[发明专利]PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及制备方法

说明书

本发明公开了PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及制备方法，紫外LED结构包括Si(111)衬底、在所述Si(111)衬底上自下而上依次生长的步进AlGaN缓冲层、Si掺杂的n型AlGaN层、Al_0.40Ga_0.60N/Al_0.50Ga_0.50N多量子阱层、AlGaN电子阻挡层、Mg掺杂的p型AlGaN层、Mg掺杂的p型GaN层；所述步进AlGaN缓冲层采用脉冲激光沉积法生长在Si(111)衬底上；再采用MOCVD进行Si掺杂的n‑型AlGaN层，Al_0.40Ga_0.60N/Al_0.50Ga_0.50N多量子阱层，AlGaN电子阻挡层，Mg掺杂的p型AlGaN层及Mg掺杂的p型GaN层的生长，获得高质量AlGaN基紫外LED外延材料。本紫外LED结构具有质量高、性能优异等优点。

技术领域

本发明涉及一种AlGaN基紫外LED制作技术，尤其涉及一种PLD结合MOCVD 法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构及其制备方法。

背景技术

AlGaN作为第三代半导体材料的重要组成部分，具有禁带宽度宽、热导率高等优点，可广泛应用制备发光二极管(LED)、探测器(PD)、高电子迁移率器等器件，在国民经济发展中起着关键作用。

AlGaN基紫外LED在紫外预警、紫外光疗等领域具有重要应用。目前，紫外 LED大都是基于蓝宝石衬底上制备的AlGaN基外延材料与芯片；经过几年的发展，蓝宝石衬底上AlGaN基紫外LED已经有一定的发展了，但依然面临器件散热差、衬底大尺寸难以获得、AlGaN外延材料质量差等问题。

为解决上述问题，采用Si作为衬底材料，进行AlGaN基紫外LED外延材料的生长。一方面，Si衬底热导率高达125W/(m·K)，是蓝宝石衬底(25W/(m·K)) 的5倍，有助于将器件中产生的热量及时传导出来；另一方面，Si衬底可实现大尺寸，如12英寸，面积是蓝宝石衬底的最大尺寸4英寸的9倍；此外，Si衬底材料价格便宜，有助于降低LED芯片制造成本。

目前很多研究人员进行了Si(111)衬底上AlGaN基紫外LED外延材料的生长及芯片制备。研究发现，采用LED外延材料的通过生长技术金属有机物气相沉积(MOCVD)在Si衬底上AlGaN基外延材料，面临AlGaN生长质量差、紫外 LED发光效率低等问题。这主要是以下两个方面的原因：一方面，Al原子迁移能力低，采用MOCVD法生长时Al原子难以并入AlGaN晶格，造成AlGaN晶体质量差，表面粗糙等；另一方面，Si与AlGaN之间晶格失配大，造成生长的AlGaN 晶体质量差，最终影响器件性能。

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PLD结合MOCVD 法在Si衬底上生长AlGaN基的紫外LED结构。在本发明中，紫外LED结构也称为紫外LED外延片，该紫外LED外延片具有质量高、性能优异等优点，该紫外 LED外延片可用于军事预警、紫外光疗等领域。

本发明的目的之二在于提供一种PLD结合MOCVD法在Si衬底上生长AlGaN 基的紫外LED结构的制备方法。相比于目前的紫外LED制备工艺，本申请制备的紫外LED具有质量高、性能优异等优点。