[发明专利]一种Si衬底的GaN薄膜及制备方法

说明书

本发明公开了一种Si衬底的GaN薄膜及制备方法，所述Si衬底的GaN薄膜包括：生长在Si衬底上的基础AlN层、生长在所述基础AlN层上的第一AlGaN层、生长在所述第一AlGaN层上的Si_xN_y层、生长在所述Si_xN_y层上的第二AlGaN层、生长在所述第二AlGaN层上的低温GaN层、生长在所述低温GaN层上的高温GaN层。本发明实施例在缓冲层结构中插入Si_xN_y层，有利于缓解外延层生长过程中产生的应力，并且该层能够有效的钉扎位错，最终能够有效缓解薄膜中缺陷密度，从而实现高晶体质量GaN薄膜生长；本发明使用Si作为衬底，衬底容易获得，有利于降低生产成本。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种Si衬底的GaN薄膜及制备方法。

背景技术

发光二极管(LED)作为一种新型固体照明光源和绿色光源，具有体积小、耗电量低、环保、使用寿命长、高亮度、低热量以及多彩等突出特点，在室外照明、商业照明以及装饰工程等领域都具有广泛的应用。当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。但是现阶段LED的应用成本较高，发光效率较低，这些因素都会大大限制LED向高效节能环保的方向发展。

III族氮化物GaN在电学、光学以及声学上具有极其优异的性质，近几年受到广泛关注。GaN是直接带隙材料，且声波传输速度快，化学和热稳定性好，热导率高，热膨胀系数低，击穿介电强度高，是制造高效的半导体器件，如LED器件的理想材料。目前，GaN基蓝光LED的发光效率现在已经达到28％并且还在进一步的增长，该数值远远高于目前通常使用的白炽灯(约为2％)或荧光灯(约为10％)等照明方式的发光效率。此外，深紫外光LED在国防技术、信息科技、生物制药、环境监测、公共卫生、杀菌消毒等领域具有广大的应用前景。

LED要真正实现大规模广泛应用，需要进一步提高LED芯片的发光效率，同时降低LED芯片的价格。虽然蓝/白光LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯，但是商业化LED发光效率还是低于钠灯(150lm/W)，单位流明/瓦的价格偏高。如AlGaN基深紫外LED的发展已经取得了一些进展，但其外量子效率低和发光功率低等性能问题仍阻碍着其商业化。高质量的外延材料是制备高性能GaN基LED的基础。目前大多数GaN基LED都是基于蓝宝石和SiC衬底上进行外延生长，大尺寸的蓝宝石和SiC衬底价格昂贵，导致LED制造成本高。因此迫切寻找一种价格低廉的衬底材料、以及更加有效的缓冲层结构应用于外延生长高质量的GaN薄膜。

发明内容

本发明的目的是一种Si衬底的GaN薄膜及制备方法，旨在解决现有技术中GaN薄膜生长成本高、性能有待提高的问题。

本发明实施例提供一种Si衬底的GaN薄膜，其包括：生长在Si衬底上的基础AlN层、生长在所述基础AlN层上的第一AlGaN层、生长在所述第一AlGaN层上的Si_xN_y层、生长在所述Si_xN_y层上的第二AlGaN层、生长在所述第二AlGaN层上的低温GaN层、生长在所述低温GaN层上的高温GaN层。

在一实施例中，所述基础AlN层的厚度为100～500nm。

在一实施例中，所述基础AlN层的厚度为200～400nm。

在一实施例中，所述第一AlGaN层的厚度为100～500nm。

在一实施例中，所述第一AlGaN层的厚度为200～300nm。

在一实施例中，所述Si_xN_y层的厚度为2～10nm。