本发明专利技术公开一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片及其制备方法，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、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。本发明专利技术的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】
本专利技术属于半导体
，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，本专利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，本专利技术采用如下技术方案:—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AlxGaixN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多量子讲层和ρ-GaN层。优选地，所述AlN缓冲层的厚度为90-11nm0优选地，所述步进AlxGapxN缓冲层包括依次生长的Al0.2GaQ.8N缓冲层、Al0.5Ga0.5N缓冲层、AlQ.8GaQ.2N缓冲层，其中AlQ.2GaQ.8N缓冲层厚度为95-105nm，所述AltL5Ga0.5N缓冲层厚度为140_155nm，所述AlQ.8GaQ.2N缓冲层厚度为185-210nmo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145-155nm0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。—种制备所述采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的方法，其特征是:包括以下步骤:(I)制备Si衬底:将单晶Si衬底放入15%HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；(2)生长AlN缓冲层:取步骤(I)制备的Si衬底于温度为1000-1100°C、气压为50-60Torr条件下，通入流量为240-260ymol/min的三甲基铝、流量为7.5-9slm的NH3,然后AlN缓冲层以生长速度为3-4nm/s生长至厚度为90-1 1nm;(3)生长AlxGanN缓冲层:在步骤(2)中所述AlN缓冲层生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为18-25ymol/min三甲基镓至AlQ.2GaQ.8N缓冲层厚度生长为95-105nm;再将三甲基镓的流量增加到50-60ymol/min至Al0.5GaQ.5N缓冲层厚度生长为140-155nm;最后将三甲基镓的流量增加到80-90ymol/min至AlQ.8GaQ.2N缓冲层厚度生长为185-210nm；(4)生长AlN插入层:将步骤(3)所述AlxGal-XN缓冲层基础上，调节生长温度为800-850°C、反应室气压为50-60Torr，通入流量为145-160ymol/min三甲基铝、流量为7-9s Im NH3，然后AlN插入层以生长速度为4_6nm/min在AlxGa1-xN缓冲层上生长至30_45nm ；(5)生长下层三维GaN岛层:在步骤(4)所述AlN插入层基础上，通入三甲基镓、NH3，然后相互独立的岛以一定的生长速度生长至厚度为30-200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为145-155nm的下层三维GaN岛层；(6)沉积原位SiN插入层:在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，通入SiH4、NH3，沉积 30-180s ；(7)生长上层三维GaN岛层:在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，通入三甲基铝、NH3，然后下层三维GaN岛以一定生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm;(8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层上依次生长厚度为2_4μπι、Si掺浓度为5xl018cm—3的n-GaN层，交错排布厚度为3_4nm的InGaN和厚度为11-13nm的GaN，交错排布1个周期形成InGaN/GaN多量子阱层，以及厚度为200-210nm ρ-GaN层。优选地，所述步骤(5)中生长下层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(4)所述AlN插入层基础上，调节生长温度为800-1050 0C、反应室气压为300-600Torr，通入流量为280-320ymol/min三甲基镓、流量为50-70slm NH3，然后相互独立的岛以45_55nm/min的生长速度生长至厚度为30_200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为145_155nm的下层三维GaN岛层。优选地，所述步骤(6)中沉积原位SiN插入层的具体过程是，在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，调节生长温度为1000-1100 V、反应室气压为500_550Torr，通入流量为190-215ymol/min SiH4、流量为45_60slm NH3,沉积30_180s。优选地，所述步骤(7)中生长上层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，调节生长温度为800-1050°C，反应室气压为300_600Torr，通入流量为140-160ymol/min三甲基铝、流量为7-9slm NH3,然后下层三维GaN岛以4_6nm/min生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm。本专利技术的有益技术效果是:本专利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，本专利技术所采用的原位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为本专利技术生长在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】
【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
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