一种发光二极管外延片及其制备方法与流程

本公开涉及发光二极管制造领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术：

发光二极管是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、户内外显示屏和小间距显示屏等，是前景广阔的新一代光源。而目前高端市场如小间距显示屏、miniled、microled等实际操作电流小，对于低电流密度下达到峰值eqe的要求非常迫切。而外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构至少包括衬底以及衬底上的外延层，外延层包括依次生长在衬底上的n型gan层、有源层及p型gan层。

但由于衬底与外延层之间存在较大的晶格失配，外延层中晶格失配导致的缺陷还是很严重，尤其是线缺陷，它会沿着外延层延伸至有源层中，而缺陷能俘获电子和空穴导致非辐射复合的发生，从而影响外延片的发光量子效率。

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及其制备方法，能够提高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，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、n型gan层、有源层及p型gan层，

所述缓冲层包括沿所述外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层，所述第一sinx子层上具有多个微孔。

可选地，所述第一gan子层的厚度为5～10nm。

可选地，所述第一sinx子层的厚度为1.5～3.5nm。

可选地，所述第二gan子层的厚度为3～10nm。

可选地，所述第二sinx子层的厚度为0.5～1.5nm。

可选地，所述第三gan子层的厚度为1～5nm。

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长缓冲层，所述缓冲层包括沿所述外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层，所述第一sinx子层的生长速率为0.01～0.03nm/s；

在所述缓冲层上生长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。

可选地，所述第一gan子层的生长温度、所述第二gan子层的生长温度、所述第三gan子层的生长温度相同；

所述第一sinx子层的生长温度、所述第二sinx子层的生长温度相同。

可选地，所述第一gan子层的生长温度比所述第一sinx子层的生长温度低30～50℃。

可选地，所述缓冲层的生长压力为200～500torr。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

设置在衬底与n型gan层之间的缓冲层，可以部分减小外延层与衬底之间的晶格失配，提高在衬底上生长的外延层的生长质量。缓冲层设置为包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层，其中，第一gan子层可以作为后续第一sinx子层等结构的生长基础，保证后续第一sinx子层等结构的生长质量，第一sinx子层上形成部分微孔，使得第二gan子层在第一sinx子层上有选择性地生长，位错被截断在第一sinx子层与第二gan子层之间。进一步在第二gan子层上生长第二sinx子层，可以纵向阻挡位错避免位错延伸至n型gan层及有源层内。最终在第二sinx子层上生长第三gan子层，作为过渡层保证后n型gan层及有源层的质量。位错被有效截止在缓冲层内，延伸至n型gan层及有源层的位错较少，可以有效提高外延层的整体质量，有源层内会形成的缺陷较少，有源层内的非辐射复合减少，有效提高了发光二极管的发光效率。

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结构示意图；

图2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；

图3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4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。

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。

图1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1可知，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，该外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、n型gan层3、有源层4及p型gan层5。

该外延片中的缓冲层2包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层21、第一sinx子层22、第二gan子层23、第二sinx子层24及第三gan子层25，第一sinx子层22上具有多个微孔。

设置在衬底1与n型gan层3之间的缓冲层2，可以部分减小外延层与衬底1之间的晶格失配，提高在衬底1上生长的外延层的生长质量。缓冲层2设置为包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层21、第一sinx子层22、第二gan子层23、第二sinx子层24及第三gan子层25，其中，第一gan子层21可以作为后续第一sinx子层22等结构的生长基础，保证后续第一sinx子层22等结构的生长质量，第一sinx子层22上则可以形成部分微孔，使得第二gan子层23在第一sinx子层22上有选择性地生长，位错被截断在第一sinx子层22与第二gan子层23之间。进一步在第二gan子层23上生长第二sinx子层24，可以阻挡位错避免位错纵向延伸至n型gan层3及有源层4内。最终在第二sinx子层24上生长第三gan子层25，作为过渡层保证后n型gan层3及有源层4的质量。位错被有效截止在缓冲层2内，延伸至n型gan层3及有源层4的位错较少，可以有效提高外延层的整体质量，有源层4内会形成的缺陷较少，有源层4内的非辐射复合减少，有效提高了发光二极管的发光效率。

