[实用新型]一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片

说明书

本实用新型公开了一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片，包括生长在Si衬底上的AlN缓冲层、GaN缓冲层、AlGaN缓冲层、非掺杂AlGaN层、n型掺杂AlGaN层、AlGaN多量子阱层、电子阻挡层和p型掺杂GaN薄膜；GaN缓冲层上形成有阵列排布的第一沟槽；AlGaN缓冲层的下部沉积在第一沟槽内，AlGaN缓冲层上形成有阵列排布的第二沟槽；第一沟槽和第二沟槽在垂直方向上不重叠；非掺杂AlGaN层的下部沉积在第二沟槽内。本实用新型生长在Si衬底上的紫外LED外延片缺陷密度低、结晶质量好，通过多次刻蚀，增加AlGaN的横向外延，有效抑制位错往上延伸，有生长高晶体质量紫外LED外延片的优点。

技术领域

本实用新型涉及LED外延片技术领域，尤其涉及一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片。

背景技术

GaN基紫外LED外延材料与器件作为第三代半导体材料与器件的关键，可应用于杀菌消毒、医疗器械等领域，近年来发展异常迅速。

目前高质量的GaN材料一般都是通过异质外延方法制作，由于不同的衬底会直接影响所生长外延层的晶格质量，所以对衬底的选择显得非常重要。一般选择衬底需要遵循以下几个原则，如晶格常数匹配、热膨胀系数匹配、价格适宜等；另外不同衬底的选择会造成从外延到后续LED芯片制程的工艺有差别。目前，大多数GaN基紫外LED都是基于蓝宝石、SiC和Si衬底上进行外延生长。虽然已经取得一定的研究进展，但是面临以下难题：(1)由于蓝宝石衬底导热性差(仅为25W/m·K)，导致紫外LED器件工作时产生的热量难以传导出来，影响LED器件寿命及性能；(2)大尺寸的蓝宝石和SiC衬底价格昂贵，导致LED 制造成本高。Si衬底不仅价格低且生产工艺已经非常成熟，是实现大面积且低成本的LED光电器件商业化的首选材料之一，因此，以Si为衬底的LED引起了国内外许多科研机构的广泛研究兴趣。但由于Si材料与所外延生长的氮化物材料之间存在较大的晶格失配及热失配，要实现在Si衬底上生长出高质量的氮化物材料，仍需要克服晶格失配、热失配、晶体位错、层错等重大缺陷，严重限制了紫外LED商业化生产的大规模应用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种生长在Si 衬底上的紫外LED外延片，缺陷密度低、结晶质量好，电学、光学性能好。

本实用新型的目的之二在于提供一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片的制备方法，通过多次刻蚀，增加AlGaN的横向外延，有效抑制位错往上延伸，具有生长高晶体质量紫外LED外延片的优点。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种生长在Si衬底上的紫外LED外延片，包括生长在Si衬底上的AlN缓冲层，生长在所述AlN缓冲层上的GaN缓冲层，生长在所述GaN缓冲层上的 AlGaN缓冲层，生长在所述AlGaN缓冲层上的非掺杂AlGaN层，生长在所述非掺杂AlGaN层上的n型掺杂AlGaN层，生长在所述n型掺杂AlGaN层上的 AlGaN多量子阱层，生长在所述AlGaN多量子阱层上的电子阻挡层，生长在所述电子阻挡层上的p型掺杂GaN薄膜；

所述GaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第一沟槽；

所述AlGaN缓冲层的下部沉积在所述第一沟槽内，所述AlGaN缓冲层的上部形成有阵列排布的第二沟槽；所述第一沟槽和所述第二沟槽在垂直方向上不重叠；

所述非掺杂AlGaN层的下部沉积在所述第二沟槽内。

优选地，所述第一沟槽为顶部宽度大于底部宽度的第一梯形条纹沟槽，所述第一梯形条纹沟槽的深度为50～80nm，顶部宽度为100～200nm，底部宽度为 50～100nm，间隔为100～200nm；所述第二沟槽为顶部宽度大于底部宽度的第二梯形条纹沟槽，所述第二梯形条纹沟槽的深度为100～150nm，顶部宽度为 100～200nm，底部宽度为50～100nm，间隔为100～200nm。