[發明專利]Si基LED外延片及制造方法

有效

• 申請號: 201810092370.0
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108110108B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 吳瓊
• 申請（專利權）人: 福建兆元光電有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 35100 福州元創專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡學俊;丘鴻超

本發明提出一種Si基LED外延片及制造方法，其特征在于，包括：Si襯底、在所述Si襯底上形成的緩沖層、以及在所述緩沖層上形成的發光結構；所述緩沖層包括在Si襯底上形成的第一AlN層、在第一AlN層上形成的GaN層、以及在GaN層上形成的第二AlN層。本發明克服了現有技術中，緩沖層為單一層AlN或其他構造的情況下，因為AlN和襯底之間的晶格失配以及熱膨脹系數差值，為了遏制裂縫的產生必須在1000℃以上高溫環境下形成的苛刻條件需求。且該結構能夠顯著減少位錯缺陷，并且應用抗壓應力能夠防止產生裂縫，從而可以在Si襯底上形成帶有低密度結晶缺陷且減少裂紋產生的發光二極管。

技術領域

本發明屬于LED外延片制造領域，尤其涉及一種Si基LED外延片及制造方法。

背景技術

氮化鎵(GaN)是常溫下3.4 eV的直接帶隙 (Direct bandgap)半導體物質。0.7 eV帶隙的氮化銦(InN)以及6.2 eV帶隙的氮化鋁和連續的固溶體形成之后，通過調節其組成比應用于從可視光線領域到紫外線領域，能釋放寬波長帶光的發光二極管。

為了制造高發光效率的發光二極管，需要生長厚的無結晶缺陷的氮化鎵薄膜的技術。結晶缺陷主要是由于氮化鎵薄膜和生長基板之間的晶格常數 (Lattice Constant)不整合和熱膨脹系數 (Thermal Expansion Coefficient)差異而產生的。因此氮化鎵薄膜生長基板的選擇是為制造出電性優良的發光二極管所需的重要因素。

碳化硅(SiC)襯底具有與氮化鎵的晶格常數差較小且耐高溫，以及化學性穩定性好的優點。但是襯底價格高、制造量少，并不適合用于大量生產的發光二極管。雖然藍寶石(Al2O3)襯底具有與氮化鎵的晶格常數差較小的優點，但同時也有無法做到4inch以上的大口徑化以及價格昂貴的問題。甚至藍寶石作為絕緣物質，在LED制成時可能會出現熱化問題。

因此作為藍寶石襯底以及碳化Si襯底的替代方案，對于使用Si襯底方法的研究正在積極進行中。Si襯底不僅價格低廉且適用于各種半導體技術，因此，可直接適用于制造工藝。而且還具備電子傳導性、熱傳導性好的優點。但是與硅具有立方晶格結構相反，氮化鎵則具有六方晶格結構。Si襯底和氮化鎵薄膜的熱膨脹系數差值為53.6%，晶格常數差值為16.9%。因此Si襯底上生長的氮化鎵薄膜會產生具有1010/?以上高密度的位錯缺陷。氮化鎵薄膜的厚度超過臨界厚度的情況下，可能發生應力超過極限而可能會產生裂縫。

為了解決所述Si襯底的問題，現有技術提出了在Si襯底與氮化鎵層之間生長氮化鋁緩沖層的方法。但是，為了在Si襯底上生長高品質的氮化鋁緩沖層要求1000℃以上的高溫。同時，在單一氮化鋁緩沖層上生長的氮化鎵薄膜仍有高概率結晶缺陷這一問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足和空白，本發明采用以下技術方案：

一種Si基LED外延片，其特征在于，包括：Si襯底、在所述Si襯底上形成的緩沖層、以及在所述緩沖層上形成的發光結構；所述緩沖層包括在Si襯底上形成的第一AlN層、在第一AlN層上形成的GaN層、以及在GaN層上形成的第二AlN層。

優選地，所述緩沖層的厚度為0.4 ?到2 ?。

優選地，所述第一AlN層和第二AlN層的厚度相同，所述GaN層的厚度為第一AlN層厚度的兩倍。

以及，一種Si基LED外延片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在Si襯底上形成第一AlN層；

步驟二：在所述第一AlN層上形成GaN層；

步驟三：在所述GaN層上形成第二AlN層；

步驟四：在所述GaN層上形成發光結構。