【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，具体涉及一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法。
技术介绍
1、gan作为第三代宽禁带半导体，室温下其禁带宽度为3.4ev，拥有电子迁移率高、热导率高、电子饱和漂移速度高，热稳定性强等众多优点，自问世以来便受到广泛关注。由于其3.4ev的禁带宽度，使其能够发出红、绿、蓝颜色的光，是用于制备led的理想材料。但是自gan被人工合成问世以来，如何制备出高质量的gan外延层成为了一直困扰业界的问题，首当其冲的便是衬底的选择，衬底的选择将直接影响到gan的生长质量。其中衬底的选择主要有：sic、si、gan、aln和蓝宝石等等。
2、其中蓝宝石是最易获得材料且价格适中，但蓝宝石本身不导电且导热性不佳，这将导致电极难以制备且限制大功率器件的生产。同时蓝宝石衬底和gan存在较大的晶格失配和热膨胀失配，这将分别导致在生长过程中gan出现过高的位错密度和冷却过程中出现裂痕，从而影响gan的生长质量。
3、sic虽然有着和gan更加接近的晶格常数和热膨胀系数，但其目前较为高昂的成本使得sic难以大规模的应用。同时，对于使用si作为衬底生产gan，由于si和gan的晶格失配和热膨胀系数失配，外延生长出的gan层极易发生龟裂。在解决该问题前，依旧难以大规模应用。而使用gan本身作为衬底去生产gan自然是最好的选择，但是如何制备出质量优异且尺寸较大的gan层本身还是一个难以解决的问题。
4、然而在gan和led外延层生长好的剥离和衬底的回收再利用也是一直以来困扰业界，急需
5、因此，目前市场上急需一种能够大范围应用、容易去除、可回收利用并且能生产制备出尺寸大、质量优的gan外延层的新型衬底。
技术实现思路
1、为了得到尺寸更大、质量更好的gan外延层从而制备led，本专利技术提供了一种以高温难熔金属为衬底，aln和alxga1-xn分别作为缓冲层和渐变层生长gan进而制备led的方法。
2、鉴于现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术方案首先考虑aln的晶格常数为0.3117nm，gan的晶格常数为0.3189nm，两者的晶格失配为2.3%，相比与传统的蓝宝石衬底的17%的晶格常数失配，在aln上能够生长出位错和缺陷更少的gan。而aln的线膨胀系数约为4.4 x 10-6/k，而gan的线膨胀系数约为5.6 x 10-6/k，二者间的热失配较小，在gan的生长过程中能够有效减少热膨胀所产生影响，从而能够生长出质量更加优异的gan层，是目前较为理想的用于外延制备gan的缓冲层材料之一。
3、再考虑与其他传统衬底材料相比，高温难熔金属具有更好的导热性。以钽为例，其常温下其导热率约为138w/(m·k)。在生长gan时，会将衬底放置于加热盘上加热。而高温难熔金属衬底的高导热性能够使得衬底整体温度更加均匀，同时衬底温度的升高和下降也能更加快速。而更加均匀的衬底温度能够使得gan层生长时受热更加均匀，从而能得到质量更好的gan。而且目前的传统衬底，如蓝宝石，目前常用尺寸大小只有4寸，想要得到更大的尺寸的衬底将会花费更多的成本且难以实现。相比之下，本专利技术所用的高温难熔金属能够轻易的获得超过4英寸的衬底，不仅能够减小成本，更大的尺寸能够得到更大面积的gan层，从而一次性得到更多的led。
4、通过结合以上特点构建的本专利技术方案可以使在后续的剥离过程中，将不再需要精密的激光设备进行激光剥离，可以通过使用无机酸溶液将衬底溶解于溶液中。而相比于激光剥离对gan层的损伤，gan外延层难以被酸所腐蚀，使用酸溶液对衬底进行腐蚀时给gan外延层带来的影响几乎可以忽略不计。以金属钽为例，氢氟酸可将其溶解。相比于繁琐且成本高昂的激光剥离，通过酸溶液的湿法腐蚀无疑是便捷且成本低廉的。而且溶于溶液中的金属甚至可以通过其他工艺将其置换而出，进行二次利用，从而大大的节约成本。
5、本专利技术提出一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，在高温难熔金属衬底，aln缓冲层和alxga1-xn渐变层上所生长的外延结构包括依次层叠的n型gan层，量子阱层，p型gan层。该方案使用高温难熔金属作为衬底，且在衬底上层叠生长了一层aln和alxga1-xn作为缓冲层。相比于使用传统的衬底生长gan层制备led的方法，新衬底方案不仅容易获得更大的尺寸从而外延生长出尺寸更大的gan层，而且金属衬底能够通过采用酸溶液进行湿法腐蚀，在不对外延生长的gan层造成过多影响下便捷的去除，间接的提高了gan的生长质量且能减少相关时间成本和经济成本。
6、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
