发光二极管的外延片的制备方法及外延片与流程

本发明涉及发光二极管制作领域，特别涉及发光二极管的外延片的制备方法及外延片。

背景技术：

外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构包括衬底及在衬底上生长出的外延层。其中，外延层的结构主要包括：依次生长在衬底上的aln缓冲层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层及p型gan层。

衬底与非掺杂gan层之间的aln缓冲层可以起到减小衬底与非掺杂gan层之间的晶格失配，但由于在衬底上直接生长的aln缓冲层的质量仍存在一定的缺陷，缺陷影响aln缓冲层上生长的非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层及p型gan层等结构的质量，导致最终得到的外延片的晶体质量仍不够理想。

技术实现要素：

本发明实施例提供了发光二极管的外延片的制备方法及外延片，能够提高最终得到的发光二极管的外延片的晶体质量。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述制备方法包括：

提供一衬底；

向反应腔内间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源、氨气，在所述衬底上生长algan缓冲子层；

向所述反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，在所述algan缓冲子层上生长aln缓冲子层；

在所述aln缓冲子层上生长非掺杂gan层；

在所述非掺杂gan层上生长n型gan层；

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，向所述反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，包括：

每次向所述反应腔内通入的氨气的流量为1500～2400μmol/min，向所述反应腔内通入的铝源的流量与每次向所述反应腔内通入的氨气的流量的比值为1:120～1:180。

可选地，向所述反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，包括：

每间隔8～10s通入一次所述氨气。

可选地，向所述反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，包括：

每次通入所述氨气的时间为4～6s。

可选地，每两次通入所述氨气之间的间隔时间均相等，每次通入所述氨气的时间与所述间隔时间的比值为1:1.5～1:2。

可选地，向所述反应腔内通入氨气的次数为20～30次。

可选地，所述aln缓冲子层的生长温度逐渐增加，每次向所述反应腔内通入的氨气的流量逐渐增加。

可选地，所述aln缓冲子层的生长温度为800～1000℃。

可选地，向反应腔内间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源、氨气，包括：

每次向所述反应腔内通入的镓源的流量为0.3～0.5μmol/min，向所述反应腔内通入的氨气的流量为500～800μmol/min，向所述反应腔内通入的铝源的流量与每次向所述反应腔内通入的氨气的流量的比值为1:120～1:180。

可选地，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的algan缓冲子层、aln缓冲子层、非掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层及p型gan层。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：向反应腔间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源，间断性通入镓源可使得反应腔内存在适量的镓原子，适量的镓原子起到活化剂的作用，促进铝原子在衬底上的扩散与迁移，在衬底上能够得到生长较为均匀的岛状结构并通过岛状结构继续生长为质量较好的膜状结构的algan缓冲子层，aln缓冲子层与质量较好的存在适量镓原子的algan缓冲子层匹配良好，对在algan缓冲子层上生长的aln缓冲子层的质量有提高。而在生长aln缓冲子层时，由于氨气与铝源之间存在的气相反应，这种反应生成的除aln晶体之外的铝源与氨气的复合物可能会掺入aln缓冲子层中，作为杂质影响到aln缓冲子层的质量。间断性通入氨气时通入反应腔内的氨气的量会减少，氨气的减少可减少铝源与氨气直接发生气相反应的可能，减少铝源与氨气的复合物并入aln缓冲子层，提高aln缓冲子层的质量，最终得到的外延片的晶体质量得到提高。且间断性地通入氨气时，铝源中的铝原子有足够的时间铺陈在衬底上。这种设置相对原有的aln缓冲层生长时连续通入氨气的情况，原有的aln缓冲层的结构中，由于铝原子粘性较强，堆积在衬底的部分区域的铝原子会直接与氨气在衬底的部分区域反应生长aln晶体，生长得到的aln缓冲层的均匀性与质量较差。本方法中铝源通入反应腔之后，在通入氨气的间隔时间中，铝源中的在铝原子可以充分铺陈在衬底上，再通入的氨气与铺陈较为均匀的铝原子反应生成aln的晶体，衬底上各处生长的aln晶体较为均匀，最终得到的aln缓冲子层的表面生长较为平整均匀。

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发光二极管的外延片的制备方法及外延片流程图；

图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法及外延片流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图。

