CN115084329B - 一种应用于Si衬底上的LED外延片及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种应用于Si衬底上的LED外延片及其生长方法，该外延片通过在Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，其中，第一缓冲子层的生长温度低于第二缓冲子层的生长温度，高低温生长的磷化硼层，具有很低的内应力和优良的附着性，能与Si衬底进行良好的附着，便于大面积沉积，具体的，再在第二缓冲子层上沉积一层保护层Ga层，不仅可以解决Si衬底与GaN外延层之间的“回融”问题，同时，能进一步降低Si衬底与GaN外延层之间的晶格失配度。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种应用于Si衬底上的LED外延片及其生长方法。
背景技术
近年来，随着光效的快速提升，GaN基LED已在通用照明、显示等领域得到广泛应用，其中，GaN材料由于其具有热产生效率低、抗辐射、击穿电压高、电子饱和漂移速度大以及介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压电子器件、发光二极管（LED）以及半导体激光器（LD）等领域，成为当前研究的热点。随着Ⅲ族氮化物外延技术的发展和器件制备工艺的进步，为满足高性能大功率GaN基光电子器件和电力电子器件的要求，制备更少缺陷更高质量的GaN材料是必要且具有挑战性的。
GaN基LED外延生长过程中面临着许多的技术困难：（1）电子容易通过量子阱而溢流到p层；（2）p-GaN的掺杂困难，且空穴迁移率很低；（3）阱垒之间因晶格失配存在极化电场，使得电子空穴波函数重叠率下降；（4）衬底与外延层之间的晶格失配和热失配比较大，使得外延层钟缺陷密度变高。上述LED外延生长GaN薄膜的常用衬底为蓝宝石（Al2O3）、碳化硅（SiC）和硅（Si），其中蓝宝石和SiC衬底外延生长GaN薄膜已经非常成熟，但其价格偏贵，特别是SiC价格昂贵，大大增加了生产成本高，而且蓝宝石本身散热效果不好，很难实现大尺寸外延生长，而Si衬底外延生长GaN薄膜，虽然其导热性好，可实现大尺寸外延，特别是6寸、8寸和12寸外延片，可降低生产成本，具有极大的市场竞争力，但是在Si衬底上生长GaN外延层，它们间的晶格失配与热失配较大，GaN外延层中的缺陷密度较高。为了生长高质量低位错密度的外延片，良好的衬底材料需要与外延材料在晶格常数、晶体结构方面具有较好的匹配度。
在现有的Si基GaN LED外延生长过程中，通常采用低温AlN和高温AlN作为Si衬底与GaN外延层之间的缓冲层，目的是为了阻挡Si衬底与GaN外延层之间的“回融”问题，但AlN作为缓冲层，不能够减小衬底与GaN外延层之间的晶格失配，位错密度仍然很高，外延层晶体质量不佳。由于Si的晶格常数（0.5431nm）、禁带宽度（1.12eV）与GaN和AlN差异比较大，在低温AlN和高温AlN缓冲层上生长的外延层晶体质量并不高，GaN的晶格常数、禁带宽度分别为0.3189nm和3.4eV，而AlN的的晶格常数、禁带宽度分别为0.3112nm和6.2eV，显然，采用AlN作为缓冲层仍存在较大的晶格失配，需要找到晶格常数和禁带宽度与Si衬底更加匹配的外延缓冲层，以进一步减少位错密度，提高外延层晶体质量。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种应用于Si衬底上的LED外延片及其生长方法，解决现有技术中，当采用Si衬底外延生长GaN LED外延片时，晶格失配较大的问题。
根据本发明实施例当中的一种应用于Si衬底上的LED外延片，包括Si衬底以及在所述Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且所述第一缓冲子层和所述第二缓冲子层均为磷化硼层，其中，所述第一缓冲子层的生长温度低于所述第二缓冲子层的生长温度，在生长所述第一半导体层前，首先在所述第二缓冲子层上沉积一层保护层，所述保护层为Ga层。
进一步的，所述第一缓冲子层的厚度小于所述第二缓冲子层的厚度。
进一步的，所述第一缓冲子层的厚度为10nm~50nm，所述第二缓冲子层的厚度为100nm~200nm。
进一步的，所述保护层的厚度为1nm~5nm。
根据本发明实施例当中的一种应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，用于制备上述的应用于Si衬底上的LED外延片，所述外延生长方法包括：
提供一生长所需的Si衬底；
在所述Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且所述第一缓冲子层和所述第二缓冲子层均为磷化硼层；
生长所述缓冲层时，控制所述第一缓冲子层的生长温度低于所述第二缓冲子层的生长温度，控制所述第一缓冲子层的生长压力高于所述第二缓冲子层的生长压力；
其中，在生长所述第一半导体层前，控制Ga源通入，以在所述第二缓冲子层上先生长一层保护层，所述保护层为Ga层。
进一步的，所述第一缓冲子层的生长温度为500℃~700℃，生长压力为300 torr~500 torr。
进一步的，所述第二缓冲子层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100 torr~200 torr。
进一步的，所述保护层的生长温度为400℃~600℃，生长压力为100 torr~300torr。
进一步的，当所述保护层生长结束后，依次通入NH3，以及所述NH3与所述Ga源的混合气体。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的应用于Si衬底上的LED外延片。
与现有技术相比：通过在Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，其中，第一缓冲子层的生长温度低于第二缓冲子层的生长温度，高低温生长的磷化硼层，具有很低的内应力和优良的附着性，能与Si衬底进行良好的附着，便于大面积沉积，具体的，再在第二缓冲子层上沉积一层保护层Ga层，不仅可以解决Si衬底与GaN外延层之间的“回融”问题，同时，能进一步降低Si衬底与GaN外延层之间的晶格失配度。
附图说明
