[實(shí)用新型]基于AlN陶瓷襯底的GaN外延片結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220198354.8
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號(hào): CN202585516U
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭文平;王東盛;鐘玉煌
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇新廣聯(lián)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種GaN外延片結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于AlN陶瓷襯底的GaN外延片結(jié)構(gòu)，屬于外延片的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

用于GaN生長最普遍的襯底是藍(lán)寶石襯底；其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)穩(wěn)定性好，不吸收可見光、價(jià)格適中、制造技術(shù)相對(duì)成熟。使用藍(lán)寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，導(dǎo)熱性能不好。尤其是藍(lán)寶石的導(dǎo)熱性能不好（在100℃約為25W/（m·K）），在使用LED器件時(shí)，會(huì)傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對(duì)面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個(gè)非常重要的考慮因素。通常LED采用藍(lán)寶石作為襯底，而LED的核心部件如芯片、熒光粉等均對(duì)溫度敏感，如散熱不良，將導(dǎo)致LED芯片的結(jié)溫升高，從而直接影響LED器件的性能，如出射光發(fā)生紅移、發(fā)光效率降低、熒光粉加速老化以及芯片壽命縮短甚至失效等。

而與導(dǎo)熱性差的藍(lán)寶石襯底相比，AlN陶瓷襯底卻具有高的熱導(dǎo)率（高于180W/m*K），同時(shí)又具備適宜的熱膨脹系數(shù)。而且AlN陶瓷襯底具有良好的電氣絕緣性能和電磁相容性，機(jī)械性能優(yōu)良，并耐腐蝕、物理化學(xué)性能穩(wěn)定，晶體常數(shù)GaN晶體接近，可有效減少界面熱應(yīng)力。

AlN襯底在GaN生長領(lǐng)域沒有被應(yīng)用的原因主要有兩條：1、AlN襯底的制作還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，制作此類襯底成本高昂。直到2008年美國紐約的Crystal?IS公司才提供了世界上第一片2英寸的AlN單晶襯底，不過表面僅有50%的單晶使用面積。目前國內(nèi)僅有少量研究單位在實(shí)驗(yàn)室制備過AlN陶瓷襯底。2、使用AlN襯底生長GaN單晶材料在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來比較困難。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于AlN陶瓷襯底的GaN外延片結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，提高外延片的導(dǎo)熱性能及發(fā)熱效率，機(jī)械性能優(yōu)良，耐腐蝕，延長通過外延片制備LED器件的使用壽命，穩(wěn)定可靠。

按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述基于AlN陶瓷襯底的GaN外延片結(jié)構(gòu)，包括AlN陶瓷襯底及生長于AlN陶瓷襯底上的緩沖層，所述緩沖層上生長有GaN?LED結(jié)構(gòu)層。

所述AlN陶瓷襯底的厚度為50mm~300mm，AlN陶瓷襯底的晶相為<001>、<111>、<110>的單晶體或多晶體。

所述AlN陶瓷襯底為多晶體時(shí)，AlN陶瓷襯底與緩沖層間設(shè)置有晶相為<001>的單晶取向?qū)踊蝾悊尉∠驅(qū)印?/p>

所述緩沖層的厚度為10nm~100nm；緩沖層為GaN層、AlN緩沖層、Al_xGa_1-xN層、In_xGa_1-xN層或Al_xIn_yGa_1-x-yN層；其中，x為0.01~0.99，y為0.01~0.99。

所述GaN?LED結(jié)構(gòu)層包括生長于緩沖層上的非摻雜GaN層、所述非摻雜GaN層上生長有N型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上生長有多量子阱層，所述多量子阱層上生長有P型鋁鎵氮層，所述P型鋁鎵氮層上生長有P型氮化鎵層。

所述非摻雜GaN層與N型氮化鎵層間設(shè)置DBR層，所述DBR層生長于非摻雜GaN層上。

所述P型氮化鎵層上生長有粗化層。

所述DBR層為Al_mGa_1-mN、GaN的周期結(jié)構(gòu)，所述周期是1~100，m范圍是0.01~0.99。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：采用AlN陶瓷襯底，并在AlN陶瓷襯底上設(shè)置緩沖層，通過生長緩沖層后在AlN陶瓷襯底上通過MOCVD常規(guī)工藝制備得到GaN?LED結(jié)構(gòu)層，工藝步驟簡單方便，能大大提高GaN?LED晶體質(zhì)量，同時(shí)可以在GaNLED結(jié)構(gòu)層內(nèi)設(shè)置DBR層及粗化層，以提高通過GaN?LED結(jié)構(gòu)層得到LED工作時(shí)的出光效率，通過AlN陶瓷襯底能提高導(dǎo)熱性能，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，工藝簡單，機(jī)械性能優(yōu)良，耐腐蝕，延長通過外延片制備LED器件的使用壽命，穩(wěn)定可靠。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型在非摻雜GaN層與N型氮化鎵層間設(shè)置DBR層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為在P型氮化鎵層上生長粗化層的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：11-多量子阱層、12-DBR層、101-AlN陶瓷襯底、102-緩沖層、103-非摻雜GaN層、104-N型氮化鎵層、105-P型鋁鎵氮層、106-P型氮化鎵層及107-粗化層。