发光二极管外延片制备方法与流程

本公开涉及到了发光二极管技术领域，特别涉及到一种发光二极管外延片制备方法。

背景技术：

发光二极管是一种应用非常广泛的发光器件，常用于通信号灯、汽车内外灯、城市照明和景观照明等，发光二极管外延片则是用于制备发光二极管的基础结构。发光二极管外延片通常包括衬底及衬底上依次层叠的gan缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层及p型gan层。

由于gan材料与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配和热失配，导致存在较大的应力。而生长的非掺杂gan层、n型gan层由于组分构成、生长温度和生长压力均不同，所以导致n型gan层及n型gan层以下的外延结构内部会存在较大的内部应力。内部应力的存在会导致外延片中存在较多缺陷，且容易导致多量子阱层质量降差，使得最终得到的发光二极管外延片的发光效率较低。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法，可以提高发光二极管外延片的晶体质量以提高最终得到的发光二极管的发光效率。所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长非掺杂gan层；

在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向所述反应腔通入时长为第一设定时长的氨气；

在所述非掺杂gan层上生长n型gan层；

在所述反应腔的温度为600～800℃的条件下，向所述反应腔通入时长为第二设定时长的氨气；

在所述n型gan层上生长多量子阱层；

在所述多量子阱层上生长p型gan层。

可选地，所述第一设定时长小于所述第二设定时长。

可选地，所述第一设定时长与所述第二设定时长之比为1:1.5～1:4。

可选地，所述第一设定时长为15～50s，所述第二设定时长为20～60s。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，小于向所述反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，与向所述反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量之比为1:1.5～1:3。

可选地，所述向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气，包括：

向所述反应腔通入时长为第一设定时长，且流量为10～40l的氨气。

可选地，所述向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气，包括：

向所述反应腔通入时长为第二设定时长，且流量为15～50l的氨气。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中所述反应腔的温度，高于向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的过程中所述反应腔的温度。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中所述反应腔的温度为700～800℃。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

在衬底上生长非掺杂gan层之后，由于非掺杂gan层为较为接近衬底的结构，生长时具有较高的温度并在内部积累较多的应力。因此生长n型gan层之前，在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气，一方面可以起到以较低的温度缓解高温积累的应力的作用，提高衬底上直接生长的结构的质量。另一方面配合通入第一设定时长的氨气，氨气可以与非掺杂gan层生长后残留的一些有机金属源进行反应，减少反应腔内残留的有机金属源。后续n型gan层继续生长时，不会与残留的有机金属源反应，可以保证最终得到的n型gan层与非掺杂gan层之间具有较为清晰的界面，提高n型gan层与非掺杂gan层二者质量。并且氨气的通入还可以抑制氮化镓材料的分解，保证最终得到的非掺杂gan层具有良好的生长界面。生长完n型gan层之后，生长多量子阱层之前，也在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气，则可以进一步提高n型gan层的质量，并保证n型gan层与多量子阱层之间界面清晰。作为基础层的非掺杂gan层及n型gan层及多量子阱层的质量均得到有效提高，发光二极管外延片整体的质量得到有效提高。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法流程图；

图2是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的制备方法流程图；

图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图。

具体实施方式

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

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

图1是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法流程图，如图1所示，该发光二极管外延片制备方法包括：

s101：提供一衬底。

s102：在衬底上生长非掺杂gan层。

s103：在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气。

s104：在非掺杂gan层上生长n型gan层。

s105：在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气。

s106：在n型gan层上生长多量子阱层。

s107：在多量子阱层上生长p型gan层。

在衬底上生长非掺杂gan层之后，由于非掺杂gan层为较为接近衬底的结构，生长时具有较高的温度并在内部积累较多的应力。因此生长n型gan层之前，在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气，一方面可以起到以较低的温度缓解高温积累的应力的作用，提高衬底上直接生长的结构的质量。另一方面配合通入第一设定时长的氨气，氨气可以与非掺杂gan层生长后残留的一些有机金属源进行反应，减少反应腔内残留的有机金属源。后续n型gan层继续生长时，不会与残留的有机金属源反应，可以保证最终得到的n型gan层与非掺杂gan层之间具有较为清晰的界面，提高n型gan层与非掺杂gan层二者质量。并且氨气的通入还可以抑制氮化镓材料的分解，保证最终得到的非掺杂gan层具有良好的生长界面。生长完n型gan层之后，生长多量子阱层之前，也在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气，则可以进一步提高n型gan层的质量，并保证n型gan层与多量子阱层之间界面清晰。作为基础层的非掺杂gan层及n型gan层及多量子阱层的质量均得到有效提高，发光二极管外延片整体的质量得到有效提高。

