一种GaN基LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种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，本发明专利技术的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。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基LED外延片及其制备方法
本专利技术属于LED领域，具体涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
技术介绍
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（Si、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p-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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种蓝宝石衬底易剥离的GaN基LED外延片。本专利技术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、石墨烯层、缓冲层、n-GaN层、量子阱层、p-AlGaN层和p-GaN层。进一步，所述石墨烯层厚度为0.3-10nm。进一步，所述催化剂层为Ga和/或In。上述GaN基LED外延片的制备方法，包括如下步骤：（1）向外延生长设备通过入镓源和/或铟源，在温度为400～800℃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900～1200℃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、p-AlGaN层和p-GaN层。进一步，所述镓源为三甲基镓、三乙基镓、GaCl或GaCl3。进一步，所述铟源为三甲基铟、InCl和InCl3。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，本专利技术的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。附图说明图1为平面结构的GaN基LED。图2为垂直结构的GaN基LED。图3为本专利技术的GaN基LED。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术的做进一步详细说明。本专利技术所提供的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、p-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。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。所述催化剂层厚度优选在50-2000nm之间。所述石墨烯层厚度优选为0.3-10nm。所述GaN缓冲层厚度优选在2～2000nm之间。所述n-GaN层厚度优选在1000～3000nm之间。所述n-GaN层的电子浓度优选在1×1017～1×1019cm-3之间。所述量子阱优选采用GaN/InGaN多量子阱，磊宽优选在5～20nm之间，阱宽优选在1～5nm之间，周期数优选为2～20个之间。所述p-GaN层厚度优选在50～500nm之间。所述p-GaN层的空穴浓度优选在1×1016～1×1019cm-3之间。所述p-AlGaN层厚度优选在10nm～100nm之间。所述p-AlGaN层的空穴浓度优选在1×1016～1×1019cm-3之间。上述GaN基LED外延片的制备过程如下：（1）在温度为400～800℃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。（2）提高温度至900～1200℃，通入C源，在催化剂层上生长石墨烯层。（3）将温度调整至500～1100℃之间，通入Ga源在石墨烯层上生长GaN缓冲层。（4）将温度调整至1000～1300℃之间，通入Ga源和n型掺杂源在缓冲层上生长n-GaN层。（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5～20nm之间，阱宽在1～5nm之间，周期数为2～20个，磊生长温度为700～900℃之间，阱生长温度为500～900℃之间。（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℃。（7）通入Ga源和p型掺杂源，在p-AlGaN层上生长p-GaN层，生长温度为700℃～1000℃。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。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n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。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，本专利技术也可按现有方法外延生长缓冲层以上各层。图3为本专利技术所得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层；6、GaN/InGaN多量子阱层；7、p-AlGaN层；8、p-GaN层。实施例1下面给出使用Veeco公司的K465iMOCVD系统生长易剥离GaN基LED外延片的实例（1）在温度为500℃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。（2）提高温度至1050℃，通入CH4，在催化剂层上生长石墨烯层。（3）将温度调整至1100℃之间，通入三甲基镓在石墨烯层上生长GaN缓冲层。（4）将温度调整至1240℃之间，通入三甲基镓和SiH4在缓冲层上生长n-GaN层。（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5～20nm之间，阱宽在1～5nm之间，周期数为2～20个，磊生长温度为750℃左右，阱生长温度为850℃左右。（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℃。（7）通入三甲基镓和二茂镁，在p-AlGaN层上生长p-GaN层，生长温度为950℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
1.GaN基LED外延片的制备方法，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，包括如下步骤：（1）向外延生长设备通入镓源和/或铟源，在温度为400～800℃下，在蓝宝石衬底上外延生长催化剂层；（2）然后通入碳源，在温度为900～1200℃下，在催化剂层上生长石墨烯层；（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海滨，
申请(专利权)人：无锡格菲电子薄膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32