一种以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构及其制备方法，该以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构，包括缓冲层和GaN层，所述缓冲层包括硅烯层和硅烯层之上的银液滴层，硅烯生长在衬底上，在硅烯层上沉积银液滴层。其制备方法包括以下步骤：（1）在衬底上制备硅烯层，（2）在硅烯层上生长银液滴层；（3）在银液滴层上生长GaN层。本发明专利技术通过采用硅烯层作为衬底与GaN外延层之间的缓冲层，结合硅烯的优良特性，即具有超凡脱俗的导电性、热传导性及柔韧性，以获得低应力、高晶体质量的GaN外延层，一方面使不稳定的原子级硅烯层得到密封，另一方面增强了缓冲层与GaN层的衔接；生长的GaN外延层具有较低密度的位错，降低器件的漏电流，提升抗静电能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光电半导体材料氮化镓的外延生长结构和方法，属于光电子
技术介绍
半导体发光二极管具有体积小、坚固耐用、发光波段可控性强、光效高、低热损耗、光衰小、节能、环保等优点，在全色显示、背光源、信号灯、光电计算机互联、短距离通信等领域有着广泛的应用，逐渐成为目前电子电力学领域研宄的热点。氮化镓材料具有宽带隙、高电子迀移率、高热导率、高稳定性等一系列优点，因此在高亮度蓝色发光二极管中有着广泛的应用和巨大的市场前景。照明领域对LED提出越来越高的要求，如何提高GaN基LED的发光效率、亮度和降低生产成本是LED行业关注的焦点。提供可靠的结构来提高光功率，从而大幅度提高LED产品的档次是当前研发的主要目标。由于氮化镓材料单晶的获取非常困难，成本也很高，因此目前氮化镓材料一般生长在异质衬底上(蓝宝石、碳化硅、硅等)。在异质衬底上生长材料需要解决衬底与外延层之间的成核问题，由于材料之间存在晶格常数和润湿性的差异，异质外延需要通过缓冲层来实现。缓冲层可以起到缓解衬底和外延层之间晶格失配的作用，同时可以起到润湿的作用，有效改善外延材料的晶体质量。但是缓冲层的存在只能缓解一部分晶格失配，实际生长的氮化镓外延材料仍然具有较高密度的位错。以蓝宝石为基板生长的氮化镓基发光二极管外延层生长过程中，由于蓝宝石与GaN存在显著的晶格失配，GaN基发光二极管材料在生长过程中会产生很大的应力。此应力会影响到外延片的内量子效率及外延片的亮度，同时还会影响到抗静电能力，典型的外延层结构中，以低温GaN层为缓冲层，该层在外延生长中有很大作用。而对于缓冲层，不同的生长方法所起到的作用大小不同，最重要的作用如释放结晶过程中的应力，堙灭穿透位错，改善晶体质量等。日本专利文献 JP7312350 ?CRYSTAL GROWTH METHOD OF GALLIUM NITRIDE-BASEDCOMPOUND SEMICONDUCTOR)),公开了一种在蓝宝石衬底上利用铝镓氮缓冲层外延氮化镓的方法，该缓冲层采用金属有机物化学气相沉积方法生长，可以获得镜面的高质量氮化镓材料。美国专利文献 US6495867 ?InGaN/AlGaN/GaN Mutilayer Buffer For Growth Of GaNOn Sapphire》，公开了一种复合缓冲层的结构，其采用铟镓氮、铝镓氮、氮化镓的复合缓冲层来降低蓝宝石与氮化镓之间的失配度。中国专利文献CN103811601A公开的《一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法》，提供一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法，其多阶缓冲层外延结构，其外延结构的生长方法包括以下具体步骤:将衬底在氢气气氛里进行高温清洁处理，将温度下降到600°C，调整外延生长气氛准备生长多阶LT-AlGaN/MT-GaN/HT-GaN缓冲层，之后生长GaN非掺杂层，生长掺杂浓度稳定的N型GaN层，生长浅量子阱层，生长发光层多量子阱层，生长低温P型GaN层，生长PAlGaN电流阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层，外延生长结束后采用纯氮气气氛进行退火处理。本专利技术通过多阶LT-AlGaN/MT-GaN/HT-GaN缓冲层结构更好的解决蓝宝石与GaN之间的大晶格失配问题，减少穿透位错，改善晶体质量，减小漏电提高外延片的亮度，改进LED发光效率。上述文献都是外延氮化镓材料的典型缓冲层，采用的缓冲层都是氮化物材料，都与外延氮化镓层的性质相对接近，虽然可以缓解晶格失配，但是不能很好的缓和衬底与外延材料之间的应力与热膨胀系数失配。因此，在外延生长时，会由于存在较大的应力导致外延晶体质量有所降低，甚至出现裂纹。
