[實用新型]一種生長在Si圖形襯底上的LED外延片

有效

• 申請號: 201420307767.4
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN203910840U
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 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: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/12;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

技術領域

本實用新型涉及LED外延片，特別涉及一種生長在Si圖形襯底上的LED外延片及其制備方法。

背景技術

LED是提倡節能減排的社會背景下的產物，其環保、節能、抗震性能好，在未來照明市場上前景廣闊，被譽為第四代綠色照明光源。

GaN作為第三代半導體材料代表之一，具有直接帶隙、寬禁帶、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場和高熱導率等優異性能，在微電子應用方面得到了廣泛的關注。自I.Akasaki首次成功獲得p-GaN，實現藍光LED的新突破后，GaN基化合物一直是制備LED器件的主要材料，在室內照明、商業照明、工程照明等領域有著廣泛的應用。

高質量GaN材料一般都通過異質外延方法制作。作為常用于生長GaN的襯底，藍寶石有穩定的物理化學性質，但它與GaN間存在很大的晶格失配(16％)及熱失配(25％)，造成生長的GaN薄膜質量較差；SiC雖然與GaN的晶格失配度僅3.5％，導熱率較高，但它的熱失配與藍寶石相當(25.6％)，與GaN的潤濕性較差，價格昂貴，并且外延技術已被美國科銳公司壟斷，因此也無法普遍使用。相比較下，Si圖形襯底具有成本低、單晶尺寸大且質量高、導熱率高、導電性能良好等諸多特點，并且Si的微電子技術十分成熟，在Si圖形襯底上生長GaN薄膜有望實現光電子和微電子的集成。

正是因為Si圖形襯底的上述諸多優點，Si圖形襯底上生長GaN薄膜進而制備LED外延片越來越備受關注。但是，目前在Si圖形襯底上制備GaN單晶薄膜的質量不如藍寶石襯底，主要由于：Si與GaN熱失配遠遠高于藍寶石，導致外延片更易于龜裂；Si圖形襯底遇活性N在界面處易形成無定形的SixNy，影響GaN的生長質量；Si對可見光的吸收作用也會大大降低LED發光效率。

由此可見，即便Si圖形襯底具有成本低、散熱好等優點，具有非常良好的發展前景，但要在Si圖形襯底上生長高質量GaN薄膜進而制備LED外延片，需要尋找Si圖形襯底上生長LED外延片的新方法及工藝。

實用新型內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種生長在Si圖形襯底上的LED外延片，具有光電性能好、晶體質量高的特點。

實現本實用新型的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種生長在Si圖形襯底上的LED外延片，其特征在于：其包括Si圖形襯底，所述Si圖形襯底的晶體取向為(111)，其上分布有若干個形狀相同的圖形凸起；在所述Si圖形襯底上依次生長有AlN緩沖層、AlGaN步進緩沖層、u-GaN層、n-GaN層、InGaN/GaN量子阱層及p-GaN層；在每個圖形凸起的頂部形成有空洞。

優選地，所述AlGaN步進緩沖層包含三層，由下而上依次為：第一AlGaN層、第二AlGaN層和第三AlGaN層；其中，第一AlGaN層的厚度為80-150nm；第二AlGaN層的厚度為100-200nm；第三AlGaN層的厚度為200-300nm；第一AlGaN層、第二AlGaN層和第三AlGaN層中Al的摻雜量依次降低。

優選地，所述圖形凸起的排布方式為矩形排布或六邊形排布。

優選地，所述圖形凸起為半球或圓錐，其高度H為1-1.2μm，邊距d為1-3μm，底寬w為1.5-3μm。

優選地，所述AlN緩沖層的厚度為10-100nm。

優選地，所述空洞分布在圖形凸起的頂部，空洞高度h為10-100nm。

優選地，所述u-GaN層厚度為1-1.5μm。

本實用新型的有益效果在于：

(1)本實用新型采用Si圖形襯底生長LED外延片，促進GaN薄膜橫向生長，以提升LED外延片的晶體質量，降低位錯密度。

(2)本實用新型使用的三層AlGaN步進緩沖層，能夠有效緩解因GaN與Si之間巨大的晶格失配及熱失配引起的張應力，外延出無裂紋的GaN薄膜，減少漏電流，提高LED的電學性能。

(3)本實用新型于Si圖形襯底圖形凸起上引入的空洞，能進一步釋放應力，有效解決Si圖形襯底生長外延片的固有裂紋問題；另外，借用空洞與GaN界面的全反射效應，可有效將光子反射回頂部而不被Si圖形襯底吸收，大幅度提升LED的光效。

綜上所述，本實用新型使用Si為襯底，同時結合圖形襯底和空洞，促進薄膜的橫向外延生長，提升結晶質量，有效緩解應力情況以解決裂紋問題，并規避Si圖形襯底的吸光難點，獲得的LED外延片光電性能好、晶體質量高，適合應用在LED器件中。

附圖說明