一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片及其制备方法，该AlGaN基深紫外LED外延片为在Si(111)衬底上自下而上依次生长有AlN缓冲层、非故意掺杂AlGaN层、SiNx插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层，p型掺杂的AlGaN层和p型掺杂的GaN层。该方法包括以下步骤:采用磁控溅射法生长AlN缓冲层；然后再采用金属有机物气相沉积法生长其余各层。本申请的LED外延材料具有质量高、生产周期短、效率高、便于大规模生产等优点，可用于杀菌消毒、医疗器械、军事预警等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片及其制备方法
本专利技术涉及一种AlGaN基深紫外LED技术，尤其涉及一种生长在Si(111)衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片及其制备方法。
技术介绍
AlGaN基深紫外LED外延材料与器件，作为第三代半导体材料与器件的关键内容，可应用于杀菌消毒、医疗器械、军事预警等领域。目前，AlGaN基深紫外LED主要是基于蓝宝石衬底上外延生长的。虽然已经取得的一定研究进展，但是依然面临一下问题：(1)一方面由于蓝宝石衬底导热性差，仅为25W/(m·K)，致使深紫外LED器件中产生的热量难以传导出来，影响器件性能；(2)另一方面，由于蓝宝石价格较高、大尺寸衬底难以获得，致使蓝宝石衬底上AlGaN基深紫外LED器件制作成本较高。针对解决上述问题，采用Si作为衬底，在其上进行高质量AlGaN基深紫外LED外延材料生长。一方面，Si衬底热导率高达130W/(m·K)，超过蓝宝石衬底的5倍，可以迅速将AlGaN基紫外LED器件中产生的热量迅速传导出来，提高器件性能。另一方面，Si(111)衬底价格便宜，且大尺寸衬底容易获得(12英寸)，可大幅度降低器件制作成本。然而目前Si(111)衬底上AlGaN基深紫外LED外延材料主要是采用金属有机物气相沉积(MOCVD)技术生长的。在该外延生长过程中，为可否Si与Ga的回熔刻蚀反应及Si与AlGaN之间较大的晶格失配问题，通常采用AlN作为缓冲层。然而AlN生长的主要原料三甲基铝与氨气，容易寄生预反应且Al原子迁移率低等，导致AlN的生长速率较慢且AlN的晶体质量较差；造成了Si衬底上AlGaN深紫外LED外延材料生产效率低、生产成本高且高性能器件难以获得。
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生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片。一方面，本专利技术采用MS技术利用通电产生磁场，AlN靶材在磁场作用下，产生AlN等离子体，具有较高的动能，因此具有很强的迁移能力，从而提升了粒子并入AlN的效率，在Si(111)衬底上获得了高质量的AlN缓冲层；另一方面，然后再采用MOCVD生长后续AlGaN基深紫外LED外延结构；采用SiNx插入层，由于SiNx层是非晶态，能够钉扎位错，阻止AlGaN层中位错延伸到多量子阱层中，提升LED发光效率。本专利技术的目的之二在于提供一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片的制备方法。本制备方法在Si衬底上生长AlGaN基深紫外LED外延片材料，其生产效率高、生产成本低且发光性能高。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，在Si(111)衬底上自下而上依次生长有AlN缓冲层、非故意掺杂AlGaN层、SiNx插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层，p型掺杂的AlGaN层和p型掺杂的GaN层。进一步地，所述AlN缓冲层的厚度为50-100nm。进一步地，所述非故意掺杂AlGaN层的厚度为500-1000nm。进一步地，所述SiNx插入层的厚度为5-10nm。进一步地，所述n型掺杂的AlGaN层的厚度为2000-3000nm。进一步地，所述Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层中的Al0.45Ga0.55N薄膜厚度为3-5nm，Al0.55Ga0.45N薄膜的厚度为10-12nm。进一步地，所述AlGaN电子阻挡层的厚度为30-50nm。进一步地，所述p型掺杂的AlGaN层的厚度为100-200nm。进一步地，所述p型掺杂的GaN层的厚度为30-50nm。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片的制备方法，包括以下步骤：生长AlN缓冲层的步骤：在Si(111)衬底上采用磁控溅射法(MS)生长AlN缓冲层，生长温度为400-500℃，薄膜厚度为50-100nm；生长非故意掺杂的AlGaN层的步骤：在AlN缓冲层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长非故意掺杂的AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，薄膜厚度为500-1000nm；生长SiNx插入层的步骤：在非故意掺杂的AlGaN层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长SiNx插入层，生长温度为800-900℃，薄膜厚度为5-10nm；生长n型掺杂的AlGaN层的步骤：在SiNx层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长n型掺杂的AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