一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法

摘要

本发明公开一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片及其制备方法，具体是采用金属有机化合物气相外延在Si衬底上生长LED外延片，其结构包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层的AlN缓冲层、步进AlxGa1‑xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n‑GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p‑GaN层。本发明的Si衬底上LED外延片具有残余应力低，缺陷密度小，晶体质量好，光电性能优异等特点。

权利要求

1.一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片包括：Si衬底层、依次生长在Si衬底层上的AlN缓冲层、步进AlxGa1-xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p-GaN层；

所述制备方法包括以下步骤：

(1)制备Si衬底：将单晶Si衬底放入15％HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；

(2)生长AlN缓冲层：取步骤(1)制备的Si衬底于温度为1000-1100℃、气压为50-60Torr条件下，通入流量为240-260μmol/min的三甲基铝、流量为7.5-9slm的NH3，然后AlN缓冲层以生长速度为3-4nm/s生长至厚度为90-110nm；

(3)生长AlxGa1-xN缓冲层：在步骤(2)中所述AlN缓冲层生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为18-25μmol/min三甲基镓至Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度生长为95-105nm；

再将三甲基镓的流量增加到50-60μmol/min至Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度生长为140-155nm；最后将三甲基镓的流量增加到80-90μmol/min至Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度生长为185-210nm；

(4)生长AlN插入层：将步骤(3)所述AlxGa1-xN缓冲层基础上，调节生长温度为800-850℃、反应室气压为50-60Torr，通入流量为145-160μmol/min三甲基铝、流量为7-9slm NH3，然后AlN插入层以生长速度为4-6nm/min在AlxGa1-xN缓冲层上生长至30-45nm；

(5)生长下层三维GaN岛层：在步骤(4)所述AlN插入层基础上，通入三甲基镓、NH3，然后相互独立的岛以一定的生长速度生长至厚度为30-200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为

145-155nm的下层三维GaN岛层；

(6)沉积原位SiN插入层：在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，通入SiH4、NH3，沉积

30-180s；

(7)生长上层三维GaN岛层：在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，通入三甲基铝、NH3，然后下层三维GaN岛以一定生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm；

(8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层上依次生长厚度为2-4μm、Si掺浓度为5x1018cm-3的n-GaN层，交错排布厚度为3-4nm的InGaN和厚度为11-13nm的GaN，交错排布10个周期形成InGaN/GaN多量子阱层，以及厚度为200-210nm p-GaN层。

2.根据权利要求1所述的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中生长下层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(4)所述AlN插入层基础上，调节生长温度为800-1050℃、反应室气压为300-600Torr，通入流量为280-320μmol/min三甲基镓、流量为50-70slm NH3，然后相互独立的岛以45-55nm/min的生长速度生长至厚度为30-200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为145-155nm的下层三维GaN岛层。

3.根据权利要求1所述的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中沉积原位SiN插入层的具体过程是，在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，调节生长温度为1000-1100℃、反应室气压为500-550Torr，通入流量为190-

215μmol/min SiH4、流量为45-60slm NH3，沉积30-180s。

4.根据权利要求1所述的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中生长上层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，调节生长温度为800-1050℃，反应室气压为300-600Torr，通入流量为140-160μmol/min三甲基铝、流量为7-9slm NH3，然后下层三维GaN岛以4-6nm/min生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm。

说明书

一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种采用金属有机化合物气相外延技术在Si衬底上生长LED外延片。

背景技术

[0002] 采用GaN及其相关的III族半导体材料制备发光二极管(LED)是现阶段常用的技术手段，然而成本问题一直是阻碍LED技术扩展的重要因素。如今，Si单晶体成熟的生长工艺可用较低成本获得大面积高质量Si衬底，在Si衬底生长LED有效降低了LED的制备成本，并且适用于大功率LED器件的制备。

[0003] 虽然Si具有许多优越性，但在Si衬底上制备的GaN单晶薄膜质量不如传统的蓝宝石衬底，且Si与GaN的晶格失配度较大(约16％)，在Si上生长的GaN外延层缺陷难以实现数量级减少。同时，Si与GaN热失配高达114％，导致外延层产生巨大张应力，从而容易引起外延层龟裂。

