[发明专利]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

说明书

本发明公开了一种生长在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、SiN_x插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al_0.45Ga_0.55N/Al_0.55Ga_0.45N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。

技术领域

本发明涉及一种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。

背景技术

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。

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AlGaN基深紫外LED外延片。一方面，本发明采用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。

本发明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、SiN_x插入层、n型掺杂的AlGaN层、Al_0.45Ga_0.55N/Al_0.55Ga_0.45N 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。