7、一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：
8、在高温难熔金属衬底，aln缓冲层和alxga1-xn渐变层上进行led外延结构的生长；
9、所述外延结构包括依次层叠的n型gan层，量子阱层，p型gan层。
10、进一步地，在所述外延结构生长结束后，通过使用酸溶液将衬底溶解于溶液中，以实现gan外延层的剥离。
11、进一步地，所述高温难熔金属采用钽、钨、铌、钼和铼的其中之一。
12、进一步地，所述高温难熔金属衬底的尺寸大小为0.1-100英寸。
13、进一步地，制备过程包括以下步骤：
14、步骤一、采用mocvd在高温难熔金属衬底上生长aln缓冲层和alxga1-xn渐变层；
15、步骤二、对已经生长好aln缓冲层和alxga1-xn渐变层的高温难熔金属衬底进行清洗，使用溶液法清洗或等离子清洗机清洗；
16、步骤三、采用mocvd或mbe生长好未掺杂的gan层，随后进行掺杂，得到n型gan层；
17、步骤四、采用mocvd或mbe生长量子阱层；
18、步骤五、采用mocvd或mbe生长好未掺杂的gan层，随后进行掺杂，得到p型gan层。
19、进一步地，步骤一中，movcd使用tmal作为al源，tmga作为ga源，nh3作为n源。
20、进一步地，步骤二中，溶液法清洗具体是指先采用丙酮清洗，接着采用异丙醇清洗，然后使用无水乙醇清洗，最后氮气吹干。
21、进一步地，步骤三中，mocvd使用tmga作为ga源，nh3作为n源，所使用载气为h2，sih4作为n型半导体掺杂源。
22、进一步地，步骤四中，mocvd使用n2作为载气，tmin作为in源，tega作为ga源，nh3作为n源。
23、进一步地，步骤五中，mocvd使用h2作为载气，tmga作为ga源，nh3作为n源，cp2m本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：在所述外延结构生长结束后，通过使用酸溶液将衬底溶解于溶液中，以实现GaN外延层的剥离。
3.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：所述高温难熔金属采用钽、钨、铌、钼和铼的其中之一。
4.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：所述高温难熔金属衬底的尺寸大小为0.1-100英寸。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：步骤一中，MOVCD使用TMAl作为Al源，TMGa作为Ga源，NH3作为N源。
7.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法
8.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：步骤三中，MOCVD使用TMGa作为Ga源，NH3作为N源，所使用载气为H2，SiH4作为N型半导体掺杂源。
9.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：步骤四中，MOCVD使用N2作为载气，TMIn作为In源，TEGa作为Ga源，NH3作为N源。
10.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长GaN进而制备LED的方法，其特征在于：步骤五中，MOCVD使用H2作为载气，TMGa作为Ga源，NH3作为N源，Cp2Mg作为P型GaN层的掺杂源。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：在所述外延结构生长结束后，通过使用酸溶液将衬底溶解于溶液中，以实现gan外延层的剥离。
3.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：所述高温难熔金属采用钽、钨、铌、钼和铼的其中之一。
4.根据权利要求1所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：所述高温难熔金属衬底的尺寸大小为0.1-100英寸。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种基于高温难熔金属衬底外延生长gan进而制备led的方法，其特征在于：步骤一中，movcd使用tmal作为al源，tmga作为g...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭太良，朱学奇，张学文，郭成龙，吴永胜，潘魁，孙捷，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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