CN112951956A - 一种GaN基LED外延片及其制备方法 - Google Patents
一种GaN基LED外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112951956A CN112951956A CN202110272272.7A CN202110272272A CN112951956A CN 112951956 A CN112951956 A CN 112951956A CN 202110272272 A CN202110272272 A CN 202110272272A CN 112951956 A CN112951956 A CN 112951956A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gan
- layer
- epitaxial wafer
- based led
- led epitaxial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 52
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 28
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 claims description 24
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 23
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 4
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 6
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 5
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000001194 electroluminescence spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及LED外延片及其制备方法，具体公开了一种GaN基LED外延片及其制备方法，该外延片包括FTO衬底、在FTO衬底上的GaN种子层、生长在GaN种子层上的GaN纳米柱层、生长在GaN纳米柱层上的非掺杂GaN层、生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜、生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱、生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。本发明采用FTO衬底，FTO衬底容易获得，价格便宜，有利于降低生产成本；同时，FTO具有导电、透光的特点，可以直接作为n型电极，在LED外延片上制作p型电极，有利于制备垂直结构的LED。
Description
技术领域
本发明涉及LED外延片及制备方法，特别涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管（LED）作为一种新型固体照明光源和绿色光源，具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。
III族氮化物GaN在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质，近几年受到广泛关注。GaN是直接带隙材料，且声波传输速度快，化学和热稳定性好，热导率高，热膨胀系数低，击穿介电强度高，是制造高效的LED器件的理想材料。目前，GaN基LED的发光效率现在已经达到28%并且还在进一步的增长，该数值远远高于目前通常使用的白炽灯（约为2%）或荧光灯（约为10%）等照明方式的发光效率。
LED要真正实现大规模广泛应用，需要进一步提高LED芯片的发光效率，同时降低LED芯片的价格。虽然LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯，但是商业化LED发光效率还是低于钠灯（150 lm/W），单位流明/瓦的价格偏高。目前大多数GaN基LED都是基于蓝宝石和SiC衬底上进行外延生长，大尺寸的蓝宝石和SiC衬底价格昂贵，导致LED制造成本高，同时，目前大部分衬底材料均不具备导电或透光的效果，其制备得到的LED外延片不能直接作为电极，导致后续工序的增加。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种GaN基LED外延片及制备方法，该LED外延片直接生长在FTO衬底上，有缺陷密度低、结晶质量好，发光性能优良的优点，衬底为导电衬底，可直接用作为n电极，在外延片上直接制作p电极用于制备垂直结构LED芯片；同时，其制备方法具有生长工艺简单，制备成本低廉的优点。
为实现本发明目的，具体技术方案如下：
一种GaN基LED外延片，该外延片包括FTO衬底、在FTO衬底上的GaN种子层、生长在GaN种子层上的GaN纳米柱层、生长在GaN纳米柱层上的非掺杂GaN层、生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜、生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱、生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。
进一步的，所述GaN种子层由生长在FTO衬底上的金属镓层氮化后形成。
进一步的，所述GaN种子层的厚度为10~50nm。
进一步的，所述FTO衬底为商用玻璃衬底，即：掺杂氟的SnO2导电玻璃(SnO2:F)。
进一步的，所述GaN纳米柱层的高度为300~800nm，300~800 nm高的GaN纳米柱层可以为接下来横向外延生长高质量非掺杂GaN层奠定基础。
进一步的，所述非掺杂GaN层的厚度为200~300nm，当GaN厚度达到200~300 nm时外延层的应力得到完全释放，为接下来外延生长高质量n型掺杂GaN薄膜奠定基础。
进一步的，所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为3~5μm，优选所述n型掺杂GaN薄膜掺杂电子浓度为1.0×1017~5.0×1019cm-3。
进一步的，所述InGaN/GaN量子阱为 7~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层，进一步优选所述InGaN阱层的厚度为2~3nm；GaN垒层的厚度为10~13nm。
进一步的，所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为300~350nm，优选所述GaN薄膜的掺杂空穴浓度1.0×1016~2.0×1018cm-3。
本发明还公开了上述LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
（1）衬底的选取：选用FTO衬底；