[0004] 目前，国内外已有多种技术实现在Si衬底上生长高质量GaN薄膜。原位SiN插入层技术能实现三维GaN岛状生长、抑制错位缺陷和改善Si衬底上GaN薄膜的晶体质量，提高LED的器件性能与可靠性，现已成为主流的LED制备技术。然而，传统的原位SiN插入层通常被沉积在二维平面生长的GaN模版上，这种沉积方式很容易导致Si衬底上外延的LED薄膜的残余应力增大，造成薄膜表面形成微裂纹。为了进一步增加该技术的可靠性与适用性，需要寻求一种方法克服传统原位SiN插入层在应力控制所存在缺陷。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供的一种采用原位SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片,通过引入一种新型的SiN插入层结构，提供一种残余应力低、缺陷密度小、晶体质量好、光电性能优异的LED外延片。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其特征在于：包括Si衬底层、依次生长在Si衬底层上的AlN缓冲层、步进AlxGa1-xN缓冲层、AlN插入层、下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层、n-GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p-GaN层。

[0008] 优选地，所述AlN缓冲层的厚度为90-110nm。

[0009] 优选地，所述步进AlxGa1-xN缓冲层包括依次生长的Al0.2Ga0.8N缓冲层、Al0.5Ga0.5N缓冲层、Al0.8Ga0.2N缓冲层，其中Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度为95-105nm，所述Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度为140-155nm，所述Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度为185-210nm。

[0010] 优选地，所述AlN插入层的厚度为30-45nm。

[0011] 优选地，所述下层三维GaN岛层是由若干厚度一致且相互独立的岛组成，其中相互独立的岛的厚度为30-200nm，由相互独立的岛形成的下层三维GaN岛层的平均厚度为145-155nm。

[0012] 优选地，所述下层三维GaN岛层、原位SiN插入层、上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm。

[0013] 一种制备所述采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片的方法，其特征是：包括以下步骤：

[0014] (1)制备Si衬底：将单晶Si衬底放入15％HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；

[0015] (2)生长AlN缓冲层：取步骤(1)制备的Si衬底于温度为1000-1100℃、气压为50-60Torr条件下，通入流量为240-260μmol/min的三甲基铝、流量为7.5-9slm的NH3，然后AlN缓冲层以生长速度为3-4nm/s生长至厚度为90-110nm；

[0016] (3)生长AlxGa1-xN缓冲层：在步骤(2)中所述AlN缓冲层生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为18-25μmol/min三甲基镓至Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度生长为95-105nm；再将三甲基镓的流量增加到50-60μmol/min至Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度生长为140-
155nm；最后将三甲基镓的流量增加到80-90μmol/min至Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度生长为185-
210nm；

[0017] (4)生长AlN插入层：将步骤(3)所述AlxGa1-xN缓冲层基础上，调节生长温度为800-850℃、反应室气压为50-60Torr，通入流量为145-160μmol/min三甲基铝、流量为7-
9slm NH3，然后AlN插入层以生长速度为4-6nm/min在AlxGa1-xN缓冲层上生长至30-45nm；

[0018] (5)生长下层三维GaN岛层：在步骤(4)所述AlN插入层基础上，通入三甲基镓、NH3，然后相互独立的岛以一定的生长速度生长至厚度为30-200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为145-155nm的下层三维GaN岛层；

[0019] (6)沉积原位SiN插入层：在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，通入SiH4、NH3，沉积30-180s；

[0020] (7)生长上层三维GaN岛层：在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，通入三甲基铝、NH3，然后下层三维GaN岛以一定生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm；

[0021] (8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层上依次生长厚度为2-4μm、Si掺浓度为5x1018cm-3的n-GaN层，交错排布厚度为3-4nm的InGaN和厚度为11-13nm的GaN，交错排布10个周期形成InGaN/GaN多量子阱层，以及厚度为200-210nm p-GaN层。

[0022] 优选地，所述步骤(5)中生长下层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(4)所述AlN插入层基础上，调节生长温度为800-1050℃、反应室气压为300-600Torr，通入流量为280-320μmol/min三甲基镓、流量为50-70slm NH3，然后相互独立的岛以45-55nm/min的生长速度生长至厚度为30-200nm，且相互独立的岛形成平均厚度为145-155nm的下层三维GaN岛层。

[0023] 优选地，所述步骤(6)中沉积原位SiN插入层的具体过程是，在步骤(5)所述下层三维GaN岛层基础上，调节生长温度为1000-1100℃、反应室气压为500-550Torr，通入流量为190-215μmol/min SiH4、流量为45-60slm NH3，沉积30-180s。

[0024] 优选地，所述步骤(7)中生长上层三维GaN岛层的具体过程是，在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，调节生长温度为800-1050℃，反应室气压为300-600Torr，通入流量为140-160μmol/min三甲基铝、流量为7-9slm NH3，然后下层三维GaN岛以4-6nm/min生长速度至下层三维GaN岛、原位SiN插入层和上层三维GaN岛层的总厚度为500-1500nm。

