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生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱

阅读:1020发布:2020-08-17

专利汇可以提供生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型公开了生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多 量子阱 ,包括生长在玻璃衬底上的 铝 金属层,生长在铝金属层上的 银 金属层,生长在银金属层上的AlN 缓冲层 ,生长在AlN缓冲层上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的InGaN/GaN多量子阱。本实用新型的InGaN/GaN多量子阱 缺陷 密度 低、结晶 质量 好,电学、光学性能好。,下面是生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱专利的具体信息内容。

1.生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,包括生长在玻璃衬底上的金属层,生长在铝金属层上的金属层,生长在银金属层上的AlN缓冲层,生长在AlN缓冲层上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的InGaN/GaN多量子阱。
2.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述铝金属层厚度为150~200μm。
3.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述银金属层的厚度为100~300nm。
4.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述AlN缓冲层的厚度为5~50nm。
5.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述GaN缓冲层的厚度为50~80nm。
6.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述非掺杂GaN层的厚度为200~300nm。
7.根据权利要求1所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,其特征在于,所述InGaN/GaN量子阱为7~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为2~3nm;
GaN垒层的厚度为10~13nm。

说明书全文

生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱

技术领域

[0001] 本实用新型涉及InGaN/GaN多量子阱,特别涉及生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱。

背景技术

[0002] 发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源,具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点,在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。当前,在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下,节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低经济,将成为经济发展的重要方向。在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势。但是现阶段LED的应用成本较高,发光效率较低,这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。
[0003] III族氮化物GaN在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质,近几年受到广泛关注。GaN是直接带隙材料,且声波传输速度快,化学和热稳定性好,热导率高,热膨胀系数低,击穿介电强度高,是制造高效的LED器件的理想材料。目前,GaN基LED的发光效率现在已经达到28%并且还在进一步的增长,该数值远远高于目前通常使用的白炽灯(约为2%)或荧光灯(约为10%)等照明方式的发光效率。
[0004] LED要真正实现大规模广泛应用,需要进一步提高LED芯片的发光效率,同时降低LED芯片的价格。虽然LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯,但是商业化LED发光效率还是低于钠灯(150lm/W),单位流明/瓦的价格偏高。目前大多数GaN基LED都是基于蓝宝石和SiC衬底上进行外延生长,大尺寸的蓝宝石和SiC衬底价格昂贵,导致LED制造成本高。因此迫切寻找一种价格低廉的衬底材料应用于外延生长GaN薄膜及InGaN/GaN多量子阱。
[0005] 众所周知,制备高质量的InGaN/GaN多量子阱是高效高质量GaN基LED外延片的基础,因此,在价格低廉的玻璃衬底上制备高质量InGaN/GaN多量子阱一直是研究的热点和难点。实用新型内容
