发光二极管外延片及其制备方法

摘要

本公开提供了一种发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管技术领域。在p型GaN层与p型接触层之间增加插入层，插入层包括依次层叠在p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层。Mg量子点层包括多个分布在p型GaN层上的多个Mg量子点，多个Mg量子点与p型GaN层及第一GaN层之间的界面会较为粗糙，可以增加光线在p型GaN层的界面处的漫反射，而减小光线在p型GaN层的界面处可能出现的全反射，从而提高光线的出射率。第一GaN层可以覆盖Mg量子点层较为粗糙的表面，保证在第一GaN层上生长的p型接触层的质量。最终得到的发光二极管外延片的出光率可以得到提高。

权利要求

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层、插入层及p型接触层，所述插入层包括依次层叠在所述p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层，所述Mg量子点层包括多个分布在所述p型GaN层上的多个Mg量子点，所述第一GaN层为不掺杂的GaN层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一GaN层的厚度为20～60nm。

3.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述插入层还包括层叠在所述第一GaN层上的第二GaN层，所述第二GaN层中掺有p型杂质。

4.根据权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二GaN层的厚度为50～100nm。

5.根据权利要求3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二GaN层中p型杂质的掺杂浓度为所述p型GaN层中p型杂质的掺杂浓度的0.3～0.8倍。

6.根据权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二GaN层中p型杂质的3

掺杂浓度为8E19‑5E19/cm。

7.一种发光二极管外延片制备方法，其特征在于，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层上生长有源层；

在所述有源层上生长p型GaN层；

在所述p型GaN层上生长插入层，所述插入层包括依次层叠在所述p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层，所述Mg量子点层包括多个分布在所述p型GaN层上的多个Mg量子点，所述第一GaN层为不掺杂的GaN层；

在所述插入层上生长p型接触层。

8.根据权利要求7所述的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述在所述p型GaN层上生长插入层，包括：

向反应腔内通入流量为100～600sccm的Mg源，以在所述有源层上生长Mg量子点层；

在所述Mg量子点层上生长所述第一GaN层。

9.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述Mg量子点层的生长时长为30～60s。

10.根据权利要求8所述的发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述第一GaN层的生长速率为所述p型GaN层的生长速率的1.5～4倍。

说明书

发光二极管外延片及其制备方法

技术领域

[0001] 本公开涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

[0002] 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
外延片至少包括衬底及依次层叠在衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层及p型接触层。

[0003] 相关技术中，发光二极管外延片中的p型GaN层是用于提供空穴的半导体材料，p型GaN层通常会设置为较厚来保证p型GaN层有较好的晶体质量，并能够提供充足的空穴。但有
源层出射的光在经过厚度较大的p型GaN层时，会被p型GaN层吸收并反射部分，导致发光二
极管的光线出射率仍不够高。

发明内容

[0004] 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，可以提高发光二极管的光线出射率。所述技术方案如下：

[0005] 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包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型GaN层、有源层、p型GaN层、插入层及p型接触层，

[0006] 所述插入层包括依次层叠在所述p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层，所述Mg量子点层包括多个分布在所述p型GaN层上的多个Mg量子点，所述第一GaN层为不掺杂的GaN
层。

[0007] 可选地，所述第一GaN层的厚度为20～60nm。

[0008] 可选地，所述插入层还包括层叠在所述第一GaN层上的第二GaN层，所述第二GaN层中掺有p型杂质。

[0009] 可选地，所述第二GaN层的厚度为50～100nm。

[0010] 可选地，所述第二GaN层中p型杂质的掺杂浓度为所述p型GaN层中p型杂质的掺杂浓度的0.3～0.8倍。

[0011] 可选地，所述第二GaN层中p型杂质的掺杂浓度为8E19‑5E19/cm3。

[0012] 本公开提供了一种发光二极管外延片制备方法，所述发光二极管外延片制备方法包括：

[0013] 在所述衬底上生长n型GaN层；

[0014] 在所述n型GaN层上生长有源层；

[0015] 在所述有源层上生长p型GaN层；

[0016] 在所述p型GaN层上生长插入层，所述插入层包括依次层叠在所述p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层，所述Mg量子点层包括多个分布在所述p型GaN层上的多个Mg量子点，
所述第一GaN层为不掺杂的GaN层；