（2）对步骤（1）中所选衬底表面抛光、清洗处理；
（3）镓金属层的生长：采用分子束外延生长工艺，在FTO衬底表面沉积镓金属层；
（4）GaN纳米柱层外延生长：对镓金属层采用氮等离子体进行氮化处理，至镓金属层全部氮化，形成GaN种子层，接着在GaN种子层上生长GaN纳米柱层；
（5）非掺杂GaN层的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（4）得到的GaN纳米柱层上生长非掺杂GaN层；
（6）n型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（5）得到的非掺杂GaN层上生长n型掺杂GaN薄膜；
（7）InGaN/GaN多量子阱的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（6）得到的n型掺杂GaN薄膜上生长InGaN/GaN多量子阱；
（8）p型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（7）得到的InGaN/GaN多量子阱上生长p型掺杂GaN薄膜。
进一步的，为降低LED的生产成本，步骤（1）中，本发明采用普通FTO衬底即可。
进一步的，步骤（2）中，所述衬底表面抛光工艺，具体为：首先将FTO衬底表面用金刚石泥浆进行抛光，配合光学显微镜观察衬底表面，直到没有划痕后，再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理。
进一步的，步骤（2）中，所述清洗工艺，具体为：将FTO衬底放入去离子水中室温下超声清洗3~5分钟，去除玻璃衬底表面粘污颗粒，再依次经过丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
进一步的，步骤（3）中，衬底温度为150~300℃。
进一步的，步骤（3）中，考虑到金属镓层厚度太薄了可能无法完全覆盖，太厚了则在进行下一步骤氮化的时候无法安全氮化，生成GaN，所述镓金属层的厚度为10~50nm。
进一步的，步骤（4）中，镓金属层氮化处理过程中衬底温度350~450℃。
进一步的，步骤（4）中，氮化处理过程工艺参数为：等离体子源的功率300~450 W，氮气流量1~5sccm，氮化时间30~90秒。
进一步的，步骤（4）中，GaN纳米柱层生长过程工艺参数为：反应室的压力6.0~7.2×10-5Pa、束流比V/III值50~200、生长速度0.4~0.6ML/s。
进一步的，步骤（5）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室压力4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.6~0.8ML/s。
进一步的，步骤（6）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室压力5.0~6.0×10-5Pa、束流比V/III值40~50、生长速度0.6~0.8ML/s。
进一步的，步骤（7）中，分子束外延生长工艺参数为：生长温度400~550℃，反应室的压力4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.4~0.6ML/s。
进一步的，步骤（8）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室的压力5.0~6.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.6~0.8 ML/s。
相对现有技术，本发明的有益效果在于：
（1）本发明采用FTO衬底，FTO衬底容易获得，价格便宜，有利于降低生产成本；同时，FTO具有导电、透光的特点，可以直接作为n型电极，然后在LED外延片上制作p型电极，从而可以有利于制备垂直结构的LED。
（2）考虑到金属Ga熔点是29.8℃，常温下为液态，无法用作为衬底，本发明创造性的在FTO衬底上沉积一层金属镓薄膜，然后进行氮化处理，形成一层薄的GaN种子层，有利于后续GaN纳米柱的生长，克服了无法在FTO衬底上直接生长LED外延片的技术难题；采用了低温（450~550℃）氮化技术在镓金属层上先获得一层GaN种子层，然后继续生长出高晶体质量的GaN纳米柱层，为下一步沉积高质量低缺陷的非掺杂GaN薄膜做铺垫，有利于提高载流子的辐射复合效率，可大幅度提高氮化物器件的发光效率，制备出高效LED的器件。
（3）本发明采用FTO作为衬底，能够降低成本，并采用在衬底上直接生长GaN材料，然后生长非掺杂GaN层，能有效的减少位错的形成，制备出高质量InGaN/GaN薄膜，有利提高了载流子的辐射复合效率，可大幅度提高LED的发光效率。
（4）本发明的生长工艺独特而简单易行，具有可重复性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1制备的LED外延片的截面示意图。
图2为本发明实施例1制备的LED外延片的电致发光（EL）图谱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。
实施例1
本实施例公开了一种LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
（1）衬底的选取：取普通FTO衬底。
（2）对步骤（1）中所选衬底表面抛光、清洗处理；
衬底表面抛光工艺，具体为：首先将FTO衬底表面用金刚石泥浆进行抛光，配合光学显微镜观察衬底表面，直到没有划痕后，再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理；
清洗工艺，具体为：将FTO衬底放入去离子水中室温下超声清洗3分钟，去除FTO衬底表面粘污颗粒，再依次经过丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
（3）镓金属层的生长：在分子束外延***中，在衬底温度为150℃条件下，沉积厚度为10 nm的镓层。
（4）GaN纳米柱层外延生长：衬底温度调为350℃，先对镓金属层采用氮等离子体进行氮化处理，等离体子源的功率为300 W，氮气流量为1 sccm，氮化时间为30秒，接着在反应室的压力为6.0×10-5Pa、束流比V/III值为50、生长速度为0.4 ML/s的条件下生长GaN纳米柱层。
（5）非掺杂GaN层的外延生长：采用分子束外延生长工艺，衬底温度为400℃，在反应室的压力为4.0×10-5 Pa、束流比V/III值为30、生长速度为0.6 ML/s条件下，在步骤（4）得到的GaN纳米柱层上生长非掺杂GaN层。
（6）n型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，将衬底温度升至400℃，在反应室压力为5.0×10-5 Pa、束流比V/III值为40、生长速度为0.6 ML/s条件下，在步骤（5）得到的非掺杂GaN层上生长n型掺杂GaN薄膜。
（7）InGaN/GaN多量子阱的外延生长：采用分子束外延生长工艺，生长温度为400℃，在反应室的压力为4.0×10-5 Pa、束流比V/III值为30、生长速度为0.4 ML/s条件下，在步骤（6）得到的n型掺杂GaN薄膜上生长InGaN/GaN多量子阱。
