、厚度400 μπκ表面粗糙度小于0.5nm的Yb:YAG单晶衬底，清洗后放入氢化物气相外延(HVPE)设备反应室中。通入氢气(H2)高温烘烤10分钟，烘烤温度1200°C，随后通入氨气(NH3)在1300°C进行衬底表面氮化处理，时间20分钟。
[0041]保持反应室氨气(NH3)与载气氮气的通入，将流量为10sccm的氯化氢(HCl)通入铝源区，反应生成氢化物源并通入反应室，铝源区温度550°C，氯化氢(HCl)的载气为氮气，流量2000SCCm。反应室中，氢化物源与氨气(NH3)混合，在衬底上生长10nm高度(002)取向多晶AlN缓冲层。其中，反应室温度1300°C，生长压强200Torr，氨气的流量为800sccm。
[0042]将衬底放入金属有机化学气相沉积(MOVPE)设备中，生长GaN基LED外延结构，具体为:在HVPE-AlN缓冲层表面依次生长低温GaN缓冲层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、AlGaN阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型GaN电极接触层。
[0043]实施例5
[0044]取一片厚度500 μπκ表面粗糙度小于0.5nm的Ce、Nd:YAG单晶衬底，其中Ce掺杂浓度0.2at%，Nd掺杂浓度0.1at %，清洗后放入氢化物气相外延(HVPE)设备反应室中。通入氢气(H2)高温烘烤10分钟，烘烤温度1200°C，随后通入氨气(NH3)在1300°C进行衬底表面氮化处理，时间20分钟。
[0045]保持反应室氨气(NH3)与载气氮气的通入，将流量为10sccm的氯化氢(HCl)通入铝源区，反应生成氢化物源并通入反应室，铝源区温度550°C，氯化氢(HCl)的载气为氮气，流量2000SCCm。反应室中，氢化物源与氨气(NH3)混合，在衬底上生长10nm高度(002)取向多晶AlN缓冲层。其中，反应室温度1300°C，生长压强200Torr，氨气的流量为800sccm。
[0046]将衬底放入金属有机化学气相沉积(MOVPE)设备中，生长GaN基LED外延结构，具体为:在HVPE-AlN缓冲层表面依次生长低温GaN缓冲层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、AlGaN阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型GaN电极接触层。
[0047]实施例6
[0048]取一片厚度为200 μπκ表面粗糙度小于0.5nm的Eu、Yb:YAG陶瓷衬底，其中，Eu掺杂浓度为0.3at%，Yb掺杂浓度为0.2at%，清洗后放入氢化物气相外延(HVPE)设备反应室中。通入氢气(H2)，在800°C温度下烘烤20分钟，随后通入氨气(NH3)进行60分钟衬底表面氮化处理，氮化温度为1300°C。保持反应室氨气(NH3)与载气氮气的通入，将流量为50SCCm的氯化氢(HCl)通入铝源区，反应生成氢化物源并通入反应室，铝源区温度450°C，氯化氢(HCl)的载气为氮气，流量lOOOsccm。反应室中，氢化物源与氨气(NH3)混合，在衬底上生长5nm(002)向单晶AlN缓冲层。其中，反应室温度1500°C，生长压强lOOTorr，氨气的流量为200sccmo最后，将生长了 5nm HVPE-AlN的衬底放入金属有机化学气相沉积(MOVPE)设备中，生长GaN基LED外延结构，具体为:在HVPE-AlN缓冲层表面依次生长低温GaN缓冲层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、AlGaN阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型GaN电极接触层。
[0049]实施例7
[0050]取一片厚度为800 μπκ表面粗糙度小于0.5nm的Ce、Eu、NdiYAG陶瓷衬底，其中，Ce掺杂浓度为0.05at %，Eu掺杂浓度为0.05at %，Nd掺杂浓度为0.05at %，清洗后放入氢化物气相外延(HVPE)设备反应室中。通入氢气(H2)，在1400°C温度下烘烤5分钟，随后通入氨气(NH3)进行3分钟衬底表面氮化处理，氮化温度为1500°C。保持反应室氨气(NH3)与载气氢气的通入，将流量为300sccm的氯化氢(HCl)通入铝源区，反应生成氢化物源并通入反应室，铝源区温度600°C，氯化氢(HCl)的载气为氢气，流量2000sccm。反应室中，氢化物源与氨气(NH3)混合，在衬底上生长20nm(002)取向多晶AlN缓冲层。其中，反应室温度500°C，生长压强760Torr，氨气的流量为lOOOsccm。最后，将衬底放入金属有机化学气相沉积(MOVPE)设备中，生长GaN基LED外延结构，具体为:在HVPE-AlN缓冲层表面依次生长低温GaN缓冲层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、AlGaN阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型GaN电极接触层。
[0051]实施例8
[0052]取一片厚度400 μπκ表面粗糙度小于0.5nm的Ce、Eu、Nd、Yb:YAG单晶衬底，其中，Ce掺杂浓度0.1at %, Eu掺杂浓度0.1at %, Nd掺杂浓度0.1at %, Yb掺杂浓度0.1at清洗后放入氢化物气相外延(HVPE)设备反应室中。通入氢气(H2)高温烘烤10分钟，烘烤温度1200°C，随后通入氨气(NH3)在1300°C进行衬底表面氮化处理，时间20分钟。
[0053]保持反应室氨气(NH3)与载气氮气的通入，将流量为10sccm的氯化氢(HCl)通入铝源区，反应生成氢化物源并通入反应室，铝源区温度550°C，氯化氢(HCl)的载气为氮气，流量2000SCCm。反应室中，氢化物源与氨气(NH3)混合，在衬底上生长10nm高度(002)取向多晶AlN缓冲层。其中，反应室温度1300°C，生长压强200Torr，氨气的流量为800sccm。