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发光二极管的外延片的制备方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：

s101：提供一衬底。

s102：向反应腔内间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源、氨气，在衬底上生长algan缓冲子层。

s103：向反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，在algan缓冲子层上生长aln缓冲子层。

s104：在aln缓冲子层上生长非掺杂gan层。

s105：在非掺杂gan层上生长n型gan层。

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。

向反应腔间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源，间断性通入镓源可使得反应腔内存在适量的镓原子，适量的镓原子起到活化剂的作用，促进铝原子在衬底上的扩散与迁移，在衬底上能够得到生长较为均匀的岛状结构并通过岛状结构继续生长为质量较好的膜状结构的algan缓冲子层，aln缓冲子层与质量较好的存在适量镓原子的algan缓冲子层匹配良好，对在algan缓冲子层上生长的aln缓冲子层的质量有提高。而在生长aln缓冲子层时，由于氨气与铝源之间存在的气相反应，这种反应生成的除aln晶体之外的铝源与氨气的复合物可能会掺入aln缓冲子层中，作为杂质影响到aln缓冲子层的质量。间断性通入氨气时通入反应腔内的氨气的量会减少，氨气的减少可减少铝源与氨气直接发生气相反应的可能，减少铝源与氨气的复合物并入aln缓冲子层，提高aln缓冲子层的质量，最终得到的外延片的晶体质量得到提高。且间断性地通入氨气时，铝源中的铝原子有足够的时间铺陈在衬底上。这种设置相对原有的aln缓冲层生长时连续通入氨气的情况，原有的aln缓冲层的结构中，由于铝原子粘性较强，堆积在衬底的部分区域的铝原子会直接与氨气在衬底的部分位置反应生长aln晶体，生长得到的aln缓冲层的均匀性与质量较差。本方法中铝源通入反应腔之后，在通入氨气的间隔时间中，铝源中的在铝原子可以充分铺陈在衬底上，再通入的氨气与铺陈较为均匀的铝原子反应生成aln的晶体，衬底上各处生长的aln晶体较为均匀，最终得到的aln缓冲子层的表面生长较为平整均匀。

图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图，如图2所示，该外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的algan缓冲子层2、aln缓冲子层3、非掺杂gan层4、n型gan层5、多量子阱层6及p型gan层7。

在衬底1与aln缓冲子层3之间生长的algan缓冲子层2可以起到缓解衬底1与非掺杂gan层4之间的晶格失配的作用，有利于提高外延片整体的晶体质量。

图2中所提供的外延片的结构可采用图1中所示的制备方法进行制备，最终得到的外延片的晶体质量较好。

图3是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法流程图，如图3所示，该制备方法包括：

s201：提供一衬底。

具体地，衬底可为蓝宝石衬底。

可选地，可在温度为1000～1200℃时，在氢气气氛中对衬底进行5～10分钟的退火处理。去除衬底表面的杂质，保证衬底上生长的外延层的质量。

其中，可在温度为1100℃时对衬底进行8分钟的退火处理，去除衬底上的杂质的效果较好。

采用上述步骤对衬底的表面进行处理，可避免杂质掺入外延片长，影响整体的晶体质量，降低发光二极管的发光效率和抗静电能力。

s202：向反应腔内间断性地通入镓源，向反应腔内持续通入铝源、氨气，在衬底上生长algan缓冲子层。

其中，每次向反应腔内通入的镓源的流量为0.3～0.5μmol/min，向反应腔内通入的氨气的流量为500～800μmol/min，向反应腔内通入的铝源的流量与每次向反应腔内通入的氨气的流量的比值为1:120～1:180。在生长algan缓冲子层时，将镓源的流量、配合氨气的流量为500～800μmol/min，同时通入与氨气流量的比值为1:120～1:180的铝源，一方面镓源的流量在以上范围内时较为合理，此时得到的algan缓冲子层的质量较好，另一方面镓源的流量、氨气的流量及铝源的流量的比例在以上范围内时，algan缓冲子层中镓原子的含量较为适当，algan缓冲子层本身的质量得到保证的同时，algan缓冲子层的晶格也可与aln缓冲子层的晶格进行良好的匹配，对外延片整体的晶体质量有较大提高。需要说明的是，在对反应腔内间断性通入的镓源的流量不在0.3～0.5μmol/min范围内时，得到的algan缓冲子层的质量比向反应腔内间断性通入的镓源的流量在0.3～0.5μmol/min范围内时得到的algan缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入镓源得到的algan缓冲子层的质量要有所提高，同时也可提高在algan缓冲子层上生长的aln缓冲子层的质量。在通入的镓源的流量为以上范围时，可向反应腔内通入镓源的次数可为2～5次。向反应腔内通入镓源的次数为以上数据时，反应腔内通入的镓源的量较为合适，不会导致algan缓冲子层难以形成并且生长得到的algan缓冲子层的晶粒较为均匀细致，有利于提高在algan缓冲子层上生长的aln缓冲子层的质量。