图1为本发明实施例一中的应用于Si衬底上的LED外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例二提出的一种应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1，图1所示为本发明实施例一中的应用于Si衬底上的LED外延片，包括Si衬底1以及在Si衬底1上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层6和第二半导体层，其中，第一半导体层包括依次层叠在缓冲层上的未掺杂的GaN层4和N型掺杂GaN层5，第二半导体层包括依次层叠在多量子阱层6上的电子阻挡层7、P型掺杂GaN层8以及接触层9。
具体的，缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层2和第二缓冲子层3，且第一缓冲子层2和第二缓冲子层3均为磷化硼层，具体的，第一缓冲子层2的生长温度低于第二缓冲子层3的生长温度，且第一缓冲子层2的厚度小于第二缓冲子层3的厚度，另外，在生长未掺杂的GaN层4时，首先在第二缓冲子层3上沉积一层保护层，保护层为Ga层。
示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，第一缓冲子层2的厚度为10nm~50nm，例如为10nm、30nm、50nm等；第二缓冲子层3的厚度为100nm~200nm，例如为100nm、150nm、200nm等；未掺杂的GaN层4的厚度为1um～3um，例如为1um、2um、3um等；N型掺杂GaN层5的厚度为1um～3um，例如为1um、2um、3um等；多量子阱层6的厚度为50nm～288nm，例如为100nm、150nm、200nm等；电子阻挡层7的厚度为20nm～50nm，例如为20nm、30nm、40nm等；P型掺杂GaN层8的厚度为30nm～200nm，例如为50nm、100nm、150nm等；接触层9的厚度为10nm～50nm，例如为15nm、20nm、25nm等。
需要说明的是，多量子阱层6为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，示例而非限定，在本实施例一些较佳实施例当中，单层InGaN量子阱层的厚度为2nm~4nm，例如为2nm、3nm、4nm等；单层GaN量子垒层的厚度为8nm~20nm，例如为10nm、14nm、16nm等，其中，多量子阱层6中量子阱层与量子垒层的堆叠周期数为5个～12个，例如为9个，即量子阱层和量子垒层分别有9层。
实施例二
请参阅图2，所示为本发明实施例二提出的一种应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，所述方法具体包括步骤S201至步骤S208，其中：
步骤S201，提供一生长所需的Si衬底。
具体的，衬底采用Si衬底，在MOCVD中氢气气氛下进行原位退火处理，退火温度为1000℃~1200℃，退火压力为100torr~500torr，退火时间为5min~10min。
在本实施例当中，采用中微A7 MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition金属有机气相沉积，简称MOCVD)设备，高纯H2 (氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
步骤S202，生长缓冲层，其生长厚度为110nm～250nm。
需要说明的是，缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层时，向腔体反应室通入三乙基硼（TEB）和三乙基磷（TEP）分别用作硼和磷的前驱体，反应生成磷化硼层，其中，第一缓冲子层的生长温度为500℃~700℃，生长压力为300 torr~500 torr，当10nm~50nm厚度的第一缓冲子层生长结束后，持续通入三乙基硼（TEB）和三乙基磷（TEP），并在生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100 torr~200 torr的条件下，生长厚度为100nm~200nm的第二缓冲子层，采用该方法生长出的缓冲层，具有很低的内应力和优良的附着性，能与Si衬底进行良好的附着，便于大面积沉积。
步骤S203，生长未掺杂的GaN层，其生长厚度为1um～3um。
在本实施例当中，当缓冲层沉积完成后，向反应室只通入三乙基镓（TEGa），即Ga源，通入时间为5s~15s，腔体压力为100torr~300torr，腔体温度为400℃~600℃，TEGa在高温中分解，分解后会在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为1nm~5nm，当保护层沉积完成，随后调节温度至1050~1200℃，同时，只通入NH3，NH3通入时间为10s~30s，可以理解的，NH3与Ga层反应，生成GaN，接着再同时通入NH3和三甲基镓（TMGa），反应后继续生长GaN层，直到生长至既定厚度。
需要说明的是，第二缓冲子层生长结束后，没有直接同时通入NH3和Ga源反应生长GaN层，而是先只通入Ga源，目的是为了在第二缓冲子层上预铺一层Ga层，避免NH3与第二缓冲子层，即磷化硼接触发生反应形成氮化硼，其中，氮化硼与GaN之间存在较大的晶格失配，会影响整体的晶体质量，另外，在生长保护层时，通入的Ga源为三乙基镓（TEGa），因为三乙基镓（TEGa）相对三甲基镓（TMGa）具有更长的碳链，碳链键能较弱，在高温下更容易分解形成Ga薄膜。
步骤S204，生长N型掺杂GaN层，其生长厚度为1um～3um。
具体的，N型掺杂GaN层在生长过程中掺杂有Si，生长温度为1100℃~1200℃，生长压力为100torr~300torr，Si掺杂浓度为1019cm-3~1020cm-3。
步骤S205，生长多量子阱层，其生长厚度为50nm～288nm。
其中，多量子阱层由5到12个周期InGaN/GaN组成，其中InGaN为量子阱层，GaN为量子垒层。多量子阱层中单个InGaN量子阱层厚度为2nm~4nm，生长温度为800℃~900℃间，生长压力为100torr~300torr；多量子阱层中单个GaN量子垒层的厚度为8nm~20nm间，生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr。
步骤S206，生长电子阻挡层，其生长厚度为20nm～50nm。
在本实施例当中，电子阻挡层为AlGaN层，生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~100torr，Al组分为0.1~0.5。
步骤S207，生长P型掺杂GaN层，其生长厚度为30nm～200nm。
其中，P型掺杂GaN层在生长过程中掺杂有Mg，生长温度为950℃~1050℃之间，生长压力为100torr~600torr，Mg掺杂浓度为1019cm-3~1020cm-3。