[0006] 为了克服现有技术的上述缺点与不足,本实用新型的目的在于提供一种生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,具有缺陷密度低、结晶质量好,发光性能优良的优点。
[0007] 本实用新型的目的通过以下技术方案实现:
[0008] 生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,包括生长在玻璃衬底上的金属层,生长在铝金属层上的金属层,生长在银金属层上的AlN缓冲层,生长在AlN缓冲层上的GaN缓冲层,生长在GaN缓冲层上的非掺杂GaN层,生长在非掺杂GaN层上的InGaN/GaN量子阱。
[0009] 所述铝金属层厚度为150~200μm。
[0010] 所述银金属层的厚度为100~300nm。
[0011] 所述AlN缓冲层的厚度为5~50nm。
[0012] 所述GaN缓冲层的厚度为50~80nm。
[0013] 所述非掺杂GaN层的厚度为200~300nm。
[0014] 所述InGaN/GaN量子阱为7~10个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为2~3nm;GaN垒层的厚度为10~13nm。
[0015] 所述的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法,包括以下步骤:
[0016] (1)玻璃衬底表面抛光、清洗处理;
[0017] (2)铝金属层的生长:在分子束外延系统中,在玻璃衬底温度为400~600℃条件下,沉积铝金属层;
[0018] (3)银金属层的生长:在分子束外延系统中,采用分子束外延系统中的电子蒸发功能,在衬底温度为400~600℃条件下,沉积银金属层;
[0019] (4)AlN缓冲层的生长:衬底温度为450~550℃,在反应室的压为4.0~7.2×10-5
Pa、生长速度为0.2~0.8ML/s的条件下沉积金属铝薄膜,然后采用氮等离体子源对该金属铝薄膜进行氮化,等离体子源的功率为300~450W,氮气流量为1~5sccm,氮化时间为10~
50分钟,获得AlN薄膜,有利于进行后续GaN缓冲层的生长;
[0020] (5)GaN缓冲层外延生长:衬底温度为450~550℃,在反应室的压力为6.0~7.2×-510 Pa、束流比V/III值为50~60、生长速度为0.4~0.6ML/s的条件下生长GaN缓冲层;在450~550℃生长缓冲层,可以有效的使GaN在AlN表面形核,同时为外延生长提供足够多的生长能量
[0021] (6)非掺杂GaN层的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为500~600℃,在反应室的压力为4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值为30~40、生长速度为0.6~0.8ML/s条件下,在GaN缓冲层上生长非掺杂GaN层;
[0022] (7)InGaN/GaN多量子阱的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为750~850℃,在反应室的压力为4.0~5.0×10-5Pa、束流比V/III值为30~40、生长速度为0.4~
0.6ML/s条件下,在非掺杂GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱。
[0023] 步骤(1)所述抛光,具体为:
[0024] 首先将玻璃衬底表面用金刚石泥浆进行抛光,配合光学显微镜观察衬底表面,直到没有划痕后,再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理。
[0025] 步骤(1)所述清洗,具体为:
[0026] 将玻璃衬底放入去离子中室温下超声清洗3~5分钟,去除玻璃衬底表面粘污颗粒,再依次经过丙乙醇洗涤,去除表面有机物,用干燥氮气吹干。
[0027] 与现有技术相比,本实用新型具有以下优点和有益效果:
[0028] (1)本实用新型的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,能有效的减少位错的形成,制备出高质量InGaN/GaN多量子阱薄膜,有利提高了载流子的辐射复合效率,可大幅度提高氮化物器件如半导体激光器发光二极管太阳能电池的发光效率。
[0029] (2)本实用新型的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱,在进行玻璃衬底去除之后,铝金属层具有作为支撑层、导电、导热的功能;银金属层具有光线发射的功能。在预先沉积铝金属、银金属层上进行InGaN/GaN多量子阱薄膜的生长,为制备低成本、高导热、高导电、高发光性能光电器件奠定了基础。
[0030] (3)本实用新型使用玻璃作为衬底,玻璃衬底容易获得,价格便宜,有利于降低生产成本。
[0031] (4)本实用新型的银金属可作为反射镜,如果采用该InGaN/GaN多量子阱制备发光器件,可大幅度提高发光效率;如果采用该InGaN/GaN多量子阱薄膜制备太阳电池,可提高光吸收率,提高太阳电池的光电转换效率。
[0032] (5)本实用新型采用玻璃衬底,具有容易去除的优点,然后在去除玻璃衬底后的InGaN/GaN多量子阱薄膜上制作电极,从而可以有利于制备垂直结构的InGaN/GaN多量子阱结构光电器件。附图说明
[0033] 图1是实施例1制备的InGaN/GaN多量子阱的截面示意图。
[0034] 图2是实施例1制备的InGaN/GaN多量子阱的PL谱测试图。

