PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及制备方法技术

本发明专利技术公开了PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及制备方法，紫外LED结构包括Si(111)衬底、在所述Si(111)衬底上自下而上依次生长的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层；所述步进AlGaN缓冲层采用脉冲激光沉积法生长在Si(111)衬底上；再采用MOCVD进行Si掺杂的n‑型AlGaN层，Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层，AlGaN电子阻挡层，Mg掺杂的p型AlGaN层及Mg掺杂的p型GaN层的生长，获得高质量AlGaN基紫外LED外延材料。本紫外LED结构具有质量高、性能优异等优点。

Structure and preparation of AlGaN-based ultraviolet LED grown on Si substrate by PLD combined with MOCVD

The invention discloses the structure and preparation method of ultraviolet LED grown on Si substrate by PLD combined with MOCVD method. The ultraviolet LED structure includes Si (111) substrate, step-by-step AlGaN buffer layer growing from bottom to top on the Si (111) substrate, Si-doped n-type AlGaN layer, Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N multi-quantum well layer, AlGaN electronic barrier layer, Mg-doped p-type AlGaN layer, Mg-doped p-type GaN layer, and Mg-doped p-type GaN layer. The step-by-step AlGaN buffer layer is grown on Si (111) substrate by pulsed laser deposition, and then Si-doped n-type AlGaN layer, Al 0.40Ga0.60N/Al 0.50Ga0.50N multi-quantum well layer, Al GaN electronic barrier layer, Mg-doped p-type AlGaN layer and Mg-doped p-type GaN layer are grown by MOCVD to obtain high-quality AlGaN-based ultraviolet LED epitaxial materials. The ultraviolet LED structure has the advantages of high quality and excellent performance.