（8）p型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，将衬底温度调至400℃，反应室的压力5.0×10-5 Pa、束流比V/III值30、生长速度0.6 ML/s条件下，在步骤（7）得到的InGaN/GaN多量子阱上生长p型掺杂GaN薄膜。经测定，本实施例制备的p型掺杂GaN薄膜的粗糙度RMS值低于1.6 nm；表明获得表明光滑的高质量的p型掺杂GaN薄膜。
如图1所示，本实施例制备的生长在FTO衬底上的GaN基LED外延片，包括生长在FTO衬底10上的对金属镓进行氮化形成的GaN种子层11，生长在GaN种子层11上的GaN纳米柱层12，生长在GaN纳米柱层上的非掺杂GaN层13，生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜14，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱15，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜16。
图2是本发明制备出的LED外延片的EL图谱，其电致发光峰为455 nm，半峰宽为20nm，达到目前照明要求水平，显示出了本发明制备的LED器件优异的电学性能。
实施例2
本实施例公开了一种LED外延片的制备方法，包括以下步骤：
（1）衬底的选取：取普通FTO衬底。
（2）对步骤（1）中所选衬底表面抛光、清洗处理；
衬底表面抛光工艺，具体为：首先将FTO衬底表面用金刚石泥浆进行抛光，配合光学显微镜观察衬底表面，直到没有划痕后，再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理；
清洗工艺，具体为：将FTO衬底放入去离子水中室温下超声清洗3分钟，去除FTO衬底表面粘污颗粒，再依次经过丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
（3）镓金属层的生长：在分子束外延***中，在衬底温度为300℃条件下，沉积厚度为50 nm的镓层。
（4）GaN纳米柱层外延生长：衬底温度调为450℃，先对镓金属层采用氮等离子体进行氮化处理，等离体子源的功率为450 W，氮气流量为5 sccm，氮化时间为90秒，接着在反应室的压力为7.2×10-5 Pa、束流比V/III值为200、生长速度为0.6 ML/s的条件下生长GaN纳米柱层。
（5）非掺杂GaN层的外延生长：采用分子束外延生长工艺，衬底温度为550℃，在反应室的压力为5.0×10-5 Pa、束流比V/III值为40、生长速度为0.8 ML/s条件下，在步骤（4）得到的GaN纳米柱层上生长非掺杂GaN层。
（6）n型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，将衬底温度升至550℃，在反应室压力为6.0×10-5 Pa、束流比V/III值为50、生长速度为0.8 ML/s条件下，在步骤（5）得到的非掺杂GaN层上生长n型掺杂GaN薄膜。
（7）InGaN/GaN多量子阱的外延生长：采用分子束外延生长工艺，生长温度为550℃，在反应室的压力为5.0×10-5 Pa、束流比V/III值为40、生长速度为0.6 ML/s条件下，在步骤（6）得到的n型掺杂GaN薄膜上生长InGaN/GaN多量子阱。
（8）p型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，将衬底温度调至550℃，反应室的压力6.0×10-5 Pa、束流比V/III值40、生长速度0.8 ML/s条件下，在步骤（7）得到的InGaN/GaN多量子阱上生长p型掺杂GaN薄膜。
本实施例制备的玻璃衬底上的LED外延片无论是在电学性质、光学性质上，还是在缺陷密度、结晶质量都具有非常好的性能，测试数据与实施例1相近，在此不再赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (20)
1.一种GaN基LED外延片，其特征在于，该外延片包括FTO衬底、在FTO衬底上的GaN种子层、生长在GaN种子层上的GaN纳米柱层、生长在GaN纳米柱层上的非掺杂GaN层、生长在非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN薄膜、生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN量子阱、生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。
2.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述GaN种子层由生长在FTO衬底上的金属镓层氮化后形成。
3.如权利要求1或2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述GaN种子层的厚度为10~50nm。
4.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述GaN纳米柱层的高度为300~800nm。
5.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述非掺杂GaN层的厚度为200~300nm。
6.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为3~5μm。
7.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述InGaN/GaN量子阱为 7~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层。
8.如权利要求7所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述InGaN阱层的厚度为2~3nm；GaN垒层的厚度为10~13nm。
9.如权利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为300~350nm。
10.一种权利要求1~9任一项所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，其制备方法如下：
（1）衬底的选取：选用FTO衬底；
（2）对步骤（1）中所选衬底表面抛光、清洗处理；
（3）镓金属层的生长：采用分子束外延生长工艺，在FTO衬底表面沉积镓金属层；
（4）GaN纳米柱层外延生长：对镓金属层采用氮等离子体进行氮化处理，至镓金属层全部氮化，形成GaN种子层，接着在GaN种子层上生长GaN纳米柱层；
（5）非掺杂GaN层的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（4）得到的GaN纳米柱层上生长非掺杂GaN层；
（6）n型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（5）得到的非掺杂GaN层上生长n型掺杂GaN薄膜；
