manufacturing gallium oxide based substrate, light emitting device, and method for manufacturing the light emitting device |
US20160149073A1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-05-26 | Tianjin Sanan Optoelectronics Co., Ltd. | Light-Emitting Diode Fabrication Method |
JP2020074464A (ja) * | 2017-03-24 | 2020-05-14 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
WO2022116945A1 (zh) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
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 |
CN115714155A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-02-24 | 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、深紫外发光二极管 |
CN116093226A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-05-09 | 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、发光二极管 |
CN116190520A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-05-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 提高波长良率的led外延片及其制备方法、led芯片 |
CN116259693A (zh) * | 2023-05-10 | 2023-06-13 | 江西兆驰半导体有限公司 | 基于图形化衬底的led外延片及其制备方法、led |
CN116565073A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-08-08 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种GaN外延复合层及其制备方法、发光二极管 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
GULTEN KARAOGLAN-BEBEK ET.AL.: ""Optical studies of the effect of oxidation on GaN"", 《JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY B》, pages 011213 - 1 * |
陈柯宇等: ""热氧化对MOCVD外延GaN薄膜光学特性影响的实验研究"", 《光电子技术》, vol. 41, no. 4, pages 303 - 307 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN116705927B (zh) | 2023-11-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN115347098B (zh) | 低工作电压发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116093226B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115377259A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116093223B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115101638B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116581215B (zh) | 发光二极管外延片及其制作方法 | |
CN116581217B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115881865B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116825918B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN115775853B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116741905B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116581216B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN117253950B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116169216A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116632136A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116093220A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116314511A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116759508A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116914046A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
CN116682914B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管外延片 | |
CN117613156A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、led | |
CN116154060B (zh) | 黄绿光led外延片及其制备方法、黄绿光led | |
CN117199203A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN116914049A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
CN115986022A (zh) | 深紫外led外延片及其制备方法、深紫外led |
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 |