[0025] 本发明的有益技术效果是：

[0026] 本发明采用先形成相互独立的下层三维GaN岛层，再在下层三维GaN岛层上沉积原位SiN插入层，能进一步加强下层三维GaN岛层的局域化生长，从而增强下层三维GaN岛层生长，能有效抑制缺陷密度大的缺陷。相比与传统的原位SiN沉积方法，本发明所采用的原位SiN插入三维GaN岛层的方式能够有效的降低LED外延片的残余应力，抑制裂纹的形成，克服了传统原位SiN技术存在的应力控制缺陷。

附图说明

[0027] 图1为本发明生长在Si衬底上的LED外延片的示意图。

[0028] 图2为实施例4制备的LED外延片的拉曼光谱图。

[0029] 图3为实施例4制备的LED外延片的高分辨X射线衍射(HRXRD)图谱。

[0030] 图4为应用实施例1制备的蓝光LED芯片的电流与光功率、电流与电压曲线图。

[0031] 其中，11、Si衬底层；12、AlN缓冲层；13、步进AlxGa1-xN缓冲层；14、AlN插入层；15、下层三维GaN岛层；16、原位SiN插入层；17、上层三维GaN岛层；18、n-GaN层；19、InGaN/GaN多量子阱层；20、p-GaN层。

具体实施方式

[0032] 如图1所示，本发明公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11，依次生长在Si衬底层11上的AlN缓冲层12、步进AlxGa1-xN缓冲层13、AlN插入层14、由相互独立的岛组成的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，以及在上层三维GaN岛层17上生长的n-GaN层18、InGaN/GaN多量子阱层19和p-GaN层20。

[0033] 下面结合附图和具体实施例子对本发明作进一步详细说明。

[0034] 实施例1

[0035] 本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为90nm AlN缓冲层12、由厚度为95nmAl0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为140nm Al0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为185nmAl0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为30nm AlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为145nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，其中下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17的总厚度为500，还包括依次在上层三维GaN岛层17上生长厚度为2μmn-GaN层18、厚度为140nm InGaN/GaN多量子阱层19和厚度为200nm p-GaN层20，其中，InGaN/GaN多量子阱层19是由厚度为3nmGaN和厚度为11nm InGaN依次交错排布形成，共排布十个周期。

[0036] 所述生长在Si衬底上的LED外延片的制备方法如下：

[0037] (1)制备Si衬底层11：将单晶Si(111)衬底放入15％HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；

[0038] (2)生长AlN缓冲层12：取步骤(1)制备的Si衬底层11于温度为1000℃、气压为50Torr条件下，通入流量为240μmol/min的三甲基铝、流量为7.5slm的NH3，然后AlN缓冲层
12以生长速度为3nm/s生长至厚度为90nm；

[0039] (3)生长AlxGa1-xN缓冲层12：在步骤(2)中所述AlN缓冲层12生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为18μmol/min三甲基镓至Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度生长为95nm；再将三甲基镓的流量增加到50μmol/min至Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度生长为140nm；最后将三甲基镓的流量增加到80μmol/min至Al0.8Ga0.2N缓冲层13厚度生长为185nm；

[0040] (4)生长AlN插入层14：在步骤(3)所述步进AlxGa1-xN缓冲层13基础上，调节生长温度为800℃、反应室气压为50Torr，通入流量为145μmol/min三甲基铝、流量为7slm NH3，然后AlN插入层14以生长速度为4nm/min在AlxGa1-xN缓冲层13上生长至30nm；

[0041] (5)生长下层三维GaN岛层15：在步骤(4)所述AlN插入层14基础上，调节温度至800℃、反应室气压为300Torr，通入流量为280μmol/min三甲基镓、流量为50slm NH3，然后相互独立的岛以生长速度45nm/min生长至厚度为30-200nm，相互独立的岛形成的下层三维GaN岛层15的平均厚度为145nm；

[0042] (6)沉积原位SiN插入层16：在步骤(5)所述下层三维GaN岛层15基础上，调节生长温度为1000℃、反应室气压为500Torr，通入流量为190μmol/min SiH4、流量为545slm NH3，沉积180s；

[0043] (7)生长上层三维GaN岛层17：在步骤(6)所述原位SiN插入层16基础上，调节生长温度为800℃，反应室气压为300Torr，通入流量为140μmol/min三甲基铝、流量为7slm NH3，然后上层三维GaN岛层17以4nm/min生长速度至下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16和上层三维GaN岛层17的总厚度为500nm；