（7）InGaN/GaN多量子阱的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（6）得到的n型掺杂GaN薄膜上生长InGaN/GaN多量子阱；
（8）p型掺杂GaN薄膜的外延生长：采用分子束外延生长工艺，在步骤（7）得到的InGaN/GaN多量子阱上生长p型掺杂GaN薄膜。
11.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述衬底表面抛光工艺具体为：将FTO衬底表面用金刚石泥浆进行抛光，配合光学显微镜观察衬底表面，直到没有划痕后，再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理。
12.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述清洗工艺具体为：将FTO衬底放入去离子水中室温下超声清洗，去除玻璃衬底表面粘污颗粒，再依次经过丙酮、乙醇洗涤，去除表面有机物，用高纯干燥氮气吹干。
13.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，镓金属层的生长过程中衬底温度为150~300℃。
14.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，镓金属层氮化处理过程中衬底温度350~450℃。
15.如权利要求10或14所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，氮化处理工艺参数为：等离体子源的功率300~450 W，氮气流量1~5sccm，氮化时间30~90秒。
16.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，GaN纳米柱层生长过程工艺参数为：反应室的压力6.0~7.2×10-5Pa、束流比V/III值50~200、生长速度0.4~0.6ML/s。
17.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室压力4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.6~0.8ML/s。
18.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室压力5.0~6.0×10-5Pa、束流比V/III值40~50、生长速度0.6~0.8ML/s。
19.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（7）中，分子束外延生长工艺参数为：生长温度400~550℃，反应室的压力4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.4~0.6ML/s。
20.如权利要求10所述的GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤（8）中，分子束外延生长工艺参数为：衬底温度400~550℃，反应室的压力5.0~6.0×10-5Pa、束流比V/III值30~40、生长速度0.6~0.8 ML/s。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110272272.7A CN112951956A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110272272.7A CN112951956A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112951956A true CN112951956A (zh) | 2021-06-11 |
Family
ID=76229679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110272272.7A Pending CN112951956A (zh) | 2021-03-12 | 2021-03-12 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112951956A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080315226A1 (en) * | 2007-06-20 | 2008-12-25 | National Central University | Light emitting diode, optoelectronic device and method of fabricating the same |
| EP2045849A2 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-08 | Electronics and Telecommunications Research Institute | Conducting substrate structure with controlled nanorod density and method of fabricating the same |
| CN105932117A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-07 | 太原理工大学 | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 |
| CN106981549A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-25 | 华南理工大学 | 生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱led外延片及其制备方法 |
| CN108206130A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-26 | 华南理工大学 | 生长在铝箔衬底上的氮化铟纳米柱外延片及其制备方法 |
| CN108231545A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 生长在铜箔衬底上的InN纳米柱外延片及其制备方法 |
| CN108807617A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-11-13 | 华南理工大学 | 生长在硅/石墨烯复合衬底上的GaN基纳米柱LED外延片及其制备方法 |
| CN109037371A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-18 | 华南理工大学 | 生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用 |
| CN109132997A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 华南理工大学 | 生长在Ti衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用 |