需要说明的是，外延层中有源层4的发光效率提高时，发光二极管的峰值发光值也得到提高，需要达到发光二极管的峰值发光值的电压降低，发光二极管可应用至对峰值要求高且电压要求低的发光设备中。

可选地，第一gan子层21的厚度可为5～10nm。

第一gan子层21的厚度为5～10nm时，第一gan子层21可作为缓冲层2的最基础层保证后续第一sinx子层22等结构的生长质量，第一gan子层21的厚度也较为适中，成本不会过高。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第一gan子层21的厚度还可为6～22nm。

第一gan子层21的厚度还为6～22nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

可选地，第一sinx子层22的厚度可为1.5～3.5nm。

第一sinx子层22的厚度为1.5～3.5nm时，第一sinx子层22上形成的微孔数量较为适中，能够较为有效地阻挡位错，提高后续外延层的生长质量。

需要说明的是，第一sinx子层22上的微孔为第一sinx子层22在生长时自然形成，而不是通过光刻等工艺人为形成。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第一sinx子层22的厚度还可为1.8～3nm。

第一sinx子层22的厚度还为1.8～3nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，第二gan子层23的厚度可为3～10nm。

厚度为3～10nm的第二gan子层23能够与第一sinx子层22进行良好配合，阻挡位错，并保证后续生长的第二sinx子层24等结构的生长质量。

进一步地，在本公开提供的一种实现方式中，第二gan子层23的厚度还可为4～8nm。

第二gan子层23的厚度为4～8nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

可选地，第二sinx子层24的厚度可为0.5～1.5nm。

第二sinx子层24的厚度为0.5～1.5nm，可以实现第二sinx子层24对位错的阻挡效果的同时，第二sinx子层24的厚度也较为适中，成本合适的同时也不会影响光的传播与反射。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第二sinx子层24的厚度还可为0.5～1.2nm。

第二sinx子层24的厚度还为0.5～1.2nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

可选地，第三gan子层25的厚度可为1～5nm。

第三gan子层25的厚度为1～5nm时，能够较好地形成过渡，保证n型gan层3的生长质量，同时不会过渡吸收外延层内的光线，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第三gan子层25的厚度还可为1.5～4nm。

第三gan子层25的厚度还为1.5～4nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

需要说明的是，缓冲层2为未掺杂缓冲层2。保证后续生长的n型gan层3等结构的质量。

图2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2可知，本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、高温gan层6、n型gan层3、有源层4、电子阻挡层7及p型gan层5。

该外延片中的缓冲层2依旧包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层21、第一sinx子层22、第二gan子层23、第二sinx子层24及第三gan子层25。

图2中所示的外延片中，在缓冲层2与n型gan层3之间增加了高温gan层6进行过渡，进一步保证了n型gan层3与有源层4的生长质量，减少外延层的内部缺陷，保证发光二极管的发光效率。

可选地，高温gan层6可以为不掺杂的gan层，厚度可为2～3.5um。此时发光二极管的生长质量较好。

示例性地，n型gan层3可为掺si的gan层，n型gan层3的厚度可为2～3.5微米。外延层的整体质量较好。

可选地，有源层4可以包括交替生长的ingan阱层41和gan垒层42。易于实现且外延层中晶格失配相对较小。

图2中所示的外延片中，还在有源层4与p型gan层5之间增加了电子阻挡层7，电子阻挡层7对电子进行阻挡与扩展，保证有源层4内有足够的电子与空穴进行复合。

示例性地，电子阻挡层7可为p型alyga1-yn层，其中0.25<y<0.25。电子阻挡层7为p型alyga1-yn层可有效起到阻挡电子进入p型gan层5的作用，并且可提供部分空穴，提高发光二极管的发光效率。

p型alyga1-yn层的厚度可为30-50nm。

示例性地，p型gan层5的厚度可为50～80nm。

需要说明的是，在本公开所提供的外延片的结构不限于图1与图2所示结构，包括本公开所提供的缓冲层的外延片的结构均可。

图3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3所示，该制备方法包括：

s101：提供一衬底。

s102：在衬底上生长缓冲层，缓冲层包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层，第一sinx子层的生长速率为0.01～0.03nm/s。

s103：在缓冲层上生长n型gan层。

s104：在n型gan层上生长有源层。

s105：在有源层上生长p型gan层。

执行完步骤s105之后的外延片结构可见图1。该外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、n型gan层3、有源层4及p型gan层5。

