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

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(英文：lightemittingdiode，簡稱：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、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。led的核心結(jié)構(gòu)是外延片，外延片的制作對(duì)led的光電特性有著較大的影響。

外延片通常包括緩沖層、u型gan層、n型gan層、發(fā)光層、電子阻擋層、p型gan層和透明導(dǎo)電層，p型gan層中摻雜有mg，用于提供空穴，與n型gan層提供的電子復(fù)合。

由于mg的激活能很高，這使得mg的激活效率很低，因此難以在外延片中得到較高的空穴濃度?？昭舛冗^低會(huì)降低發(fā)光效率，為了獲得較高的空穴濃度，現(xiàn)有的p型gan層中都摻雜有較高濃度的mg，但是高濃度mg摻雜的gan電阻率很高，達(dá)到了10⁸ω〃cm，使得p型gan層電阻很大，p型gan層的晶體質(zhì)量也會(huì)變差，導(dǎo)致正向工作電壓的升高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決高濃度mg摻雜的p型gan層電阻率高、晶體質(zhì)量差的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底和依次層疊在所述襯底上的緩沖層、u型gan層、n型gan層、發(fā)光層、電子阻擋層、p型gan層、mg3n2層和透明導(dǎo)電層，所述mg3n2層摻雜有si。

優(yōu)選地，所述mg3n2層的厚度為5～10nm。

進(jìn)一步地，所述mg3n2層中，si的摻雜濃度為1e17cm^-3～5e17cm^-3。

優(yōu)選地，所述p型gan層中，mg的摻雜濃度為5e18cm^-3～1e19cm^-3。

優(yōu)選地，所述p型gan層的厚度為50～100nm。

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

提供一襯底；

在所述襯底上依次生長緩沖層、u型gan層、n型gan層、發(fā)光層、電子阻擋層、p型gan層、mg3n2層和透明導(dǎo)電層，所述mg3n2層摻雜有si。

進(jìn)一步地，所述mg3n2層的生長溫度為900℃～1000℃。

優(yōu)選地，所述mg3n2層的生長壓力為100～300mbar。

可選地，所述mg3n2層的生長厚度為5～10nm。

可選地，所述mg3n2層中，si的摻雜濃度為1e17cm^-3～5e17cm^-3。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過在p型gan層上設(shè)置mg3n2層，由于mg3n2層中摻雜有si，雜質(zhì)si能降低mg的激活能，因此可以提高mg在mg3n2層中的激活效率，提高mg3n2層中的空穴濃度，從而可以由mg3n2層提供空穴，由于通過mg3n2層提供空穴，因此p型gan層中可以只摻雜較低濃度的mg，低濃度摻雜的p型gan層具有較小的電阻，有利于空穴的傳輸，可以提高空穴和電子在發(fā)光層中的復(fù)合，從而提高發(fā)光效率，此外，mg3n2層與透明導(dǎo)電層的接觸電阻很低，有利于降低led的正向工作電壓。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(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)施例提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；

圖4～圖11是本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光二極管的外延片制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12是一種現(xiàn)有的led的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是一種采用本發(fā)明實(shí)施例中的外延片制備的led的結(jié)構(gòu)示意圖。

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，該外延片包括襯底10和依次層疊在襯底10上的緩沖層20、u型gan層30、n型gan層40、發(fā)光層50、電子阻擋層60、p型gan層70、mg3n2層80和透明導(dǎo)電層90，mg3n2層80摻雜有si。

本發(fā)明實(shí)施例提供通過在p型gan層上設(shè)置mg3n2層，由于mg3n2層中摻雜有si，雜質(zhì)si能降低mg的激活能，因此可以提高mg在mg3n2層中的激活效率，提高mg3n2層中的空穴濃度，從而可以由mg3n2層提供空穴，由于通過mg3n2層提供空穴，因此p型gan層中可以只摻雜較低濃度的mg，低濃度摻雜的p型gan層具有較小的電阻，有利于空穴的傳輸，可以提高空穴和電子在發(fā)光層中的復(fù)合，從而提高發(fā)光效率，此外，mg3n2層與透明導(dǎo)電層的接觸電阻很低，有利于降低led的正向工作電壓。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，襯底10可以為藍(lán)寶石襯底。

優(yōu)選地，mg3n2層80的厚度可以為5～10nm。若mg3n2層80的厚度過大，會(huì)增厚外延片的總厚度，同時(shí)也會(huì)增加mg3n2層80對(duì)光線的吸收量，若mg3n2層80的厚度過小，則會(huì)導(dǎo)致mg3n2層80中的空穴的總數(shù)量下降。