| US20190079040A1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-03-14 | E Ink Holdings Inc. | Sensing element |
-
2021
- 2021-03-12 CN CN202110272272.7A patent/CN112951956A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080315226A1 (en) * | 2007-06-20 | 2008-12-25 | National Central University | Light emitting diode, optoelectronic device and method of fabricating the same |
| EP2045849A2 (en) * | 2007-10-01 | 2009-04-08 | Electronics and Telecommunications Research Institute | Conducting substrate structure with controlled nanorod density and method of fabricating the same |
| CN105932117A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-09-07 | 太原理工大学 | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 |
| CN106981549A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-07-25 | 华南理工大学 | 生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱led外延片及其制备方法 |
| US20190079040A1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-03-14 | E Ink Holdings Inc. | Sensing element |
| CN108206130A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-26 | 华南理工大学 | 生长在铝箔衬底上的氮化铟纳米柱外延片及其制备方法 |
| CN108231545A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 生长在铜箔衬底上的InN纳米柱外延片及其制备方法 |
| CN108807617A (zh) * | 2018-06-30 | 2018-11-13 | 华南理工大学 | 生长在硅/石墨烯复合衬底上的GaN基纳米柱LED外延片及其制备方法 |
| CN109037371A (zh) * | 2018-09-29 | 2018-12-18 | 华南理工大学 | 生长在Al衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用 |
| CN109132997A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-04 | 华南理工大学 | 生长在Ti衬底上的(In)GaN纳米柱及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106981549B (zh) | 生长在硅衬底上的氮化镓纳米柱led外延片及其制备方法 | |
| CN106784224B (zh) | 生长在玻璃衬底上的led外延片及其制备方法 | |
| CN104037284A (zh) | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 | |
| US20200343346A1 (en) | Indium nitride nanopillar epitaxial wafer grown on aluminum foil substrate and preparation method of indium nitride nanopillar epitaxial wafer | |
| CN111739989A (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片及制备方法 | |
| CN103996764B (zh) | 生长在Ag衬底的LED外延片及其制备方法和应用 | |
| CN114937721A (zh) | 一种硅衬底GaN基LED外延片及其制备方法 | |
| CN103258926A (zh) | 一种led垂直芯片结构及制作方法 | |
| CN114883460A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN100399590C (zh) | Mocvd生长氮化物发光二极管结构外延片的方法 | |
| CN112687770B (zh) | Led外延生长方法 | |
| CN203950831U (zh) | 生长在Cu衬底的LED外延片 | |
| CN212323022U (zh) | AlGaN基深紫外LED外延片 | |
| CN111599904A (zh) | 一种生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 | |
| CN206422088U (zh) | 生长在玻璃衬底上的led外延片 | |
| CN103296157B (zh) | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的led外延片及制备方法 | |
| CN106505135B (zh) | 生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱及其制备方法 | |
| CN112951956A (zh) | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 | |
| CN102157650B (zh) | 一种垂直结构的GaN基发光二极管的制备方法 | |
| CN213816181U (zh) | 一种Si衬底的GaN薄膜 | |
| CN113161451A (zh) | 一种led外延结构及其生长方法 | |
| CN103996758A (zh) | 生长在Cu衬底的LED外延片及其制备方法和应用 | |
| CN206422089U (zh) | 生长在玻璃衬底上的GaN薄膜 | |
| CN203895486U (zh) | 生长在Ag衬底上的LED外延片 | |
| CN212848468U (zh) | 一种生长在Si衬底上的LED外延片 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |