基于lao衬底的非极性蓝光led外延片的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于LAO衬底的非极性蓝光LED外延片，包括衬底，其中，所述衬底为LAO衬底，所述LAO衬底上依次设置有缓冲层、第一非掺杂层、第一掺杂层、量子阱层、电子阻挡层和第二掺杂层；所述缓冲层为非极性m面GaN缓冲层，所述第一非掺杂层为非极性非掺杂u-GaN层，所述第一掺杂层为非极性n型掺杂GaN薄膜，所述量子阱层为非极性InGaN/GaN量子阱层，所述电子阻挡层为非极性m面AlGaN电子阻挡层，所述第二掺杂层为非极性p型掺杂GaN薄膜。本实用新型提供的基于LAO衬底的非极性蓝光LED外延片，具有缺陷密度低、结晶质量好，发光性能好的优点，且制备成本低廉。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种LED外延片，尤其涉及一种基于LA0衬底的非极性蓝光LED 外延片。 基于LAO衬底的非极性蓝光LED外延片
【背景技术】
[0002] 目前LED蓝光外延片衬底主要为蓝宝石。基于蓝宝石衬底的LED技术存在两个严 峻的问题。首先，蓝宝石与GaN晶格的失配率高达17%，如此高的晶格失配使得蓝宝石上的 LED外延片有很高的缺陷密度，大大影响了 LED芯片的发光效率。其次，蓝宝石衬底价格十 分昂贵，使得氮化物LED生产成本很高。
[0003] LED芯片的发光效率不够高的另外一个主要原因是由于目前广泛使用的GaN基 LED具有极性。目前制造高效LED器件最为理想的材料是GaN。GaN为密排六方晶体结构， 其晶面分为极性面c面[(0001)面]和非极性面a面[(11-20)面]及m面[(1-100)面]。 目前，GaN基LED大都基于GaN的极性面构建而成。在极性面GaN上，Ga原子集合和N原子 集合的质心不重合，从而形成电偶极子，产生自发极化场和压电极化场，进而引起量子束缚 斯塔克效应（Quantum-confined Starker Effect, QCSE)，使电子和空穴分离，载流子的福射 复合效率降低，最终影响LED的发光效率，并造成LED发光波长的不稳定。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延 片，具有缺陷密度低、结晶质量好，发光性能好的优点，且制备成本低廉。
[0005] 本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于LA0衬底的 非极性蓝光LED外延片，包括衬底，其中，所述衬底为LA0衬底，所述LA0衬底上依次设置有 缓冲层、第一非掺杂层、第一掺杂层、量子阱层、电子阻挡层和第二掺杂层。
[0006] 上述的基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片，其中，所述缓冲层为非极性m面 GaN缓冲层，所述第一非掺杂层为非极性非掺杂u-GaN层，所述第一掺杂层为非极性η型掺 杂GaN薄膜，所述量子阱层为非极性InGaN/GaN量子阱层，所述电子阻挡层为非极性m面 AlGaN电子阻挡层，所述第二掺杂层为非极性p型掺杂GaN薄膜。
[0007] 本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的基于LA0衬底的 非极性蓝光LED外延片，通过采用LA0衬底，并在LA0衬底上依次设置缓冲层、第一非掺杂 层、第一掺杂层、量子阱层、电子阻挡层和第二掺杂层，具有缺陷密度低、结晶质量好，发光 性能好的优点，且制备成本低廉。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1为本实用新型基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片结构示意图；
[0009] 图2为本实用新型的用于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片的制备装置结构示意 图；
[0010] 图3为本实用新型基于LAO衬底的非极性蓝光LED外延片制备流程示意图； [0011] 图4为本实用新型生长在LA0衬底（001)面上的非极性蓝光LED外延片的XRD测 试图；
[0012] 图5为本实用新型生长在LA0衬底上的非极性m面蓝光LED外延片的在温度为室 温下PL谱测试图；
