CN104979446A - SiC衬底GaN基紫外LED外延片、SiC衬底GaN基紫外LED器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片、SiC衬底GaN基紫外LED器件及制备方法，SiC衬底GaN基紫外LED外延片包括自下而上设置的n型SiC衬底、缓冲层、导电的布拉格反射镜层(DBR)、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，所述X选自0-1，n型SiC衬底厚度小于等于100微米。本发明还公开了一种采用所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片制备而成的器件。本发明所述外延片和器件利用导电的布拉格反射镜层将量子阱向衬底方向发射的光反射回表面方向，同时利用其导电特性，在解决SiC材料对紫外光吸收同时，也实现了外延片和器件的垂直电流输运、高光提取效率及高散热能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术，尤其涉及一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片、SiC衬底GaN基紫外LED器件及制备方法。
背景技术
目前，紫外LED涉及UVA波段(320～420nm)，UVB(275～320nm)和UVC(200～275nm)波段的LED。在此波段的LED通常采用的衬底为蓝宝石衬底或AlN衬底，但蓝宝石与紫外LED中AlGaN层的晶格失配较大，所引起的应力会使外延层产生裂纹，而AlN衬底则价格昂贵，大尺寸衬底还很难获得。另一方面，SiC衬底虽然具有很好的导热特性，且与AlGaN体系生长兼容特性很好，可以做为紫外LED的衬底材料。但由于SiC衬底自身对紫外光的吸收特性，很大程度上限制了其在相关领域中的应用；
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有SiC衬底无法在紫外LED领域应用的问题，提出一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片，该外延片利用导电的布拉格反射镜层将量子阱向衬底方向发射的光反射回表面方向，同时利用其导电特性，不仅解决了SiC材料对紫外光的吸收问题，同时也实现了外延片的垂直电流输运、高光提取效率及高散热能力的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片，包括自下而上设置的n型SiC衬底、缓冲层、导电的布拉格反射镜层(DBR)、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，所述X选自0-1，所述n型SiC衬底厚度小于等于100微米。
进一步地，所述缓冲层为AlGaN合金或AlN或二者组合结构。
进一步地，所述导电的布拉格反射镜层包括多层叠置的布拉格反射镜单元，所述布拉格反射镜单元包括叠置的第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层中Al元素配比不同；所述导电的布拉格反射镜层中布拉格反射镜单元的个数不少于20个。
进一步地，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层均掺杂有Si，以实现导电。
进一步地，所述紫外发光多量子阱层是指能在电注入下发出紫外光的多量子阱层，所述紫外发光多量子阱层为AlGaN、AlInN和AlInGaN一种或多种。
需要说明的是，本发明中所述AlGaN、AlInN和AlInGaN非化学式，而是代表材料的元素组成，即AlGaN中Al、Ga和N的摩尔比不限；同理AlInN中Al、In和N的摩尔比不限；AlInGaN中Al、In、Ga和N的摩尔比不限。
本发明还公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片的制备方法，该方法可以实现SiC衬底GaN基紫外LED外延片的工业化生产。
具体地n型SiC衬底GaN基紫外LED外延片的制备方法，步骤如下：在n型SiC衬底上采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)技术依次外延：缓冲层、导电的布拉格反射镜层(DBR)、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，利用衬底减薄技术将n型SiC衬底减薄至100微米以下，得到SiC衬底GaN基紫外LED外延片。初始时n型SiC衬底的厚度为200微米至800微米。
本发明的另一个目的还公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED器件，包括SiC衬底GaN基紫外LED外延片，所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片p-GaN层背离紫外发光多量子阱层的一侧依次设置有透明导电欧姆接触层和第一电极；所述n型SiC衬底背离缓冲层的一侧设置有第二电极。
进一步地，所述透明导电欧姆接触层为氧化铟锡(ITO)。
进一步地，所述第一电极为金薄膜。
进一步地，所述第二电极材料为Ni、Cu、W、Ti或Al。
本发明的另一个目的还公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED器件的生产方法，包括以下步骤：
(1)在n型SiC衬底上采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)技术依次外延：缓冲层、导电的布拉格反射镜层(DBR)、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，利用衬底减薄技术将n型SiC衬底减薄至100微米以下，得到SiC衬底GaN基紫外LED外延片；
(2)在p-GaN层上制备透明导电欧姆接触层，在透明导电欧姆接触层背离p-GaN层的一侧制备第一电极。所述第一电极为小面积电极；
(3)在n型SiC衬底面制备第二电极。所述第二电极为大面积电极。电极材料可以是Ni、Cu、W、Ti、Al等材料。
本发明公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片和采用该外延片制备的器件，其结构科学、合理；此外本发明还公开了所述外延片和器件的制备方法，该方法简单、易行。具体地，与现有技术相比较本发明具有以下优点：
(1)首先，本发明外延片和器件充分发挥SiC衬底的导电、导热及易于生长AlGaN体系材料的优势，制备出垂直结构的GaN紫外LED；