该外延片中的缓冲层2包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层21、第一sinx子层22、第二gan子层23、第二sinx子层24及第三gan子层25。

设置在衬底与n型gan层之间的缓冲层，可以部分减小外延层与衬底之间的晶格失配，提高在衬底上生长的外延层的生长质量。缓冲层设置为包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层，其中，第一gan子层可以作为后续第一sinx子层等结构的生长基础，保证后续第一sinx子层等结构的生长质量，第一sinx子层的生长速率为0.01～0.03nm/s时，第一sinx子层在生长的过程中可以在表面上形成部分微孔，微孔的存在使得第二gan子层在第一sinx子层上有选择性地生长，位错被截断在第一sinx子层与第二gan子层之间。进一步在第二gan子层上生长第二sinx子层，可以纵向阻挡位错延伸至n型gan层及有源层内。最终在第二sinx子层上生长第三gan子层，作为过渡层保证后n型gan层及有源层的质量。位错被有效截止在缓冲层内，延伸至n型gan层及有源层的位错较少，可以有效提高外延层的整体质量，有源层内会形成的缺陷较少，有源层内的非辐射复合减少，有效提高了发光二极管的发光效率。

需要说明的是，外延层中有源层的发光效率提高时，发光二极管的峰值发光值也得到提高，需要达到发光二极管的峰值发光值的电压降低，发光二极管可应用至对峰值要求高且电压要求低的发光设备中。

图4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4所示，该制备方法包括：

s201：提供一衬底。

其中，衬底可为蓝宝石衬底。易于实现与制作。

示例性地，步骤s201还可包括，在氢气气氛下，对衬底需要生长外延层的表面进行高温处理，处理时间为5～6min，反应室的温度为1000～2100℃。

对衬底需要生长外延层的表面进行高温处理，可以较好地清楚衬底上的部分杂质，保证后续在衬底上生长的外延层的质量。

s202：在衬底上生长缓冲层，缓冲层包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层、第一sinx子层、第二gan子层、第二sinx子层及第三gan子层第一sinx子层的生长速率为0.01～0.03nm/s。

示例性地，在衬底为蓝宝石衬底时，缓冲层可生长在蓝宝石衬底的[0001]面上，外延层的生长质量较好。

可选地，第一gan子层的生长温度、第二gan子层的生长温度、第三gan子层的生长温度可相同；

可选地，第一gan子层的生长厚度可为5～10nm。

第一gan子层的生长厚度为5～10nm时，第一gan子层可作为缓冲层2的最基础层保证后续第一sinx子层等结构的生长质量，第一gan子层的生长厚度也较为适中，成本不会过高。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第一gan子层的生长厚度还可为6～nm。

第一gan子层的生长厚度还为6～nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

第一sinx子层的生长温度、第二sinx子层的生长温度可相同。

第一gan子层的生长温度、第二gan子层的生长温度、第三gan子层的生长温度可相同，便于操作的同时，同温下生长的第一gan子层、第二gan子层、第三gan子层整体的生长质量也易于控制；第一sinx子层的生长温度、第二sinx子层的生长温度可相同时效果参考第一gan子层、第二gan子层、第三gan子层。

可选地，第一gan子层的生长温度比第一sinx子层的生长温度低30～50℃。

第一gan子层的生长温度比第一sinx子层的生长温度低30～50℃时，反应室内的温度调节较为易于控制，并且第一gan子层与第一sinx子层的质量也教好。

可选地，第一sinx子层的生长厚度可为1.5～3.5nm。

第一sinx子层的生长厚度为1.5～3.5nm时，第一sinx子层上形成的微孔数量较为适中，能够较为有效地阻挡位错，提高后续外延层的生长质量。

需要说明的是，第一sinx子层上的微孔为第一sinx子层在以0.01～0.03nm/s的生长速率生长时自然形成，而不是通过光刻等工艺人为形成。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第一sinx子层的生长厚度还可为1.8～3nm。