[0013] 图6为本实用新型生长在LA0衬底上的非极性m面蓝光LED外延片的在温度为室 温下EL谱测试图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
[0015] 图1为本实用新型基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片结构示意图。
[0016] 请参见图1，本实用新型提供的基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片，包括衬 底，其中，所述衬底为LA0衬底，所述LA0衬底上依次设置有缓冲层、第一非掺杂层、第一掺 杂层、量子阱层、电子阻挡层和第二掺杂层。本实用新型的生长在LA0衬底上的非极性蓝光 LED外延片，所述LA0衬底又称镧铝氧化物衬底，由La，A1，0元素组成，分子式为LaAlxOy。 如图1所示，本实用新型提供的非极性蓝光LED外延片包括由下至上依次排列的LAO衬底 10、非极性m面GaN缓冲层11、非极性非掺杂u-GaN层12、非极性η型掺杂GaN薄膜13、非 极性InGaN/GaN量子阱层14、非极性m面AlGaN电子阻挡层15、非极性p型掺杂GaN薄膜 16。
[0017] 图2为本实用新型的用于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片的制备装置结构示意 图。
[0018] 请继续参见图2,20、21分别为NH3和SiH4，其作用是提供N和Si;22是H2，其作 用是作为载气，输送Cp2Mg、TMGa、TMIn ;23、24、25分别是Cp2Mg、TMGa、TMIn，其作用是提供 LED生长所需的Mg、Ga、In ;26是机械手，用于输送衬底和样品；27是射频感应加热器，用来 对衬底加热及控温；28是石墨盘，用于承载LA0衬底；29是反应腔，各种反应气体发生化学 反应生成LED的腔体；30是喷头，反应气体充分混合后均匀喷射到衬底表面的装置；31是 射频等离子源装置，用于提供活性N ;32-40是阀门，用于控制各种管道的气体的输送状态。 MFC是流量控制器，用于控制气体的流量，从而满足生长的需求。
[0019] 图3为本实用新型基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片制备流程示意图。
[0020] 请继续参见图3,本实用新型的生长在LA0衬底上的非极性蓝光LED外延片的制备 方法，具体包括以下步骤：
[0021] 步骤S1 :采用LA0衬底，选取晶体取向，并对LA0衬底进行表面清洁处理；
[0022] 步骤S2 :对LA0衬底进行退火处理，并在LA0衬底表面形成A1N籽晶层；
[0023] 步骤S3 :在LA0衬底上采用金属有机化合物化学气相淀积依次形成非极性m面 GaN缓冲层、非极性非掺杂u-GaN层、非极性η型掺杂GaN薄膜、非极性InGaN/GaN量子讲、 非极性m面AlGaN电子阻挡层和非极性p型掺杂GaN薄膜。
[0024] 下面给出一个具体实施例，制作步骤及工艺条件如下：
[0025] (1)采用LA0衬底，选取晶体取向；
[0026] ( 2 )对衬底进行表面清洁处理；
[0027] (3)对衬底进行退火处理：将衬底在900-120(TC下高温烘烤1?4h后空冷至室 温，然后通入N2等离子体保温30?80分钟，在衬底表面形成A1N籽晶层，为GaN薄膜的生 长提供模板，N等离子体的流量为40?9〇SCCm，产生等离子体氮的射频功率为200?500W ;
[0028] (4)采用射频等离子体（RF)增强有机金属化学气相淀积（M0CVD)生长非极性m面 GaN缓冲层，工艺条件为：将衬底温度降为400?800°C，通入TMGa与N等离子体，反应室 压力为400?700torr、N等离子体的流量为40?9〇SCCm，产生等离子体氮的射频功率为 200 ?700W，V / III比为 800 ?1200 ;
[0029] (5)采用M0CVD工艺生长非极性非掺杂u-GaN层，工艺条件为：衬底温度为 1000? l5〇0°C，通入TMGa，反应室压力为400torr，V /III比为18〇;
[0030] (6)采用M0CVD工艺生长非极性η型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为 1000?1300°C，通入TMGa和SiH4,保持SiH4的流量为60?lOOsccm，反应室压力为 240torr，V / III比为 160 ;掺杂电子浓度 1. OX 1017 ?5· 3X 1019cm-3 ;