[0044] (8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层17上依次生长厚度为2μm、Si掺浓度为5x1018cm-3的n-GaN层18，交错排布厚度为3nm的InGaN和厚度为11nm的GaN，且交错排布十个周期形成InGaN/GaN多量子阱层19，以及厚度为200nm p-GaN层20。

[0045] 实施例2

[0046] 本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为100nm AlN缓冲层12、由厚度为55nmAl0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为150nm Al0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为200nmAl0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为40nm AlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为150nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，其中下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17的总厚度为1000nm，还包括依次在上层三维GaN岛层17上生长厚度为3μmn-GaN层18、厚度为
155nm InGaN/GaN多量子阱层19和厚度为205nm p-GaN层20，其中，InGaN/GaN多量子阱层19是由厚度为3.5nm GaN和厚度为12nm InGaN依次交错排布形成，共排布十个周期。

[0047] 所述生长在Si衬底上的LED外延片的制备方法如下：

[0048] (1)制备Si衬底层11：将单晶Si(111)衬底放入15％HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；

[0049] (2)生长AlN缓冲层12：取步骤(1)制备的Si衬底层11于温度为1050℃、气压为55Torr条件下，通入流量为250μmol/min的三甲基铝、流量为8slm NH3，然后AlN缓冲层12以生长速度为3.5nm/s生长至厚度为100nm；

[0050] (3)生长AlxGa1-xN缓冲层13：在步骤(2)中所述AlN缓冲层12生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为20μmol/min三甲基镓至Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度生长为100nm；再将三甲基镓的流量增加到55μmol/min至Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度生长为150nm；最后将三甲基镓的流量增加到85μmol/min至Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度生长为200nm；

[0051] (4)生长AlN插入层14：在步骤(3)所述步进AlxGa1-xN缓冲层13基础上，调节生长温度为825℃、反应室气压为55Torr，通入流量为150μmol/min三甲基铝、流量为8slm NH3，然后AlN插入层14以生长速度为5nm/min在AlxGa1-xN缓冲层13上生长至40nm；

[0052] (5)生长下层三维GaN岛层15：在步骤(4)所述AlN插入层基础上，调节温度至950℃、反应室气压为450Torr，通入流量为300μmol/min三甲基镓、流量为56slm NH3，然后相互独立的岛以生长速度50nm/min生长至厚度为30-200nm，相互独立的岛形成的下层三维GaN岛层15的平均厚度为150nm；

[0053] (6)沉积原位SiN插入层16：在步骤(5)所述下层三维GaN岛层15基础上，调节生长温度为1050℃、反应室气压为525Torr，通入流量为200μmol/min SiH4、流量为50slm NH3，沉积90s；

[0054] (7)生长上层三维GaN岛层17：在步骤(6)所述原位SiN插入层基础上，调节生长温度为900℃，反应室气压为450Torr，通入流量为150μmol/min三甲基铝、流量为8slm NH3，然后上层三维GaN岛层17以5nm/min生长速度至下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16和上层三维GaN岛层17的总厚度为1000nm；

[0055] (8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层上依次生长厚度为3μm、Si掺浓度为5x1018cm-3的n-GaN层18，交错排布厚度为3.5nm的InGaN和厚度为12nm GaN层，交错排布十个周期形成InGaN/GaN多量子阱层19，以及厚度为205nm p-GaN层20。

[0056] 实施例3

[0057] 本实施例公开的采用SiN插入层在Si衬底上生长的LED外延片，其包括Si衬底层11、厚度为110nm AlN缓冲层12、由厚度为105nm Al0.2Ga0.8N缓冲层、厚度为155nm Al0.5Ga0.5N缓冲层、厚度为210nm Al0.8Ga0.2N缓冲层组成的步进AlxGa1-xN缓冲层13、厚度为
45nm AlN插入层14、由相互独立的岛组成平均厚度为155nm的下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17，其中下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16、上层三维GaN岛层17的总厚度为1500nm，还包括依次在上层三维GaN岛层17上生长厚度为4μm n-GaN层
18、厚度为170nm InGaN/GaN多量子阱层19和厚度为210nm p-GaN层20，其中，InGaN/GaN多量子阱层19是由厚度为4nm GaN和厚度为13nm InGaN依次交错排布形成，共排布十个周期。