向反应腔内通入镓源的次数不在2～5次的范围内时，得到的algan缓冲子层的质量比向反应腔内通入镓源的次数在2～5次范围内时得到的algan缓冲子层的质量差，但针对传统方法中持续性通入镓源得到的algan缓冲子层的质量要有所提高。

在通入的镓源的流量为以上范围时，每次通入镓源的时间可为2～4s。每次通入镓源的时间可为2～4s时，向反应腔内补充了较为适量的镓原子，使得镓原子能够较为均匀地分布在反应腔内，得到的algan缓冲子层的晶体质量较好。每次通入镓源的时间不在2～4s的范围内时，得到的algan缓冲子层的晶体质量比每次通入镓源的时间不在2～4s的范围内时得到的algan缓冲子层的晶体质量差，但针对传统方法中持续性通入镓源得到的algan缓冲子层的晶体质量要有所提高。

进一步地，可每间隔8～10s通入一次镓源。间隔时间为8～10s时，反应腔内原有的铝原子可有充足的时间进行迁移，镓源通入的时候，可与分布均匀的铝原子进行反应，这种条件下得到的algan缓冲子层的质量较好。间隔时间不在8～10s的范围内时，得到的algan缓冲子层的晶体质量比每次通入镓源的时间不在8～10s的范围内时得到的algan缓冲子层的晶体质量差，但相对传统方法中持续性通入镓源得到的algan缓冲子层的晶体质量要有所提高。

可选地，每两次通入镓源之间的间隔时间均可相等，每次通入镓源的时间与间隔时间的比值为1:1.5～1:2。这种设置条件下，铝源中的铝原子有足够的时铺陈在衬底上再与镓原子反应，得到的algan缓冲子层的表面较为均匀且质量较好。每次通入镓源的时间与间隔时间的比值不在1:1.5～1:2的范围内时，得到的algan缓冲子层的质量比每次通入镓源的时间与间隔时间的比值在1:1.5～1:2的范围内时得到的algan缓冲子层的质量差，但对algan缓冲子层的质量仍有一定的提高效果。

algan缓冲子层的生长厚度可为5～15nm。algan缓冲子层的生长厚度在以上范围内时，algan缓冲子层的结构较为稳定，且algan缓冲子层的生长表面较为平整，在algan缓冲子层上生长的aln缓冲子层的质量也较好。

示例性地，algan缓冲子层的生长温度可为700～800℃，此时得到的algan缓冲子层质量较好。

在本发明实施例提供的其他情况中，algan缓冲子层的生长温度可为750℃。可得到质量更好的algan缓冲子层。

可选地，步骤s202还可包括，向反应腔内持续通入流量不变的载气，在衬底上生长algan缓冲子层，镓源、铝源与氨气以载气为基体进入反应腔内。载气流量不变地通入有利于保持反应腔内压力的稳定，也能够起到推动原子迁移的作用，有利于促进铝原子在衬底上的铺陈，使得生长得到的algan缓冲子层的表面较为均匀。

其中载气可为氮气与氢气的混合气体。

algan缓冲子层的生长压力可为200～400torr，优选为300torr。

s203：向反应腔内间断性地通入氨气，向反应腔内持续通入铝源，在algan缓冲子层上生长aln缓冲子层。

可选地，每次向反应腔内通入的氨气的流量为1500～2400μmol/min，向反应腔内通入的铝源的流量与每次向反应腔内通入的氨气的流量的比值为1:120～1:180。通入的氨气的流量在此范围内时，能够在反应腔内以较为适当的速率生长aln缓冲子层，得到质量较好的aln缓冲子层。氨气的流量不在1500～2400μmol/min的范围内时，生长得到的aln缓冲子层的质量比氨气的流量在1500～2400μmol/min的范围内时得到的aln缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入氨气生长得到的aln缓冲子层的质量也有一定的提高。

