一种GaN基LED外延片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种GaN基LED外延片，所述外延片在层状方向由下至上包括蓝宝石衬底、催化剂层、石墨烯层、缓冲层、n-GaN层、量子阱层、p-AlGaN层和p-GaN层。与传统GaN基LED外延片构建垂直结构LED时需采用激光剥离设备剥离蓝宝石基底相比，本发明的GaN基LED外延片采用胶带即可直接剥离蓝宝石基底，无需激光剥离设备，提高了剥离效率，且无损伤。
【专利说明】一种GaN基LED外延片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于LED领域，具体涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前GaN基LED多以蓝宝石为衬底，然而蓝宝石不导电且散热较差，制作的LED为平面结构(电极在同一侧，如图1所示)，这种结构的LED发光面积小、易造成电流拥堵、散热差，这导致LED在大电流工作时效率低、寿命短，因此需要大量芯片在小电流下工作来满足照明所需的光通量需求，这也是LED价格高的主要原因。为解决这些问题，人们将GaN基LED外延层由蓝宝石衬底转移到高热导率的衬底(S1、Ge以及Cu等衬底)，获得垂直结构LED(电极在两侧，结构如图2所述)，制备过程一般为:将GaN基LED外延片的ρ-GaN层通过晶片键合或电镀的方法与新衬底粘合在一起，再将蓝宝石剥离(一般采用激光剥离法)，由于外延层与蓝宝石的结合强度非常高，无法通过普通胶带剥离法去掉，造成剥离效率低下。同时，激光剥离设备昂贵、效率低，而且激光很容易造成外延层的损伤使LED漏电或损坏。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种蓝宝石衬底易剥离的GaN基LED外延片。
[0004]本发明实现上述目的所采用的技术方案如下:
一种GaN基LED外延片，所述外延片在层状方向由下至上包括蓝宝石衬底、催化剂层、石墨纟布层、缓冲层、n_GaN层、星子讲层、P-AlGaN层和P-GaN层。
[0005]进一步,所述石墨烯层厚度为0.3-10nm。
[0006]进一步，所述催化剂层为Ga和/或In。
[0007]上述GaN基LED外延片的制备方法，包括如下步骤:
Cl)向外延生长设备通过入镓源和/或铟源，在温度为400?800°C下，在蓝宝石衬底上外延生长催化剂层；
(2)然后通过入碳源，在温度为900?120(TC下，在催化剂层上生长石墨烯层；
(3)再在石墨烯层上依次外延生长缓冲层、n-GaN层、量子阱层、ρ-AlGaN层和p-GaN层。
[0008]进一步，所述镓源为三甲基镓、三乙基镓、GaCl或GaCl3。
[0009]进一步，所述铟源为三甲基铟、InCl和InCl3。
[0010]与传统GaN基LED外延片构建垂直结构LED时需采用激光剥离设备剥离蓝宝石基底相比，本发明的GaN基LED外延片的外延层与蓝宝石基底的粘着力<2N/25mm，可以使用一般的胶带轻松剥离，无需激光剥离设备，提高了剥离效率，且对外延层无任何损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为平面结构的GaN基LED。
[0012]图2为垂直结构的GaN基LED。
[0013]图3为本发明的GaN基LED。
【具体实施方式】
[0014]以下结合实施例和附图对本发明的做进一步详细说明。
[0015]本发明所提供的GaN基LED外延片，在层状方向由下至上包括蓝宝石衬底、缓冲层、n-GaN层、量子阱层、ρ-AlGaN层和p_GaN层，在蓝宝石衬底与缓冲层之间增加了石墨烯层。
[0016]为便于石墨烯在蓝宝石衬底上的生长，优选在于蓝宝石上沉积一层催化剂，催化剂可选自但不限于金属Ga、In及其合金。
[0017]所述催化剂层厚度优选在50-2000 nm之间。
[0018]所述石墨烯层厚度优选为0.3-10nm。
[0019]所述GaN缓冲层厚度优选在2?2000 nm之间。
[0020]所述n-GaN层厚度优选在1000?3000 nm之间。
[0021]所述n-GaN层的电子浓度优选在I X 117?I X 119CnT3之间。
[0022]所述量子阱优选采用GaN/InGaN多量子阱，磊宽优选在5?20 nm之间，阱宽优选在I?5 nm之间，周期数优选为2?20个之间。
[0023]所述p-GaN层厚度优选在50?500 nm之间。
[0024]所述p-GaN层的空穴浓度优选在I X 116?I X 119CnT3之间。
[0025]所述p-AlGaN层厚度优选在10 nm?100 nm之间。
[0026]所述p-AlGaN层的空穴浓度优选在I X 116?I X 119CnT3之间。
[0027]上述GaN基LED外延片的制备过程如下:
