[发明专利]生长在LiGaO2衬底上的非极性蓝光LED外延片及其制备方法

权利要求书

1.生长在LiGaO₂衬底上的非极性蓝光LED外延片，其特征在于，包括由下至上依次排列的LiGaO₂衬底、非极性m面GaN缓冲层、非极性m面GaN外延层、非极性非掺杂u-GaN层、非极性n型掺杂GaN薄膜、非极性InGaN/GaN量子阱层、非极性p型掺杂GaN薄膜。

2.根据权利要求1所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性蓝光LED外延片，其特征在于，所述LiGaO₂衬底的晶体取向为(100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。

3.根据权利要求1所述的生长在LiGaO₂衬底上的非极性蓝光LED外延片，其特征在于，所述非极性m面GaN缓冲层的厚度为30~60nm；所述非极性m面GaN外延层的厚度为150~250nm；非极性非掺杂GaN层的厚度为300~500nm；所述非极性n型掺杂GaN层的厚度为3~5μm；所述非极性InGaN/GaN量子阱层为5~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为2~3nm；GaN垒层的厚度为10~13nm；所述非极性p型掺杂GaN薄膜的厚度为350~500nm，所述非极性n型掺杂GaN薄膜的电子浓度为1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；所述非极性p型掺杂GaN薄膜的空穴浓度为1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。

4.生长在LiGaO₂衬底上的非极性蓝光LED外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用LiGaO₂衬底，选取晶体取向；

（2）对衬底进行退火处理：将衬底在900~1000℃下烘烤3~5h后空冷至室温；

（3）对衬底进行表面清洁处理；

（4）采用低温分子束外延工艺生长非极性m面GaN缓冲层，工艺条件为：衬底温度为220~350℃，通入Ga蒸发源与N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr、产生等离子体氮的射频功率为200~300W，Ⅴ/Ⅲ比为50~60、生长速度为0.4~0.6ML/s；

（5）采用脉冲激光沉积工艺生长非极性m面GaN外延层，工艺条件为：衬底温度升至450~550℃，采用脉冲激光轰击Ga靶材，同时通入N₂，反应室压力为3~5×10^-5torr、激光能量为120~180mJ，激光频率为10~30Hz；

（6）采用分子束外延工艺生长非极性非掺杂u-GaN层，工艺条件为：衬底温度为700~800℃，通入Ga蒸发源与N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr、产生等离子体氮的射频功率为200~300W；

（7）采用脉冲激光沉积工艺生长非极性n型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为450~550℃，采用脉冲激光轰击GaSi混合靶材，生长时通入N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr、射频功率为200~300W，激光能量为120~180mJ，激光频率为10~30Hz,电子载流子浓度由GaSi混合靶材中两种元素的原子比来控制，掺杂电子浓度1.0×10¹⁷~5.0×10¹⁹cm^-3；

（8）采用分子束外延工艺生长非极性InGaN/GaN量子阱，工艺条件为：衬底温度为500~750℃，通入Ga蒸发源与N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr，产生等离子体氮的射频功率为200~300W；

（9）采用脉冲激光沉积工艺生长非极性p型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为450~550℃，采用脉冲激光轰击GaMg混合靶材来生长p型GaN薄膜，生长时通入N等离子体，反应室压力为5~7×10^-5torr，射频功率为200~300W，激光能量为120~180mJ，激光频率为10~30Hz,空穴载流子浓度由GaMg混合靶材中两种元素的原子比来控制，掺杂空穴浓度1.0×10¹⁶~2.0×10¹⁸cm^-3。