本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱：LED)作為光電子產(chǎn)業(yè)中極具影響力的新產(chǎn)品，具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、顏色豐富多彩、能耗低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于照明、顯示屏、信號(hào)燈、背光源、玩具等領(lǐng)域。芯片是LED的核心組件，它由外延片經(jīng)過(guò)多道工序加工而成。

藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片主要包括襯底和依次生長(zhǎng)在襯底上的緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層和P型GaN層。其中，襯底采用圖形化襯底(英文：Patterned Sapphire Substrate，簡(jiǎn)稱：PSS)或者平片襯底。若采用平片襯底，則襯底與GaN之間存在很大的晶格失配，最終導(dǎo)致LED的亮度過(guò)低、抗靜電能力較差；若采用PSS，則可以減少襯底與GaN之間的晶格失配，提高外延片的質(zhì)量，但是PSS的制作成本較高，導(dǎo)致LED的成本增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決采用現(xiàn)有技術(shù)中的PSS會(huì)導(dǎo)致成本增加，而采用平片襯底會(huì)降低外延片的質(zhì)量的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片及制備方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括平片襯底和依次層疊在所述平片襯底上的AlN緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層和P型GaN層，其中，所述AlN緩沖層的厚度為5nm～50nm。

優(yōu)選地，所述AlN緩沖層的厚度為dnm，5≤d＜25。

進(jìn)一步地，所述有源層包括交替層疊的多個(gè)InGaN阱層和多個(gè)GaN壘層，所述InGaN阱層的厚度為2.8nm～3.8nm，所述GaN壘層的厚度為5nm～30nm。

優(yōu)選地，所述N型GaN層的厚度為1μm～4μm。

優(yōu)選地，所述P型GaN層的厚度為100nm～500nm。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法，所述制備方法包括：

提供一平片襯底；

在所述平片襯底上外延生長(zhǎng)AlN緩沖層；

在所述AlN緩沖層上生長(zhǎng)u型GaN層；

在所述u型GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層；

在所述N型GaN層上生長(zhǎng)有源層；

在所述有源層上生長(zhǎng)P型GaN層，

其中，所述AlN緩沖層的厚度為dnm，5≤d＜25。

進(jìn)一步地，所述AlN緩沖層的生長(zhǎng)溫度為1000～1100℃。

優(yōu)選地，所述有源層包括交替層疊的多個(gè)InGaN阱層和多個(gè)GaN壘層，所述多個(gè)InGaN阱層的生長(zhǎng)溫度為790～820℃，所述多個(gè)GaN壘層的生長(zhǎng)溫度為910～940℃。

可選地，所述N型GaN層的生長(zhǎng)溫度為1210～1240℃。

可選地，所述P型GaN層的生長(zhǎng)溫度為980～1010℃。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：通過(guò)在平片襯底上依次層疊AlN緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層和P型GaN層，由于采用平片襯底，相比使用PSS可以降低制作的成本，同時(shí)平片襯底上設(shè)置有AlN緩沖層，且AlN緩沖層的厚度為5nm～25nm，AlN緩沖層的晶格常數(shù)接近于平片襯底和u型GaN層，從而可以減少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種有源層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該外延片包括平片襯底10和依次層疊在平片襯底10上的AlN緩沖層20、u型GaN層30、N型GaN層40、有源層50和P型GaN層60，其中，AlN緩沖層20的厚度dnm，5≤d＜25。

通過(guò)在平片襯底上依次層疊AlN緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層和P型GaN層，由于采用平片襯底，相比使用PSS可以降低制作的成本，同時(shí)平片襯底上設(shè)置有AlN緩沖層，且AlN緩沖層的厚度為5nm～25nm，AlN緩沖層的晶格常數(shù)接近于平片襯底和u型GaN層，從而可以減少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的質(zhì)量。

