[實(shí)用新型]生長(zhǎng)在LiGaO2襯底上的非極性摻雜GaN薄膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220684195.2
• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203085631U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)強(qiáng);楊慧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/32
• 分類號(hào): H01L33/32;C30B25/18;C30B25/22;C23C14/28;C23C14/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及非極性摻雜GaN薄膜，特別涉及生長(zhǎng)在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜。

背景技術(shù)

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種普通照明、指示、顯示、裝飾、背光源、和城市夜景等領(lǐng)域。當(dāng)前，在全球氣候變暖問(wèn)題日趨嚴(yán)峻的背景下，節(jié)約能源、減少溫室氣體排放成為全球共同面對(duì)的重要問(wèn)題。以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳經(jīng)濟(jì)，將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要方向。在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，二十一世紀(jì)將是以LED為代表的新型照明光源的時(shí)代。

III族氮化物半導(dǎo)體材料GaN是制造高效LED器件最為理想的材料。目前，GaN基LED的發(fā)光效率現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到28%并且還在進(jìn)一步的增長(zhǎng)，該數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前通常使用的白熾燈（約為2%）或熒光燈（約為10%）等照明方式的發(fā)光效率。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)目前的照明用電每年在4100億度以上，超過(guò)英國(guó)全國(guó)一年的用電量。如果用LED取代全部白熾燈或部分取代熒光燈，可節(jié)省接近一半的照明用電，超過(guò)三峽工程全年的發(fā)電量。因照明而產(chǎn)生的溫室氣體排放也會(huì)因此而大大降低。另外，與熒光燈相比，GaN基LED不含有毒的汞元素，且使用壽命約為此類照明工具的100倍。

LED要真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)一步提高LED芯片的發(fā)光效率。雖然LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過(guò)日光燈和白熾燈，但是商業(yè)化LED發(fā)光效率還是低于鈉燈(150lm/W)，單位流明/瓦的價(jià)格偏高。目前，LED芯片的發(fā)光效率不夠高，一個(gè)主要原因是由于其藍(lán)寶石襯底造成的。基于藍(lán)寶石襯底的LED技術(shù)存在兩個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。首先，藍(lán)寶石與GaN晶格的失配率高達(dá)17%，如此高的晶格失配使得藍(lán)寶石上的LED外延片有很高的缺陷密度，大大影響了LED芯片的發(fā)光效率。其次，藍(lán)寶石襯底價(jià)格十分昂貴，使得氮化物L(fēng)ED生產(chǎn)成本很高(藍(lán)寶石襯底在LED的制作成本中占有相當(dāng)大的比例)。

LED芯片的發(fā)光效率不夠高的另外一個(gè)主要原因是由于目前廣泛使用的GaN基LED具有極性。目前制造高效LED器件最為理想的材料是GaN。GaN為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其晶面分為極性面c面[(0001)面]和非極性面a面[(11-20)面]及m面[(1-100)面]。目前，GaN基LED大都基于GaN的極性面構(gòu)建而成。在極性面GaN上，Ga原子集合和N原子集合的質(zhì)心不重合，從而形成電偶極子，產(chǎn)生自發(fā)極化場(chǎng)和壓電極化場(chǎng)，進(jìn)而引起量子束縛斯塔克效應(yīng)(Quantμm-confined?Starker?Effect，QCSE)，使電子和空穴分離，載流子的輻射復(fù)合效率降低，最終影響LED的發(fā)光效率，并造成LED發(fā)光波長(zhǎng)的不穩(wěn)定。解決這一問(wèn)題最好的辦法是采用非極性面的GaN材料制作LED，以消除量子束縛斯塔克效應(yīng)的影響。理論研究表明，使用非極性面GaN來(lái)制造LED，將可使LED發(fā)光效率提高近一倍。

由此可見(jiàn)，要使LED真正實(shí)現(xiàn)大規(guī)模廣泛應(yīng)用，提高LED芯片的發(fā)光效率，并降低其制造成本，最根本的辦法之一就是研發(fā)新型襯底上的非極性GaN基LED外延芯片。而非極性GaN薄膜的n型與p型摻雜是實(shí)現(xiàn)非極性GaN基LED的前提條件，因此新型襯底上外延生長(zhǎng)非極性GaN薄膜的n型與p型摻雜一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種生長(zhǎng)在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜，具有晶體質(zhì)量好，摻雜濃度高，載流子遷移率高的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

生長(zhǎng)在LiGaO₂襯底上的非極性摻雜GaN薄膜，包括由下至上依次排列的LiGaO₂襯底、非極性m面GaN緩沖層、非極性m面GaN外延層、非極性摻雜GaN薄膜；所述非極性摻雜GaN薄膜為非極性p型摻雜GaN薄膜或非極性n型摻雜GaN薄膜。

所述LiGaO₂襯底的晶體取向?yàn)?100)晶面偏向(110)方向0.2~0.5°。