可選地，mg3n2層80中，si的摻雜濃度可以為1e17cm^-3～5e17cm^-3。通過摻雜少量的si還可以降低mg3n2層80的電阻，減小mg3n2層80與透明導(dǎo)電層90的接觸電阻。

優(yōu)選地，p型gan層70中，mg的摻雜濃度可以為5e18cm^-3～1e19cm^-3。p型gan層70中mg的摻雜濃度低于現(xiàn)有外延片中的p型gan層70的mg的摻雜濃度(現(xiàn)有的外延片中，p型gan層中的mg的摻雜濃度通常為1e19cm^-3～1e20cm^-3)，mg的摻雜濃度降低可以有利于提高晶體質(zhì)量，降低p型gan層70的電阻，且有利于空穴的傳輸，從而可以進(jìn)一步提高電子和空穴在發(fā)光層中的復(fù)合效率，使發(fā)光效率得到提高。若p型gan層70中mg的摻雜濃度過低，則又會(huì)增大p型gan層70的電阻，不利于空穴的傳輸，還會(huì)增大正向工作電壓。

可選地，p型gan層70的厚度可以為50～100nm。p型gan層70的厚度小于現(xiàn)有外延片中的p型gan層70的厚度(現(xiàn)有的外延片中，p型gan層的厚度通常大于100nm)，降低p型gan層70的厚度可以有利于降低p型gan層70的電阻，從而降低正向工作電壓，但是若p型gan層70的厚度過薄，則不利于電流的橫向擴(kuò)展，造成電流擁擠。

在本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式中，緩沖層20可以是gan緩沖層。

可選地，發(fā)光層50可以包括交替層疊的inxga(1-x)n層和gan層，其中0.2＜x＜0.25。

可選地，電子阻擋層60可以是p型algan電子阻擋層。

可選地，透明導(dǎo)電層90可以是氧化銦錫層，氧化銦錫層是透明的導(dǎo)體，可以減少對(duì)光線的吸收，有利于提高發(fā)光效率。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖，如圖2所示，該制備方法包括：

s11：提供一襯底。

s12：在襯底上依次生長緩沖層、u型gan層、n型gan層、發(fā)光層、電子阻擋層、p型gan層、mg3n2層和透明導(dǎo)電層。

其中，mg3n2層摻雜有si。

本發(fā)明實(shí)施例提供通過在p型gan層上設(shè)置mg3n2層，由于mg3n2層中摻雜有si，雜質(zhì)si能降低mg的激活能，因此可以提高mg在mg3n2層中的激活效率，以使得mg3n2層中具有較高的空穴濃度，從而可以由mg3n2層提供空穴，由于mg3n2層也可以提供空穴，因此p型gan層中可以只摻雜較低濃度的mg，低濃度摻雜的p型gan層具有較小的電阻，有利于空穴的傳輸，可以提高空穴和電子在發(fā)光層中的復(fù)合，從而提高發(fā)光效率。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖，下面結(jié)合附圖4～11對(duì)圖3提供的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明：

s21：提供一襯底。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，該襯底可以是藍(lán)寶石襯底，藍(lán)寶石襯底是一種常見的襯底，制備工藝較為成熟。

在步驟s21中，可以對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)處理，將藍(lán)寶石襯底置于反應(yīng)腔中，對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行退火處理8～10分鐘。

具體地，退火溫度可以為1000～1100℃，退火壓力可以為100～300mbar，進(jìn)行退火處理時(shí)，向反應(yīng)腔內(nèi)以100l/min～130l/min的速度通入h2，以在氫氣氣氛下進(jìn)行退火處理。

s22：在襯底上外延生長緩沖層。

如圖4所示，在襯底10上生長gan緩沖層20。

其中，gan緩沖層20的厚度可以為20nm～40nm，生長的gan緩沖層20的厚度不同，最終形成的外延層的質(zhì)量也會(huì)不同，若gan緩沖層20的厚度過薄，則會(huì)導(dǎo)致gan緩沖層20的表面較為疏松和粗糙，不能為后續(xù)結(jié)構(gòu)的生長提供一個(gè)好的模板，隨著gan緩沖層20厚度的增加，gan緩沖層20的表面逐漸變得較為致密和平整，有利于后續(xù)結(jié)構(gòu)的生長，但是若gan緩沖層20的厚度過厚，則會(huì)導(dǎo)致gan緩沖層20的表面過于致密，同樣不利于后續(xù)結(jié)構(gòu)的生長，無法減少外延層中的晶格缺陷。