需要說(shuō)明的是，平片襯底10可以為藍(lán)寶石平片襯底。

優(yōu)選地，AlN緩沖層20的厚度可以為10nm～25nm，生長(zhǎng)不同厚度的AlN緩沖層20時(shí)，最終形成的外延層的質(zhì)量也不相同，若AlN緩沖層20的厚度過(guò)薄，則會(huì)導(dǎo)致AlN緩沖層20的表面較為疏松和粗糙，不能為后續(xù)GaN的生長(zhǎng)提供一個(gè)好的模板，隨著AlN緩沖層20厚度的增加，AlN緩沖層20的表面逐漸變得較為致密和平整，有利于后續(xù)GaN的生長(zhǎng)，但是若AlN緩沖層20的厚度過(guò)厚，則會(huì)導(dǎo)致AlN緩沖層20的表面過(guò)于致密，不利于后續(xù)GaN的生長(zhǎng)，無(wú)法減少外延片中的晶格缺陷。

可選地，u型GaN層30的厚度可以為1～4μm。

優(yōu)選地，u型GaN層30的厚度為2μm，u型GaN層30的厚度過(guò)薄會(huì)使得外延層的電阻過(guò)小，導(dǎo)致反向電壓降低，若u型GaN層30的厚度過(guò)厚則會(huì)導(dǎo)致外延層的電阻過(guò)大，導(dǎo)致正向電壓升高。

可選地，N型GaN層40的厚度可以為1μm～4μm。

優(yōu)選地，N型GaN層40的厚度為2μm，若N型GaN層40過(guò)薄，會(huì)導(dǎo)致載流子數(shù)過(guò)少，正向電壓過(guò)高；若N型GaN層40過(guò)厚，會(huì)使得N型GaN層40的翹曲度增大。

可選地，P型GaN層60的厚度為100nm～500nm。

優(yōu)選地，P型GaN層60的厚度為200nm，若P型GaN層60過(guò)薄，會(huì)導(dǎo)致載流子數(shù)過(guò)少，正向電壓過(guò)高；若P型GaN層60過(guò)厚，會(huì)增加P型GaN層60對(duì)光線的吸收，降低LED的亮度。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種有源層的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，有源層50包括交替層疊的多個(gè)InGaN阱層51和多個(gè)GaN壘層52，其中，InGaN阱層51的厚度可以為2.8nm～3.8nm，GaN壘層52的厚度可以為5nm～30nm。

優(yōu)選地，InGaN阱層51的厚度可以為3nm～3.5nm，GaN壘層52的厚度可以為10～20nm，若InGaN阱層51過(guò)薄，會(huì)導(dǎo)致LED的亮度降低；若InGaN阱層51過(guò)厚，會(huì)增加晶格缺陷，降低外延片的質(zhì)量；若GaN壘層52過(guò)薄，會(huì)加快InGaN阱層51中的In的揮發(fā)；若GaN壘層52過(guò)厚，會(huì)降低LED的亮度。

可選地，有源層50的周期數(shù)可以設(shè)置為4～8，在本實(shí)施例中，有源層50的周期數(shù)為6。

需要說(shuō)明的是，既可以在N型GaN層40上先生長(zhǎng)一層InGaN阱層51，也可以在N型GaN層40上先生長(zhǎng)一層GaN壘層52，圖2僅為示例，本發(fā)明并不以此為限。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖，如圖3所示，該制備方法包括：

S11：提供一平片襯底。

S12：在平片襯底上外延生長(zhǎng)AlN緩沖層。

其中，AlN緩沖層的厚度為dnm，5≤d＜25。

S13：在AlN緩沖層上生長(zhǎng)u型GaN層。

S14：在u型GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層。

S15：在N型GaN層上生長(zhǎng)有源層。

S16：在有源層上生長(zhǎng)P型GaN層。

通過(guò)在平片襯底上依次層疊AlN緩沖層、u型GaN層、N型GaN層、有源層和P型GaN層，由于采用平片襯底，相比使用PSS可以降低制作的成本，由于平片襯底上設(shè)置有AlN緩沖層，且AlN緩沖層的厚度為5nm～25nm，AlN緩沖層的晶格常數(shù)接近于平片襯底和u型GaN層，從而可以減少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的質(zhì)量。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種藍(lán)綠光發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖，如圖4所示，該制備方法包括：

S21：提供一平片襯底。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，該平片襯底可以是但不限于是藍(lán)寶石平片襯底。

優(yōu)選地，平片襯底為藍(lán)寶石平片襯底，藍(lán)寶石材質(zhì)的襯底制備工藝成熟，成本較低，可以有利于進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。

