Si襯底LED外延片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種Si襯底LED外延片，涉及具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的器件技術(shù)領(lǐng)域。所述外延片包括Si襯底和位于Si襯底上表面的外延層，所述外延層從下到上依次為AlN/AlGaN緩沖層、非故意摻雜U型GaN層、Si摻雜N型GaN層、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層、電子阻擋層和Mg摻雜P型GaN層。所述外延片提高了內(nèi)量子效率；同時(shí)減少壓電極化電場(chǎng)，增加電子和空穴的波函數(shù)交疊，使得輻射復(fù)合概率增加，進(jìn)一步提高了內(nèi)量子效率。
【專利說(shuō)明】
Si襯底LED外延片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及具有特殊晶體結(jié)構(gòu)的器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Si襯底LED外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]LED是一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件，相對(duì)于傳統(tǒng)光源，LED具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、發(fā)光效率高的特點(diǎn)，因此LED成為一種備受矚目的新型綠色光源進(jìn)入照明領(lǐng)域。其中Si襯底上LED由于成本較低尤其受到人們的廣泛關(guān)注。但是Si襯底與GaN晶格失配和熱失配較大，導(dǎo)致InGaN/GaN多重量子阱區(qū)域阱皇之間的應(yīng)力較大，壓電極化效應(yīng)增加，導(dǎo)致內(nèi)量子效率較低，制約了 Si襯底上LED在通用照明領(lǐng)域的發(fā)展。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種Si襯底LED外延片，所述外延片提高了內(nèi)量子效率；同時(shí)減少壓電極化電場(chǎng)，增加電子和空穴的波函數(shù)交疊，使得輻射復(fù)合概率增加，進(jìn)一步提高了內(nèi)量子效率。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種Si襯底LED外延片，其特征在于:包括Si襯底和位于Si襯底上表面的外延層，所述外延層從下到上依次為AlN/AlGaN緩沖層、非故意摻雜U型GaN層、Si摻雜N型GaN層、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層、電子阻擋層和Mg摻雜P型GaN層。
[0005]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層包括9?15對(duì)InGaN阱層和GaN皇層結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步的技術(shù)方案在于:所述InGaN講層的厚度為2納米_4納米;每層InGaN講層的上下兩側(cè)分別設(shè)有3埃?5埃的InN層;GaN皇層的厚度為9?12納米。
[0007]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:所述外延片在生長(zhǎng)InGaN量子阱前后分別生長(zhǎng)InN層，通過(guò)釋放阱皇之間的應(yīng)力，增加載流子局域化來(lái)提高內(nèi)量子效率；同時(shí)在生長(zhǎng)InGaN/GaN多重量子阱時(shí)采用漸變溫度的方法改變In在量子阱中的組分，減少壓電極化電場(chǎng)，增加電子和空穴的波函數(shù)交疊，使得輻射復(fù)合概率增加，從而提高內(nèi)量子效率。通過(guò)驗(yàn)證，所述外延片比傳統(tǒng)的InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)的外延片光輸出功率提高了近5%?10%。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本實(shí)用新型所述外延片的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0009]其中:l、Si襯底2、AlN/AlGaN緩沖層 3、U型GaN層 4、Si摻雜N型GaN層 5、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5-1、InN層5_2、GaN皇層5-3、InGaN阱層6、電子阻擋層7、Mg摻雜P型GaN層。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0011]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。
