一種GaN基LED外延片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種GaN基LED外延片，所述外延片在層狀方向由下至上包括藍寶石襯底、催化劑層、石墨烯層、緩沖層、n-GaN層、量子阱層、p-AlGaN層和p-GaN層。與傳統(tǒng)GaN基LED外延片構(gòu)建垂直結(jié)構(gòu)LED時需采用激光剝離設備剝離藍寶石基底相比，本發(fā)明的GaN基LED外延片采用膠帶即可直接剝離藍寶石基底，無需激光剝離設備，提高了剝離效率，且無損傷。
【專利說明】一種GaN基LED外延片及其制備方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于LED領域，具體涉及一種GaN基LED外延片及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前GaN基LED多以藍寶石為襯底，然而藍寶石不導電且散熱較差，制作的LED為平面結(jié)構(gòu)(電極在同一側(cè)，如圖1所示)，這種結(jié)構(gòu)的LED發(fā)光面積小、易造成電流擁堵、散熱差，這導致LED在大電流工作時效率低、壽命短，因此需要大量芯片在小電流下工作來滿足照明所需的光通量需求，這也是LED價格高的主要原因。為解決這些問題，人們將GaN基LED外延層由藍寶石襯底轉(zhuǎn)移到高熱導率的襯底(S1、Ge以及Cu等襯底)，獲得垂直結(jié)構(gòu)LED(電極在兩側(cè)，結(jié)構(gòu)如圖2所述)，制備過程一般為:將GaN基LED外延片的ρ-GaN層通過晶片鍵合或電鍍的方法與新襯底粘合在一起，再將藍寶石剝離(一般采用激光剝離法)，由于外延層與藍寶石的結(jié)合強度非常高，無法通過普通膠帶剝離法去掉，造成剝離效率低下。同時，激光剝離設備昂貴、效率低，而且激光很容易造成外延層的損傷使LED漏電或損壞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種藍寶石襯底易剝離的GaN基LED外延片。
[0004]本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種GaN基LED外延片，所述外延片在層狀方向由下至上包括藍寶石襯底、催化劑層、石墨纟布層、緩沖層、n_GaN層、星子講層、P-AlGaN層和P-GaN層。
[0005]進一步,所述石墨烯層厚度為0.3-10nm。
[0006]進一步，所述催化劑層為Ga和/或In。
[0007]上述GaN基LED外延片的制備方法，包括如下步驟:
Cl)向外延生長設備通過入鎵源和/或銦源，在溫度為400?800°C下，在藍寶石襯底上外延生長催化劑層；
(2)然后通過入碳源，在溫度為900?120(TC下，在催化劑層上生長石墨烯層；
(3)再在石墨烯層上依次外延生長緩沖層、n-GaN層、量子阱層、ρ-AlGaN層和p-GaN層。
[0008]進一步，所述鎵源為三甲基鎵、三乙基鎵、GaCl或GaCl3。
[0009]進一步，所述銦源為三甲基銦、InCl和InCl3。
[0010]與傳統(tǒng)GaN基LED外延片構(gòu)建垂直結(jié)構(gòu)LED時需采用激光剝離設備剝離藍寶石基底相比，本發(fā)明的GaN基LED外延片的外延層與藍寶石基底的粘著力<2N/25mm，可以使用一般的膠帶輕松剝離，無需激光剝離設備，提高了剝離效率，且對外延層無任何損傷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為平面結(jié)構(gòu)的GaN基LED。
[0012]圖2為垂直結(jié)構(gòu)的GaN基LED。
[0013]圖3為本發(fā)明的GaN基LED。

【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的做進一步詳細說明。
[0015]本發(fā)明所提供的GaN基LED外延片，在層狀方向由下至上包括藍寶石襯底、緩沖層、n-GaN層、量子阱層、ρ-AlGaN層和p_GaN層，在藍寶石襯底與緩沖層之間增加了石墨烯層。
[0016]為便于石墨烯在藍寶石襯底上的生長，優(yōu)選在于藍寶石上沉積一層催化劑，催化劑可選自但不限于金屬Ga、In及其合金。
[0017]所述催化劑層厚度優(yōu)選在50-2000 nm之間。
[0018]所述石墨烯層厚度優(yōu)選為0.3-10nm。
[0019]所述GaN緩沖層厚度優(yōu)選在2?2000 nm之間。
[0020]所述n-GaN層厚度優(yōu)選在1000?3000 nm之間。
[0021]所述n-GaN層的電子濃度優(yōu)選在I X 117?I X 119CnT3之間。
[0022]所述量子阱優(yōu)選采用GaN/InGaN多量子阱，磊寬優(yōu)選在5?20 nm之間，阱寬優(yōu)選在I?5 nm之間，周期數(shù)優(yōu)選為2?20個之間。
[0023]所述p-GaN層厚度優(yōu)選在50?500 nm之間。
[0024]所述p-GaN層的空穴濃度優(yōu)選在I X 116?I X 119CnT3之間。
[0025]所述p-AlGaN層厚度優(yōu)選在10 nm?100 nm之間。
[0026]所述p-AlGaN層的空穴濃度優(yōu)選在I X 116?I X 119CnT3之間。