[0017] 在所述插入层上生长p型接触层。

[0018] 可选地，所述在所述p型GaN层上生长插入层，包括：

[0019] 向反应腔内通入流量为100～600sccm的Mg源，以在所述有源层上生长Mg量子点层；

[0020] 在所述Mg量子点层上生长所述第一GaN层。

[0021] 可选地，所述Mg量子点层的生长时长为30～60s。

[0022] 可选地，所述第一GaN层的生长速率为所述p型GaN层的生长速率的1.5～4倍。

[0023] 本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

[0024] 在p型GaN层与p型接触层之间增加插入层，插入层包括依次层叠在p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层。Mg量子点层包括多个分布在p型GaN层上的多个Mg量子点，多个Mg
量子点与p型GaN层及第一GaN层之间的界面会较为粗糙，可以增加光线在p型GaN层的界面
处的漫反射，而减小光线在p型GaN层的界面处可能出现的全反射，从而提高光线的出射率。
且部分Mg量子点也会渗入p型GaN层中，也可以起到一定的提高p型GaN层中的电子浓度的作
用，进入有源层的电子数量增多，也可以提高发光率。而在Mg量子点层上生长不掺杂的第一
GaN层，可以覆盖Mg量子点层较为粗糙的表面，保证在第一GaN层上生长的p型接触层的质
量，且不掺杂的GaN层中没有杂质也可以避免对光线的吸收。最终得到的发光二极管外延片
的出光率可以得到提高。

附图说明

[0025] 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。

[0026] 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；

[0027] 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；

[0028] 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；

[0029] 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

[0030] 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。

[0031] 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。

[0032] 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、有源层3、p型GaN层4、插入层5及p型接触层6。

[0033] 插入层5包括依次层叠在p型GaN层4上的Mg量子点层51与第一GaN层52，Mg量子点层51包括多个分布在p型GaN层4上的多个Mg量子点511，第一GaN层52为不掺杂的GaN层。

[0034] 在p型GaN层4与p型接触层6之间增加插入层5，插入层5包括依次层叠在p型GaN层4上的Mg量子点层51与第一GaN层52。Mg量子点层51包括多个分布在p型GaN层4上的多个Mg量
子点511，多个Mg量子点511与p型GaN层4及第一GaN层52之间的界面会较为粗糙，可以增加
光线在p型GaN层4的界面处的漫反射，而减小光线在p型GaN层4的界面处可能出现的全反
射，从而提高光线的出射率。且部分Mg量子点511也会渗入p型GaN层4中，也可以起到一定的
提高p型GaN层4中的电子浓度的作用，进入有源层3的电子数量增多，也可以提高发光率。而
在Mg量子点层51上生长不掺杂的第一GaN层52，可以覆盖Mg量子点层51较为粗糙的表面，保
证在第一GaN层52上生长的p型接触层6的质量，且不掺杂的GaN层中没有杂质也可以避免对
光线的吸收。最终得到的发光二极管外延片的出光率可以得到提高。

[0035] 需要说明的是，相邻的两个Mg量子点511之间的最小距离为0.5～1.5nm。

[0036] 此时得到的界面的粗糙度较为恰当，发光二极管外延片的发光效率也较高。且不会由于Mg量子点511过大而导致发光二极管外延片发生漏电的情况。

[0037] 可选地，每个所述Mg量子点511的表面上的两点之间的最大距离为1～3nm。

[0038] Mg量子点511的表面上的两点之间的最大距离在以上范围内时，可以有效控制p型GaN层4的界面上的粗糙程度，并且部分Mg量子点511本身也可以渗入p型GaN层4中，提高空
穴数量及迁移率，最终得到的发光二极管外延片的发光效率较高。

