一种蓝绿光发光二极管的外延片及制备方法与流程

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种蓝绿光发光二极管的外延片及制备方法。

背景技术：

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。芯片是LED的核心组件，它由外延片经过多道工序加工而成。

蓝绿光发光二极管的外延片主要包括衬底和依次生长在衬底上的缓冲层、u型GaN层、N型GaN层、有源层和P型GaN层。其中，衬底采用图形化衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)或者平片衬底。若采用平片衬底，则衬底与GaN之间存在很大的晶格失配，最终导致LED的亮度过低、抗静电能力较差；若采用PSS，则可以减少衬底与GaN之间的晶格失配，提高外延片的质量，但是PSS的制作成本较高，导致LED的成本增加。

技术实现要素：

为了解决采用现有技术中的PSS会导致成本增加，而采用平片衬底会降低外延片的质量的问题，本发明实施例提供了一种蓝绿光发光二极管的外延片及制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种蓝绿光发光二极管的外延片，所述外延片包括平片衬底和依次层叠在所述平片衬底上的AlN缓冲层、u型GaN层、N型GaN层、有源层和P型GaN层，其中，所述AlN缓冲层的厚度为5nm～50nm。

优选地，所述AlN缓冲层的厚度为dnm，5≤d＜25。

进一步地，所述有源层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述InGaN阱层的厚度为2.8nm～3.8nm，所述GaN垒层的厚度为5nm～30nm。

优选地，所述N型GaN层的厚度为1μm～4μm。

优选地，所述P型GaN层的厚度为100nm～500nm。

另一方面，本发明实施例还提供了一种蓝绿光发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一平片衬底；

在所述平片衬底上外延生长AlN缓冲层；

在所述AlN缓冲层上生长u型GaN层；

在所述u型GaN层上生长N型GaN层；

在所述N型GaN层上生长有源层；

在所述有源层上生长P型GaN层，

其中，所述AlN缓冲层的厚度为dnm，5≤d＜25。

进一步地，所述AlN缓冲层的生长温度为1000～1100℃。

优选地，所述有源层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多个InGaN阱层的生长温度为790～820℃，所述多个GaN垒层的生长温度为910～940℃。

可选地，所述N型GaN层的生长温度为1210～1240℃。

可选地，所述P型GaN层的生长温度为980～1010℃。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在平片衬底上依次层叠AlN缓冲层、u型GaN层、N型GaN层、有源层和P型GaN层，由于采用平片衬底，相比使用PSS可以降低制作的成本，同时平片衬底上设置有AlN缓冲层，且AlN缓冲层的厚度为5nm～25nm，AlN缓冲层的晶格常数接近于平片衬底和u型GaN层，从而可以减少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种蓝绿光发光二极管的外延片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种有源层的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种蓝绿光发光二极管的外延片的制备方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种蓝绿光发光二极管的外延片的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种蓝绿光发光二极管的外延片的结构示意图，如图1所示，该外延片包括平片衬底10和依次层叠在平片衬底10上的AlN缓冲层20、u型GaN层30、N型GaN层40、有源层50和P型GaN层60，其中，AlN缓冲层20的厚度dnm，5≤d＜25。

通过在平片衬底上依次层叠AlN缓冲层、u型GaN层、N型GaN层、有源层和P型GaN层，由于采用平片衬底，相比使用PSS可以降低制作的成本，同时平片衬底上设置有AlN缓冲层，且AlN缓冲层的厚度为5nm～25nm，AlN缓冲层的晶格常数接近于平片衬底和u型GaN层，从而可以减少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的质量。

需要说明的是，平片衬底10可以为蓝宝石平片衬底。

优选地，AlN缓冲层20的厚度可以为10nm～25nm，生长不同厚度的AlN缓冲层20时，最终形成的外延层的质量也不相同，若AlN缓冲层20的厚度过薄，则会导致AlN缓冲层20的表面较为疏松和粗糙，不能为后续GaN的生长提供一个好的模板，随着AlN缓冲层20厚度的增加，AlN缓冲层20的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续GaN的生长，但是若AlN缓冲层20的厚度过厚，则会导致AlN缓冲层20的表面过于致密，不利于后续GaN的生长，无法减少外延片中的晶格缺陷。

可选地，u型GaN层30的厚度可以为1～4μm。

优选地，u型GaN层30的厚度为2μm，u型GaN层30的厚度过薄会使得外延层的电阻过小，导致反向电压降低，若u型GaN层30的厚度过厚则会导致外延层的电阻过大，导致正向电压升高。

可选地，N型GaN层40的厚度可以为1μm～4μm。

优选地，N型GaN层40的厚度为2μm，若N型GaN层40过薄，会导致载流子数过少，正向电压过高；若N型GaN层40过厚，会使得N型GaN层40的翘曲度增大。

可选地，P型GaN层60的厚度为100nm～500nm。

优选地，P型GaN层60的厚度为200nm，若P型GaN层60过薄，会导致载流子数过少，正向电压过高；若P型GaN层60过厚，会增加P型GaN层60对光线的吸收，降低LED的亮度。

图2是本发明实施例提供的一种有源层的结构示意图，如图2所示，有源层50包括交替层叠的多个InGaN阱层51和多个GaN垒层52，其中，InGaN阱层51的厚度可以为2.8nm～3.8nm，GaN垒层52的厚度可以为5nm～30nm。