需要说明的是，非掺杂gan层与n型gan层在生长时，均需要有较高的生长温度，并且二者均具有较高的厚度，n型gan层中还需要有n型掺杂，因此二者中至少均具有较多的高温应力，并可能积累较多的缺陷而影响后续结构的生长与晶体质量，n型gan层中还存在杂质导致的缺陷与应力的问题。600～800℃温度较低，可以有效释放高温应力，减小非掺杂gan层与n型gan层内部存在的缺陷，氨气的持续通入，则可以保证后续结构在生长时具有较为纯净的反应腔环境，保证发光二极管外延片内各层膜结构之间具有较为清晰的界面，减小界面不清晰导致的界面缺陷，整体可以有效提高最终得到的发光二极管外延片的晶体质量。

为便于理解，此处可提供图2，,图2是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的非掺杂gan层2、n型gan层3、多量子阱层4及p型gan层5。

需要说明的是，图2中所提供的发光二极管外延片的结构仅用于示意，图1中所示的发光二极管外延片制备方法也可应用于其他具有更多层次的发光二极管外延片，本公开对此不做限制。

图3是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该发光二极管外延片制备方法包括：

s201：提供一衬底。

其中，衬底可为蓝宝石衬底。易于实现与制作。

可选地，步骤s201还可包括：在氢气气氛下，处理衬底用于生长外延层的表面5～6min。

示例性地，处理衬底用于生长外延层的表面时，反应腔的温度可为1000～1100℃，反应腔的压力可为200～500torr。

s202：在衬底上生长gan缓冲层。

示例性地，gan缓冲层的生长温度可为530～560℃，压力可为200～500mtorr。得到的gan缓冲层的质量较好。

s203：在gan缓冲层上生长非掺杂gan层。

非掺杂gan层的厚度可为0.5～3um。

示例性地，非掺杂gan层的生长温度可为1000～1100℃，生长压力控制在100～300torr。得到的非掺杂gan层的质量较好。

s204：在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气。

步骤s204中，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中反应腔的温度可为700～800℃。

向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中反应腔的温度在以上范围内，可以有效释放非掺杂gan层内积累的高温应力，得到的非掺杂gan层的质量也较好。并且反应腔的温度较为合适，可以为后续n型gan层的生长提供一定的温度基础，也便于调控n型gan层的生长温度。

在本公开所提供的其他实现方式中，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中反应腔的温度也可在600～700℃之间，本公开对此不做限制。

可选地，步骤s204中，第一设定时长可为15～50s。

第一设定时长在以上范围内时，偏低的温度可以有效释放非掺杂gan层中积累的高温应力，有效提高非掺杂gan层的晶体质量。第一设定时长在以上范围内时，还可以保证氨气与反应腔内残留的有机金属源进行充分且良好的反应，最终得到的发光二极管外延片的各层之间的界面较为清晰。可以有效控制发光二极管外延片的制备成本的同时有效提高最终得到的发光二极管外延片的晶体质量。

可选地，步骤s204包括：

向反应腔通入时长为第一设定时长，且流量为10～40l的氨气。

氨气的流量位于以上范围内时，氨气可以与反应腔内残留的有机金属源进行充分且良好的反应，使得最终得到的发光二极管外延片的各层之间的界面较为清晰。且氨气的流量也较为合理，不会过高地提高发光二极管外延片的制备成本。

在本公开提供的一种实现方式中，也可向反应腔通入时长为第一设定时长，且流量为10～30l的氨气。本公开对此不做限制。

s205：在非掺杂gan层上生长n型gan层。

可选地n型gan层的生长温度可为1000～1100℃，n型gan层的生长压力可为100～300torr。

可选地，n型gan层的厚度可为0.5～3um。

s206：在反应腔的温度为600～800℃的条件下，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气。

示例性地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的过程中反应腔的温度，高于向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的过程中反应腔的温度。

由于向反应腔通入第一设定时长的氨气这一步位于非掺杂gan层之后与n型gan层之间，因此这一步中通入氨气的温度可以适当提高，有效释放应力的同时便于n型gan层的生长温度的调控。并且向反应腔内通入第二设定时长的氨气时，所设置的温度更低，n型gan层所积累的高温应力可以得到释放的同时，非掺杂gan层内积累的高恩应力可以得到进一步释放，非掺杂gan层以及n型gan层的质量均可以得到进一步的提高。因此向反应腔内通入第一设定时长的氨气时反应腔的温度可以适当低于向反应腔内通入第二设定时长的氨气时反应腔的温度。发光二极管外延片的质量可以最大程度地得到提高。

可选地，步骤s206中，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的过程中反应腔的温度可为600～750℃℃。

向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的过程中反应腔的温度在以上范围内，可以有效释放n型gan层内积累的高温应力，得到的n型gan层的质量也较好。并且反应腔的温度较为合适，可以为后续多量子阱层的生长提供一定的温度基础，也便于调控多量子阱层的生长温度。

在本公开所提供的其他实现方式中，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的过程中反应腔的温度也可在750～800℃之间，本公开对此不做限制。