步骤S208，生长接触层，其生长厚度为10nm～50nm。
具体的，该接触层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr。
外延结构生长结束后，将反应腔温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度为650℃~850℃，退火时间为5min~15min，退火处理完成后，反应腔内温度降至室温时，则外延生长结束。
综上，本发明实施例当中的应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，通过在Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，其中，第一缓冲子层的生长温度低于第二缓冲子层的生长温度，高低温生长的磷化硼层，具有很低的内应力和优良的附着性，能与Si衬底进行良好的附着，便于大面积沉积，具体的，再在第二缓冲子层上沉积一层保护层Ga层，不仅可以解决Si衬底与GaN外延层之间的“回融”问题，同时，能进一步降低Si衬底与GaN外延层之间的晶格失配度。
实施例三
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为400℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为622arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为1218arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为209mW，抗静电能力为90%，其他项电学性能良好。
实施例四
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为500℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为514arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为827arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为222mW，抗静电能力为96%，其他项电学性能良好。
实施例五
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为450arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为670arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为227mW，抗静电能力为98%，其他项电学性能良好。
实施例六
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为700℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为488arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为736arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为224mW，抗静电能力为96%，其他项电学性能良好。
实施例七
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为800℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为575 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为924arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为219mW，抗静电能力为95%，其他项电学性能良好。
实施例八
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为800℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为608 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为1189arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为211mW，抗静电能力为91%，其他项电学性能良好。
实施例九
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为900℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为532 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为841arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为220mW，抗静电能力为95%，其他项电学性能良好。
实施例十
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1100℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为518 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为820arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为223mW，抗静电能力为96%，其他项电学性能良好。
实施例十一
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积30nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1200℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为598 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为1176arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为215mW，抗静电能力为92%，其他项电学性能良好。
实施例十二