在本實(shí)施例中，采用4寸的藍(lán)寶石平片襯底。

在步驟S21中，可以對(duì)藍(lán)寶石平片襯底進(jìn)行預(yù)處理。

具體地，可以將藍(lán)寶石平片襯底放置在石墨盤上，送入MOCVD(Meta1Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)反應(yīng)腔，將MOCVD反應(yīng)腔的溫度提高到1000～1100℃，并增大反應(yīng)腔的壓力至500torr，在氫氣氣氛里對(duì)藍(lán)寶石平片襯底進(jìn)行退火處理以及氮化處理5分鐘

S22：在平片襯底上外延生長(zhǎng)AlN緩沖層。

其中，AlN緩沖層的厚度可以為dnm，5≤d＜25。

優(yōu)選地，AlN緩沖層的厚度可以為10nm～25nm，生長(zhǎng)不同厚度的AlN緩沖層時(shí)，最終形成的外延層的質(zhì)量也不相同，若AlN緩沖層的厚度過(guò)薄，則會(huì)導(dǎo)致AlN緩沖層的表面較為疏松和粗糙，不能為后續(xù)GaN的生長(zhǎng)提供一個(gè)好的模板，隨著AlN緩沖層厚度的增加，AlN緩沖層的表面逐漸變得較為致密和平整，有利于后續(xù)GaN的生長(zhǎng)，但是若AlN緩沖層的厚度過(guò)厚，則會(huì)導(dǎo)致AlN緩沖層的表面過(guò)于致密，不利于后續(xù)GaN的生長(zhǎng)，無(wú)法減少外延片中的晶格缺陷。

S23：在AlN緩沖層上生長(zhǎng)u型GaN層。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，u型GaN層的生長(zhǎng)溫度可以是1100～1200℃。

具體地，可以將MOCVD反應(yīng)腔的溫度提高到1100～1200℃，并降低MOCVD反應(yīng)腔的壓力至200torr，在AlN緩沖層上生長(zhǎng)一層1μm～4μm的u型GaN層。

優(yōu)選地，u型GaN層的厚度為2μm。

S24：在u型GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，N型GaN層的生長(zhǎng)溫度可以是1210～1240℃。

具體地，在生長(zhǎng)完u型GaN層后，保持MOCVD反應(yīng)腔的溫度為1210～1240℃，并保持MOCVD反應(yīng)腔的壓力為200torr，在u型GaN層上生長(zhǎng)一層1μm～4μm的N型GaN層。

S25：在N型GaN層上生長(zhǎng)有源層。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，有源層包括交替層疊的多個(gè)InGaN阱層和多個(gè)GaN壘層，多個(gè)InGaN阱層的生長(zhǎng)溫度為790～820℃，多個(gè)GaN壘層的生長(zhǎng)溫度為910～940℃。

具體地，在生長(zhǎng)完N型GaN層后，將MOCVD反應(yīng)腔的壓力維持在200torr，調(diào)節(jié)MOCVD反應(yīng)腔的溫度至790～820℃，進(jìn)行InGaN阱層的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)MOCVD反應(yīng)腔的溫度至910～940℃，進(jìn)行GaN壘層的生長(zhǎng)。

可選地，InGaN阱層的厚度可以為2.8nm～3.8nm，GaN壘層的厚度可以為5nm～30nm。

可選地，InGaN阱層和GaN壘層可以各生長(zhǎng)4～8層，在本實(shí)施例中，InGaN阱層和GaN壘層的層數(shù)均為6。

S26：在有源層上生長(zhǎng)P型GaN層。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，P型GaN層的生長(zhǎng)溫度可以是980～1010℃。

具體地，在生長(zhǎng)完有源層后，將MOCVD反應(yīng)腔的溫度提高至980～1010℃，并保持MOCVD反應(yīng)腔的壓力為200torr，在有源層上生長(zhǎng)一層100nm～500nm的P型GaN層。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，N型GaN層、InGaN阱層、GaN壘層和P型GaN層的生長(zhǎng)溫度均提高了10～40℃，可以進(jìn)一步減少外延片中的晶格缺陷，提高外延片的質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)制作成本進(jìn)行比較，采用上述方法進(jìn)行外延片的制備可以降低35％的費(fèi)用，極大的降低了生產(chǎn)成本。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。