[发明专利]一种自支撑GaN基发光二极管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自支撑GaN基发光二极管的制备方法，属于半导体发光器件技术领域。

背景技术

GaN基发光二极管在照明、显示、科研等领域具有重要的应用前景和商业价值。传统的GaN基发光二极管结构如图1所示，一般以蓝宝石片201作为衬底，采用金属有机化学气相沉积法在衬底上自下而上依次生长GaN或者AlN缓冲层202、非掺杂GaN过渡层203、n型GaN外延层204、GaN/InGaN多量子阱发光层205，p型GaN外延层206和电流扩散层207，并在电流扩散层207上镀p型GaN接触电极208，在n型GaN外延层204上并列于GaN/InGaN多量子阱发光层205镀n型GaN接触电极209。

由于蓝宝石衬底在晶体结构、热导率与GaN具有较大差距，容易产生晶格失配和热应力失配，同时由于蓝宝石绝缘绝热性能良好，不利于制作大功率发光器件。器件制作完成后蓝宝石衬底必须被切割，从而完成后续的封装器件工艺，导致蓝宝石衬底无法重复利用。综上所述，单纯的蓝宝石衬底已经不能满足高性能大功率GaN基发光二极管的制备要求。

毫无疑问，GaN单晶是制备GaN基发光器件的最佳衬底。然而GaN单晶片直径很小而且价格昂贵。ZnO与GaN在晶体结构、能带结构等方面具有很多相似的性质，尤为重要的是两者均为纤锌矿结构，具有相同的堆垛顺序，同时晶格失配和热失配很小，所以ZnO可以作为GaN基薄膜生长的模板。由于相对于GaN，ZnO原料丰富，价格低廉，易于腐蚀，结合现有蓝宝石衬底制备GaN基发光器件的工艺，可以方便的实现GaN基薄膜与衬底的剥离，从而制备散热良好的大功率高亮度器件。

实现上述构想在技术上需要解决两个重要问题：第一，对于工业化生产，ZnO单晶价格过高；第二，在GaN外延层生长温度和氨气氛围中，ZnO层容易被腐蚀而影响后续生长薄膜的晶体质量。所以采用ZnO单晶衬底或者常用的金属有机化学气相沉积参数不适合生长以ZnO为过渡层的GaN基发光二极管。

发明内容

本发明的目的是提出一种自支撑GaN基发光二极管的制备方法，改善发光器件的散热，易于获得大功率、高亮度的发光器件，并能有效的降低生产成本。

本发明的自支撑的GaN基发光二极管的制备方法，该自支撑的GaN基发光二极管在GaN抗腐蚀层上自下而上依次有GaN或者AlN缓冲层、非掺杂GaN过渡层、n型GaN外延层、GaN/InGaN多量子阱发光层，p型GaN外延层和电流扩散层，并在电流扩散层上镀p型GaN接触电极，在n型GaN外延层上并列于GaN/InGaN多量子阱发光层镀n型GaN接触电极，其制备采用的是金属有机化学气相沉积法，步骤如下：

1)将经过清洗的蓝宝石衬底装入金属有机化学气相沉积装置反应室，抽真空，在250-400℃，有机锌源流量5-100sccm，纯氧气流量为10-200sccm，气压为0.01-150Torr，生长厚度为0.1-1微米的ZnO缓冲层；

2)将步骤1)制品在700-800℃原位退火10-30分钟，然后于400-600℃，有机锌源流量5-100sccm，纯氧气流量为10-200sccm，气压为0.01-150Torr，在ZnO缓冲层上生长厚度为0.5-30微米的ZnO外延层；

3)在600-800℃，有机镓源流量为5-100sccm，纯氨气的流量为100-2000sccm，气压为10-200Torr，在ZnO外延层上生长厚度为0.1-1微米的GaN抗腐蚀层；

4)在上述的蓝宝石、ZnO缓冲层、ZnO外延层以及GaN抗腐蚀层构成的复合衬底上，依次生长GaN或者AlN缓冲层、非掺杂GaN过渡层、n型GaN外延层、GaN/InGaN多量子阱发光层，p型GaN外延层和电流扩散层，并在电流扩散层上镀p型GaN接触电极，在n型GaN外延层上并列于GaN/InGaN多量子阱发光层镀n型GaN接触电极；

5)采用酸液化学腐蚀法，将蓝宝石衬底、ZnO缓冲层和ZnO外延层与GaN抗腐蚀层剥离，获得自支撑的GaN基发光二极管。

上述酸液化学腐蚀所用的酸液为pH≥4的硝酸、磷酸或者氢氟酸。

本发明的有益效果在于：本发明设计了一种以ZnO单晶薄膜为过渡层制作GaN基发光二极管，通过剥离衬底获得自支撑的GaN基发光二极管，可以显著改善散热，获得大功率、高亮度的发光器件，同时蓝宝石片可以回收重复使用。本发明对现有生产工艺兼容性好，不但能显著提高器件的性能，而且有利于降低生产成本。

附图说明

图1是目前常见的制备GaN基发光二极管结构示意图；