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，多量子阱层包括交替层叠的gan垒层与ingan阱层。

多量子阱层中gan垒层与ingan阱层交替生长时，一方面存在晶格失配，容易导致多量子阱层中存在较多缺陷，影响发光二极管的发光效率。另一方面，ingan阱层中的in组分容易析出并团簇，in组分不能较为均匀地分布在多量子阱层中，也会影响多量子阱层的发光均匀度。

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发光效率与发光均匀度。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n型gan层；

在所述n型gan层上交替生长gan垒层与阱层，以形成多量子阱层；

在所述多量子阱层上生长p型gan层；

其中，生长所述多量子阱层中的各个所述阱层，包括：

生长第一ingan子层；

向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气；

生长inn子层；

向所述反应腔通入时长为第二设定时长的氨气；

生长第二ingan子层；

向所述反应腔通入时长为第三设定时长的氨气；

生长第三ingan子层，以形成所述阱层。

可选地，所述第一设定时长小于或者等于所述第二设定时长。

可选地，所述第二设定时长小于或者等于所述第三设定时长。

可选地，所述第一设定时长、所述第二设定时长与所述第三设定时长均为5～30s。

可选地，向所述反应腔通入时长为第一设定时长的氨气的流量，等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二设定时长的氨气的流量，等于向所述反应腔通入时长为第三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，以及向反应腔通入时长为第三设定时长的氨气的流量范围为100～300sccm。

可选地，所述第一ingan子层的厚度大于所述inn子层的厚度，所述第一ingan子层的厚度小于所述第二ingan子层的厚度，所述第一ingan子层的厚度等于所述第三ingan子层的厚度。

可选地，所述第一ingan子层的生长温度随所述第一ingan子层的生长时间的增加而降低，所述第三ingan子层的生长温度随所述第三ingan子层的生长时间的增加而升高。

可选地，所述第一ingan子层的生长温度的升高范围为10～50℃，所述第三ingan子层的生长温度的降低范围为10～50℃。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

在n型gan层上生长多量子阱层时，可以交替生长多量子阱层的阱层与gan垒层。而生长多量子阱层中的各个阱层的过程中，可以在n型gan层依次生长第一ingan子层、inn子层、第二ingan子层与第三ingan子层，以最终形成阱层，而在每两个子层之间，均通入一段时间的氨气。氨气可以与生长过程中反应腔剩余的有机金属源进行反应，提高阱层中的n和in的比，减小in在界面存在的析出的可能性，以提高阱层的内部质量。由于氨气是生成阱层的反应物之一，氨气的通入可以抑制阱层分解的可能，对阱层起到良好的保护作用，保证阱层的质量。同时，氨气的通入可以保证反应腔内处于一个富n环境，富n环境下可以提高in元素替位ga元素的机率，减少in元素的析出，有效减少in富集或者团簇的概率，提高in元素分布的均匀度以提高发光二极管的发光均匀度。同时氨气的通入，还可以与反应腔内的部分杂质碳生长甲烷，使杂质碳转化为气体排出反应腔，减小阱层中会残留的杂质碳以提高阱层的晶体质量，阱层的晶体质量的提高进一步会带来发光二极管发光效率的提高。

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阱层的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；

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；

图5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n型gan层。

s103：在n型gan层上交替生长gan垒层与阱层，以形成多量子阱层。其中，生长多量子阱层中的各个阱层，包括：生长第一ingan子层；向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气；生长inn子层；向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气；生长第二ingan子层；向反应腔通入时长为第三设定时长的氨气；生长第三ingan子层，以形成阱层。

s104：在多量子阱层上生长p型gan层。

在n型gan层上生长多量子阱层时，可以交替生长多量子阱层的阱层与gan垒层。而生长多量子阱层中的各个阱层的过程中，可以在n型gan层依次生长第一ingan子层、inn子层、第二ingan子层与第三ingan子层，以最终形成阱层，而在每两个子层之间，均通入一段时间的氨气。氨气可以与生长过程中反应腔剩余的有机金属源进行反应，提高阱层中的n和in的比，减小in在界面存在的析出的可能性，以提高阱层的内部质量。由于氨气是生成阱层的反应物之一，氨气的通入可以抑制阱层分解的可能，对阱层起到良好的保护作用，保证阱层的质量。同时，氨气的通入可以保证反应腔内处于一个富n环境，富n环境下可以提高in元素替位ga元素的机率，减少in元素的析出，有效减少in富集或者团簇的概率，提高in元素分布的均匀度以提高发光二极管的发光均匀度。同时氨气的通入，还可以与反应腔内的部分杂质碳生长甲烷，使杂质碳转化为气体排出反应腔，减小阱层中会残留的杂质碳以提高阱层的晶体质量，阱层的晶体质量的提高进一步会带来发光二极管发光效率的提高。

需要说明的是，阱层中第一ingan子层与第二ingan子层之间生长的inn子层属于异质结材料，异质结inn材料可以阻断gan材料中存在的部分线性位错，并且对v型缺陷的深度和密度可以有良好的控制，降低第二ingan子层与第三ingan子层中缺陷的存在，减小空穴与电子在缺陷处形成非辐射复合的概率，以提高多量子阱层整体的发光效率。

为便于理解，此处可提供图2，图2是本公开实施例提供的阱层的结构示意图，参考图2可知，每个阱层31均包括由下至上依次层叠的第一ingan子层311、inn子层312、第二ingan子层313与第三ingan子层314。

图3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3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n型gan层2、多量子阱层3及p型gan层4。

