基于lao襯底的非極性藍(lán)光led外延片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，包括襯底，其中，所述襯底為L(zhǎng)AO襯底，所述LAO襯底上依次設(shè)置有緩沖層、第一非摻雜層、第一摻雜層、量子阱層、電子阻擋層和第二摻雜層；所述緩沖層為非極性m面GaN緩沖層，所述第一非摻雜層為非極性非摻雜u-GaN層，所述第一摻雜層為非極性n型摻雜GaN薄膜，所述量子阱層為非極性InGaN/GaN量子阱層，所述電子阻擋層為非極性m面AlGaN電子阻擋層，所述第二摻雜層為非極性p型摻雜GaN薄膜。本實(shí)用新型提供的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，具有缺陷密度低、結(jié)晶質(zhì)量好，發(fā)光性能好的優(yōu)點(diǎn)，且制備成本低廉。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種LED外延片，尤其涉及一種基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED 外延片。 基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片

【背景技術(shù)】
[0002] 目前LED藍(lán)光外延片襯底主要為藍(lán)寶石。基于藍(lán)寶石襯底的LED技術(shù)存在兩個(gè)嚴(yán) 峻的問(wèn)題。首先，藍(lán)寶石與GaN晶格的失配率高達(dá)17%，如此高的晶格失配使得藍(lán)寶石上的 LED外延片有很高的缺陷密度，大大影響了 LED芯片的發(fā)光效率。其次，藍(lán)寶石襯底價(jià)格十 分昂貴，使得氮化物L(fēng)ED生產(chǎn)成本很高。
[0003] LED芯片的發(fā)光效率不夠高的另外一個(gè)主要原因是由于目前廣泛使用的GaN基 LED具有極性。目前制造高效LED器件最為理想的材料是GaN。GaN為密排六方晶體結(jié)構(gòu)， 其晶面分為極性面c面[(0001)面]和非極性面a面[(11-20)面]及m面[(1-100)面]。 目前，GaN基LED大都基于GaN的極性面構(gòu)建而成。在極性面GaN上，Ga原子集合和N原子 集合的質(zhì)心不重合，從而形成電偶極子，產(chǎn)生自發(fā)極化場(chǎng)和壓電極化場(chǎng)，進(jìn)而引起量子束縛 斯塔克效應(yīng)（Quantum-confined Starker Effect, QCSE)，使電子和空穴分離，載流子的福射 復(fù)合效率降低，最終影響LED的發(fā)光效率，并造成LED發(fā)光波長(zhǎng)的不穩(wěn)定。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延 片，具有缺陷密度低、結(jié)晶質(zhì)量好，發(fā)光性能好的優(yōu)點(diǎn)，且制備成本低廉。
[0005] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案是提供一種基于LA0襯底的 非極性藍(lán)光LED外延片，包括襯底，其中，所述襯底為L(zhǎng)A0襯底，所述LA0襯底上依次設(shè)置有 緩沖層、第一非摻雜層、第一摻雜層、量子阱層、電子阻擋層和第二摻雜層。
[0006] 上述的基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，其中，所述緩沖層為非極性m面 GaN緩沖層，所述第一非摻雜層為非極性非摻雜u-GaN層，所述第一摻雜層為非極性η型摻 雜GaN薄膜，所述量子阱層為非極性InGaN/GaN量子阱層，所述電子阻擋層為非極性m面 AlGaN電子阻擋層，所述第二摻雜層為非極性p型摻雜GaN薄膜。
[0007] 本實(shí)用新型對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本實(shí)用新型提供的基于LA0襯底的 非極性藍(lán)光LED外延片，通過(guò)采用LA0襯底，并在LA0襯底上依次設(shè)置緩沖層、第一非摻雜 層、第一摻雜層、量子阱層、電子阻擋層和第二摻雜層，具有缺陷密度低、結(jié)晶質(zhì)量好，發(fā)光 性能好的優(yōu)點(diǎn)，且制備成本低廉。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為本實(shí)用新型基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2為本實(shí)用新型的用于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備裝置結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0010] 圖3為本實(shí)用新型基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片制備流程示意圖； [0011] 圖4為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LA0襯底（001)面上的非極性藍(lán)光LED外延片的XRD測(cè) 試圖；
[0012] 圖5為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性m面藍(lán)光LED外延片的在溫度為室 溫下PL譜測(cè)試圖；
