[实用新型]基于AlN陶瓷衬底的GaN外延片结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种GaN外延片结构，尤其是一种基于AlN陶瓷衬底的GaN外延片结构，属于外延片的技术领域。

背景技术

用于GaN生长最普遍的衬底是蓝宝石衬底；其优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。使用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，导热性能不好。尤其是蓝宝石的导热性能不好（在100℃约为25W/（m·K）），在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素。通常LED采用蓝宝石作为衬底，而LED的核心部件如芯片、荧光粉等均对温度敏感，如散热不良，将导致LED芯片的结温升高，从而直接影响LED器件的性能，如出射光发生红移、发光效率降低、荧光粉加速老化以及芯片寿命缩短甚至失效等。

而与导热性差的蓝宝石衬底相比，AlN陶瓷衬底却具有高的热导率（高于180W/m*K），同时又具备适宜的热膨胀系数。而且AlN陶瓷衬底具有良好的电气绝缘性能和电磁相容性，机械性能优良，并耐腐蚀、物理化学性能稳定，晶体常数GaN晶体接近，可有效减少界面热应力。

AlN衬底在GaN生长领域没有被应用的原因主要有两条：1、AlN衬底的制作还处于实验室研发阶段，制作此类衬底成本高昂。直到2008年美国纽约的Crystal IS公司才提供了世界上第一片2英寸的AlN单晶衬底，不过表面仅有50%的单晶使用面积。目前国内仅有少量研究单位在实验室制备过AlN陶瓷衬底。2、使用AlN衬底生长GaN单晶材料在技术上实现起来比较困难。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于AlN陶瓷衬底的GaN外延片结构，其结构简单紧凑，提高外延片的导热性能及发热效率，机械性能优良，耐腐蚀，延长通过外延片制备LED器件的使用寿命，稳定可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述基于AlN陶瓷衬底的GaN外延片结构，包括AlN陶瓷衬底及生长于AlN陶瓷衬底上的缓冲层，所述缓冲层上生长有GaN LED结构层。

所述AlN陶瓷衬底的厚度为50mm~300mm，AlN陶瓷衬底的晶相为<001>、<111>、<110>的单晶体或多晶体。

所述AlN陶瓷衬底为多晶体时，AlN陶瓷衬底与缓冲层间设置有晶相为<001>的单晶取向层或类单晶取向层。

所述缓冲层的厚度为10nm~100nm；缓冲层为GaN层、AlN缓冲层、Al_xGa_1-xN层、In_xGa_1-xN层或Al_xIn_yGa_1-x-yN层；其中，x为0.01~0.99，y为0.01~0.99。

所述GaN LED结构层包括生长于缓冲层上的非掺杂GaN层、所述非掺杂GaN层上生长有N型氮化镓层，所述N型氮化镓层上生长有多量子阱层，所述多量子阱层上生长有P型铝镓氮层，所述P型铝镓氮层上生长有P型氮化镓层。

所述非掺杂GaN层与N型氮化镓层间设置DBR层，所述DBR层生长于非掺杂GaN层上。

所述P型氮化镓层上生长有粗化层。

所述DBR层为Al_mGa_1-mN、GaN的周期结构，所述周期是1~100，m范围是0.01~0.99。

本实用新型的优点：采用AlN陶瓷衬底，并在AlN陶瓷衬底上设置缓冲层，通过生长缓冲层后在AlN陶瓷衬底上通过MOCVD常规工艺制备得到GaN LED结构层，工艺步骤简单方便，能大大提高GaN LED晶体质量，同时可以在GaNLED结构层内设置DBR层及粗化层，以提高通过GaN LED结构层得到LED工作时的出光效率，通过AlN陶瓷衬底能提高导热性能，结构简单紧凑，工艺简单，机械性能优良，耐腐蚀，延长通过外延片制备LED器件的使用寿命，稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型在非掺杂GaN层与N型氮化镓层间设置DBR层的结构示意图。

图3为在P型氮化镓层上生长粗化层的结构示意图。

附图标记说明：11-多量子阱层、12-DBR层、101-AlN陶瓷衬底、102-缓冲层、103-非掺杂GaN层、104-N型氮化镓层、105-P型铝镓氮层、106-P型氮化镓层及107-粗化层。