[发明专利]一种大功率垂直结构LED外延结构及其制备方法

权利要求书

1.一种大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，包括生长在Si衬底上的预铺Al层、AlN缓冲层、AlGaN缓冲层、u型GaN层、第一石墨烯层、n型GaN层、多量子阱、p型GaN层、第二石墨烯层，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层采用气相沉积而成；所述预铺Al层的厚度为1-5nm。

2.如权利要求1所述的大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，所述预铺Al层生长于所述Si衬底上的（111）晶面上。

3.如权利要求1所述的大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，所述AlGaN缓冲层中，Al组分为的摩尔比例为0.1-0.9。

4.如权利要求1所述的大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱为周期重复结构，每一周期由垒层和阱层组成；垒层的材料为GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN中的一种或两种以上，阱层的材料为InGaN或AlGaN；多量子阱的周期数为1-20。

5.如权利要求1所述的大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为100-300nm、所述AlGaN缓冲层的厚度为300-600 nm、所述u型GaN层的厚度为500-1500nm，所述第一石墨烯层和第二石墨烯层的厚度为1-10nm。

6.如权利要求1所述的大功率垂直结构LED外延结构，其特征在于，所述n型GaN层掺杂有1.0×10¹⁸-2.0×10¹⁹ cm^-3的Si；所述p型GaN层掺杂有5.0×10¹⁷-2.5×10¹⁹ cm^-3的Mg。

7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的大功率垂直结构LED外延结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）采用MOCVD法，依次在Si衬底上沉积1-5nm的预铺Al层、100-300 nm厚的AlN缓冲层、300-600 nm厚的AlGaN缓冲层、500-1500 nm厚的u型GaN层；

2）将步骤1）得到的薄膜结构转移至CVD设备中，沉积1-10nm的石墨烯形成第一石墨烯层；

3）将步骤2）得到的薄膜结构转移至MOCVD设备中，沉积2000-4000 nm厚的、Si掺杂浓度为1.0×10¹⁸-2.0×10¹⁹ cm^-3的n型GaN层、1-20个周期的多量子阱、200-400 nm的Mg掺杂浓度为5.0×10¹⁷-2.5×10¹⁹ cm^-3的P型GaN层；多量子阱中，每一周期由1-8 nm的InGaN或AlGaN阱层和5-20 nm的GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN垒层组成；

4）将步骤3）得到的薄膜结构转移至CVD设备中，沉积1-10nm的石墨烯层形成第二石墨烯层。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤1）中，

预铺Al层的生长条件为：衬底温度为950-1000℃，反应室压力为40-100Torr，石墨盘转速为600-1200 r/min，三甲基铝的流量为200-400sccm；

AlN缓冲层的生长条件为：衬底温度为800-1200℃，反应室压力为50-100Torr，石墨盘转速为600-1200 r/min，TMAl的流量为200-400sccm，NH₃的流量为5-40slm；

AlGaN缓冲层的生长条件为：衬底温度为900-1200℃，反应室压力为50-100Torr，石墨盘转速为900-1200 r/min，TMAl 的流量为200-400sccm，TMGa 的流量为20-100sccm，NH₃的流量为5-40slm。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2）和步骤4）中，工艺条件为：衬底温度为500-1500℃，通入CH₄和H₂，CH₄的流量为50-300sccm，H₂的流量为10-100sccm。