[0012]如圖1所示，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種Si襯底LED外延片，包括Si襯底I和位于Si襯底I上表面的外延層。所述外延層從下到上依次為AlN/AlGaN緩沖層2、非故意摻雜U型GaN層3、Si摻雜N型GaN層4、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5、電子阻擋層6和Mg摻雜P型GaN層7。所述InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5包括9?15對(duì)InGaN阱層5_3和GaN皇層5_2結(jié)構(gòu)。所述InGaN阱層5-3的厚度為2納米-4納米;每層InGaN阱層5-3的上下兩側(cè)分別設(shè)有3埃?5埃的InN層5-1，GaN皇層的厚度為9?12納米。
[0013]上述Si襯底LED外延片的制備方法，包括如下步驟:
[0014]在Si襯底I的上表面生長(zhǎng)外延層，外延層生長(zhǎng)過(guò)程如下:Si襯底I預(yù)烘烤，然后在Si襯底I的上表面從上到下依次生長(zhǎng)AlN/AlGaN緩沖層2、非故意摻雜U型GaN層3、Si摻雜N型GaN層4、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5、電子阻擋層6和Mg摻雜P型GaN層7。
[0015]在生長(zhǎng)InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5(MQW)時(shí)，先生長(zhǎng)3埃?5埃的InN層5-1，然后以溫度漸變的方法生長(zhǎng)InGaN量子講，溫度變化范圍為為20 °C，即在生長(zhǎng)InGaN阱層5-3時(shí)，溫度從TUTl=量子阱的標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)溫度-10°C)逐步變化到T2(T2=量子阱的標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)溫度+10°C)。在InGaN阱層5-3生長(zhǎng)結(jié)束后，再生長(zhǎng)3?5埃的InN層5-1，然后再生長(zhǎng)GaN皇層5-2，以此為一個(gè)周期，生長(zhǎng)9-15個(gè)周期數(shù)的InGaN阱層5-3和GaN皇層5-2結(jié)構(gòu)。
[0016]InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層5(MQW)是本外延片的核心。生長(zhǎng)量子阱InGaN材料和生長(zhǎng)GaN皇之間存在晶格失配，量子阱皇之間存在著壓應(yīng)力，應(yīng)力的大小和阱皇層厚度密切相關(guān)，應(yīng)力的方向由阱指向皇，也就是指向GaN材料的表面方向；GaN材料Ga原子和N原子電荷中心不重合，導(dǎo)致GaN材料存在極化效應(yīng)，阱皇層都存在極化應(yīng)力;壓應(yīng)力和極化應(yīng)力的不平衡會(huì)導(dǎo)致InGaN和GaN材料能帶發(fā)生彎曲和傾斜，減少了電子和空穴的波函數(shù)交疊，使得輻射復(fù)合概率降低，從而降低了內(nèi)量子效率(IQE)。
[0017]通過(guò)在InGaN阱層前后生長(zhǎng)InN，可以有效的減少量子阱InGaN材料和GaN皇之間的晶格失配，釋放阱皇之間的應(yīng)力，提高內(nèi)量子效率。同時(shí)在InGaN層生長(zhǎng)時(shí)采用漸變溫度的方法來(lái)調(diào)制In組分，以此抵消部分極化電場(chǎng)的影響，從而提高電子和空穴復(fù)合概率，提高發(fā)光效率。通過(guò)驗(yàn)證，所述外延片比傳統(tǒng)的InGaN/GaN量子阱結(jié)構(gòu)的外延片光輸出功率提高了近5%?10%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Si襯底LED外延片，其特征在于:包括Si襯底(I)和位于Si襯底(I)上表面的外延層，所述外延層從下到上依次為AlN/AlGaN緩沖層(2)、非故意摻雜U型GaN層(3)、Si摻雜N型GaN層(4)、InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層(5)、電子阻擋層(6)和Mg摻雜P型GaN層(7);所述InGaN/GaN多重量子阱發(fā)光層(5)包括9?15對(duì)InGaN阱層(5_3)和GaN皇層(5_2)結(jié)構(gòu);所述InGaN阱層(5-3)的厚度為2納米-4納米;每層InGaN阱層(5_3)的上下兩側(cè)分別設(shè)有3埃?5埃的InN層(5-1) ;GaN皇層(5-2)的厚度為9?12納米。
【文檔編號(hào)】H01L33/12GK205452330SQ201521094173
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月26日
【發(fā)明人】劉波, 戭玉龍, 王波, 袁鳳坡, 潘鵬, 汪靈, 白欣嬌, 周曉龍, 王靜輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十三研究所