进一步地，向反应腔内通入氨气的次数可为20～30次。在氨气的流量为1500～2400μmol/min，向反应腔内通入氨气的次数为20～30次时，得到的aln缓冲子层的厚薄较为合适且质量较好，氨气也不会过量导致aln缓冲子层质量变差。向反应腔内通入氨气的次数不在20～30次的范围内时得到的aln缓冲子层的质量比向反应腔内通入氨气的次数在20～30次的范围内时得到的aln缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入氨气生长得到的aln缓冲子层的质量也有一定的提高。

每次通入的氨气的流量为1500～2400μmol/min时，每次通入氨气的时间可为4～6s。每次通入镓源的时间可为4～6s时，向反应腔内补充了较为适量的铝原子，使得铝原子能够较为均匀地运动分布在反应腔内，得到的aln缓冲子层的晶体质量较好。每次通入镓源的时间不在4～6s的范围内时，得到的aln缓冲子层的晶体质量比每次通入镓源的时间在4～6s的范围内时得到的aln缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入氨气生长得到的aln缓冲子层的质量也有一定的提高。

其中，可每间隔8～10s通入一次氨气。这种设置易于实现，且得到的aln缓冲子层的质量较好。间隔时间为8～10s时，反应腔内原有的铝原子可有充足的时间进行迁移，氨气通入的时候，可与分布较为均匀的铝原子进行反应得到表面较为均匀的aln缓冲子层。间隔时间不在8～10s的范围内时，得到的aln缓冲子层的质量比间隔时间在8～10s的范围内时得到的aln缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入氨气生长得到的aln缓冲子层的质量也有一定的提高。

每次通入的氨气的流量为1500～2400μmol/min时，每两次通入氨气之间的间隔时间均相等，每次通入氨气的时间与间隔时间的比值可为1:1.5～1:2。这种设置易于实现，且得到的aln缓冲子层的质量较好。每次通入氨气的时间与间隔时间的比值不在1:1.5～1:2的范围内时，得到的aln缓冲子层的质量比每次通入氨气的时间与间隔时间的比值在1:1.5～1:2的范围内时得到的aln缓冲子层的质量差，但相对传统方法中持续性通入氨气生长得到的aln缓冲子层的质量也有一定的提高。

可选地，aln缓冲子层的生长温度逐渐增加，每次向反应腔内通入的氨气的流量逐渐增加。由于aln缓冲子层是在质量较为良好的algan缓冲子层上进行生长，aln缓冲子层的质量实际上有一定的保证，再将aln缓冲子层的生长温度逐渐增加，则可提高反应腔内部原子的运动速率，提高铝原子在间隔时间段内的迁移，使得铝原子的分布更为均匀，此时将氨气的流量逐渐增加，氨气与铝原子反应生成的aln缓冲子层的表面仍可保持均匀，同时可以提高氨气与铝源的反应速率，提高aln缓冲子层的质量与外延片的制备效率。

可选地，所述aln缓冲子层的生长温度为800～1000℃。此时能够得到质量较好的aln缓冲子层。

aln缓冲子层的生长厚度可为20～40nm。aln缓冲子层的生长厚度在以上范围内时，aln缓冲子层的结构较为稳定，能够较好地解决衬底与非掺杂gan层之间的晶格失配。

aln缓冲子层的生长压力可为200torr～400torr，优选为300torr。

s204：在aln缓冲子层上生长非掺杂gan层。

其中，非掺杂gan层的生长温度可为1000～1140℃。非掺杂gan层的生长压力可为200～600torr。得到生长良好的非掺杂gan层。

非掺杂gan层的生长厚度为1～5μm。

s205：在非掺杂gan层上生长n型gan层。

其中，n型gan层的生长厚度可为1～5μm。n型gan层中的掺杂元素可为si。

si的掺杂浓度可为10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

n型gan层的生长温度可为1100～1100℃，n型gan层可为200～300torr。在此条件下生长得到的n型gan层的质量较好。

s206：在n型gan层上生长应力释放层。

可选地，应力释放层可为ingan/gan超晶格结构，应力释放层包括周期性层叠的ingan子层与gan子层。ingan子层的厚度可为1～3nm，gan子层的厚度可为20～40nm。

