[发明专利]一种生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法，包括依次生长在Si衬底上的AlN缓冲层、第一GaN缓冲层、第二GaN缓冲层、非掺杂GaN层、n型掺杂GaN层、InGaN/GaN量子阱、电子阻挡层和p型掺杂GaN薄膜；第一GaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第一沟槽；第二GaN缓冲层的下部沉积在第一沟槽内，第二GaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第二沟槽；第一沟槽和第二沟槽在垂直方向上不重叠；非掺杂GaN层的下部沉积在第二沟槽内。本发明所提供的生长在Si衬底上的LED外延片，缺陷密度低、结晶质量好，电学、光学性能好，通过多次刻蚀，增加GaN的横向外延，有效抑制位错往上延伸。

技术领域

本发明涉及LED外延片技术领域，尤其涉及一种生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法。

背景技术

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。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，是制造高效的半导体器件，如LED器件的理想材料。目前，GaN基LED的发光效率已经达到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。

LED要真正实现大规模广泛应用，需要进一步提高LED芯片的发光效率，同时降低LED芯片的价格。虽然LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯，但是商业化LED发光效率还是低于钠灯(150lm/W)，单位流明/瓦的价格偏高。目前大多数GaN基LED都是基于蓝宝石和SiC衬底上进行外延生长，大尺寸的蓝宝石和SiC衬底价格昂贵，导致LED制造成本高。因此迫切寻找一种价格低廉的衬底材料应用于外延生长GaN基LED外延片；此外，由于异质外延生长GaN基LED外延片存在晶格失配，导致外延生长的GaN层及后续的外延层缺陷密度高，寻找一种合适的缓冲层技术来降低GaN层的缺陷密度，从而提高GaN基LED外延片的性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种生长在Si衬底上的LED外延片，缺陷密度低、结晶质量好，电学、光学性能好。

本发明的目的之二在于提供一种生长在Si衬底上的LED外延片的制备方法，通过多次刻蚀，增加GaN的横向外延，有效抑制位错往上延伸，具有生长高晶体质量LED外延片的优点。

本发明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LED外延片，包括生长在Si衬底上的AlN缓冲层，生长在所述AlN缓冲层上的第一GaN缓冲层，生长在所述第一GaN缓冲层上的第二GaN缓冲层，生长在所述第二GaN缓冲层上的非掺杂GaN层，生长在所述非掺杂GaN层上的n型掺杂GaN层，生长在所述n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN量子阱，生长在所述InGaN/GaN量子阱上的电子阻挡层，生长在所述电子阻挡层上的p型掺杂GaN薄膜；

所述第一GaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第一沟槽；

所述第二GaN缓冲层的下部沉积在所述第一沟槽内，所述第二GaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第二沟槽；所述第一沟槽和所述第二沟槽在垂直方向上不重叠；

所述非掺杂GaN层的下部沉积在所述第二沟槽内。