[發明專利]一種生長在Si襯底上的LED外延片及其制備方法

有效

• 申請號: 201410256441.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104037288B
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 廣州市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/16;H01L33/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙)44288
• 代理人: 湯喜友

1.一種生長在Si襯底上的LED外延片，其特征在于，包括Si襯底、AlN成核層、Al_xGa_1-xN步進緩沖層、AlN/GaN應力補償層、Si摻n-GaN層、In_yGa_1-yN/GaN量子阱層、Al_zGa_1-zN電子阻擋層和Mg摻p-GaN層，所述AlN成核層、Al_xGa_1-xN步進緩沖層、AlN/GaN應力補償層、Si摻n-GaN層、In_yGa_1-yN/GaN量子阱層、Al_zGa_1-zN電子阻擋層和Mg摻p-GaN層依次生長在Si襯底上，其中，x為0-1，y為0-1，z為0-1；

所述Si襯底以(111)晶面為外延面，晶體外延取向關系為：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面，所述AlN成核層生長在Si(111)晶面上；

所述Al_xGa_1-xN步進緩沖層包括Al_0.75Ga_0.25N緩沖層、Al_0.5Ga_0.5N緩沖層和Al_0.25Ga_0.75N緩沖層，所述Al_0.75Ga_0.25N緩沖層、Al_0.5Ga_0.5N緩沖層和Al_0.25Ga_0.75N緩沖層從下到上依次生長在AlN成核層與AlN/GaN應力補償層之間；

所述AlN成核層的厚度為30-300nm；所述Al_0.75Ga_0.25N緩沖層的厚度為120-150nm，所述Al_0.5Ga_0.5N緩沖層的厚度為150-200nm，所述Al_0.25Ga_0.75N緩沖層的厚度為200-300nm，所述AlN/GaN應力補償層中AlN層的厚度為5-100nm，GaN層的厚度為50-2000nm，AlN與GaN為交替生長的周期性結構，所述AlN/GaN應力補償層層數為3-5層；所述Si摻n-GaN厚度為1000-2000nm，其摻雜濃度為5x10¹⁷-1x10¹⁹cm^-3；所述In_yGa_1-yN/GaN量子阱層中，In_yGa_1-yN阱層厚度為3-5nm，GaN壘層厚度為5-15nm，周期數為3-10；所述Al_zGa_1-zN電子阻擋層的厚度為5-30nm；所述的Mg摻p-GaN厚度為100-300nm。

2.權利要求1所述生長在Si襯底上的LED外延片的制備方法，其特征在于，包括步驟：

1)選擇Si襯底，以Si(111)晶面為外延面，晶體外延取向關系為：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面；

2)Si襯底表面處理：對Si襯底表面進行清洗以及退火處理；

3)在Si襯底(111)晶面依次進行AlN成核層、Al_xGa_1-xN步進緩沖層、AlN/GaN應力補償層、Si摻n-GaN層、In_yGa_1-yN/GaN量子阱層、Al_zGa_1-zN電子阻擋層和Mg摻p-GaN層的外延生長，獲得所述生長在Si襯底上的LED外延片，其中，x為0-1，y為0-1，z為0-1。

3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中清洗工藝是將Si襯底用高濃度的HF溶液進行刻蝕，時間為30s-3min，然后用離子水對Si襯底潤洗15-30次，最后用氮氣槍將其吹凈；所述HF溶液體積比為HF:H₂O＝1:1；所述退火處理是將Si襯底放入反應室內在1050-1100℃H₂環境下高溫熱退火。