[发明专利]一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法，该紫外LED外延片包括Si衬底、自下而上依次设置在Si衬底上的GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型Al_xGa_1‑xN层、n型GaN层、In_xGa_1‑xN/GaN超晶格层、In_yGa_1‑yN/GaN量子阱层、EBL层、p型Al_yGa_1‑yN层、p型GaN层；所述In_xGa_1‑xN/GaN超晶格层中，x＝0.20‑0.06，成分渐变；所述In_yGa_1‑yN/GaN量子阱层，y＝0.02‑0.08；所述n型Al_xGa_1‑xN层与p型Al_yGa_1‑yN层，x＝y＝0.10‑0.30。该GaN基紫外LED外延片有效缓解高质量紫外LED生长困难、工作过程热积累的问题，可实现高光效高性能紫外LED外延片生长制备。

技术领域

本发明涉及一种紫外LED技术，尤其涉及一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片及其制备方法。

背景技术

以GaN为代表的III族氮化物由于其优异的材料性质，在最近的几十年间在发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、光探测器等光电器件中得到了普遍的应用，产业化趋于成熟，是目前最受关注的第三代半导体材料体系。目前的GaN基光电器件尤其是GaN LED实现产业化发光波段仍然主要集中在可见光波段，这严重限制了GaN LED的发展应用。紫外波段是GaN LED发展过程中一个至关重要的一环，紫外GaN LED可将LED的应用领域由基础照明提升至污水消毒、光波通信等拳头领域，可极大推动GaN基第三代半导体材料尽快实现真正意义上的光电集成。

目前，紫外LED大多数基于AlGaN材料制备而成，然而由于Al原子迁移势垒高，导致生长AlGaN材料需要高温、生长过程中组分控制困难、AlGaN基量子阱质量不佳、掺杂困难等种种原因，难以实现高光效紫外LED制备。除此之外，由于紫外波段光波能量较可见光波段高，制备的紫外LED同样存在由于工作过程中发热严重导致制得紫外LED器件性能稳定性与可靠性不佳，难以实现大规模应用的难题。

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Si衬底上GaN基紫外LED外延片。采用高导热Si衬底提高器件散热并便于器件后续集成加工。

本发明的目的之二在于提供一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片的制备方法。该制备方法使用GaN材料作为器件结构主体，使用低In组分InGaN/GaN取代AlGaN/AlGaN量子阱结构的具有高度可重复性的紫外LED。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种Si衬底上GaN基紫外LED外延片，包括Si衬底、自下而上依次设置在Si衬底上的GaN缓冲层、非故意掺杂GaN层、n型Al_xGa_1-xN层、n型GaN层、In_xGa_1-xN/GaN超晶格层、In_yGa_1-yN/GaN量子阱层、EBL层、p型Al_yGa_1-yN层、p型GaN层；所述In_xGa_1-xN/GaN超晶格层中，x＝0.20-0.06，成分渐变；所述In_yGa_1-yN/GaN量子阱层，y＝0.02-0.08；所述n型Al_xGa_1-xN层与p型Al_yGa_1-yN层，x＝y＝0.10-0.30。

进一步地，所述非故意掺杂GaN层的厚度为0.9-1.5μm。