[发明专利]一种生长在金属Al衬底上的LED外延片及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 201410239968.X 申请日: 2014-05-30
公开(公告)号: CN103996763B 公开(公告)日: 2016-11-30
发明(设计)人: 李国强 申请(专利权)人: 广州市众拓光电科技有限公司
主分类号: H01L33/02 分类号: H01L33/02;H01L33/12;H01L33/00
代理公司: 广州市越秀区哲力专利商标事务所(普通合伙) 44288 代理人: 汤喜友
地址: 510000 广东省广州市广州*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 生长 金属 al 衬底 led 外延 及其 制备 方法 应用
【权利要求书】:

1.一种生长在金属Al衬底上的LED外延片,其特征在于:其包括金属Al衬底、以金属Al衬底(111)晶面为外延面,在金属Al衬底上生长的Al2O3保护层,以及以晶体外延取向关系为GaN(0001)//Al2O3(0001)//Al(111),在Al2O3保护层上由下自上生长的U-GaN薄膜层、N-GaN薄膜层、InGaN/GaN多量子阱层、p型GaN薄膜。

2.根据权利要求1所述的LED外延片,其特征在于:所述保护层的厚度为15-25nm,所述N-GaN薄膜层的厚度为3-6μm。

3.根据权利要求1所述的LED外延片,其特征在于:所述InGaN/GaN多量子阱层包括7个周期生长的7层InGaN阱层和7层垒层,所述InGaN为阱层和层垒层交错叠加;每层InGaN阱层厚度为2-4nm,每层垒层厚度为10-15nm。

4.根据权利要求1所述的LED外延片,其特征在于:所述p型GaN薄膜的厚度为320-360nm。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的LED外延片的制备方法,其特征在于,其步骤如下:

1)衬底的处理:选择金属Al做衬底,并对衬底表面抛光、清洗、退火处理;

2)保护层生长:采用Al衬底的(111)面为外延面,在经过步骤1)处理后的金属Al衬底上铺一层Al层,待衬底温度为650-750℃时通入O2至形成Al2O3层,保温20-40min,获得一层Al2O3保护层;

3)U-GaN薄膜外延生长:选择的晶体外延取向关系为GaN(0001)//Al2O3(0001)//Al(111),采用脉冲激光沉积法在Al2O3保护层上生长一层U-GaN薄膜;

4)N-GaN薄膜的外延生长:采用脉冲激光沉积法在U-GaN薄膜上生长一层U-GaN薄膜;

5)InGaN/GaN多量子阱层的外延生长:采用分子束外延法MBE在N-GaN薄膜上生长InGaN/GaN多量子阱层;

6)p型GaN薄膜的外延生长:采用脉冲激光沉积法在InGaN/GaN多量子阱层上生长p型GaN薄膜。

6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,抛光具体工艺为:将Al衬底表面用金刚石泥浆进行抛光,配合显微镜观察衬底表面,当没有划痕后,再采用化学机械抛光的方法对衬底再进行抛光处理;清洗工艺为:将衬底放入去离子水中室温下超声清洗5分钟,去除Al衬底表面粘污颗粒,再依次经过盐酸、丙酮、乙醇洗涤,去除表面有机物;清洗后的衬底用纯度为99.9999%的干燥氮气吹干;退火的具体过程为:将衬底Al放在压强为2×10-10Torr的UHV-PLD的生长室内,在450-550℃下高温烘烤1h以除去衬底表面的污染物,然后空冷至室温。

7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,采用脉冲激光沉积在Al2O3保护层表面生长出U-GaN薄膜的具体工艺为:将衬底温度降至650-750℃,用能量为3.0J/cm2以及重复频率为20Hz、λ=248nm的KrF准分子激光PLD烧蚀纯度为99.9999%的Ga靶材,以射频等离子体自由基发生器作为氮源在AlN薄膜上生成U-GaN薄膜;其中,反应室压力为1×10-2Torr,N2的体积百分比为99.9999%,Ⅴ/Ⅲ比为50-60,控制GaN生长速度为0.4-0.6ML/s。

8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤4)具体步骤为:将衬底温度降至500-600℃,用纯度为99.9999%的Ga靶材和射频等离子体自由基发生器作为氮源反应生成N-GaN薄膜,反应室压力1×10-2-4×10-2Torr、Ⅴ/Ⅲ值40-50、生长速度为0.8-1.0ML/s。

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