[0054]将衬底放入金属有机化学气相沉积(MOVPE)设备中，生长GaN基LED外延结构，具体为:在HVPE-AlN缓冲层表面依次生长低温GaN缓冲层、GaN缓冲层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱发光层、AlGaN阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型GaN电极接触层。
[0055]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaN基白光LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 使用氢化物气相外延在稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底上制备单晶或多晶氮化铝缓冲层； 使用金属有机化学气相沉积在所述单晶或多晶氮化铝缓冲层上生长GaN基LED外延结构，其中，GaN基LED外延结构自下而上依次为低温GaN缓冲层、高温GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区，AlGaN电子阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型或者高掺杂N型电极接触层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底中，稀土元素包括Ce、Eu、Nd、Yb中的一种或几种，掺杂浓度为0.05&七％到0.5at%，衬底厚度为100 μ m到1000 μ m，作为衬底的YAG陶瓷或单晶表面经过精细抛光，其表面粗糙度小于 0.5nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，通过氢化物气相外延在稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底上制备单晶或多晶氮化铝缓冲层，其具体操作为: 首先，将稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底在氢气下烘烤，随后通入氨气进行高温氮化处理； 最后，将氯化氢和氨气分别通入铝源区和反应室中，在高温氮化处理后的稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底上进行单晶或多晶氮化铝缓冲层的生长。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底在氢气下烘烤的温度为800°C至1400°C，烘烤时间5至20分钟；氮化处理温度为800°C至1500 °C，处理时间为3至60分钟。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，铝源区为铝粒，氯化氢和氨气的载气为氢气或氮气；生长压强为100至760Torr，氯化氢的流量为50至300sccm，氨气的流量为200至lOOOsccm，载气的流量为500至2000Torr。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，铝源区的温度为450°C至600°C，生长温度为500 °C至1500°C。7.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，单晶氮化铝缓冲层的厚度为5nm至 10nm08.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使用金属有机化学气相沉积在所述单晶或多晶氮化铝缓冲层上生长GaN基LED外延结构，包括: 在温度为500 °C -700 °C下生长50nm-300nm厚度的低温GaN缓冲层； 在温度为900°C -1200°C下生长2-4um厚度的高温GaN缓冲层； 在温度为900°C -1200°C下生长lum-3um的N型GaN层，其中，N型GaN层中的Si掺杂浓度为 I X 1017cnT3-3 X 120CnT3; 在温度为650°C -850°C下生长1-30个循环的InGaN/GaN多量子阱发光层； 在温度为800 °C -1150 °C下生长100nm-800nm的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度为I X 117Cm 3_3 X 120Cm 3; 在温度为800°C -1200°C下生长5nm-50nm的高掺杂P型或N型电极接触层，其中，Mg掺杂浓度为 I X 1018cnT3-5X 102°cnT3，Si 掺杂浓度为 I X 1017cnT3-5 X 102°cnT3。
【专利摘要】一种GaN基白光LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：使用氢化物气相外延在稀土元素掺杂YAG陶瓷或单晶衬底上制备单晶或多晶氮化铝缓冲层；使用金属有机化学气相沉积在所述单晶或多晶氮化铝缓冲层上生长GaN基LED外延结构，其中，GaN基LED外延结构自下而上依次为低温GaN缓冲层、高温GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源区，AlGaN电子阻挡层、P型GaN层和高掺杂P型或者高掺杂N型电极接触层。本发明制备的GaN基白光LED外延结构可以非常精确地控制荧光材料的掺杂、厚度和质量等光学特型和物理特性，实现重复率非常高、均匀度非常好的荧光材料集成，并解决传统荧光粉涂覆过程中同一晶圆上不同位置以及不同晶圆之间由于加工工艺造成的不可避免的荧光粉含量不均匀的问题。
【IPC分类】C30B25/18, H01L33/00
【公开号】CN104952986
【申请号】CN201510305619
【发明人】云峰, 李虞锋, 张维涵
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月3日