本实用新型专利技术公开一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，具体是采用金属有机化合物气相外延在Si衬底上生长LED外延片，其结构包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层的AlN缓冲层、步进AlxGa1‑xN缓冲层和AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n‑GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p‑GaN层。本实用新型专利技术的Si衬底上LED外延片具有残余应力低，缺陷密度小，晶体质量好，光电性能优异等特点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于半导体
，具体涉及一种采用金属有机化合物气相外延技术在Si衬底上生长LED外延片。
技术介绍
采用GaN及其相关的III族半导体材料制备发光二极管(LED)是现阶段常用的技术手段，然而成本问题一直是阻碍LED技术扩展的重要因素。如今，Si单晶体成熟的生长工艺可用较低成本获得大面积高质量Si衬底，在Si衬底生长LED有效降低了LED的制备成本，并且适用于大功率LED器件的制备。虽然Si具有许多优越性，但在Si衬底上制备的GaN单晶薄膜质量不如传统的蓝宝石衬底，且Si与GaN的晶格失配度较大(约16％)，在Si上生长的GaN外延层缺陷难以实现数量级减少。同时，Si与GaN热失配高达114％，导致外延层产生巨大张应力，从而容易引起外延层龟裂。目前，国内外已有多种技术实现在Si衬底上生长高质量GaN薄膜。原位SiN插入层技术能实现三维GaN岛状生长、抑制错位缺陷和改善Si衬底上GaN薄膜的晶体质量，提高LED的器件性能与可靠性，现已成为主流的LED制备技术。然而，传统的原位SiN插入层通常被沉积在二维平面生长的GaN模版上，这种沉积方式很容易导致Si衬底上外延的LED薄膜的残余应力增大，造成薄膜表面形成微裂纹。为了进一步增加该技术的可靠性与适用性，需要寻求一种方法克服传统原位SiN插入层在应力控制所存在缺陷。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供的一种采用原位SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,通过引入一种新型的SiN插入层结构，提供一种残余应力低、缺陷密度小、晶体质量好、光电性能优异的LED外延片。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,其特征在于：包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层上的AlN缓冲层、步进AlxGa1-xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p-GaN层。优选地，所述AlN缓冲层的厚度为90-110nm。优选地，所述步进AlxGa1-xN缓冲层包括依次生长的Al0.2Ga0.8N缓冲层、Al0.5Ga0.5N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层，其中Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度为95-105nm，所述Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度为140-155nm，所述Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度为185-210nm。优选地，所述AlN插入层的厚度为30-45nm。优选地，所述下层三维GaN岛层是由若干厚度一致且相互独立的岛组成，其中相互独立的岛的厚度为30-200nm，由相互独立的岛形成的下层三维GaN岛层的平均厚度为145-155nm。优选地，所述下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm。本技术的有益技术效果是：本技术采用先形成相互独立的下层三维GaN岛层，再在下层三维GaN岛层上沉积原位SiN插入层，能进一步加强下层三维GaN岛层的局域化生长，从而增强下层三维GaN岛层生长，能有效抑制缺陷密度大的缺陷。相比与传统的原位SiN沉积方法，本技术所采用的原位SiN插入三维GaN岛层的方式能够有效的降低LED外延片的残余应力，抑制裂纹的形成，克服了传统原位SiN技术存在的应力控制缺陷。附图说明图1为本技术生长在Si衬底上的LED外延片的示意图。图2为实施例4制备的LED外延片的拉曼光谱图。图3为实施例4制备的LED外延片的高分辨X射线衍射(HRXRD)图谱，图中，1为GaN(0002)的X射线衍射(HRXRD)图谱，2为GaN(10-12)的X射线衍射(HRXRD)图谱。图4为应用实施例1制备的蓝光LED芯片的电流与光功率、电流与电压曲线图，图中，1为蓝光LED芯片的电流与光功率图，2为蓝光LED芯片的电流与电压曲线图。其中，11、Si衬底层；12、AlN缓冲层；13、步进AlxGa1-xN缓冲层；14、AlN插入层；15、下层三维GaN岛层；16、原位SiN插入层；17、上层三维GaN岛层；18、n-GaN层；19、InGaN/GaN多量子阱层；20、p-GaN层。具体实施方式下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述：如图1所示，本技术公开的采用原位SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、依次生长在Si衬底层11上的AlN缓冲层12、步进AlxGa1-xN缓冲层13、AlN插入层14、由相互独立的岛组成的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，以及在上层三维GaN岛层17上生长的n-GaN层18、InGaN/GaN多量子阱层19和p-GaN层20。实施例1本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为90nmAlN缓冲层12、由厚度为95nmAl0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为140nmAl0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为185nmAl0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为30nmAlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为145nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，其中下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17的总厚度为500nm，还包括依次在上层三维GaN岛层17上生长厚度为2μmn-GaN层18、厚度为140nmInGaN/GaN多量子阱层19和厚度为200nmp-GaN层20，其中，InGaN/GaN多量子阱层19是由厚度为3nmGaN和厚度为11nmInGaN依次交错排布形成，共排布十个周期。实施例2本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为100nmAlN缓冲层12、由厚度为55nmAl0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为150nmAl0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为200nmAl0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为40nmAlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为150nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，其中下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17的总厚度为1000nm，还包括依次在上层三维GaN岛层17上生长厚度为3μmn-GaN层18、厚度为155nmInGaN/GaN多量子阱层19和厚度为205nmp-GaN层20，其中，InGaN/GaN多量子阱层19是由厚度为3.5nmGaN和厚度为12nmInGaN依次交错排布形成，共排布十个周期。实施例3本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为110nmAlN缓冲层12、由厚度为105nmAl0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为155nmAl0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为210nmAl0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为45nmAlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为155nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,其特征在于：包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层上的AlN缓冲层、步进AlxGa1‑xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n‑GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p‑GaN层。
【技术特征摘要】
1.一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,其特征在于：包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层上的AlN缓冲层、步进AlxGa1-xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p-GaN层。2.根据权利要求1所述的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,其特征在于：所述AlN缓冲层的厚度为90-110nm。3.根据权利要求1所述的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,其特征在于：所述步进AlxGa1-xN缓冲层包括依次生长的Al0.2Ga0.8N缓冲层、Al0.5Ga0.5N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层，其中Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度为95-10...
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市众拓光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44
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