示例性地，第一设定时长小于第二设定时长。

第一设定时长小于第二设定时长，可以保证在生长完非掺杂gan层与n型gan层之后，再进行时间更长更充分的应力释放，有效提高发光二极管外延片的晶体质量。尤其在向反应腔内通入第一设定时长的氨气时反应腔的温度低于向反应腔内通入第二设定时长的氨气时反应腔的温度时，第一设定时长较短，可以避免应力释放过渡，也可以作为过渡步骤保证后续n型gan层的顺利生长。

可选地，第一设定时长与第二设定时长之比为1:1.5～1:4。

第一设定时长与第二设定时长之比在以上范围内时，发光二极管外延片的应力可以得到充分释放，发光二极管外延片的质量可以得到较大程度的提高。

示例性地，第一设定时长为15～50s，第二设定时长为20～60s。

第一设定时长与第二设定时长分别在以上范围内时，可以有效提高得到的发光二极管外延片的晶体质量，并且发光二极管外延片本身的制备成本也不会被过度提高。

在本公开所提供的其他实现方式中，第一设定时长也可为15～40s，第二设定时长也可为20～50s，可以进一步提高最终得到的发光二极管外延片的晶体质量，本公开对此不做限制。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，小于向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量。

由于非掺杂gan层的结构较为简单，较为纯粹，在生长非掺杂gan层时的有机金属源的成分会较少，且反应腔内残留的有机金属源也会较少，因此向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量也可较小。n型gan层由于杂质的掺杂，更容易出现有机金属源残留的情况，因此需要较大流量的氨气与有机金属源进行反应，并保证最终得到的n型gan层的界面清晰度。可以有效提高最终得到的发光二极管外延片的同时，控制发光二极管外延片的制备成本不会过高。

可选地，向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，与向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量之比为1:1.5～1:3。

向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，与向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量之比在以上范围内时，可以有效提高最终得到的发光二极管外延片的晶体质量。

可选地，步骤s206包括：向反应腔通入时长为第二设定时长，且流量为15～50l的氨气。

向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量在以上范围内时，可以与反应腔内残留的有机金属源进行充分反应，保证最终得到的n型gan层的界面情绪度，提高n型gan层上生长的多量子阱层的晶体质量。

在本公开所提供的其他实现方式中，也可向反应腔通入时长为第二设定时长，且流量为15～40l的氨气，可以进一步提高最终得到的发光二极管外延片的晶体质量，本公开对此不做限制。

s207：在n型gan层上生长多量子阱层。

多量子阱层可以包括交替生长的ingan阱层和gan垒层。反应室压力控制在200torr。生长ingan阱层时，反应室温度为760～780℃。生长gan垒层时，反应室温度为860～890℃。得到的多量子阱层的质量较好。

s208：在多量子阱层上生长algan电子阻挡层。

algan电子阻挡层的生长温度可为800～1000℃，algan电子阻挡层的生长压力可为100～300torr。在此条件下生长得到的algan电子阻挡层的质量较好，有利于提高发光二极管的发光效率。

s209：在algan电子阻挡层上生长p型gan层。

可选地，p型gan层的生长压力可为200～600torr，p型gan层的生长温度可为800～1000℃。

s210：在p型gan层上生长p型接触层。

可选地，p型接触层的生长压力可为100～300torr，p型接触层的生长温度可为800～1000℃。

需要说明的是，图3中所示的发光二极管外延片的制备方法，相对图1中所示的发光二极管的制备方法，提供了一种更为详细的发光二极管外延片的生长方式。

需要说明的是，在本公开实施例中，采用veecok465iorc4orrbmocvd(metalorganicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现发光二极管的生长方法。采用高纯h2(氢气)或高纯n2(氮气)或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，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，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，三甲基铝(tmal)作为铝源，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。

执行完步骤s210后的发光二极管外延片的结构可参见图4。

图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的结构示意图，参考图4可知，在本公开提供的另一种实现方式中，发光二极管外延片可包括衬底1及生长在衬底1上的gan缓冲层6、非掺杂gan层2、n型gan层3、多量子阱层4、algan电子阻挡层7、p型gan层5及p型接触层8。

可选地，gan缓冲层6的厚度可为10～30nm。能够减小n型gan层与衬底1之间的晶格失配，保证外延层的晶体质量。

示例性地，非掺杂gan层2的厚度可为1～3.5μm。此时得到的发光二极管外延片的质量较好。

可选地，n型gan层3的掺杂元素可为si，且si元素的掺杂浓度可为1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3。n型gan层3整体的质量较好。

示例性地，n型gan层3的厚度可为2～3μm。得到的n型gan层整体的质量较好。

可选地，多量子阱层4可包括交替层叠的ingan阱层41与gan垒层42。易于制备与获取。

可选地，algan电子阻挡层7中al组分可为0.15～0.25。阻挡电子的效果较好。

可选地，p型gan层5可掺mg。

示例性地，p型接触层8的厚度可为15nm。

需要说明的是，图4中所示的外延片结构相对图2中所示的外延片结构，在多量子阱层4与p型gan层5之间增加了电子阻挡层7，在p型gan层5上还生长有p型接触层8。得到的外延片的质量及发光效率会更好。

以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。