CN203179936U - 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 - Google Patents
一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203179936U CN203179936U CN 201220686103 CN201220686103U CN203179936U CN 203179936 U CN203179936 U CN 203179936U CN 201220686103 CN201220686103 CN 201220686103 CN 201220686103 U CN201220686103 U CN 201220686103U CN 203179936 U CN203179936 U CN 203179936U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- gan film
- grown
- gan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种生长在Si衬底上的GaN薄膜,其包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的Al2O3保护层、生长在Al2O3保护层上的GaN薄膜层,所述Al2O3保护层的厚度为3-5nm。本实用新型还公开了含上述生长在Si衬底上的GaN薄膜的电器元件。本实用新型的生长在Si衬底上的GaN薄膜具有原材料成本低、产品缺陷密度低、晶体质量高、电学性能和光学性能优异的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及GaN薄膜领域,具体涉及一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件。
背景技术
Ⅲ族氮化镓多元系材料属于直接带隙的半导体材料,带隙可以从0.7eV 连续调节到6.2eV ,颜色覆盖从红外到紫外波长,在光电子如蓝光、绿光、紫外光发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)、紫外探测器、布拉格反射波导等方面具有重要的应用和发展。另外GaN作为第三代半导体材料代表之一,具有直接带隙、宽禁带、高饱和电子漂移速度、高击穿电场和高热导率、优异的物理化学稳定性等优异性能,在微电子应用方面也得到了广泛的关注。自I. Akasaki首次成功获得p-GaN,实现蓝光LED的新突破后,GaN基化合物半导体一直备受关注,在室内照明、商业照明、工程照明等领域有着广泛的应用。
高质量GaN材料一般都通过异质外延方法制作。衬底的选择对外延生长GaN材料的质量影响很大,一般需要遵循晶格常数匹配、热膨胀系数匹配、价格适宜等原则。不同衬底材料对GaN基LED器件的制备工艺也有非常重要的影响。譬如由于GaN晶体存在着自发极化和压电极化效应,不同的衬底会使所获得的材料表现出不同的极化特性。此外,由于不同材料价格差异较大,衬底材料的不同还会使LED的成本产生较大的差别。由此可见,GaN基LED衬底材料的选择至关重要。
作为常用于生长GaN的衬底,蓝宝石、SiC、Si目前都已实现器件级LED的制备,但各自衬底材料所带来的外延层生长问题,还需要不断攻克。蓝宝石有稳定的物理化学性质,但它与GaN间存在很大的晶格失配(16%)及热应力失配(25%),造成生长的GaN外延层质量较差。同时它导热性能差,这也严重制约着蓝宝石衬底大功率LED的发展。SiC虽然与GaN的晶格失配度仅3.5%,导热率较高,但它的热应力失配与蓝宝石相当(25.6%),与GaN的润湿性较差,价格昂贵。Si衬底具有成本低、单晶尺寸大且质量高、导热率高、导电性能良好等诸多特点,且Si的微电子技术十分成熟,因此Si衬底上生长GaN薄膜有望实现光电子和微电子的集成。正是因为Si衬底的上述诸多优点,Si衬底上生长GaN薄膜进而制备LED越来越备受关注。但是,目前在Si衬底上制备GaN单晶薄膜的质量不如蓝宝石衬底,主要原因是:一、Si与GaN热膨胀失配远远高于蓝宝石,导致外延片更易于龟裂;二、Si衬底遇活性N在界面处易形成无定形的SixNy,影响GaN的生长质量;三、Si对可见光的吸收作用也会大大降低LED发光效率。
由此可见,即便Si衬底具有成本低、散热好,且方便制成垂直器件等优点,具有非常良好的发展前景,但要在Si衬底上生长高质量GaN薄膜,需要对结构或者生长工艺进行改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺陷,提供一种生长在Si衬底上的GaN薄膜,其通过对现有生长在Si衬底上的GaN薄膜的结构进行改进,降低了GaN薄膜的缺陷密度低,并提高了晶体质量,使得该GaN薄膜具有优异的电学和光学性质。
为实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
一种生长在Si衬底上的GaN薄膜,其包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的Al2O3保护层、生长在Al2O3保护层上的GaN薄膜层。
所述Al2O3保护层的厚度为3-5nm。
上述生长在Si衬底上的GaN薄膜可以采用如下方法获得:
选取Si衬底,采用分子束外延生长法在Si衬底镀上一层Al层,然后通入氧等离子体至形成Al2O3保护层,再采用脉冲激光沉积生长法在Al2O3保护层上生长GaN薄膜层。
本实用新型还提供了一种含上述生长在Si衬底上的GaN薄膜的电器元件,其适合应用在太阳能电池中,其由下至上依次包括Si衬底层、Al2O3保护层、GaN薄膜层、InxGa1-xN缓冲层、n型掺硅InxGa1-xN 层、InxGa1-xN多量子阱层、p型掺镁InxGa1-xN层。
优选地,上述n型掺硅InxGa1-xN 层的厚度为5 μm,InxGa1-xN多量子阱层的厚度为300 nm,p型掺镁InxGa1-xN层的厚度为200 nm。
与现有技术相比,本实用新型的有益效果是:
1、采用Si衬底,材料便宜容易获得。
2、先在Si衬底层上生长Al2O3保护层,之后再生长GaN薄膜层,Al2O3保护层能够有效防止Si衬底的界面处与活性N反应形成无定形的SixNy,从而避免了SixNy层对GaN生长质量的影响,获得高质量的GaN薄膜。另外,Al2O3保护层能够缓解Si衬底与GaN间巨大的热应力失配(114%),同时防止Si扩散到GaN中。
综上所述,本实用新型的生长在Si衬底上的GaN薄膜具有原材料成本低、产品缺陷密度低、晶体质量高、电学性能和光学性能优异的优点。
附图说明
图1为本实用新型的生长在Si衬底上的GaN薄膜的结构示意图;
图2为实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例子对本实用新型作进一步详细说明。
实施例1
请参照图1,本实用新型的生长在Si衬底上的GaN薄膜包括Si衬底层11、生长在Si衬底层11上的Al2O3保护层12、生长在Al2O3保护层12上的GaN薄膜层13。
作为优选的方案,所述Al2O3保护层12的厚度为3-5nm。
本实用新型的生长在Si衬底上的GaN薄膜可以采用如下方法获得:
选取Si衬底,采用分子束外延生长法在Si衬底镀上一层Al层,然后通入氧等离子体至形成Al2O3保护层,再采用脉冲激光沉积生长法在Al2O3保护层上生长GaN薄膜层。
实施例2
请参照图2,一种含生长在Si衬底上的GaN薄膜的电器元件,其适合应用在太阳能电池中,其由下至上依次包括Si衬底层30a、Al2O3保护层30b、GaN薄膜层30c、InxGa1-xN缓冲层31、n型掺硅InxGa1-xN 层32、InxGa1-xN多量子阱层33、p型掺镁InxGa1-xN层34.