具体实施方式

[0035] 下面结合实施例,对本实用新型作进一步地详细说明,但本实用新型的实施方式不限于此。
[0036] 实施例1
[0037] 图1所示是本实施例制备的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱的截面示意图,如图所示包括生长在玻璃衬底10上的铝金属层11,生长在铝金属层11上的银金属层12,生长在银金属层12上的AlN缓冲层13,生长在AlN缓冲层13上的GaN缓冲层14,生长在GaN缓冲层14上的非掺杂GaN层15,生长在非掺杂GaN层15上的InGaN/GaN多量子阱16。
[0038] 本实施例的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法,包括以下步骤:
[0039] (1)衬底的选取:采用普通玻璃衬底;
[0040] (2)衬底表面抛光、清洗处理;
[0041] 所述衬底表面抛光,具体为:
[0042] 首先将玻璃衬底表面用金刚石泥浆进行抛光,配合光学显微镜观察衬底表面,直到没有划痕后,再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理;
[0043] 所述清洗,具体为:
[0044] 将玻璃衬底放入去离子水中室温下超声清洗3分钟,去除玻璃衬底表面粘污颗粒,再依次经过丙酮、乙醇洗涤,去除表面有机物,用高纯干燥氮气吹干;
[0045] (3)铝金属层的生长:在分子束外延系统中,在衬底温度为400℃条件下,沉积厚度为150μm的铝金属层;
[0046] (4)银金属层的生长:在分子束外延系统中,采用分子束外延系统中的电子束蒸发功能,在衬底温度为400℃条件下,沉积厚度为100nm厚度的银金属层;
[0047] (5)AlN缓冲层的生长:衬底温度为500℃,在反应室的压力为4.0×10-5Pa、生长速度为0.2ML/s的条件下沉积厚度为10nm的金属铝薄膜,然后采用氮等离体子源对该金属铝薄膜进行氮化,氮等离体子源的功率为300W,氮气流量为1.5sccm,氮化时间为10分钟,获得AlN薄膜;
[0048] (6)GaN缓冲层外延生长:衬底温度为500℃,在反应室的压力为6.0×10-5Pa、束流比V/III值为50、生长速度为0.4ML/s的条件下生长厚度为50nm的GaN缓冲层;
[0049] (7)非掺杂GaN层的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为500℃,在反应室的压力为4.0×10-5Pa、束流比V/III值为30、生长速度0.6ML/s条件下,在步骤(4)得到的GaN缓冲层上生长厚度为200nm的非掺杂GaN薄膜。
[0050] (8)InGaN/GaN多量子阱的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为750℃,反应室的压力为4.0×10-5Pa、束流比V/III值为30、生长速度为0.6ML/s条件下,在步骤(5)得到的非掺杂GaN层生长InGaN/GaN多量子阱,所述InGaN/GaN量子阱为7个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为2nm;GaN垒层的厚度为10nm。
[0051] 图2是本实施例制备的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱的PL谱测试图,由图可知,温度为293K下PL谱测试得到发光峰波长为453nm,半峰宽为23.3nm。表明本实用新型制备的InGaN/GaN多量子阱薄膜具有非常好的光学性能。
[0052] 实施例2
[0053] 本实施例的生长在玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱的制备方法,包括以下步骤:
[0054] (1)衬底的选取:采用普通玻璃衬底;
[0055] (2)衬底表面抛光、清洗处理;
[0056] 所述衬底表面抛光,具体为:
[0057] 首先将玻璃衬底表面用金刚石泥浆进行抛光,配合光学显微镜观察衬底表面,直到没有划痕后,再采用化学机械抛光的方法进行抛光处理;
[0058] 所述清洗,具体为:
[0059] 将玻璃衬底放入去离子水中室温下超声清洗5分钟,去除玻璃衬底表面粘污颗粒,再依次经过丙酮、乙醇洗涤,去除表面有机物,用高纯干燥氮气吹干;
[0060] (3)铝金属层的生长:在分子束外延系统中,在衬底温度为600℃条件下,沉积厚度为200μm的铝金属层;
[0061] (4)银金属层的生长:在分子束外延系统中,采用分子束外延系统中的电子束蒸发功能,在衬底温度为600℃条件下,沉积厚度为300nm厚度的银金属层;
[0062] (5)AlN缓冲层的生长:衬底温度为550℃,在反应室的压力为7.2×10-5Pa、生长速度为0.2ML/s的条件下沉积厚度为20nm的金属铝薄膜,然后采用氮等离体子源对该金属铝薄膜进行氮化,氮等离体子功率为300W,氮气流量为1.5sccm,氮化时间为20分钟,获得AlN薄膜。
[0063] (6)GaN缓冲层外延生长:衬底温度为550℃,在反应室的压力为6.0×10-5Pa、束流比V/III值为50、生长速度为0.4ML/s的条件下生长厚度为50nm的GaN缓冲层;
[0064] (7)非掺杂GaN层的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为600℃,在反应室的压力为4.0×10-5Pa、束流比V/III值为30、生长速度0.6ML/s条件下,在步骤(4)得到的GaN缓冲层上生长厚度为200nm的非掺杂GaN薄膜。
[0065] (8)InGaN/GaN多量子阱的外延生长:采用分子束外延生长工艺,衬底温度为850℃,反应室的压力为4.0×10-5Pa、束流比V/III值为30、生长速度为0.6ML/s条件下,在步骤(5)得到的非掺杂GaN层生长InGaN/GaN多量子阱,所述InGaN/GaN量子阱为7个周期的InGaN阱层/GaN垒层,其中InGaN阱层的厚度为2nm;GaN垒层的厚度为10nm。
[0066] 本实施例制备的玻璃衬底上的InGaN/GaN多量子阱无论是在电学性质、光学性质上,还是在缺陷密度、结晶质量都具有非常好的性能,测试数据与实施例1相近,在此不再赘述。
[0067] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。
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