[发明专利]生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法及应用

摘要

本发明公开了生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法，包括以下步骤：(1)采用r面蓝宝石衬底，选取晶体取向；(2)对r面蓝宝石衬底进行表面清洁处理；(3)将步骤(2)处理后的r面蓝宝石衬底转移到脉冲激光沉积设备的超高真空生长室生长非极性GaN缓冲层；(4)采用MOCVD工艺横向外延过生长非极性非掺杂u‑GaN层；(5)采用MOCVD工艺生长非极性n型掺杂GaN薄膜；(6)采用MOCVD工艺生长非极性InGaN/GaN量子阱；(7)采用MOCVD工艺生长非极性p型掺杂GaN薄膜。本发明提出的制备方法具有工艺简单、省时高效、可大幅度提高薄膜晶体质量和器件性能等特点。

主权项

生长在r面蓝宝石衬底上的非极性LED外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用r面蓝宝石衬底，选取晶体取向；(2)对r面蓝宝石衬底进行表面清洁处理；(3)将步骤(2)处理后的r面蓝宝石衬底转移到脉冲激光沉积设备的超高真空生长室，生长非极性GaN缓冲层，形成横向外延区，工艺条件为：衬底温度升至250～550℃，采用脉冲激光轰击GaN靶材，同时通入N2等离子体，反应室压力为1‑20mTorr、激光能量为150～400mJ，激光频率为2～30Hz；(4)采用MOCVD工艺横向外延过生长非极性非掺杂u‑GaN层，工艺条件为：衬底温度为950～1100℃，通入TMGa，反应室压力为80～200Torr，Ⅴ/Ⅲ比为80～150；(5)采用MOCVD工艺生长非极性n型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为1000～1100℃，通入TGGa和SiH4，保持SiH4的流量为60～90sccm，反应室压力为80～200Torr，Ⅴ/Ⅲ比为80～150；掺杂电子浓度1.0×1017～6.0×1019cm‑3；(6)采用MOCVD工艺生长非极性InGaN/GaN量子阱，工艺条件为：垒层，衬底温度为750～850℃，关闭H2，通入TEGa与氨气，反应室压力为200Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500～1500，厚度为10～13nm；阱层，衬底温度为750～850℃，关闭H2，通入TEGa、TMIn与氨气，反应室压力为80～200Torr，Ⅴ/Ⅲ比为500～1500，厚度为2～3nm；(7)采用MOCVD工艺生长非极性p型掺杂GaN薄膜，工艺条件为：衬底温度为900～1050℃，通入TMGa、CP2Mg与氨气，保持CP2Mg的流量为250～450sccm，反应室压力为80～200Torr，Ⅴ/Ⅲ比为950～1150；掺杂空穴浓度1.0×1016～4.0×1018cm‑3。