优选地，InGaN阱层51的厚度可以为3nm～3.5nm，GaN垒层52的厚度可以为10～20nm，若InGaN阱层51过薄，会导致LED的亮度降低；若InGaN阱层51过厚，会增加晶格缺陷，降低外延片的质量；若GaN垒层52过薄，会加快InGaN阱层51中的In的挥发；若GaN垒层52过厚，会降低LED的亮度。

可选地，有源层50的周期数可以设置为4～8，在本实施例中，有源层50的周期数为6。

需要说明的是，既可以在N型GaN层40上先生长一层InGaN阱层51，也可以在N型GaN层40上先生长一层GaN垒层52，图2仅为示例，本发明并不以此为限。

图3是本发明实施例提供的一种蓝绿光发光二极管的外延片的制备方法的流程图，如图3所示，该制备方法包括：

S11：提供一平片衬底。

S12：在平片衬底上外延生长AlN缓冲层。

其中，AlN缓冲层的厚度为dnm，5≤d＜25。

S13：在AlN缓冲层上生长u型GaN层。

S14：在u型GaN层上生长N型GaN层。

S15：在N型GaN层上生长有源层。

S16：在有源层上生长P型GaN层。

通过在平片衬底上依次层叠AlN缓冲层、u型GaN层、N型GaN层、有源层和P型GaN层，由于采用平片衬底，相比使用PSS可以降低制作的成本，由于平片衬底上设置有AlN缓冲层，且AlN缓冲层的厚度为5nm～25nm，AlN缓冲层的晶格常数接近于平片衬底和u型GaN层，从而可以减少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的质量。

图4是本发明实施例提供的另一种蓝绿光发光二极管的外延片的制备方法的流程图，如图4所示，该制备方法包括：

S21：提供一平片衬底。

实现时，该平片衬底可以是但不限于是蓝宝石平片衬底。

优选地，平片衬底为蓝宝石平片衬底，蓝宝石材质的衬底制备工艺成熟，成本较低，可以有利于进一步降低生产成本。

在本实施例中，采用4寸的蓝宝石平片衬底。

在步骤S21中，可以对蓝宝石平片衬底进行预处理。

具体地，可以将蓝宝石平片衬底放置在石墨盘上，送入MOCVD(Meta1Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔，将MOCVD反应腔的温度提高到1000～1100℃，并增大反应腔的压力至500torr，在氢气气氛里对蓝宝石平片衬底进行退火处理以及氮化处理5分钟

S22：在平片衬底上外延生长AlN缓冲层。

其中，AlN缓冲层的厚度可以为dnm，5≤d＜25。

优选地，AlN缓冲层的厚度可以为10nm～25nm，生长不同厚度的AlN缓冲层时，最终形成的外延层的质量也不相同，若AlN缓冲层的厚度过薄，则会导致AlN缓冲层的表面较为疏松和粗糙，不能为后续GaN的生长提供一个好的模板，随着AlN缓冲层厚度的增加，AlN缓冲层的表面逐渐变得较为致密和平整，有利于后续GaN的生长，但是若AlN缓冲层的厚度过厚，则会导致AlN缓冲层的表面过于致密，不利于后续GaN的生长，无法减少外延片中的晶格缺陷。

S23：在AlN缓冲层上生长u型GaN层。

实现时，u型GaN层的生长温度可以是1100～1200℃。

具体地，可以将MOCVD反应腔的温度提高到1100～1200℃，并降低MOCVD反应腔的压力至200torr，在AlN缓冲层上生长一层1μm～4μm的u型GaN层。

优选地，u型GaN层的厚度为2μm。

S24：在u型GaN层上生长N型GaN层。

实现时，N型GaN层的生长温度可以是1210～1240℃。

具体地，在生长完u型GaN层后，保持MOCVD反应腔的温度为1210～1240℃，并保持MOCVD反应腔的压力为200torr，在u型GaN层上生长一层1μm～4μm的N型GaN层。

S25：在N型GaN层上生长有源层。

实现时，有源层包括交替层叠的多个InGaN阱层和多个GaN垒层，多个InGaN阱层的生长温度为790～820℃，多个GaN垒层的生长温度为910～940℃。

具体地，在生长完N型GaN层后，将MOCVD反应腔的压力维持在200torr，调节MOCVD反应腔的温度至790～820℃，进行InGaN阱层的生长，调节MOCVD反应腔的温度至910～940℃，进行GaN垒层的生长。

可选地，InGaN阱层的厚度可以为2.8nm～3.8nm，GaN垒层的厚度可以为5nm～30nm。

可选地，InGaN阱层和GaN垒层可以各生长4～8层，在本实施例中，InGaN阱层和GaN垒层的层数均为6。

S26：在有源层上生长P型GaN层。

实现时，P型GaN层的生长温度可以是980～1010℃。

具体地，在生长完有源层后，将MOCVD反应腔的温度提高至980～1010℃，并保持MOCVD反应腔的压力为200torr，在有源层上生长一层100nm～500nm的P型GaN层。

相比于现有技术，N型GaN层、InGaN阱层、GaN垒层和P型GaN层的生长温度均提高了10～40℃，可以进一步减少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的质量。

通过对制作成本进行比较，采用上述方法进行外延片的制备可以降低35％的费用，极大的降低了生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。