基于硅衬底的LED外延片及其制备方法、LED技术

本发明专利技术公开了一种基于硅衬底的LED外延片及其制备方法、LED，涉及半导体光电器件领域。LED外延片包括硅衬底，设于硅衬底背面的调节层，依次设于硅衬底正面的缓冲层、U

【技术实现步骤摘要】
基于硅衬底的LED外延片及其制备方法、LED


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种基于硅衬底的LED外延片及其制备方法、LED。

技术介绍

[0002]相比蓝宝石和SiC衬底，硅衬底具有诸多优势，如结晶质量高、尺寸大、价格便宜等。但硅衬底与GaN之间存在着巨大的晶格失配（17%）和热失配（46%）。热失配造成GaN薄膜生长后在降温过程中受到巨大张应力而导致外延片弯曲或者GaN薄膜开裂。使得外延片的成品率低，且发光效率低。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种基于硅衬底的LED外延片及其制备方法，其可提升成品率和发光效率。
[0004]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种基于硅衬底的LED。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种基于硅衬底的LED外延片，其包括硅衬底，设于硅衬底背面的调节层，依次设于硅衬底正面的缓冲层、U
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GaN层、N
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GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
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GaN层；其中，所述调节层为NiZnSe层。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述调节层包括靠近所述硅衬底设置的第一调节层和远离所述硅衬底设置的第二调节层，所述第一调节层为Ni
a
Zn1‑
a
Se层，所述第二调节层为Ni
b
Zn1‑
b
Se层；其中，a为0.01~0.1，b为0.01~0.15，且a＜b。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述第一调节层的厚度为5nm~20nm，第二调节层的厚度为10nm~30nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述缓冲层包括依次层叠于所述硅衬底上的Ti层、AlN层、多个纳米棒和SiC包裹层；所述纳米棒阵列分布在所述AlN层上，每个纳米棒均为周期性结构，周期数为1~5，每个周期均包括依次层叠的AlGaN层和GaN层。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述Ti层的厚度为1nm~3nm，所述AlN层的厚度为2nm~8nm，所述SiC包裹层的厚度为20nm~50nm；所述纳米棒的高度为5nm~15nm，宽度为1μm~5μm。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述AlGaN层的厚度与所述GaN层的厚度之比为1.5:1~4:1。
[0011]相应的，本专利技术还公开了一种基于硅衬底的LED外延片的制备方法，用于制备上述的基于硅衬底的LED外延片，其包括：提供硅衬底，在所述硅衬底的背面生长调节层，在所述硅衬底的正面依次生长缓冲层、U
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GaN层、N
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GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
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GaN层；其中，所述调节层为NiZnSe
层。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述调节层包括靠近所述硅衬底设置的第一调节层和远离所述硅衬底设置的第二调节层；所述第一调节层的生长温度为500℃~700℃，生长压力为50torr~150torr；所述第二调节层的生长温度为600℃~800℃，生长压力为100torr~200torr。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述缓冲层包括依次层叠于所述硅衬底上的Ti层、AlN层、多个纳米棒和SiC包裹层；所述纳米棒阵列分布在所述AlN层上，每个纳米棒均为周期性结构，周期数为1~5，每个周期均包括依次层叠的AlGaN层和GaN层；其中，所述Ti层、AlN层通过CVD法制得，溅射时间为10min~20min，溅射腔气压0.1Pa~0.5Pa，溅射电流为0.1A~0.5A，溅射电压为300V~500V；所述纳米棒的制备方法为：采用MOCVD周期性生长AlGaN层和GaN层，然后刻蚀得到纳米棒；其中，所述AlGaN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~200torr；所述GaN层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr；所述SiC包裹层采用MOCVD法生长，生长温度为800℃~900℃，生长压力为50torr~200torr。
[0014]相应的，本专利技术还公开了一种基于硅衬底的LED，其包括上述的基于硅衬底的LED外延片。