[0039] 示例性地，插入层5中第一GaN层52的厚度为20～60nm。

[0040] 第一GaN层52的厚度为以上范围，得到的第一GaN层52可以几乎覆盖Mg量子点层51，但第一GaN层52表面也会留下部分微小的坑，减小第一GaN层52的表面处可能发生的全
反射，保证出光效果。

[0041] 在本公开所提供的一种实现方式中，第一GaN层52的厚度还可为20～50nm。得到的发光二极管的外延片的发光效率可以进一步提高。

[0042] 参考图1可知，插入层5还可包括层叠在第一GaN层52上的第二GaN层53，第二GaN层53中掺有p型杂质。

[0043] 掺有p型杂质的第二GaN层53，一方面可以更好地实现又不掺杂的第一GaN层52到p型接触层6的过渡，另一方面，由于Mg量子点层51及不掺杂的第一GaN层52均不属于电子的
供体，而增加的第二GaN层53则可以作为电子的载体，将不掺杂的GaN层与p型接触层6建立
起电子的流动通道，可以促进电子的流动。

[0044] 可选地，第二GaN层53的厚度为50～100nm。

[0045] 第二GaN层53的厚度在以上范围，得到的发光二极管外延片的发光效率较好，且发光二极管外延片的成本也较为合理。

[0046] 示例性地，第二GaN层53中p型杂质的掺杂浓度为p型GaN层4中p型杂质的掺杂浓度的0.3～0.8倍。

[0047] 第二GaN层53中p型杂质的掺杂浓度为p型GaN层4中p型杂质的掺杂浓度的0.3～0.8倍，第二GaN层53提供的电子为辅助作用，不会越过p型GaN层4提供过多的电子，也不会
对Mg量子点层51及第一GaN层52造成影响。第二GaN层53本身也可形成良好的过渡层，与p型
接触层6之间形成良好的欧姆接触，降低电阻。

[0048] 可选地，第二GaN层53中p型杂质的掺杂浓度为8E19‑5E19/cm3。

[0049] 此时第二GaN层53中p型杂质的掺杂浓度较为合理，可以与p型接触层6之间形成良好的欧姆接触，降低电阻。并且第二GaN层53本身的质量也较好。

[0050] 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，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
依次层叠的低温缓冲层7、高温缓冲层8、n型GaN层2、有源层3、电子阻挡层9、p型GaN层4、插
入层5及p型接触层6。

[0051] 需要说明的是，图2中所示的插入层5的结构与图1中所示的插入层5的结构相同，此处不再赘述。

[0052] 可选地，衬底1可为蓝宝石衬底1。易于制作与获取。

[0053] 示例性地，低温缓冲层7可为低温GaN缓冲层。能够保证在低温缓冲层7上生长的外延薄膜的晶体质量。

[0054] 可选地，低温缓冲层7的厚度可为10～30nm。能够减小n型GaN层2与衬底1之间的晶格失配，保证外延层2的生长质量。

[0055] 示例性地，高温缓冲层8可为非掺杂GaN层，非掺杂GaN层的厚度可为2～3.5μm。此时得到的发光二极管外延片的质量较好。

[0056] 示例性地，有源层3可包括交替层叠的GaN垒层31与InGaN阱层32。GaN垒层31的厚度可为8～15nm，InGaN阱层32的厚度可为1.5～3nm。

