【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体，特别是一种ingan基红黄光led外延薄膜结构。
技术介绍
1、当前主流的红黄光led外延材质是采用gaas(砷化镓)材料为基础的四元半导体。这种材料在led产业中一直占据重要地位，但随着技术的进步和应用需求的转变，特别是在mini和micro等微led(mled)产品和应用的快速发展背景下，该材料面临着一些挑战。
2、一个主要的问题是红光led芯片使用的gaas材料与蓝绿led芯片采用的gan(氮化镓)材料之间的匹配性。这两种材料在物理和化学性质上存在差异，使得在同一芯片或同一系统中集成多种颜色的led时面临难度。此外，由于gaas材料芯片制程的复杂性，导致了制造过程中的良率偏低，进一步影响了成本效益和生产效率。
3、因此，为了解决这些问题并满足不断增长的市场需求，行业技术人员越来越关注ingan(铟镓氮)材料基的红黄外延垒晶技术。ingan材料不仅具有与gan良好的兼容性，还有望提高材料和器件的一致性和良率。通过采用先进的生长技术和精密的制程控制，ingan材料能够为实现更高效、更可靠且色彩更丰富的led产品提供有力支持。
4、ingan基红黄led外延垒晶技术，在光电子领域具有巨大的应用潜力。然而，这一技术在实际应用中受到诸多限制，其中最为关键的是材料本身的物理属性。当尝试调整波长段至580nm或620nm以上区间时，该技术的局限性尤为明显。
5、为了达到这样的波长段，需要实现非常高的in掺杂浓度。然而，高浓度的in掺杂不仅会导致晶格质量的严重下降，使得
6、为了解决这一问题，科研人员需要从改善gan外延整体的垒晶质量入手。通过优化生长条件、改进生长方法等方式，可以提高晶体的结晶质量，减少缺陷和位错，从而增强材料的稳定性。此外，释放应力也是关键步骤之一。在材料生长过程中，由于晶格失配等原因会产生大量的应力，这些应力会严重影响材料的性能和稳定性。因此，采取有效的应力释放措施，如采用适当的热处理或引入应力释放层等，对于提高ingan基led外延垒晶薄膜层的质量至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种ingan基红黄光led外延薄膜结构设计方案，以解决现有技术中存在的问题。
2、本专利技术的一种ingan基红黄光led外延薄膜结构，包括：从下到上依次设置的衬底、缓冲层、第一ugan(超宽禁带氮化镓)层、第一应力释放层、第二ugan层、第二应力释放层、第三ugan层、ngan(窄禁带氮化镓)层、第三应力释放层、多量子阱发光层、低温p型gan(lt-pgan)层、电子阻挡层、高温p型gan(ht-pgan)层、p型gan接触层和ito透明导电薄膜层，还包括穿过所述ito透明导电薄膜层与所述p型gan接触层相接的p-pad，以及与ngan层的露出部分相接的n-pad。
3、具体地，所述衬底为蓝宝石图形化衬底。
4、具体地，所述缓冲层包括两层，即下层的aln材料缓冲薄膜层和和上层的gan材料缓冲薄膜层；
5、优选地，aln材料缓冲薄膜层厚度在15-30nm区间；gan材料缓冲薄膜层10-30nm区间。
6、具体地，所述第一ugan层为非掺杂ugan层，包括填平衬底图形高度的3d粗化层和使得gan薄膜表面平整的覆盖层；综合厚度在2.5-3.5μm区间；
7、具体地，所述第一应力释放层包括从下到上依次设置的aln层、algan层和ingan层循环结构，所述ingan层具有微型孔隙结构；
8、优选地，所述第一应力释放层中aln层、algan层和ingan层的厚度范围分别为5-15nm、5-10nm、2-4nm；
9、优选地，所述第一应力释放层包括3-20组循环结构。
10、具体地，所述第二ugan层的厚度在0.5-1.5μm区间。
11、具体地，所述第二应力释放层包括下层ingan层和上层gan层的循环结构，所述ingan层具有微型孔隙结构；
12、优选地，所述ingan层和gan层厚度范围分别为2-5nm和3-5nm；
13、优选地，所述第二应力释放层包括3-6组循环结构。
14、具体地，所述第三ugan层厚度在1.0-2.0μm区间。
15、具体地，所述ngan层为n型gan层循环结构，所述n型gan层为掺杂si的n型gan层，循环结构为gan(si)/ingan(si)，其单循环厚度控制在0.1-0.5μm，in掺杂浓度控制在5e18-5e19atm/cm3，循环数控制在5-10，整体厚度控制在1.0-2.5μm范围。
16、具体地，所述第三应力释放层为低si掺杂的barrier和低in掺杂的well超晶格结构，其中barrier中si掺杂的范围为5e17-5e18 atm/cm3，well中in掺杂的范围为1e18-1e19atm/cm3。
17、具体地，所述多量子阱发光层包括5-10个ingan基阱结构，厚度在3-5nm，in掺杂浓度在15％-20％；
18、所述ingan基阱结构上层为厚度在1-3nm的aln层；
