基于lao襯底的非極性藍(lán)光led外延片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LED外延片及其制備方法，尤其涉及一種基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片及其制備方法。
【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)存在兩個嚴(yán)峻的問題。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)極化場和壓電極化場，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)光波長的不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片及其制備方法，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]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種基于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LAO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、量子講層、電子阻擋層和第二摻雜層。
[0006]上述的基于LAO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]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題海提供一種基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，包括如下步驟:a)采用LAO襯底，選取晶體取向，并對LAO襯底進(jìn)行表面清潔處理；b)對LAO襯底進(jìn)行退火處理，并在LAO襯底表面形成AlN籽晶層；c)在LAO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量子阱、非極性m面AlGaN電子阻擋層和非極性P型摻雜GaN薄膜。
[0008]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟b)包括如下過程:將LAO襯底在900?1200°C下高溫烘烤I?4小時后空冷至室溫，然后通入N2等離子體保溫30?80分鐘，在LAO襯底表面采用射頻等離子體增強(qiáng)有機(jī)金屬化學(xué)氣相淀積形成AlN籽晶層，N等離子體的流量為40?90SCCm，產(chǎn)生等離子體氮的射頻功率為200?500W。
[0009]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性m面GaN緩沖層的形成過程如下:將LAO襯底溫度降為400?800°C，通入TMGa與N等離子體，控制反應(yīng)室壓力為400?700torr、N等離子體的流量為40?90sccm,產(chǎn)生等離子體氮的射頻功率為200?700W，V / III比為800?1200。
[0010]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性非摻雜U-GaN層的形成過程如下:控制LAO襯底溫度為1000?1500°C，通入TMGa，控制反應(yīng)室壓力為400torr，V /III比為180。
[0011]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性η型摻雜GaN薄膜的形成過程如下:控制LAO襯底溫度為1000?1300°C，通入TMGa和SiH4，保持SiH4的流量為60?lOOsccm，控制反應(yīng)室壓力為240torr, V /III比為160，摻雜電子濃度為1.0XlO17?5.3X1019cm-3 ；
[0012]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性InGaN/GaN量子阱的形成過程如下:
[0013]形成壘層:控制LAO襯底溫度為750?950°C，關(guān)閉H2，通入TEGa與氨氣，控制反應(yīng)室壓力為200torr，V / III比為986，厚度為10?15nm ；
[0014]形成阱層，控制LAO襯底溫度為750?950°C，關(guān)閉H2，通入TEGa、TMIn與氨氣，控制反應(yīng)室壓力為200torr，V / III比為1439，厚度為2?4nm。
[0015]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性m面AlGaN電子阻擋層的形成過程如下:將LAO襯底溫度升至900?1050°C,通入TMGa與氨氣，控制反應(yīng)室壓力為200torr，V /III比為986。
[0016]上述的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片的制備方法，其中，所述步驟c)中非極性P型摻雜GaN薄膜的形成過程如下:控制LAO襯底溫度為900?1100°C，通入TMGa、CP2Mg與氨氣，保持CP2Mg的流量為250?450sccm，控制反應(yīng)室壓力為200torr，V / III比為 1000 ?1250，摻雜空穴濃度 1.0XlO16 ?2.2X1018cm_3。
[0017]本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明提供的基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片及其制備方法，通過采用LAO襯底，并在LAO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。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明的用于LAO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；
[0020]圖3為本發(fā)明基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片制備流程示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明生長在LAO襯底(001)面上的非極性藍(lán)光LED外延片的XRD測試圖；
[0022]圖5為本發(fā)明生長在LAO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譜測試圖；
[0023]圖6為本發(fā)明生長在LAO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譜測試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0025]圖1為本發(fā)明基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]請參見圖1，本發(fā)明提供的基于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LAO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。本發(fā)明的生長在LAO襯底上的非極性藍(lán)光LED外延片，所述LAO襯底又稱鑭鋁氧化物襯底，由La，Al，0元素組成，分子式為LaAlxOy。如圖1所示，本發(fā)明提供的非極性藍(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。
[0027]圖2為本發(fā)明的用于LAO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。
[0028]請繼續(xù)參見圖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，用來對襯底加熱及控溫；28是石墨盤，用于承載LAO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，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，從而滿足生長的需求。
[0029]圖3為本發(fā)明基于LAO襯底的非極性藍(lán)光LED外延片制備流程示意圖。
[0030]請繼續(xù)參見圖3，本發(fā)明的生長在LAO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:
[0031 ] 步驟S1:采用LAO襯底，選取晶體取向，并對LAO襯底進(jìn)行表面清潔處理；
[0032]步驟S2:對LAO襯底進(jìn)行退火處理，并在LAO襯底表面形成AlN籽晶層；
[0033]步驟S3:在LAO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量子阱、非極性m面AlGaN電子阻擋層和非極性P型摻雜GaN薄膜。
[0034]下面給出一個具體實(shí)施例，制作步驟及工藝條件如下:
[0035]( I)采用LAO襯底，選取晶體取向；
[0036]( 2 )對襯底進(jìn)行表面清潔處理；
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