1.生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1)采用r面藍寶石襯底,選取晶體取向;
(2)對r面藍寶石襯底進行表面清潔處理;
(3)將步驟(2)處理后的r面藍寶石襯底轉移到脈沖激光沉積設備的超高真空生長室,生長非極性GaN緩沖層,形成橫向外延區,工藝條件為:襯底溫度升至250~550℃,采用脈沖激光轟擊GaN靶材,同時通入N2等離子體,反應室壓力為1-20mTorr、激光能量為150~400mJ,激光頻率為2~30Hz;
(4)采用MOCVD工藝橫向外延過生長非極性非摻雜u-GaN層,工藝條件為:襯底溫度為950~1100℃,通入TMGa,反應室壓力為80~200Torr,Ⅴ/Ⅲ比為80~150;
(5)采用MOCVD工藝生長非極性n型摻雜GaN薄膜,工藝條件為:襯底溫度為1000~1100℃,通入TGGa和SiH4,保持SiH4的流量為60~90sccm,反應室壓力為80~200Torr,Ⅴ/Ⅲ比為80~150;摻雜電子濃度1.0×1017~6.0×1019cm-3;
(6)采用MOCVD工藝生長非極性InGaN/GaN量子阱,工藝條件為:壘層,襯底溫度為750~850℃,關閉H2,通入TEGa與氨氣,反應室壓力為200Torr,Ⅴ/Ⅲ比為500~1500,厚度為10~13nm;阱層,襯底溫度為750~850℃,關閉H2,通入TEGa、TMIn與氨氣,反應室壓力為80~200Torr,Ⅴ/Ⅲ比為500~1500,厚度為2~3nm;
(7)采用MOCVD工藝生長非極性p型摻雜GaN薄膜,工藝條件為:襯底溫度為900~1050℃,通入TMGa、CP2Mg與氨氣,保持CP2Mg的流量為250~450sccm,反應室壓力為80~200Torr,Ⅴ/Ⅲ比為950~1150;摻雜空穴濃度1.0×1016~4.0×1018cm-3。
2.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,所述非極性低溫GaN緩沖層的厚度為150~500nm。
3.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,所述非極性非摻雜u-GaN層的厚度為2850~3500nm。
4.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,所述非極性n型摻雜GaN薄膜的厚度為300~700nm。
5.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,所述非極性InGaN/GaN量子阱為5~10個周期的InGaN阱層/GaN壘層,其中InGaN阱層的厚度為2~3nm;GaN壘層的厚度為10~13nm。
6.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,所述非極性p型摻雜GaN薄膜的厚度為350~500nm。
7.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,步驟(2)所述對r面藍寶石襯底進行表面清潔處理,具體為:
將r面藍寶石襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗5~10分鐘,去除r面藍寶石襯底表面粘污顆粒,再依次經過乙醇洗滌,去除表面有機物;清洗后的r面藍寶石襯底用高純干燥氮氣吹干;之后將r面藍寶石襯底放入PLD生長室,在真空條件下,將襯底溫度升至850~900℃,烘烤20~30分鐘,除去r面藍寶石襯底表面殘余的雜質,然后通入N2等離子體,保溫30~60分鐘,使襯底表面形成AlN籽晶層,為GaN生長提供模板。
8.根據權利要求1所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法,其特征在于,步驟(1)所述選取晶體取向,具體為:以(10-12)面偏(1-100)方向0.2°為外延面,晶體外延取向關系為:GaN的(0001)面平行于r面藍寶石的(-1011)面。
9.權利要求1~8任一項所述的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的制備方法制備得到的生長在r面藍寶石襯底上的非極性LED外延片的應用,其特征在于,用于制備LED、LD、光電探測器和太陽能電池。