[0058] 所述生长在Si衬底上的LED外延片的制备方法如下：

[0059] (1)制备Si衬底层11：将单晶Si(111)衬底放入15％HF溶液中室温超声清洗15-20秒，去除表面粘污颗粒，再依次用乙醇、去离子水超声清洗，最后用高纯干燥氮气吹干备用；

[0060] (2)生长AlN缓冲层12：取步骤(1)制备的Si衬底层11于温度为1100℃、气压为60Torr条件下，通入流量为260μmol/min的三甲基铝、流量为9slm NH3，然后AlN缓冲层12以生长速度为4nm/s生长至厚度为110nm；

[0061] (3)生长AlxGa1-xN缓冲层13：在步骤(2)中所述AlN缓冲层12生长条件下，维持三甲基铝流量不变，然后通入流量为25μmol/min三甲基镓至Al0.2Ga0.8N缓冲层厚度生长为105nm；再将三甲基镓的流量增加到60μmol/min至Al0.5Ga0.5N缓冲层厚度生长为155nm；最后将三甲基镓的流量增加到90μmol/min至Al0.8Ga0.2N缓冲层厚度生长为210nm；

[0062] (4)生长AlN插入层14：在步骤(3)所述步进AlxGa1-xN缓冲层13基础上，调节生长温度为850℃、反应室气压为60Torr，通入流量为160μmol/min三甲基铝、流量为9slm NH3，然后AlN插入层14以生长速度为6nm/min在AlxGa1-xN缓冲层13上生长至45nm；

[0063] (5)生长下层三维GaN岛层15：在步骤(4)所述AlN插入层14基础上，调节温度至105℃、反应室气压为600Torr，通入流量为320μmol/min三甲基镓、流量为70slm NH3，然后相互独立的岛以生长速度70nm/min生长至厚度为30-200nm，相互独立的岛形成的下层三维GaN岛层15的平均厚度为155nm；

[0064] (6)沉积原位SiN插入层16：在步骤(5)所述下层三维GaN岛层15基础上，调节生长温度为1100℃、反应室气压为550Torr，通入流量为215μmol/min SiH4、流量为60slm NH3，沉积30s；

[0065] (7)生长上层三维GaN岛层17：在步骤(6)所述原位SiN插入层16基础上，调节生长温度为1050℃，反应室气压为600Torr，通入流量为160μmol/min三甲基铝、流量为9slm NH3，然后上层三维GaN岛层17以6nm/min生长速度至下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16和上层三维GaN岛层17的总厚度为1500nm；

[0066] (8)在步骤(7)所述上层三维GaN岛层17上依次生长厚度为4μm、Si掺浓度为5x1018cm-3的n-GaN层18，交错排布厚度为4nm的InGaN和厚度为13nm GaN层，交错排布十个周期形成InGaN/GaN多量子阱层19，以及厚度为210nm p-GaN层20。

[0067] 实施例4

[0068] 本实施例是在实施例3的基础上进行改进的，区别是：在LED外延片的制备过程中，原位SiN插入层16的沉积时间为35s,并在不改变下层三维GaN岛层15平均厚度条件下，下层三维GaN岛层15、原位SiN插入层16和上层三维GaN岛层17的总厚度为1100nm。

[0069] 本实施例制备的Si衬底上LED外延片具有较低的残余应力和优异的晶体质量，图2是本实施例制备的LED外延片的拉曼光谱图，其中GaN E2(high)峰的波峰为567.02cm-1与无应力GaN E2(high)的567.5cm-1峰位十分相近，说明本样品的残余应力较小。图3是本实施例制备的LED外延片的X射线回摆曲线，GaN(0002)的X射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值低至339arcsec，GaN(10-12)的X射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值低至386arcsec，表明在Si衬底上,生长的LED外延片具有残余应力低、缺陷密度小、晶体质量好、光电性能优异的特点。

[0070] 应用实施例1

[0071] 取实施例3制备的LED外延片，将实施例3中的LED外延片制备垂直结构LED芯片，具体过程如下：先将外延片进行清洗，随后在p-GaN层表面依次蒸镀Ti/Ag/Ti/Au，再将另一块n型(100)面Si表面蒸镀上相同金属后与p-GaN层表面进行键合，然后采用化学腐蚀的方法去除外延用Si衬底，获得AlN表面，接着采用ICP刻蚀，暴露出n-GaN层表面，并在n-GaN层表面依次蒸镀Cr/Pt/Au电极，最后采用环氧树脂进行封装。如图4所示，封装后的蓝光LED在350mA的工作电流下，光输出功率为483mW，运行电压为3.1V。

[0072] 对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。