[发明专利]一种生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法

权利要求书

1.一种生长在Si衬底上的LED外延片，其特征在于，包括Si衬底、AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、In_yGa_1-yN/GaN量子阱层、Al_zGa_1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层，所述AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、In_yGa_1-yN/GaN量子阱层、Al_zGa_1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层依次生长在Si衬底上，其中，x为0-1，y为0-1，z为0-1；

所述Si衬底以(111)晶面为外延面，晶体外延取向关系为：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面，所述AlN成核层生长在Si(111)晶面上；

所述Al_xGa_1-xN步进缓冲层包括Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层，所述Al_0.75Ga_0.25N缓冲层、Al_0.5Ga_0.5N缓冲层和Al_0.25Ga_0.75N缓冲层从下到上依次生长在AlN成核层与AlN/GaN应力补偿层之间；

所述AlN成核层的厚度为30-300nm；所述Al_0.75Ga_0.25N缓冲层的厚度为120-150nm，所述Al_0.5Ga_0.5N缓冲层的厚度为150-200nm，所述Al_0.25Ga_0.75N缓冲层的厚度为200-300nm，所述AlN/GaN应力补偿层中AlN层的厚度为5-100nm，GaN层的厚度为50-2000nm，AlN与GaN为交替生长的周期性结构，所述AlN/GaN应力补偿层层数为3-5层；所述Si掺n-GaN厚度为1000-2000nm，其掺杂浓度为5x10¹⁷-1x10¹⁹cm^-3；所述In_yGa_1-yN/GaN量子阱层中，In_yGa_1-yN阱层厚度为3-5nm，GaN垒层厚度为5-15nm，周期数为3-10；所述Al_zGa_1-zN电子阻挡层的厚度为5-30nm；所述的Mg掺p-GaN厚度为100-300nm。

2.权利要求1所述生长在Si衬底上的LED外延片的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)选择Si衬底，以Si(111)晶面为外延面，晶体外延取向关系为：GaN(0001)晶面平行于Si(111)晶面；

2)Si衬底表面处理：对Si衬底表面进行清洗以及退火处理；

3)在Si衬底(111)晶面依次进行AlN成核层、Al_xGa_1-xN步进缓冲层、AlN/GaN应力补偿层、Si掺n-GaN层、In_yGa_1-yN/GaN量子阱层、Al_zGa_1-zN电子阻挡层和Mg掺p-GaN层的外延生长，获得所述生长在Si衬底上的LED外延片，其中，x为0-1，y为0-1，z为0-1。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中清洗工艺是将Si衬底用高浓度的HF溶液进行刻蚀，时间为30s-3min，然后用离子水对Si衬底润洗15-30次，最后用氮气枪将其吹净；所述HF溶液体积比为HF:H₂O＝1:1；所述退火处理是将Si衬底放入反应室内在1050-1100℃H₂环境下高温热退火。