Cl)在温度为400?800°C条件下，向生长设备中通入催化剂源在衬底上生长催化剂层。
[0028](2)提高温度至900?1200°C，通入C源，在催化剂层上生长石墨烯层。
[0029](3)将温度调整至500?1100°C之间，通入Ga源在石墨烯层上生长GaN缓冲层。
[0030](4)将温度调整至1000?1300°C之间，通入Ga源和η型掺杂源在缓冲层上生长n-GaN 层。
[0031](5)控制Ga源和In源的流量，在n_GaN层上生长GaN/InGaN多量子阱层，磊宽在5?20 nm之间，阱宽在I?5 nm之间，周期数为2?20个，磊生长温度为700?900°C之间，阱生长温度为500?900°C之间。
[0032](6)通入Ga源和Al源和p型掺杂源，在量子阱层上生长p_AlGaN层，生长温度为700 ?1000。。。
[0033](7)通入Ga源和p型掺杂源，在p-AlGaN层上生长ρ-GaN层，生长温度为700°C?1000。。。
[0034]所述生长设备可选自金属有机化学气相沉积设备、化学束外延设备、分子束外延设备、氢化物气相外延设备中的任意一种。
[0035]所述催化剂源可选自但不限于三甲基镓、三乙基镓、GaCl和GaCl3、三甲基铟、InCl和InCl3中的任意一种或两种以上的组合；
所述C源可选自但不限于CH4、C2H2,乙醇、甲醇等；
所述Ga源可选自但不限于三甲基镓、三乙基镓、GaCl和GaCl3中的任意一种或两种以上的组合；
所述In源可选自但不限于三甲基铟、InCl和InCl3中的任意一种或两种以上的组合； 所述Al源可选自但不限于三甲基铝、三乙基铝和AlCl3中的任意一种或两种以上的组合；
所述N源可选自但不限于NH3和/或N2 ;
所述η型掺杂源可选自但不限于硅烷、四氯化硅和乙硅烷中的任意一种或两种以上的组合；
所述P型掺杂源可选自但不限于二茂镁、Mg和Mg3N2中的任意一种或两种以上的组合。
[0036]现有技术对LED外延结构中的缓冲层以上各层的外延生长方法已有很多的介绍，本发明也可按现有方法外延生长缓冲层以上各层。
[0037]图3为本发明所得GaN基LED外延片的结构示意图，其中，1、蓝宝石衬底；2、催化剂层；3、石墨烯；4、GaN 缓冲层;5、n-GaN B ;6、GaN/InGaN 多量子阱层；7、p-AlGaN 层;8、p-GaN 层。
[0038]实施例1下面给出使用Veeco公司的K465i MOCVD系统生长易剥离GaN基LED外延片的实例
(I)在温度为500°C条件下，向生长设备中通入三甲基镓在衬底上生长催化剂层。
[0039](2)提高温度至1050°C，通入CH4,在催化剂层上生长石墨烯层。
[0040](3)将温度调整至1100°C之间，通入三甲基镓在石墨烯层上生长GaN缓冲层。
[0041](4)将温度调整至1240°C之间，通入三甲基镓和SiH4在缓冲层上生长n-GaN层。
[0042](5)控制三乙基镓和三甲基铟的流量，在n-GaN层上生长GaN/InGaN多量子阱层，磊宽在5?20 nm之间，阱宽在I?5 nm之间，周期数为2?20个，磊生长温度为750°C左右，阱生长温度为850°C左右。
[0043](6)通入三甲基镓、三甲基铝和二茂镁，在量子阱层上生长p-AlGaN层，生长温度为 950 0C ο
[0044](7)通入三甲基镓和二茂镁，在ρ-AlGaN层上生长p_GaN层，生长温度为950°C。
【权利要求】
1.一种GaN基LED外延片，所述外延片在层状方向由下至上包括蓝宝石衬底、催化剂层、石墨纟布层、缓冲层、n_GaN层、星子讲层、P-AlGaN层和P-GaN层。
2.根据权利要求1所述GaN基LED外延片，其特征在于，所述石墨烯层厚度为0.3-lOnm。
3.根据权利要求1所述GaN基LED外延片，其特征在于，所述催化剂层为Ga和/或In。
4.权利要求1所述GaN基LED外延片的制备方法，包括如下步骤: Cl)向外延生长设备通过入镓源和/或铟源，在温度为400?800°C下，在蓝宝石衬底上外延生长催化剂层； (2)然后通过入碳源，在温度为900?120(TC下，在催化剂层上生长石墨烯层； (3)再在石墨烯层上依次外延生长缓冲层、n-GaN层、量子阱层、ρ-AlGaN层和p-GaN层。
5.根据权利要求4所述GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，所述镓源为三甲基镓、三乙基镓、GaCl或GaCl3。
6.根据权利要求4所述GaN基LED外延片的制备方法，其特征在于，所述铟源为三甲基铟、InCl 和 InCl3。
【文档编号】H01L33/00GK104409580SQ201410634108
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】刘海滨 申请人:无锡格菲电子薄膜科技有限公司