技术实现思路
针对现有的在缓冲层上外延生长GaN的技术存在的不足，本专利技术提出一种不但能降低外延材料的应力，而且还能够提高外延晶体质量的以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构，该结构显著提高GaN基LED晶体质量，从而提升抗静电能力。同时提供一种该结构的制备方法。本专利技术的的以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构，采用以下技术方案:该以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构，包括缓冲层和GaN层，所述缓冲层包括硅烯层和硅烯层之上的银液滴层，硅烯生长在衬底上，在硅烯层上沉积银液滴层。所述娃稀层的总厚度为0.lnm-500nm ;层数为1-300层。所述银液滴层的厚度为5nm-3000nmo所述GaN层的厚度为2 μ m-8 μ m。所述衬底的厚度为100-1000 μ m。硅烯是一种由单个原子厚度的硅制成的材料，具有超凡脱俗的导电性能，且力学和热传导性能优越。上述外延GaN的结构以硅烯层作为柔性缓冲层，硅烯拥有带隙，因为它的原子会向上扣而形成波纹脊，让其中一些电子处于能量略微不同的状态，这些性能可以降低GaN外延层的应力，提高了外延晶体的质量，增强了抗静电能力；同时，在硅烯层上铺一层银液滴，一方面使不稳定的原子级硅烯层得到密封，另一方面增强了缓冲层与GaN层的衔接。此种方法制备的LED芯片，抗静电能力比常规LED结构增加了 5% -20%。上述以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构的制备方法，包括以下步骤:(I)在蓝宝石、碳化硅或硅衬底上制备硅烯层，硅烯层的层数为1-300层，总厚度为 0.l_500nm ；(2)在硅烯层上生长一层银液滴层，厚度为5-3000nm ；步骤(2)的生长温度为50°C -1500°C，反应室压力为80_300mbar，生长速率范围为Inm/分钟-1OOnm/分钟，使用的载气为氮气和氢气的混合气，且氮气和氢气的体积比为1-5: 5-1。(3)在银液滴层上生长GaN层。步骤(3)的生长速率为0.5 μ m/小时_8 μ m/小时，生长温度为900_1200°C，厚度为2 μπι-8 μπι，使用的载气为氮气和氢气的混合气，且氮气和氢气的体积比为1-5: 5_1。如果制备含硅烯缓冲层GaN基的LED，则在上述步骤(3)制备的GaN层上继续外延生长N型GaN、InGaN/GaN多量子阱有源区、P型AlGaN和P型GaN，之后分别制备P电极和N电极，最终制得GaN基LED。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点:I)本专利技术通过采用硅烯层作为衬底与GaN外延层之间的缓冲层，结合新型纳米材料硅烯的优良特性，即具有超凡脱俗的导电性、热传导性及柔韧性，以获得低应力、高晶体质量的GaN外延层。2)本专利技术在硅烯层之上铺一层银液滴，一方面使不稳定的原子级硅烯层得到密封，另一方面增强了缓冲层与GaN层的衔接。生长的GaN外延层具有较低密度的位错，从而提尚在其基础上制备的发光一极管的壳度或者提尚在其基础上制备的尚电子迁移率晶体管的迀移率，降低器件的漏电流，提升抗静电能力。3)本专利技术所述的制备方法，有效地缓解了衬底层与GaN层之间的晶格失配和热膨胀系数失配的问题。【附图说明】图1是本专利技术以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构的示意图。图2是本专利技术的外延GaN的结构分别在X光(002)半峰宽由240秒降低至160秒时的归一化光强分布图。其中:1、衬底层；2、硅烯层；3、银液滴层；4、GaN层。【具体实施方式】当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以硅烯作为缓冲层外延GaN的结构，包括缓冲层和GaN层，其特征是，所述缓冲层包括硅烯层和硅烯层之上的银液滴层，硅烯生长在衬底上，在硅烯层上沉积银液滴层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：逯瑶，曲爽，王成新，徐现刚，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。