作为优选的方案,上述n型掺硅InxGa1-xN 层32的厚度为5 μm,InxGa1-xN多量子阱层33的厚度为300 nm,p型掺镁InxGa1-xN层34的厚度为200 nm。
Claims (4)
1.一种生长在Si衬底上的GaN薄膜,其特征在于:包括Si衬底层、生长在Si衬底层上的Al2O3保护层、生长在Al2O3保护层上的GaN薄膜层。
2.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜,其特征在于:所述Al2O3保护层的厚度为3-5nm。
3.一种含权利要求1或2所述的生长在Si衬底上的GaN薄膜的电器元件,其特征在于:由下至上依次包括Si衬底层、Al2O3保护层、GaN薄膜层、InxGa1-xN缓冲层、n型掺硅InxGa1-xN 层、InxGa1-xN多量子阱层、p型掺镁InxGa1-xN层。
4.如权利要求3所述的含生长在Si衬底上的GaN薄膜的电器元件,其特征在于:n型掺硅InxGa1-xN 层的厚度为5 μm,InxGa1-xN多量子阱层的厚度为300 nm,p型掺镁InxGa1-xN层的厚度为200 nm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201220686103 CN203179936U (zh) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201220686103 CN203179936U (zh) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN203179936U true CN203179936U (zh) | 2013-09-04 |
Family
ID=49076596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201220686103 Expired - Lifetime CN203179936U (zh) | 2012-12-11 | 2012-12-11 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN203179936U (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103035496A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-10 | 广州市众拓光电科技有限公司 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 |
CN108847434A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-20 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种减少外延片翘曲的led外延生长方法 |
-
2012
- 2012-12-11 CN CN 201220686103 patent/CN203179936U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103035496A (zh) * | 2012-12-11 | 2013-04-10 | 广州市众拓光电科技有限公司 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 |
CN103035496B (zh) * | 2012-12-11 | 2016-03-23 | 广州市众拓光电科技有限公司 | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 |
CN108847434A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-11-20 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种减少外延片翘曲的led外延生长方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103035496B (zh) | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 | |
CN100495750C (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法 | |
CN104037287A (zh) | 生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 | |
CN103296066B (zh) | 生长在铝酸锶钽镧衬底上的GaN薄膜及其制备方法、应用 | |
US20200343346A1 (en) | Indium nitride nanopillar epitaxial wafer grown on aluminum foil substrate and preparation method of indium nitride nanopillar epitaxial wafer | |
CN104037284A (zh) | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 | |
CN106299041A (zh) | 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 | |
CN102719887A (zh) | 一种基于氮化镓衬底的高质量氮化镓外延薄膜的生长方法 | |
CN103035789B (zh) | 生长在LiGaO2衬底上的非极性蓝光LED外延片及其制备方法 | |
CN203910840U (zh) | 一种生长在Si图形衬底上的LED外延片 | |
CN102544276A (zh) | 生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN薄膜及其制备方法、应用 | |
CN104022203B (zh) | 一种GaN基发光二极管结构及其制备方法 | |
CN115000250A (zh) | 一种GaN LED结构及其制作方法 | |
WO2024056041A1 (zh) | 一种外延芯片结构 | |
CN103996764A (zh) | 生长在Ag衬底的LED外延片及其制备方法和应用 | |
CN203179936U (zh) | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜及含该GaN薄膜的电器元件 | |
CN203950831U (zh) | 生长在Cu衬底的LED外延片 | |
CN111354629B (zh) | 一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法 | |
CN202996885U (zh) | 一种生长在Si衬底上的LED外延片 | |
CN103996611A (zh) | 一种生长在金属Al衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 | |
CN203910838U (zh) | 一种生长在Si衬底上的GaN薄膜 | |
CN213816181U (zh) | 一种Si衬底的GaN薄膜 | |
CN208848922U (zh) | 一种图形化Si衬底上非极性紫外LED | |
CN202454605U (zh) | 生长在LiGaO2衬底上的非极性GaN薄膜 | |
CN106158592A (zh) | 生长在铝酸镁钪衬底上的GaN薄膜及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CX01 | Expiry of patent term | ||
CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20130904 |