ingan子层与gan子层的层数均可为3～9。应力释放层可释放n型gan层中的生长应力，保证多量子阱层的生长质量，进一步提高外延片的晶体质量。

s207：在应力释放层上生长多量子阱层。

其中，多量子阱层包括多个交替层叠的ingan阱层与gan垒层，其中ingan阱层的生长厚度可为2～3nm，gan垒层的生长厚度可为8～11nm。ingan阱层的层数与gan垒层的层数均为5～15。此时得到的多量子阱层的质量较好。

ingan阱层的生长温度可为760～780℃，gan垒层的生长温度可为860～960℃，ingan阱层的生长压力与gan垒层的生长压力军可为100～500torr。此时得到的多量子阱层的质量较好。

s208：在多量子阱层上生长电子阻挡层。

电子阻挡层可为p型algan层。

p型algan层的生长厚度可为50～150nm，p型algan层的生长温度可为900～1000℃之间，p型algan层的生长压力可为100～600torr。此时得到的p型algan层的质量较好。

s209：在电子阻挡层上生长p型gan层。

p型gan层的生长厚度可为500～800nm，p型gan层的生长温度可为940～980℃之间，p型gan层的生长压力可为200～600torr。此时得到的p型gan层的质量较好。

s210：在p型层上生长p型接触层。

p型接触层的材料可以采用p型掺杂的ingan或p型掺杂的gan，以降低外延材料与芯片结构之间欧姆接触的势垒。

p型欧姆接触层的生长温度可为500～900℃之间，p型欧姆接触层的生长压力可为200～600torr。此时得到的p型欧姆接触层的质量较好。

可选地，本制备方法还可包括：在外延片生长结束之后，在氮气氛围下对外延片进行退火，退火温度为500～900℃，退火时长为5到15min。外延片生长结束之后对其进行退火能够激活p型gan层中的mg原子，提高p型gan层中的空穴浓度，有利于提高发光二极管的发光效率。

另外，控制温度、压力均是指控制生长外延片的反应腔中的温度、压力，如型号为veecok465i或c4的金属有机化合物化学气相沉淀(英文：metal-organicchemicalvapordeposition，简称：mocvd)设备反应腔中的温度、压力。且在本发明的实施例中，可采用氨气或三甲基乙作为镓源，高纯氮气作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，n型掺杂剂选用硅烷，p型掺杂剂选用二茂镁。

图3中的方法相对图1中的方法，在n型gan层与多量子阱层之间增加生长了用于释放应力的应力释放层、多量子阱层与p型gan层之间增加生长了限制电子溢流的电子阻挡层，并在p型gan层上生长了p型欧姆接触层为后续制备做准备。多量子阱层包括多个交替层叠的ingan阱层与gan垒层。应力释放层可为ingan/gan超晶格结构，应力释放层可包括周期性层叠的ingan子层与gan子层。

图3只是提供了本发明的一种实现方式，在本发明实施例提供的情况中，本发明也适用于制备包括n型gan层与多量子阱层之间的电流阻挡层等结构的外延片，本发明所制备的所有外延片结构中均至少包括衬底及衬底上的algan缓冲子层、aln缓冲子层。

在图1中所提供的制备方法的基础上，本发明实施例中提供的制备方法还可用于生长n型gan层与多量子阱层之间增加生长了用于释放应力的应力释放层以及多量子阱层与p型gan层之间增加生长了限制电子溢流的电子阻挡层的外延片。执行完步骤s210之后的外延片结构可见图4，图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图，如图4所示，该外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的algan缓冲子层2、aln缓冲子层3、非掺杂gan层4、应力释放层8、n型gan层5、多量子阱层6、电子阻挡层9、p型gan层7及p型接触层10。多量子阱层6包括多个交替层叠的ingan阱层61与gan垒层62，应力释放层8包括周期性层叠的ingan子层81与gan子层82。

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。