[0015]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的基于硅衬底的LED外延片，在硅衬底背面设置了调节层（NiZnSe层），其热膨胀系数比Si大，在后期高温外延结构生长完成后的降温过程中可提供压应力，补偿降温带来的拉应力，从而提升硅衬底的平整度，提升了成品率。同时更高的平整度也提升了后续生长的外延结构的晶体质量，从而提升了发光效率。
[0016]2. 本专利技术的基于硅衬底的LED外延片中，调节层包括第一调节层（Ni
a
Zn1‑
a
Se层）和第二调节层（Ni
b
Zn1‑
b
Se层），其中a＜b。通过这种结构设置，一者可形成阶梯式的压应力，进一步提升硅衬底的平整度。二者，从硅衬底到第一调节层再到第二调节层，构建了折射率由大到小的结构，提升了光线的反射率，提升了光提取效率，提升了外量子效率。
[0017]3. 本专利技术的基于硅衬底的外延片中，缓冲层包括Ti层、AlN层、纳米棒和SiC包裹层；纳米棒阵列分布在AlN层上，每个纳米棒均为周期性结构，周期数为1~5，每个周期均包括依次层叠的AlGaN层和GaN层。其中，Ti层可防止Ga回熔。再者，AlN的晶格常数为0.3112nm，AlGaN的晶格常数约为0.3108nm，SiC的晶格常数为0.307nm，通过依次设置的AlN
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AlGaN/GaN
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SiC结构，实现了硅衬底到GaN质外延层的良好过渡，有效降低了位错的产生。进一步的，本专利技术将AlGaN层和GaN层设置成纳米棒状，这种结构可更好地释放应力，解决大规格硅衬底边缘裂纹的问题，使得本专利技术中的外延结构可适用于更大规格的硅衬底。
附图说明
[0018]图1是本专利技术一实施例中基于硅衬底的LED外延片的结构示意图；图2是本专利技术一实施例中调节层的结构示意图；图3是本专利技术一实施例中缓冲层的结构示意图；图4是本专利技术一实施例中纳米棒的结构示意图；
图5是本专利技术一实施例中基于硅衬底的LED外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术作进一步地详细描述。
[0020]参考图1，本专利技术公开了一种基于硅衬底的外延片，包括硅衬底1，设于硅衬底1背面的调节层2，依次设于硅衬底正面的缓冲层3、U
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GaN层4、N
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GaN层5、多量子阱层6、电子阻挡层7和P
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GaN层8。其中，调节层2为NiZnSe层，其热膨胀系数比Si大，在后期高温外延结构生长完成后的降温过程中可提供压应力，补偿降温带来的拉应力，从而提升硅衬底1的平整度，提升了成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，包括硅衬底，设于硅衬底背面的调节层，依次设于硅衬底正面的缓冲层、U
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GaN层、N
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GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
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GaN层；其中，所述调节层为NiZnSe层。2.如权利要求1所述的基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，所述调节层包括靠近所述硅衬底设置的第一调节层和远离所述硅衬底设置的第二调节层，所述第一调节层为Ni
a
Zn1‑
a
Se层，所述第二调节层为Ni
b
Zn1‑
b
Se层；其中，a为0.01~0.1，b为0.01~0.15，且a＜b。3.如权利要求2所述的基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，所述第一调节层的厚度为5nm~20nm，第二调节层的厚度为10nm~30nm。4.如权利要求1~3任一项所述的基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，所述缓冲层包括依次层叠于所述硅衬底上的Ti层、AlN层、多个纳米棒和SiC包裹层；所述纳米棒阵列分布在所述AlN层上，每个纳米棒均为周期性结构，周期数为1~5，每个周期均包括依次层叠的AlGaN层和GaN层。5.如权利要求4所述的基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，所述Ti层的厚度为1nm~3nm，所述AlN层的厚度为2nm~8nm，所述SiC包裹层的厚度为20nm~50nm；所述纳米棒的高度为5nm~15nm，宽度为1μm~5μm。6.如权利要求4所述的基于硅衬底的LED外延片，其特征在于，所述AlGaN层的厚度与所述GaN层的厚度之比为1.5:1~4:1。7.一种基于硅衬底的LED外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~6任一项所述的基于硅衬底的LED...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文杰，曹斌斌，程龙，高虹，刘春杨，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：