本实用新型专利技术公开了一种生长在Si衬底上的LED外延片，包括Si衬底、AlN成核层、AlxGa1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、InyGa1-yN/GaN量子阱层、AlzGa1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层，所述AlN成核层、AlxGa1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、InyGa1-yN/GaN量子阱层、AlzGa1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层依次生长在Si衬底上。本实用新型专利技术中外延生长多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层，确保在外延降温过程中不产生裂纹，能够在Si衬底上外延出高质量的GaN薄膜，降低缺陷密度，提高LED的内量子效率。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种生长在Si衬底上的LED外延片，包括Si衬底、AlN成核层、AlxGa1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、InyGa1-yN/GaN量子阱层、AlzGa1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层，所述AlN成核层、AlxGa1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、InyGa1-yN/GaN量子阱层、AlzGa1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层依次生长在Si衬底上。本技术中外延生长多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层，确保在外延降温过程中不产生裂纹，能够在Si衬底上外延出高质量的GaN薄膜，降低缺陷密度，提高LED的内量子效率。【专利说明】-种生长在Si衬底上的LED外延片
本技术涉及LED外延片，特别是一种生长在Si衬底上的LED外延片。
技术介绍
发光二极管（LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源，具有体积小、耗电量 低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装 饰工程等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能 源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的 低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的 目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将是以LED 为代表的新型照明光源的时代。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素 都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。 III-族氮化物GaN在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质，近几年受到广 泛关注。GaN是直接带隙材料，且声波传输速度快，化学和热稳定性好，热导率高，热膨胀系 数低，击穿介电强度高，是制造高效的LED器件的理想材料。目前，GaN基LED的发光效率 现在已经达到28%并且还在进一步的增长，该数值远远高于目前通常使用的白炽灯（约为 2% )或荧光灯（约为10% )等照明方式的发光效率。数据统计表明，我国目前的照明用电 每年在4100亿度以上，超过英国全国一年的用电量。如果用LED取代全部白炽灯或部分取 代荧光灯，可节省接近一半的照明用电，超过三峡工程全年的发电量。因照明而产生的温室 气体排放也会因此而大大降低。另外，与荧光灯相比，GaN基LED不含有毒的汞元素，且使 用寿命约为此类照明工具的100倍。 通常GaN基LED制备所使用的衬底为蓝宝石以及SiC。但由于蓝宝石衬底价格较 高，导致现阶段LED芯片价格处于一个较高的水平。其次，由于蓝宝石热导率低（100°C时为 25W/m.K)，很难将芯片内产生的热量及时排出，导致热量积累，降低了器件的内量子效率， 从而最终影响器件的性能。对于SiC而言，虽然不存在上述的缺点，但高昂的价格制约了它 的应用；另外，SiC衬底制备GaN基LED的专利只掌握在少数的外国公司手上。因此我们迫 切需要寻找一种价格低廉，具有高热导率的新型衬底。 Si衬底由于具有成熟的制备工艺，高的结晶质量，以及低廉的价格，高达100W/ m. K的热导率，成为了制备GaN基LED器件衬底最好的选择之一。但与GaN之间巨大的晶 格失配（16.9%)会在生长过程中产生大量的穿透位错，降低GaN层的晶体质量，而穿透位 错的存在会导致缺陷复合，从而降低LED的内量子效率，极大的阻碍了 LED的发光效率的提 高。此外，巨大的热失配（54%)会在降温过程中引入张引力而在GaN表面产生裂纹，制约 LED器件的制作。因此为了获得高发光效率的硅衬底GaN基LED，必须要外延出高质量的 GaN薄膜，同时防止裂纹的产生。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种生长在Si衬底上的 LED外延片，本技术采用A1N及AlxGai_xN作为起始缓冲层，利用缓冲层间的晶格差异产 生的应力过滤穿透位错的延生；通过AlN/GaN应力补偿层补偿降温过程中的张力从而阻止 裂纹的产生，进而能够外延出超过4 μ m，高质量的GaN薄膜；同时采用此结构外延生长Si 掺n-GaN层、InyGai_yN/GaN量子阱层、A1ZG &1_ZN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层，即LED外延片 结构；确保在外延降温过程中不产生裂纹，能够在硅衬底上外延出高质量的GaN薄膜，降低 缺陷密度，提高LED的内量子效率。 为解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下： -种生长在Si衬底上的LED外延片，包括Si衬底、A1N成核层、AlxG ai_xN步进缓 冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺η-GaN层、InyG ai_yN/GaN量子阱层、A1ZG&1_ ZN电子阻挡层和 Mg掺p-GaN层，所述A1N成核层、AlxGai_xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN 层、InyGai_yN/GaN量子阱层、A1ZG &1_ZN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层依次生长在Si衬底上， 其中，X 为 0-1, y 为 〇-〇· 2, z 为 0-0· 3。 优选的，所述Si衬底以（111)晶面为外延面，晶体外延取向关系为：GaN(0001)晶 面平行于Si (111)晶面，所述A1N成核层生长在Si (111)晶面上。 优选的，所述AlxGai_xN步进缓冲层包括Α1 α756&α25Ν缓冲层、△1(|.#&(|.#缓冲层和 AlQ.25Gaa75N缓冲层，所述Ala75Ga a25N缓冲层、Ala5Gaa5N缓冲层和Ala25Ga a75N缓冲层从下 到上依次生长在A1N成核层与AlN/GaN应力补偿层之间。 优选的，所述A1N成核层的厚度为30-300nm ;所述Ala 75Gaa 25N缓冲层的厚度 为120-150nm，所述A1Q. 5GaQ. 5N缓冲层的厚度为150-200nm，所述A1Q. 25GaQ. 75N缓冲层的厚 度为200-300nm，所述AlN/GaN应力补偿层中A1N层的厚度为5-100nm，GaN层的厚度为 50-2000nm，AlN与GaN为交替生长的周期性结构，所述AlN/GaN应力补偿层层数为3-5层； 所述 Si 掺 η-GaN 厚度为 1000-2000·，其掺杂浓度为 5xl017-lxl019cnT3 ;所述 InyGahN/GaN 量子阱层中，InyGai_yN阱层厚度为3-5nm，GaN垒层厚度为5-15nm，周期数为3-10 ;所述 AipahN电子阻挡层的厚度为5-30nm ;所述的Mg掺p-GaN厚度为100-300nm。 优选的，所述AlN/GaN应力补偿层中A1N与GaN为交替生长的周期性结构，所述 AlN/GaN应力补偿层层数为3-5层。 相比现有技术，本技术的有益效果在于： 1、本技术米用A1N及AlpahN作为起始缓冲层，利用缓冲层间的晶格差异广 生的应力过滤穿透位错的延生，GaN基LED外延片的高分辨X射线衍射摇摆曲线（RCXRD) GaN(0002)的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种生长在Si衬底上的LED外延片，其特征在于，包括Si衬底、AlN成核层、AlxGa1‑xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n‑GaN层、InyGa1‑yN/GaN量子阱层、AlzGa1‑zN电子阻挡层和Mg掺p‑GaN层，所述AlN成核层、AlxGa1‑xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n‑GaN层、InyGa1‑yN/GaN量子阱层、AlzGa1‑zN电子阻挡层和Mg掺p‑GaN层依次生长在Si衬底上，其中，x为0‑1，y为0‑0.2，z为0‑0.3。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：广州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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