[0027]上述GaN基LED外延片的制備過程如下:
Cl)在溫度為400?800°C條件下，向生長設備中通入催化劑源在襯底上生長催化劑層。
[0028](2)提高溫度至900?1200°C，通入C源，在催化劑層上生長石墨烯層。
[0029](3)將溫度調(diào)整至500?1100°C之間，通入Ga源在石墨烯層上生長GaN緩沖層。
[0030](4)將溫度調(diào)整至1000?1300°C之間，通入Ga源和η型摻雜源在緩沖層上生長n-GaN 層。
[0031](5)控制Ga源和In源的流量，在n_GaN層上生長GaN/InGaN多量子阱層，磊寬在5?20 nm之間，阱寬在I?5 nm之間，周期數(shù)為2?20個，磊生長溫度為700?900°C之間，阱生長溫度為500?900°C之間。
[0032](6)通入Ga源和Al源和p型摻雜源，在量子阱層上生長p_AlGaN層，生長溫度為700 ?1000。。。
[0033](7)通入Ga源和p型摻雜源，在p-AlGaN層上生長ρ-GaN層，生長溫度為700°C?1000。。。
[0034]所述生長設備可選自金屬有機化學氣相沉積設備、化學束外延設備、分子束外延設備、氫化物氣相外延設備中的任意一種。
[0035]所述催化劑源可選自但不限于三甲基鎵、三乙基鎵、GaCl和GaCl3、三甲基銦、InCl和InCl3中的任意一種或兩種以上的組合；
所述C源可選自但不限于CH4、C2H2,乙醇、甲醇等；
所述Ga源可選自但不限于三甲基鎵、三乙基鎵、GaCl和GaCl3中的任意一種或兩種以上的組合；
所述In源可選自但不限于三甲基銦、InCl和InCl3中的任意一種或兩種以上的組合； 所述Al源可選自但不限于三甲基鋁、三乙基鋁和AlCl3中的任意一種或兩種以上的組合；
所述N源可選自但不限于NH3和/或N2 ;
所述η型摻雜源可選自但不限于硅烷、四氯化硅和乙硅烷中的任意一種或兩種以上的組合；
所述P型摻雜源可選自但不限于二茂鎂、Mg和Mg3N2中的任意一種或兩種以上的組合。
[0036]現(xiàn)有技術(shù)對LED外延結(jié)構(gòu)中的緩沖層以上各層的外延生長方法已有很多的介紹，本發(fā)明也可按現(xiàn)有方法外延生長緩沖層以上各層。
[0037]圖3為本發(fā)明所得GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1、藍寶石襯底；2、催化劑層；3、石墨烯；4、GaN 緩沖層;5、n-GaN B ;6、GaN/InGaN 多量子阱層；7、p-AlGaN 層;8、p-GaN 層。
[0038]實施例1下面給出使用Veeco公司的K465i MOCVD系統(tǒng)生長易剝離GaN基LED外延片的實例
(I)在溫度為500°C條件下，向生長設備中通入三甲基鎵在襯底上生長催化劑層。
[0039](2)提高溫度至1050°C，通入CH4,在催化劑層上生長石墨烯層。
[0040](3)將溫度調(diào)整至1100°C之間，通入三甲基鎵在石墨烯層上生長GaN緩沖層。
[0041](4)將溫度調(diào)整至1240°C之間，通入三甲基鎵和SiH4在緩沖層上生長n-GaN層。
[0042](5)控制三乙基鎵和三甲基銦的流量，在n-GaN層上生長GaN/InGaN多量子阱層，磊寬在5?20 nm之間，阱寬在I?5 nm之間，周期數(shù)為2?20個，磊生長溫度為750°C左右，阱生長溫度為850°C左右。
[0043](6)通入三甲基鎵、三甲基鋁和二茂鎂，在量子阱層上生長p-AlGaN層，生長溫度為 950 0C ο
[0044](7)通入三甲基鎵和二茂鎂，在ρ-AlGaN層上生長p_GaN層，生長溫度為950°C。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基LED外延片，所述外延片在層狀方向由下至上包括藍寶石襯底、催化劑層、石墨纟布層、緩沖層、n_GaN層、星子講層、P-AlGaN層和P-GaN層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述GaN基LED外延片，其特征在于，所述石墨烯層厚度為0.3-lOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述GaN基LED外延片，其特征在于，所述催化劑層為Ga和/或In。
4.權(quán)利要求1所述GaN基LED外延片的制備方法，包括如下步驟: Cl)向外延生長設備通過入鎵源和/或銦源，在溫度為400?800°C下，在藍寶石襯底上外延生長催化劑層； (2)然后通過入碳源，在溫度為900?120(TC下，在催化劑層上生長石墨烯層； (3)再在石墨烯層上依次外延生長緩沖層、n-GaN層、量子阱層、ρ-AlGaN層和p-GaN層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于，所述鎵源為三甲基鎵、三乙基鎵、GaCl或GaCl3。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于，所述銦源為三甲基銦、InCl 和 InCl3。
【文檔編號】H01L33/00GK104409580SQ201410634108
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】劉海濱 申請人:無錫格菲電子薄膜科技有限公司