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积10nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为633 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为1256arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为207mW，抗静电能力为90%，其他项电学性能良好。
实施例十三
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积20nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为545 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为868arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为221mW，抗静电能力为95%，其他项电学性能良好。
实施例十四
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积40nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为568 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为912arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为220mW，抗静电能力为95%，其他项电学性能良好。
实施例十五
在本实施例当中，在Si衬底上依次层叠缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，其中，缓冲层包括依次叠层的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且第一缓冲子层和第二缓冲子层均为磷化硼层，具体的，在生长第一缓冲子层的过程中，控制生长温度为600℃，生长压力为300torr，最终沉积50nm的第一缓冲子层，在生长第二缓冲子层的过程中，控制生长温度为1000℃，生长压力为100torr，最终沉积200nm的第二缓冲子层，在生长完缓冲层后，在第二缓冲子层上形成一层保护层，即Ga层，厚度为3nm。
本实施例制备得到的芯片，在XRD测试晶体（002）面的半宽值为611 arcsec，在XRD测试晶体（102）面的半宽值为1188arcsec，在120mA电流下测试的芯片发光亮度为216mW，抗静电能力为92%，其他项电学性能良好。
分别对现有技术中的在Si衬底上生长低温AlN和高温AlN作为缓冲层的LED芯片的特征参数与本发明提出的进行比较，具体如表1所示：
表1
从表中可以看出，通过本发明提出的应用于Si衬底上的LED芯片与现有技术中相比，具有较大提升，特别是采用实施例五中的生长方法制备的LED芯片，各项性能均优于现有技术。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种应用于Si衬底上的LED外延片，其特征在于，包括Si衬底以及在所述Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且所述第一缓冲子层和所述第二缓冲子层均为磷化硼层，所述第一半导体层包括依次层叠在所述缓冲层上的未掺杂的GaN层和N型掺杂GaN层，所述多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，所述第二半导体层包括依次层叠在所述多量子阱层上的电子阻挡层、P型掺杂GaN层以及接触层，其中，所述缓冲层采用MOCVD设备制备得到，所述第一缓冲子层的厚度小于所述第二缓冲子层的厚度，所述第一缓冲子层的生长温度低于所述第二缓冲子层的生长温度，在生长所述第一半导体层前，首先在所述第二缓冲子层上沉积一层保护层，所述保护层的厚度为1nm~5nm，所述保护层为Ga层，生长所述Ga层所采用的Ga源为三乙基镓。
2.根据权利要求1所述的应用于Si衬底上的LED外延片，其特征在于，所述第一缓冲子层的厚度为10nm~50nm，所述第二缓冲子层的厚度为100nm~200nm。
3.一种应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-2任一项所述的应用于Si衬底上的LED外延片，所述外延生长方法包括：
提供一生长所需的Si衬底；
在所述Si衬底上依次层叠的缓冲层、第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，所述缓冲层包括依次层叠的第一缓冲子层和第二缓冲子层，且所述第一缓冲子层和所述第二缓冲子层均为磷化硼层；
生长所述缓冲层时，控制所述第一缓冲子层的生长温度低于所述第二缓冲子层的生长温度，控制所述第一缓冲子层的生长压力高于所述第二缓冲子层的生长压力；
其中，在生长所述第一半导体层前，控制Ga源通入，以在所述第二缓冲子层上先生长一层保护层，所述保护层为Ga层。
4.根据权利要求3所述的应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述第一缓冲子层的生长温度为500℃~700℃，生长压力为300 torr~500 torr。
5.根据权利要求3所述的应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述第二缓冲子层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100 torr~200 torr。
6.根据权利要求3所述的应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述保护层的生长温度为400℃~600℃，生长压力为100 torr~300 torr。
7.根据权利要求3所述的应用于Si衬底上的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，当所述保护层生长结束后，依次通入NH3，以及所述NH3与所述Ga源的混合气体。
8.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的应用于Si衬底上的LED外延片。
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