[0057] 可选地，电子阻挡层9可为掺Mg的AlyGa1‑yN层，其中y的范围在0.15～0.25内。阻挡电子的效果较好。

[0058] 示例性地，电子阻挡层9的厚度可为30～50nm。外延层2整体的质量较好。

[0059] 可选地，p型GaN层4可掺Mg，p型GaN层4的厚度可为50～80nm。得到的p型GaN层4整体的质量较好。

[0060] 可选地，p型接触层6也可为GaN材料制作。P型GaN层的厚度可为30～50nm。

[0061] 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，该发光二极管外延片制备方法包括：

[0062] S101：提供一衬底。

[0063] S102：在衬底上生长n型GaN层。

[0064] S103：在n型GaN层上生长有源层。

[0065] S104：在有源层上生长p型GaN层。

[0066] S105：在p型GaN层上生长插入层。插入层包括依次层叠在p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层，Mg量子点层包括多个分布在p型GaN层上的多个Mg量子点，第一GaN层为不
掺杂的GaN层。

[0067] 可选地，步骤S105，包括：

[0068] 向反应腔内通入流量为100～600sccm的Mg源，以在有源层上生长Mg量子点层；在Mg量子点层上生长第一GaN层。

[0069] 向反应腔内通入流量为以上范围的Mg源，可以保证Mg量子点层在p型GaN层上稳定生长，且最终得到的Mg量子点的尺寸不会过大。

[0070] 在本公开提供的一种实现方式中，向反应腔内通入的Mg源的流量也可为100～400sccm。

[0071] 得到的Mg量子点的大小程度较为合适，可以避免Mg量子点过大而导致漏电的风险。

[0072] 可选地，Mg量子点层的生长时长为30～60s。

[0073] 可以得到质量较好，且厚度适中的Mg量子点层。

[0074] 在本公开提供的一种实现方式中，Mg量子点的生长时长也可为30～50s。

[0075] 得到的Mg量子点的大小程度较为合适，可以避免Mg量子点过大而导致漏电的风险。

[0076] 可选地，Mg量子点层的生长温度可为850～920℃。Mg量子点层的生长压力可为200～400torr。

[0077] 此时能够得到厚度适宜，且粗糙程度合理的Mg量子点层，能够有效提高发光二极管外延片的发光效率。

[0078] 示例性地，第一GaN层的生长速率可为p型GaN层的生长速率的1.5～4倍。

[0079] 第一GaN层的生长速率为p型GaN层的生长速率的1.5～4倍，生长得到的第一GaN层的质量相对p型GaN层的质量会较为粗糙，可以在完整覆盖Mg量子点层的同时，第一GaN层本
身提供一个粗化效果，避免第一GaN层过于致密而导致全反射的情况发生，保证发光二极管
外延片最终的发光效率。

[0080] 可选地，第一GaN层的生长速率可为p型GaN层的生长速率的1.5～3倍。得到的发光二极管外延片的发光效率可以进一步提高。

[0081] 示例性地，第一GaN层的生长速率可为10～20nm/min。得到的第一GaN层本身的质量较好。

[0082] 可选地，第一GaN层的生长温度可为880～960℃。第一GaN层的生长压力可为200～(500torr。

[0083] 此时能够得到厚度适宜，且粗糙程度合理的第一GaN层，能够有效提高发光二极管外延片的发光效率。

[0084] 示例性地，插入层还可包括层叠在第一GaN层上的第二GaN层，第二GaN层中掺有p型杂质。在生长第二GaN层时，第二GaN层中Mg的掺杂浓度可为p型GaN层中Mg的掺杂浓度的
0.3～0.8倍。

[0085] 此时第二GaN层可以起到稳定促进载流子流动的效果，本身质量也较为合理，可以稳定过渡到p型接触层。

[0086] 在本公开提供的其他实现方式中，第二GaN层中Mg的掺杂浓度可为p型GaN层中Mg的掺杂浓度的0.3～0.6倍。能够进一步提高得到的发光二极管外延片的发光效率。