需要说明的是，图3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。

s205：在n型gan层上生长多量子阱层。多量子阱层包括交替生长的阱层和gan垒层。

步骤s205中，生长多量子阱层中的各个阱层，包括：生长第一ingan子层；向反应腔通入时长为第一设定时长的氨气；生长inn子层；向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气；生长第二ingan子层；向反应腔通入时长为第三设定时长的氨气；生长第三ingan子层，以形成阱层。

示例性地，阱层的生长温度可为700～830℃。gan垒层的生长温度为800～960℃。能够得到质量较好的多量子阱层。

可选地，第一ingan子层的厚度大于inn子层的厚度，第一ingan子层的厚度小于第二ingan子层的厚度，第一ingan子层的厚度等于第三ingan子层的厚度。

第一ingan子层的厚度、inn子层的厚度、第二ingan子层的厚度与第三ingan子层的厚度在以上条件下时，第一ingan子层可以起到良好的过渡作用，而inn子层则用于阻隔位错，再生长质量较好且厚度较大的第二ingan子层与第三ingan子层，作为主要的用于捕获电子与空穴的位置。电子与空穴在质量较好的第二ingan子层与第三ingan子层内进行发光，发光二极管整体的发光效率较好。

示例性地，第一ingan子层的厚度范围、inn子层的厚度范围、第二ingan子层的厚度范围与第三ingan子层的厚度范围，可以分别为5埃～20埃、1埃～10埃、10埃～40埃与5埃～20埃。

第一ingan子层的厚度、inn子层的厚度、第二ingan子层的厚度与第三ingan子层的厚度在以上范围内时，阱层内的缺陷较少，且阱层内的大部分的电子与空穴也可以正常复合与发光，最终提高发光二极管的发光效率。

示例性地，第一ingan子层的生长温度随第一ingan子层的生长时间的增加而降低，第三ingan子层的生长温度随第三ingan子层的生长时间的增加而升高。

第一ingan子层的生长温度与第三ingan子层的生长温度控制为以上变化，第一ingan子层可以更好地将温度过渡至inn子层的生长温度，并实现与inn子层之间的良好接触。第三ingan子层的生长温度随第三ingan子层的生长时间的增加而升高，则可以实现与gan垒层之间的良好过渡与接触。保证最终得到的阱层的质量较好。

可选地，第一ingan子层的生长温度的升高范围为10～50℃，第三ingan子层的生长温度的降低范围为10～50℃。

第一ingan子层的生长温度的升高范围与第三ingan子层的生长温度的降低范围分别在以上范围内时，能够得到质量较好的阱层。

示例性地，第一ingan子层的中in的组分随第一ingan子层的生长时间的增加而升高，第三ingan子层的中in的组分随第三ingan子层的生长时间的增加而降低。

第一ingan子层的中in的组分与第三ingan子层的中in的组分控制为以上变化，第一ingan子层可以更好地过渡至inn子层的，并实现与inn子层之间的良好匹配。第三ingan子层的中in的组分随第三ingan子层的生长时间的增加而降低，则可以实现与gan垒层之间的良好过渡与接触。保证最终得到的阱层的质量较好。

可选地，第一ingan子层的中in的组分由0渐变至0.2，第三ingan子层的中in的组分由0.2渐变至0。

第一ingan子层的中in的组分的升高范围与第三ingan子层的中in的组分的降低范围分别在以上范围内时，能够得到质量较好的阱层。

示例性地，第一设定时长小于或者等于第二设定时长。

第一设定时长与第二设定时长之间的关系采用上一段中的结构，可以保证最终得到的阱层质量较好，阱层中的应力的释放程度较高。

可选地，第二设定时长小于或者等于第三设定时长。

第一设定时长与第二设定时长之间的关系采用上一段中的结构，可以保证最终得到的阱层质量较好，阱层中的应力的释放程度较高。

示例性地，第一设定时长、第二设定时长与第三设定时长均为5～30s。

第一设定时长、第二设定时长与第三设定时长在以上范围内时，可以保证反应腔内参与的金属有机源可以充分反应，保证最终得到的阱层的质量较好。

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

采用上一段中的设置，可以保证氨气可以与反应腔内的金属有机源可以充分反应，且通入的氨气的流量较为合理，提高多量子阱层的质量的同时合理控制发光二极管外延片的制备成本。

可选地，向反应腔通入时长为第二设定时长的氨气的流量，等于向反应腔通入时长为第三设定时长的氨气的流量。

采用上一段中的设置，可以保证氨气可以与反应腔内的金属有机源可以充分反应，且通入的氨气的流量较为合理，提高多量子阱层的质量的同时合理控制发光二极管外延片的制备成本。

示例性地，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，以及向反应腔通入时长为第三设定时长的氨气的流量范围为100～300sccm。通入的氨气的流量较为合理，提高多量子阱层的质量的同时合理控制发光二极管外延片的制备成本。

s206：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。

s207：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℃。

s208：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5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s208后的发光二极管外延片的结构可参见图5。

图5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5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5、非掺杂gan层6、n型gan层2、多量子阱层3、algan电子阻挡层7、p型gan层4及p型接触层8。

可选地，gan缓冲层5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6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2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2整体的质量较好。

示例性地，n型gan层2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3可包括交替层叠的阱层31与gan垒层32。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4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5中所示的外延片结构相对图3中所示的外延片结构，在多量子阱层4与p型gan层4之间增加了algan电子阻挡层7，在p型gan层4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。