[0031] (7)采用M0CVD工艺生长非极性InGaN/GaN量子阱，工艺条件为：形成垒层，衬底 温度为750?950°C，关闭H2,通入TEGa与氨气，反应室压力为200torr，V / III比为986, 厚度为10?15nm;形成阱层，衬底温度为750?950°C，关闭H2,通入TEGa、TMIn与氨气， 反应室压力为200torr，V / III比为1439,厚度为2?4nm ;
[0032] (8)采用M0CVD工艺生长非极性m面AlGaN电子阻挡层，工艺条件为：衬底温度升 至900?1050°C，通入TMGa与氨气，反应室压力为200torr，V /III比为986 ;
[0033] (9)采用M0CVD工艺生长非极性p型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为 900?1KKTC，通入TMGa、CP2Mg与氨气，保持CP2Mg的流量为250?450sccm，反应室压力 为 200torr，V / III比为 1000 ?1250 ;掺杂空穴浓度 1. ΟΧ 1016-2· 2X 1018cm-3。
[0034] 图4为本实用新型生长在LAO衬底（001)面上的非极性蓝光LED外延片的XRD测 试图。
[0035] 由图4可见，本实用新型测试得到LED外延片X射线回摆曲线的半峰宽（FWHM) 值，其半峰宽（FWHM)值低于0. Γ，表明本实用新型制备的非极性蓝光LED外延片无论是在 缺陷密度还是在结晶质量，都具有非常好的性能。
[0036] 图5为本实用新型生长在LA0衬底上的非极性m面蓝光LED外延片的在温度为室 温下PL谱测试图。
[0037] 由图5可见，本实用新型温度为293K下PL谱测试得到发光峰波长为460nm，半峰 宽为23nm。这表明本实用新型制备的非极性GaN薄膜在光学性质上具有非常好的性能。
[0038] 图6为本实用新型生长在LA0衬底上的非极性m面蓝光LED外延片的在温度为室 温下EL谱测试图。
[0039] 由图6可见，温度为293K下EL谱测试得到发光峰波长为461nm，半峰宽为22nm， 输出功率为7. 8mW@20mA。表明本实用新型制备的非极性GaN薄膜在电学性质上具有非常好 的性能。
[0040] 综上所述，本实用新型提供的基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片，通过采用 LA0衬底，并在LA0衬底上依次设置非极性m面GaN缓冲层、非极性非掺杂GaN层、非极性η 型掺杂GaN薄膜、非极性InGaN/GaN量子阱层、非极性m面AlGaN电子阻挡层和非极性ρ型 掺杂GaN薄膜。与现有技术相比，本实用新型具有生长工艺简单，制备成本低廉的优点，且 制备的非极性蓝光LED外延片缺陷密度低、结晶质量好，电学、光学性能好。
[0041] 虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何 本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本 实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
【权利要求】
1. 一种基于LAO衬底的非极性蓝光LED外延片，包括衬底，其特征在于，所述衬底为 LA0衬底，所述LA0衬底上依次设置有缓冲层、第一非掺杂层、第一掺杂层、量子阱层、电子 阻挡层和第二掺杂层。
2. 如权利要求1所述的基于LA0衬底的非极性蓝光LED外延片，其特征在于，所述缓冲 层为非极性m面GaN缓冲层，所述第一非掺杂层为非极性非掺杂u-GaN层，所述第一掺杂层 为非极性η型掺杂GaN薄膜，所述量子阱层为非极性InGaN/GaN量子阱层，所述电子阻挡层 为非极性m面AlGaN电子阻挡层，所述第二掺杂层为非极性p型掺杂GaN薄膜。
【文档编号】H01L33/02GK203850326SQ201420135881
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】蔡卓然, 高海, 刘智, 尹祥麟, 刘正伟, 程结龙 申请人:上海卓霖信息科技有限公司, 江苏卓宁光电子有限公司