(2)其次，本发明外延片和器件采用导电的布拉格反射镜层(DBR)克服了SiC衬底对紫外光吸收的问题，即有效避免了SiC衬底对GaN基紫外LED的光吸收的负面影响，使得GaN基紫外LED的发光效率大幅增加；
(3)本发明SiC衬底GaN基紫外LED器件具有垂直电流输运、高光提取效率及高散热能力的优点。
附图说明
图1为本发明SiC衬底GaN基紫外LED外延片的结构示意图；
图2为本发明SiC衬底GaN基紫外LED器件的结构示意图；
图3为本发明SiC衬底GaN基紫外LED外延片结构的扫描电子显微镜照片；
图4为Al0.2Ga0.8N/GaN的布拉格反射镜的反射率附图；
图5为本发明SiC衬底GaN基紫外LED器件的电致发光光谱图；
附图标记：1-n型SiC衬底，2-缓冲层，3-导电的布拉格反射镜层(DBR)，4-n-AlxGa1-xN层，5-紫外发光多量子阱层，6-p-GaN层，7-透明导电欧姆接触层，8-第一电极，9-第二电极。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其结构如图1所示：包括自下而上设置的n型SiC衬底1、缓冲层2、导电的布拉格反射镜层(DBR)3、n-AlxGa1-xN层4、紫外发光多量子阱层5和p-GaN层6，所述n型SiC衬底厚度小于100微米。本实施例中缓冲层2为AlN；导电的布拉格反射镜层(DBR)3为Al0.2Ga0.8N/GaN的布拉格反射镜；n-AlxGa1-xN层4为Al组分为0的n型AlxGa1-xN薄膜；紫外发光多量子阱层5发光控制在370～400nm。
所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片的制备方法如下：利用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)依次外延：缓冲层、导电的布拉格反射镜层(DBR)、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，利用衬底减薄技术将n型SiC衬底减薄至100微米以下，得到SiC衬底GaN基紫外LED外延片。
本实施例SiC衬底GaN基紫外LED外延片结构的扫描电子显微镜照片如图3所示，从图中清晰可见AlN缓冲层结构、布拉格反射镜层(DBR)、n-GaN型、量子阱层及p-GaN层。本实施例中Al0.2Ga0.8N/GaN的布拉格反射镜的反射率结果如图4所示，在390纳米左右光谱范围，反射率大于90％。
实施例2
本实施例公开了一种SiC衬底GaN基紫外LED器件，其结构如图2所示：包括实施例1所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片，所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片p-GaN6层背离紫外发光多量子阱层5的一侧依次设置有透明导电欧姆接触层7和第一电极8；所述n型SiC衬底1背离缓冲层2的一侧设置有第二电极9。
本实施例所述SiC衬底GaN基紫外LED器件的制备步骤如下：利用电子束蒸镀设备在p-GaN层上蒸镀ITO透明导电欧姆接触层，再ITO透明导电欧姆接触层上蒸镀金做为第一电极。再采用电子束蒸镀设备蒸镀镍金属做为n-SiC电极，切割成芯片后制备成SiC衬底的垂直结构GaN基UVA波段紫外LED器件。
图5为本实施例所述SiC衬底GaN基紫外LED器件的电致发光光谱图，如图可见20mA电流下，器件的发光波长为388纳米左右。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其特征在于，包括自下而上设置的n型SiC衬底、缓冲层、导电的布拉格反射镜层、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，所述X选自0-1，所述n型SiC衬底厚度小于等于100微米。
2.根据权利要求1所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其特征在于，所述缓冲层为AlGaN或AlN或二者组合结构。
3.根据权利要求1所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其特征在于，所述导电的布拉格反射镜层包括多层叠置的布拉格反射镜单元，所述布拉格反射镜单元包括叠置的第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层中Al元素配比不同；所述导电的布拉格反射镜层中布拉格反射镜单元的个数不少于20个。
4.根据权利要求3所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其特征在于，所述第一AlGaN层和第二AlGaN层均掺杂有Si。
5.根据权利要求1所述SiC衬底GaN基紫外LED外延片，其特征在于，所述紫外发光多量子阱层为AlGaN、AlInN和AlInGaN一种或多种。
6.一种权利要求1-5任意一项所述n型SiC衬底GaN基紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，步骤如下：在n型SiC衬底上采用金属有机化学气相沉积技术依次外延：缓冲层、导电的布拉格反射镜层、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层；利用衬底减薄技术将n型SiC衬底减薄至100微米以下，得到SiC衬底GaN基紫外LED外延片。
7.一种SiC衬底GaN基紫外LED器件，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项SiC衬底GaN基紫外LED外延片，所述p-GaN层背离紫外发光多量子阱层的一侧依次设置有透明导电欧姆接触层和第一电极；所述n型SiC衬底背离缓冲层的一侧设置有第二电极。
8.根据权利要求7所述SiC衬底GaN基紫外LED器件，其特征在于，所述透明导电欧姆接触层为氧化铟锡；所述第一电极为金薄膜；所述第二电极材料为Ni、Cu、W、Ti或Al。
9.一种权利要求7或8所述SiC衬底GaN基紫外LED器件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在n型SiC衬底上采用金属有机化学气相沉积技术依次外延：缓冲层、导电的布拉格反射镜层、n-AlxGa1-xN层、紫外发光多量子阱层和p-GaN层，利用衬底减薄技术将n型SiC衬底减薄至100微米以下，得到SiC衬底GaN基紫外LED外延片；
(2)在p-GaN层上制备透明导电欧姆接触层，在透明导电欧姆接触层背离p-GaN层的一侧制备第一电极；
(3)在n型SiC衬底面制备第二电极。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151014 |