[0013] 圖6為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性m面藍(lán)光LED外延片的在溫度為室 溫下EL譜測(cè)試圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0015] 圖1為本實(shí)用新型基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型提供的基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，包括襯 底，其中，所述襯底為L(zhǎng)A0襯底，所述LA0襯底上依次設(shè)置有緩沖層、第一非摻雜層、第一摻 雜層、量子阱層、電子阻擋層和第二摻雜層。本實(shí)用新型的生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性藍(lán)光 LED外延片，所述LA0襯底又稱(chēng)鑭鋁氧化物襯底，由La，A1，0元素組成，分子式為L(zhǎng)aAlxOy。 如圖1所示，本實(shí)用新型提供的非極性藍(lán)光LED外延片包括由下至上依次排列的LAO襯底 10、非極性m面GaN緩沖層11、非極性非摻雜u-GaN層12、非極性η型摻雜GaN薄膜13、非 極性InGaN/GaN量子阱層14、非極性m面AlGaN電子阻擋層15、非極性p型摻雜GaN薄膜 16。
[0017] 圖2為本實(shí)用新型的用于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備裝置結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0018] 請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖2,20、21分別為NH3和SiH4，其作用是提供N和Si;22是H2，其作 用是作為載氣，輸送Cp2Mg、TMGa、TMIn ;23、24、25分別是Cp2Mg、TMGa、TMIn，其作用是提供 LED生長(zhǎng)所需的Mg、Ga、In ;26是機(jī)械手，用于輸送襯底和樣品；27是射頻感應(yīng)加熱器，用來(lái) 對(duì)襯底加熱及控溫；28是石墨盤(pán)，用于承載LA0襯底；29是反應(yīng)腔，各種反應(yīng)氣體發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)生成LED的腔體；30是噴頭，反應(yīng)氣體充分混合后均勻噴射到襯底表面的裝置；31是 射頻等離子源裝置，用于提供活性N ;32-40是閥門(mén)，用于控制各種管道的氣體的輸送狀態(tài)。 MFC是流量控制器，用于控制氣體的流量，從而滿(mǎn)足生長(zhǎng)的需求。
[0019] 圖3為本實(shí)用新型基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片制備流程示意圖。
[0020] 請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖3,本實(shí)用新型的生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性藍(lán)光LED外延片的制備 方法，具體包括以下步驟：
[0021] 步驟S1 :采用LA0襯底，選取晶體取向，并對(duì)LA0襯底進(jìn)行表面清潔處理；
[0022] 步驟S2 :對(duì)LA0襯底進(jìn)行退火處理，并在LA0襯底表面形成A1N籽晶層；
[0023] 步驟S3 :在LA0襯底上采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積依次形成非極性m面 GaN緩沖層、非極性非摻雜u-GaN層、非極性η型摻雜GaN薄膜、非極性InGaN/GaN量子講、 非極性m面AlGaN電子阻擋層和非極性p型摻雜GaN薄膜。
[0024] 下面給出一個(gè)具體實(shí)施例，制作步驟及工藝條件如下：
[0025] (1)采用LA0襯底，選取晶體取向；
[0026] ( 2 )對(duì)襯底進(jìn)行表面清潔處理；
[0027] (3)對(duì)襯底進(jìn)行退火處理：將襯底在900-120(TC下高溫烘烤1?4h后空冷至室 溫，然后通入N2等離子體保溫30?80分鐘，在襯底表面形成A1N籽晶層，為GaN薄膜的生 長(zhǎng)提供模板，N等離子體的流量為40?9〇SCCm，產(chǎn)生等離子體氮的射頻功率為200?500W ;
[0028] (4)采用射頻等離子體（RF)增強(qiáng)有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積（M0CVD)生長(zhǎng)非極性m面 GaN緩沖層，工藝條件為：將襯底溫度降為400?800°C，通入TMGa與N等離子體，反應(yīng)室 壓力為400?700torr、N等離子體的流量為40?9〇SCCm，產(chǎn)生等離子體氮的射頻功率為 200 ?700W，V / III比為 800 ?1200 ;
[0029] (5)采用M0CVD工藝生長(zhǎng)非極性非摻雜u-GaN層，工藝條件為：襯底溫度為 1000? l5〇0°C，通入TMGa，反應(yīng)室壓力為400torr，V /III比為18〇;