，掺杂浓度为3×1020-5×1020cm-3，薄膜厚度为2000-3000nm；生长Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层的步骤：在n型掺杂AlGaN层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长9周期的Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层；Al0.45Ga0.55N量子阱生长温度为750-850℃，厚度3-5nm；Al0.55Ga0.45N量子垒生长温度为850-950℃，厚度10-12nm；生长AlGaN电子阻挡层的步骤：在Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长AlGaN电子阻挡层，生长温度为1000-1100℃，厚度30-50nm；生长p型掺杂的AlGaN层的步骤：在AlGaN电子阻挡层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)生长p型掺杂的AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，掺杂浓度为3×1019-5×1019cm-3，薄膜厚度为100-200nm；生长p型掺杂的GaN层的步骤：在p型掺杂的AlGaN层上生长p型掺杂的GaN层，生长温度1000-1100℃，掺杂浓度为6×1019-8×1019cm-3，薄膜厚度为30-50nm。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：(1)一方面，本专利技术采用MS技术利用通电产生磁场，AlN靶材在磁场作用下，产生AlN等离子体，具有较高的动能，因此具有很强的迁移能力，从而提升了粒子并入AlN的效率，在Si(111)衬底上获得了高质量的AlN缓冲层；另一方面，然后再采用MOCVD生长后续AlGaN基深紫外LED外延结构；采用SiNx插入层，由于SiNx层是非晶态，能够钉扎位错，阻止AlGaN层中位错延伸到多量子阱层中，提升LED发光效率。(2)另外，相比于目前的AlGaN基紫外LED制备工艺，本申请制备工艺具有LED外延材料质量高、生产周期短、效率高、便于大规模生产等优点，可用于杀菌消毒、医疗器械、军事预警等领域。附图说明图1为本专利技术实施例1生长在Si(111)衬底上AlGaN基深紫外LED外延片的结构示意图；图2为本专利技术实施例2制备的生长在Si(111)衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片光学显微镜图；图3为本专利技术实施例2制备的生长在Si(111)衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片的AlGaN(0002)的X射线回摆曲线图；图4为本专利技术实施例3制备的生长在Si(111)衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片的电致发光图；图5为本专利技术实施例4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，在Si(111)衬底上自下而上依次生长有AlN缓冲层、非故意掺杂AlGaN层、SiNx插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层，p型掺杂的AlGaN层和p型掺杂的GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，在Si(111)衬底上自下而上依次生长有AlN缓冲层、非故意掺杂AlGaN层、SiNx插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层，p型掺杂的AlGaN层和p型掺杂的GaN层。2.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为50-100nm。3.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述非故意掺杂AlGaN层的厚度为500-1000nm。4.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述SiNx插入层的厚度为5-10nm。5.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述n型掺杂的AlGaN层的厚度为2000-3000nm。6.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述Al0.45Ga0.55N/Al0.55Ga0.45N多量子阱层中的Al0.45Ga0.55N薄膜厚度为3-5nm，Al0.55Ga0.45N薄膜的厚度为10-12nm。7.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述AlGaN电子阻挡层的厚度为30-50nm。8.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述p型掺杂的AlGaN层的厚度为100-200nm。9.如权利要求1所述的生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片，其特征在于，所述p型掺杂的GaN层的厚度为30-50nm。10.一种生长在Si衬底上的AlGaN基深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：生长AlN...

【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