[0087] 可选地，第二GaN层中Mg的掺杂浓度可为8E19‑5E19/cm3。得到的发光二极管外延片的质量较好。

[0088] 需要说明的是，第二GaN层的生长速率可与p型GaN层的生长速率相同。

[0089] 可以得到质量较好的第二GaN层，从第一GaN层稳定过渡至p型接触层。

[0090] S106：在插入层上生长p型接触层。

[0091] 在p型GaN层与p型接触层之间增加插入层，插入层包括依次层叠在p型GaN层上的Mg量子点层与第一GaN层。Mg量子点层包括多个分布在p型GaN层上的多个Mg量子点，多个Mg
量子点与p型GaN层及第一GaN层之间的界面会较为粗糙，可以增加光线在p型GaN层的界面
处的漫反射，而减小光线在p型GaN层的界面处可能出现的全反射，从而提高光线的出射率。
且部分Mg量子点也会渗入p型GaN层中，也可以起到一定的提高p型GaN层中的电子浓度的作
用，进入有源层的电子数量增多，也可以提高发光率。而在Mg量子点层上生长不掺杂的第一
GaN层，可以覆盖Mg量子点层较为粗糙的表面，保证在第一GaN层上生长的p型接触层的质
量，且不掺杂的GaN层中没有杂质也可以避免对光线的吸收。最终得到的发光二极管外延片
的出光率可以得到提高。

[0092] 执行完步骤S106后的发光二极管外延片的结构可参见图1。

[0093] 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：

[0094] S201：提供一衬底。

[0095] 其中，衬底可为蓝宝石衬底。易于实现与制作。

[0096] 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。

[0097] 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。

[0098] S202：在衬底上生长低温缓冲层。

[0099] 步骤S202中，低温缓冲层可为低温GaN缓冲层。

[0100] 可选地，低温GaN缓冲层可生长在蓝宝石衬底的[0001]面上。低温GaN缓冲层与蓝宝石衬底的结合较为紧密，得到的低温GaN缓冲层的晶体质量较好。

[0101] 可选地，低温GaN缓冲层的厚度可为10～30nm。

[0102] 可选地，低温GaN缓冲层的生长温度可为530～560℃，生长压力可为200～500Torr。得到的GaN低温三维成核层的质量较好。

[0103] S203：在低温缓冲层上生长高温缓冲层。

[0104] 可选地，高温缓冲层可为非掺杂GaN层。非掺杂GaN层的厚度可为2～3.5um。

[0105] 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200～600torr。得到的非掺杂GaN层的质量较好。

[0106] S204：在高温缓冲层上生长n型GaN层。

[0107] 需要说明的是，步骤S204中的n型GaN层的结构及生长方式，与图3中所示的n型GaN层的结构及生长方式相同，因此此处不再赘述。

[0108] S205：在n型GaN层上生长有源层。

[0109] 有源层包括交替层叠的GaN垒层与InGaN阱层。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。

[0110] S206：在有源层上生长电子阻挡层。

[0111] 可选地，电子阻挡层可为掺Mg的AlyGa1‑yN层，其中y的范围在0.15～0.25内。阻挡电子的效果较好。

[0112] 电子阻挡层的生长厚度可为30～50nm。

[0113] 电子阻挡层的生长温度可为930～970℃，电子阻挡层的生长压力可为100Torr。在此条件下生长得到的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。

[0114] S207：在电子阻挡层上生长p型GaN层。

[0115] 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℃。

[0116] S208：在p型GaN层上生长插入层。

[0117] 插入层的生长条件及结构可参考图3中的步骤S105，因此此处不再赘述。

[0118] S209：在插入层上生长p型接触层。

[0119] 可选地，p型接触层的生长压力可为200～600Torr，p型接触层的生长温度可为940～980℃。

[0120] 执行完步骤S209后的发光二极管外延片的结构可参见图2，且外延层中各层厚度在图2所示的发光二极管外延片中进行了说明，因此图4所示的结构中不再赘述外延片中各
层的生长厚度。

[0121] 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。

[0122] 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。