[0030] (6)采用M0CVD工藝生長(zhǎng)非極性η型摻雜GaN薄膜，工藝條件為：襯底溫度為 1000?1300°C，通入TMGa和SiH4,保持SiH4的流量為60?lOOsccm，反應(yīng)室壓力為 240torr，V / III比為 160 ;摻雜電子濃度 1. OX 1017 ?5· 3X 1019cm-3 ;
[0031] (7)采用M0CVD工藝生長(zhǎng)非極性InGaN/GaN量子阱，工藝條件為：形成壘層，襯底 溫度為750?950°C，關(guān)閉H2,通入TEGa與氨氣，反應(yīng)室壓力為200torr，V / III比為986, 厚度為10?15nm;形成阱層，襯底溫度為750?950°C，關(guān)閉H2,通入TEGa、TMIn與氨氣， 反應(yīng)室壓力為200torr，V / III比為1439,厚度為2?4nm ;
[0032] (8)采用M0CVD工藝生長(zhǎng)非極性m面AlGaN電子阻擋層，工藝條件為：襯底溫度升 至900?1050°C，通入TMGa與氨氣，反應(yīng)室壓力為200torr，V /III比為986 ;
[0033] (9)采用M0CVD工藝生長(zhǎng)非極性p型摻雜GaN薄膜，工藝條件為：襯底溫度為 900?1KKTC，通入TMGa、CP2Mg與氨氣，保持CP2Mg的流量為250?450sccm，反應(yīng)室壓力 為 200torr，V / III比為 1000 ?1250 ;摻雜空穴濃度 1. ΟΧ 1016-2· 2X 1018cm-3。
[0034] 圖4為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LAO襯底（001)面上的非極性藍(lán)光LED外延片的XRD測(cè) 試圖。
[0035] 由圖4可見(jiàn)，本實(shí)用新型測(cè)試得到LED外延片X射線(xiàn)回?cái)[曲線(xiàn)的半峰寬（FWHM) 值，其半峰寬（FWHM)值低于0. Γ，表明本實(shí)用新型制備的非極性藍(lán)光LED外延片無(wú)論是在 缺陷密度還是在結(jié)晶質(zhì)量，都具有非常好的性能。
[0036] 圖5為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性m面藍(lán)光LED外延片的在溫度為室 溫下PL譜測(cè)試圖。
[0037] 由圖5可見(jiàn)，本實(shí)用新型溫度為293K下PL譜測(cè)試得到發(fā)光峰波長(zhǎng)為460nm，半峰 寬為23nm。這表明本實(shí)用新型制備的非極性GaN薄膜在光學(xué)性質(zhì)上具有非常好的性能。
[0038] 圖6為本實(shí)用新型生長(zhǎng)在LA0襯底上的非極性m面藍(lán)光LED外延片的在溫度為室 溫下EL譜測(cè)試圖。
[0039] 由圖6可見(jiàn)，溫度為293K下EL譜測(cè)試得到發(fā)光峰波長(zhǎng)為461nm，半峰寬為22nm， 輸出功率為7. 8mW@20mA。表明本實(shí)用新型制備的非極性GaN薄膜在電學(xué)性質(zhì)上具有非常好 的性能。
[0040] 綜上所述，本實(shí)用新型提供的基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，通過(guò)采用 LA0襯底，并在LA0襯底上依次設(shè)置非極性m面GaN緩沖層、非極性非摻雜GaN層、非極性η 型摻雜GaN薄膜、非極性InGaN/GaN量子阱層、非極性m面AlGaN電子阻擋層和非極性ρ型 摻雜GaN薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有生長(zhǎng)工藝簡(jiǎn)單，制備成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，且 制備的非極性藍(lán)光LED外延片缺陷密度低、結(jié)晶質(zhì)量好，電學(xué)、光學(xué)性能好。
[0041] 雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善，因此本 實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書(shū)所界定的為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，包括襯底，其特征在于，所述襯底為 LA0襯底，所述LA0襯底上依次設(shè)置有緩沖層、第一非摻雜層、第一摻雜層、量子阱層、電子 阻擋層和第二摻雜層。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于LA0襯底的非極性藍(lán)光LED外延片，其特征在于，所述緩沖 層為非極性m面GaN緩沖層，所述第一非摻雜層為非極性非摻雜u-GaN層，所述第一摻雜層 為非極性η型摻雜GaN薄膜，所述量子阱層為非極性InGaN/GaN量子阱層，所述電子阻擋層 為非極性m面AlGaN電子阻擋層，所述第二摻雜層為非極性p型摻雜GaN薄膜。
【文檔編號(hào)】H01L33/02GK203850326SQ201420135881
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】蔡卓然, 高海, 劉智, 尹祥麟, 劉正偉, 程結(jié)龍 申請(qǐng)人:上海卓霖信息科技有限公司, 江蘇卓寧光電子有限公司