19、所述ingan基阱结构下层为厚度在0.5-1.5nm的inn层，或者厚度在8-10nm的algan阻障层，al采用渐变掺杂方式，其掺杂浓度从下到上从5％渐变至0％；下层为algan阻障层的ingan基阱结构位于下层为inn层的ingan基阱结构上方；
20、所述inn层下方设置algan阻障层，si掺杂浓度在5e17-1e18atm/cm3，al采用渐变掺杂方式，其掺杂浓度从下到上从5％渐变至0％；位于中间的的algan阻障层厚度在10-12nm，位于最下方的algan阻障层厚度在11-13nm；
21、所述多量子阱发光层还包括最上层的厚度在8-10nm的algan阻障层，al采用渐变掺杂方式，其掺杂浓度从下到上从5％渐变至0％。
22、具体地，所述低温p型gan层厚度范围在15-30nm区间，其中mg掺杂浓度为5e19-1e21 atm/cm3，in掺杂浓度为1e18-1e19 atm/cm3，al掺杂浓度为1e18-5e18 atm/cm3。
23、具体地，所述电子阻挡层厚度为20-40nm，al掺杂采用渐变方式，其掺杂浓度从下到上从1e21 atm/cm3渐变至1e19 atm/cm3。
24、具体地，所述高温p型gan层厚度为15-30nm，mg掺杂浓度为1e20 atm/cm3-1e21atm/cm3。
25、具体地，所述p型gan接触层厚度为5-10nm，mg掺杂浓度为1e21-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，包括：从下到上依次设置的衬底、缓冲层、第一uGaN层、第一应力释放层、第二uGaN层、第二应力释放层、第三uGaN层、nGaN层、第三应力释放层、多量子阱发光层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、P型GaN接触层和ITO透明导电薄膜层，还包括穿过所述ITO透明导电薄膜层与所述P型GaN接触层相接的P-Pad，以及与nGaN层的露出部分相接的N-Pad。
2.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石图形化衬底。
3.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述缓冲层包括两层，即下层的AlN材料缓冲薄膜层和和上层的GaN材料缓冲薄膜层。
4.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，AlN材料缓冲薄膜层厚度在15-30nm区间；GaN材料缓冲薄膜层10-30nm区间。
5.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第一uGaN层包括
6.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层包括从下到上依次设置的AlN层、AlGaN层和InGaN层循环结构，所述InGaN层具有微型孔隙结构。
7.根据权利要求6所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层中AlN层、AlGaN层和InGaN层的厚度范围分别为5-15nm、5-10nm、2-4nm。
8.根据权利要求6或7所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层包括3-20组循环结构。
9.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第二uGaN层的厚度在0.5-1.5μm区间。
10.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第二应力释放层包括下层InGaN层和上层GaN层的循环结构，所述InGaN层具有微型孔隙结构。
11.根据权利要求10所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述InGaN层和GaN层厚度范围分别为2-5nm和3-5nm。
12.根据权利要求10所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第二应力释放层包括3-6组循环结构。
13.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第三uGaN层厚度在1.0-2.0μm区间。
14.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述nGaN层为N型GaN层循环结构，所述N型GaN层为掺杂Si的N型GaN层，循环结构为GaN(Si)/InGaN(Si)，其单循环厚度控制在0.1-0.5μm，In掺杂浓度控制在5E18-5E19atm/cm3，循环数控制在5-10，整体厚度控制在1.0-2.5μm范围。
15.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述第三应力释放层为低Si掺杂的Barrier和低In掺杂的Well超晶格结构。