第一sinx子层的生长厚度还为1.8～3nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，第二gan子层的生长厚度可为3～10nm。

生长厚度为3～10nm的第二gan子层能够与第一sinx子层进行良好配合，阻挡位错，并保证后续生长的第二sinx子层等结构的生长质量。

进一步地，在本公开提供的一种实现方式中，第二gan子层的生长厚度还可为4～8nm。

第二gan子层的生长厚度为4～8nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，第二sinx子层的生长速率可为0.04～0.1nm/s。

第二sinx子层的生长质量会较好，第二sinx子层上也不会形成微孔，保证缓冲层整体的生长质量并进行良好过渡。

可选地，第二sinx子层的生长厚度可为0.5～1.5nm。

第二sinx子层的生长厚度为0.5～1.5nm，可以实现第二sinx子层对位错的阻挡效果的同时，第二sinx子层的生长厚度也较为适中，成本合适的同时也不会影响光的传播与反射。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第二sinx子层的生长厚度还可为0.5～1.2nm。

第二sinx子层的生长厚度还为0.5～1.2nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

可选地，第三gan子层的生长厚度可为1～5nm。

第三gan子层的生长厚度为1～5nm时，能够较好地形成过渡，保证n型gan层3的生长质量，同时不会过渡吸收外延层内的光线，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，在本公开提供的一种实现方式中，第三gan子层的生长厚度还可为1.5～4nm。

第三gan子层的生长厚度还为1.5～4nm时，发光二极管的发光效率可进一步得到提高，保证发光二极管的发光效率。

示例性地，缓冲层的生长压力可为200～500torr。得到的缓冲层的生长质量较好。

在本公开提供的其他实现方式中，缓冲层的生长压力也可设置为100～600torr，本公开对此不做限制。

s203：在缓冲层上生长高温gan层。

步骤s203中，高温gan层可以为不掺杂的gan层，生长厚度可为2～3.5um。生长高温缓冲层时，反应室温度可为1000-2100℃，反应室压力控制在200-600torr。得到的高温gan层的质量较好。

s204：在高温gan层上生长n型gan层。

其中，n型gan层的生长厚度可为2～3μm。

n型gan层的生长温度可为1000～2100℃，n型gan层的生长压力可为250～300torr。

s205：在n型gan层上生长有源层。

有源层可包括多个依次层叠的ingan阱层与gan垒层。

示例性地，ingan阱层的生长厚度可为2～3nm，gan垒层的生长厚度可为9～20nm，得到的发光二极管的发光效率较好。

可选地，ingan阱层的生长温度可为760～780℃，gan垒层的生长温度可为860～890℃，在此条件下生长得到的有源层的质量较好，能够保证发光二极管的发光效率。

进一步地，ingan阱层的生长压力与gan垒层的生长压力均可为200torr，在此条件下生长得到的有源层的质量较好，能够保证发光二极管的发光效率。

s206：在有源层上生长电子阻挡层。

p型alyga1-yn层的生长厚度可为30～50nm。

p型alyga1-yn层的生长温度可为930～970℃，p型alyga1-yn层的生长压力可为100torr。在此条件下生长得到的p型alyga1-yn层的质量较好，有利于提高发光二极管的发光效率。

s207：在电子阻挡层生长p型gan层。

示例性地，p型gan层的生长厚度可为50～80nm。

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940～980℃。

需要说明的是，图4中的方法相对图3中的方法进行了进一步的说明与陈述，对缓冲层的制备过程进行了详细说明。

执行完步骤s207之后的外延片结构可见图2。外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、高温gan层6、n型gan层3、有源层4、电子阻挡层7及p型gan层5。

该外延片中的缓冲层2依旧包括沿外延片的生长方向依次层叠的第一gan子层21、第一sinx子层22、第二gan子层23、第二sinx子层24及第三gan子层25。

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led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。

上述方法还可包括，在上述外延结构生长结束后，将mocvd(化学气相沉积)工艺腔内温度降低，在氮气气氛中对外延片进行退火处理，退火温度区间为650～850℃，退火处理5～25分钟，将至室温，结束外延生长。退火可进一步去除外延片中的缺陷，有利于提高发光二极管的发光效率。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。