【技术实现步骤摘要】
PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及制备方法
本专利技术涉及一种AlGaN基紫外LED制作技术，尤其涉及一种PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及其制备方法。
技术介绍
AlGaN作为第三代半导体材料的重要组成部分，具有禁带宽度宽、热导率高等优点，可广泛应用制备发光二极管(LED)、探测器(PD)、高电子迁移率器等器件，在国民经济发展中起着关键作用。AlGaN基紫外LED在紫外预警、紫外光疗等领域具有重要应用。目前，紫外LED大都是基于蓝宝石衬底上制备的AlGaN基外延材料与芯片；经过几年的发展，蓝宝石衬底上AlGaN基紫外LED已经有一定的发展了，但依然面临器件散热差、衬底大尺寸难以获得、AlGaN外延材料质量差等问题。为解决上述问题，采用Si作为衬底材料，进行AlGaN基紫外LED外延材料的生长。一方面，Si衬底热导率高达125W/(m·K)，是蓝宝石衬底(25W/(m·K))的5倍，有助于将器件中产生的热量及时传导出来；另一方面，Si衬底可实现大尺寸，如12英寸，面积是蓝宝石衬底的最大尺寸4英寸的9倍；此外，Si衬底材料价格便宜，有助于降低LED芯片制造成本。目前很多研究人员进行了Si(111)衬底上AlGaN基紫外LED外延材料的生长及芯片制备。研究发现，采用LED外延材料的通过生长技术金属有机物气相沉积(MOCVD)在Si衬底上AlGaN基外延材料，面临AlGaN生长质量差、紫外LED发光效率低等问题。这主要是以下两个方面的原因：一方面，Al原子迁移能力低，采用MOCVD法生长时Al原子难以并入AlGaN晶格，造成AlGaN晶体质量差，表面粗糙等；另一方面，Si与AlGaN之间晶格失配大，造成生长的AlGaN晶体质量差，最终影响器件性能。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构。在本专利技术中，紫外LED结构也称为紫外LED外延片，该紫外LED外延片具有质量高、性能优异等优点，该紫外LED外延片可用于军事预警、紫外光疗等领域。本专利技术的目的之二在于提供一种PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构的制备方法。相比于目前的紫外LED制备工艺，本申请制备的紫外LED具有质量高、性能优异等优点。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，包括Si(111)衬底、在所述Si(111)衬底上自下而上依次生长的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层；所述步进AlGaN缓冲层采用脉冲激光沉积法生长在Si(111)衬底上；所述Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层分别采用金属有机物气相沉积法生长在对应的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层上生长。进一步地，所述步进AlGaN缓冲层为Al组分渐变的AlGaN缓冲层，步进AlGaN缓冲层在Si(111)衬底上的生长温度为600-700℃，步进AlGaN缓冲层的层数为1-3，Al组分在0-0.8变化，薄膜总厚度为200-800nm。进一步地，所述Si掺杂的n型AlGaN层的生长温度为1000-1100℃，Si的掺杂浓度为5×1020-7×1020cm-3，薄膜厚度为2500-3500nm。进一步地，所述Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层包括生长在Si掺杂n型AlGaN层上的Al0.40Ga0.60N量子阱层和生长在Al0.40Ga0.60N量子阱层上的Al0.50Ga0.50N量子垒层；所述Al0.40Ga0.60N量子阱层的生长温度为800-900℃，厚度3-5nm；所述Al0.50Ga0.50N量子垒层的生长温度为900-1000℃，厚度10-15nm。进一步地，所述AlGaN电子阻挡层的生长温度为1000-1100℃，厚度10-30nm。进一步地，所述Mg掺杂的p型AlGaN层的生长温度为1000-1100℃，Mg的掺杂浓度为1×1019-3×1019cm-3，薄膜厚度为150-250nm。进一步地，所述Mg掺杂的p型GaN层的生长温度为1000-1100℃，掺杂浓度为4×1019-6×1019cm-3，薄膜厚度为20-40nm。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构的制备方法，包括如下步骤：步进AlGaN缓冲层的制备：在Si(111)衬底上采用脉冲激光沉积法生长步进AlGaN缓冲层，生长温度为600-700℃，激光能量200-250mJ，激光频率为5-30Hz,气压为1-30mTorr，层数为1-3，Al组分在0-0.8变化，薄膜总厚度为200-800nm；Si掺杂的n型AlGaN层的制备：在步进AlGaN缓冲层上采用金属有机物气相沉积法生长n型掺杂的AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，Si的掺杂浓度为5×1020-7×1020cm-3，薄膜厚度为2500-3500nm；Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层的制备：在Si掺杂的n型AlGaN层上采用金属有机物气相沉积法生长Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层，所述Al0.40Ga0.60N量子阱层的生长温度为800-900℃，厚度3-5nm；所述Al0.50Ga0.50N量子垒层的生长温度为900-1000℃，厚度10-15nm；AlGaN电子阻挡层的制备：在Al0.50Ga0.50N量子垒层上采用金属有机物气相沉积法生长AlGaN电子阻挡层，生长温度为1000-1100℃，厚度10-30nm；Mg掺杂的p型AlGaN层的制备：在AlGaN电子阻挡层上采用金属有机物气相沉积法生长Mg掺杂的p型AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，Mg的掺杂浓度为1×1019-3×1019cm-3，薄膜厚度为150-250nm；Mg掺杂的p型GaN层的制备：在Mg掺杂的p型AlGaN层上采用金属有机物气相沉积法生长Mg掺杂的p型GaN层，生长温度为1000-1100℃，掺杂浓度为4×1019-6×1019cm-3，薄膜厚度为20-40nm。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用脉冲激光沉积(PLD)技术联合金属有机物气相沉积(MOCVD)技术在Si(111)衬底上生长高质量AlGaN基紫外LED外延材料。一方面，采用PLD烧蚀靶材产生的AlGaN等离子体具有较高的动能，因此具有很强的迁移能力，从而提升了Al原子并入AlGaN的能力；同时，PLD低温外延可以抑制AlGaN与Si之间的界面反应，获得高质量步进AlG本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，包括Si(111)衬底、在所述Si(111)衬底上自下而上依次生长的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层；所述步进AlGaN缓冲层采用脉冲激光沉积法生长在Si(111)衬底上；所述Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层分别采用金属有机物气相沉积法生长在对应的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层上生长。

【技术特征摘要】
1.PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，包括Si(111)衬底、在所述Si(111)衬底上自下而上依次生长的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层；所述步进AlGaN缓冲层采用脉冲激光沉积法生长在Si(111)衬底上；所述Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层分别采用金属有机物气相沉积法生长在对应的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层上生长。2.如权利要求1所述的PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，所述步进AlGaN缓冲层为Al组分渐变的AlGaN缓冲层，步进AlGaN缓冲层在Si(111)衬底上的生长温度为600-700℃，步进AlGaN缓冲层的层数为1-3，Al组分在0-0.8变化，薄膜总厚度为200-800nm。3.如权利要求1所述的PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，所述Si掺杂的n型AlGaN层的生长温度为1000-1100℃，Si的掺杂浓度为5×1020-7×1020cm-3，薄膜厚度为2500-3500nm。4.如权利要求1所述的PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，所述Al0.40Ga0.60N/Al0.50Ga0.50N多量子阱层包括生长在Si掺杂n型AlGaN层上的Al0.40Ga0.60N量子阱层和生长在Al0.40Ga0.60N量子阱层上的Al0.50Ga0.50N量子垒层；所述Al0.40Ga0.60N量子阱层的生长温度为800-900℃，厚度3-5nm；所述Al0.50Ga0.50N量子垒层的生长温度为900-1000℃，厚度10-15nm。5.如权利要求1所述的PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构，其特征在于，所述AlGaN电子阻挡层的生长温度为1000-1100℃，厚度10-30nm。6.如权利...

【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：发明
国别省市：广东,44