16.根据权利要求1所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述多量子阱发光层包括5-10个InGaN基阱结构，厚度在3-5nm，In掺杂浓度在15％-20％。
17.根据权利要求16所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述InGaN基阱结构上层为厚度在1-3nm的AlN层。
18.根据权利要求16所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述InGaN基阱结构下层为厚度在0.5-1.5nm的InN层，或者厚度在8-10nm的AlGaN阻障层，Al采用渐变掺杂方式，其掺杂浓度从下到上从5％渐变至0％；下层为AlGaN阻障层的InGaN基阱结构位于下层为InN层的InGaN基阱结构上方。
19.根据权利要求16所述的InGaN基红黄光LED外延薄膜结构，其特征在于，所述InN层下方设置AlGaN阻障层，Si掺杂浓度在5E17-1E18atm/cm3，Al采用渐变掺杂方式，其掺杂浓度从下到上从5％渐变至0％；位于中间的的AlGaN阻障层厚度在10-12nm，位于最下方的AlGaN阻障层厚度在11-13nm。
20.根据权利要求16所述的InGaN基红黄...
【技术特征摘要】
1.一种ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，包括：从下到上依次设置的衬底、缓冲层、第一ugan层、第一应力释放层、第二ugan层、第二应力释放层、第三ugan层、ngan层、第三应力释放层、多量子阱发光层、低温p型gan层、电子阻挡层、高温p型gan层、p型gan接触层和ito透明导电薄膜层，还包括穿过所述ito透明导电薄膜层与所述p型gan接触层相接的p-pad，以及与ngan层的露出部分相接的n-pad。
2.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石图形化衬底。
3.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述缓冲层包括两层，即下层的aln材料缓冲薄膜层和和上层的gan材料缓冲薄膜层。
4.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，aln材料缓冲薄膜层厚度在15-30nm区间；gan材料缓冲薄膜层10-30nm区间。
5.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第一ugan层包括填平衬底图形高度的3d粗化层和使得gan薄膜表面平整的覆盖层；综合厚度在2.5-3.5μm区间。
6.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层包括从下到上依次设置的aln层、algan层和ingan层循环结构，所述ingan层具有微型孔隙结构。
7.根据权利要求6所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层中aln层、algan层和ingan层的厚度范围分别为5-15nm、5-10nm、2-4nm。
8.根据权利要求6或7所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第一应力释放层包括3-20组循环结构。
9.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第二ugan层的厚度在0.5-1.5μm区间。
10.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第二应力释放层包括下层ingan层和上层gan层的循环结构，所述ingan层具有微型孔隙结构。
11.根据权利要求10所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述ingan层和gan层厚度范围分别为2-5nm和3-5nm。
12.根据权利要求10所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第二应力释放层包括3-6组循环结构。
13.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述第三ugan层厚度在1.0-2.0μm区间。
14.根据权利要求1所述的ingan基红黄光led外延薄膜结构，其特征在于，所述ngan层为n型gan层循环结构，所述n型gan层为掺杂si的n型gan层，循环结构为gan(si)/ingan(si)...
【专利技术属性】
技术研发人员：江汉，赵丽霞，徐洋洋，程虎，王文君，苑树伟，黎国昌，徐志军，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：
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