具體地，生長gan緩沖層20時(shí)，控制nh3的流量為10000～20000sccm，三甲基鎵的流量為50～100sccm，h2的流量為100～130l/min。

gan緩沖層20的生長溫度可以為500～600℃，生長壓力可以為300～600mbar。

優(yōu)選地，在步驟s22之后，還可以對(duì)gan緩沖層20進(jìn)行處理，以使gan緩沖層20的表面形成不規(guī)則小島。

具體地，可以升高反應(yīng)腔內(nèi)的溫度到1000～1100℃，保持反應(yīng)腔內(nèi)的壓力為300～600mbar，控制nh3的流量為30000～40000sccm，h2的流量為100～130l/min，持續(xù)300～500秒，從而使得gan緩沖層20的表面形成不規(guī)則小島，避免gan緩沖層20的表面過于致密。

s23：在緩沖層上生長u型gan層。

如圖5所示，在gan緩沖層20上生長u型gan層30。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，u型gan層30的厚度可以為2μm～4μm，若u型gan層30的厚度過薄，會(huì)增加后續(xù)生長的結(jié)構(gòu)中的位錯(cuò)密度，u型gan層30的厚度過厚，會(huì)增大外延片的正向電阻。

具體地，生長u型gan層30時(shí)，控制nh3的流量為30000～40000sccm，三甲基鎵的流量為200～400sccm，h2的流量為100～130l/min。

u型gan層30的生長溫度可以為1000～1200℃，生長壓力可以為300～600mbar。

s24：在u型gan層上生長n型gan層。

如圖6所示，在u型gan層30上生長n型gan層40。

具體地，n型gan層40可以包括第一n型gan子層41和第二n型gan子層42。

步驟s24可以包括：

在u型gan層30上生長第一n型gan子層41。

其中，第一n型gan子層41的厚度可以為3～4μm。

進(jìn)一步地，生長第一n型gan子層41時(shí)，控制nh3的流量為30000～60000sccm，三甲基鎵的流量為200～400sccm，h2的流量為100～130l/min，sih4的流量為20～50sccm。

第一n型gan子層41的生長溫度可以為1000～1200℃，生長壓力可以為300～600mbar。

可選地，第一n型gan子層41中的si摻雜濃度可以為5e18cm^-3～1e19cm^-3。

在第一n型gan子層41上生長第二n型gan子層42。

其中，第二n型gan子層42的厚度可以為200～400nm。

進(jìn)一步地，生長第二n型gan子層42時(shí)，控制nh3的流量為30000～60000sccm，三甲基鎵的流量為200～400sccm，h2的流量為100～130l/min，sih4的流量為2～10sccm。

第二n型gan子層42的生長溫度可以為1000～1200℃，生長壓力可以為300～600mbar。

可選地，第二n型gan子層42中的si摻雜濃度可以為5e17cm^-3～1e18cm^-3。

s25：在n型gan層上生長發(fā)光層。

如圖7所示，在n型gan層40上生長發(fā)光層50。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，發(fā)光層50可以包括交替層疊的inxga(1-x)n層51和gan層52，其中0.2＜x＜0.25。inxga(1-x)n層51和gan層52交替層疊的周期數(shù)可以為7～15。

需要說明的是，圖7中僅示出了發(fā)光層50中的部分結(jié)構(gòu)，并不用于限制inxga(1-x)n層51和gan層52交替層疊的周期為2。

具體地，生長inxga(1-x)n層51時(shí)，控制nh3的流量為50000～70000sccm，三甲基鎵的流量為20～40sccm，三甲基銦的流量為1500～2000sccm，n2的流量為100～130l/min。

可選地，inxga(1-x)n層51的厚度可以為2.5～3.5nm。

inxga(1-x)n層51的生長溫度可以為700～750℃，生長壓力可以為300～400mbar。

具體地，生長gan層52時(shí)，控制nh3的流量為50000～70000sccm，三甲基鎵的流量為20～100sccm，n2的流量為100～130l/min。

可選地，gan層52的厚度可以為8～15nm。

gan層52的生長溫度可以為750～850℃，生長壓力可以為300～400mbar。

s26：在發(fā)光層上生長電子阻擋層。

如圖8所示，在發(fā)光層50上生長p型algan電子阻擋層60。

實(shí)現(xiàn)時(shí)，p型algan電子阻擋層60的厚度可以為50nm～100nm，若p型algan電子阻擋層60的厚度過薄，會(huì)降低對(duì)電子的阻擋作用，若p型algan電子阻擋層60的厚度過厚，則會(huì)增加p型algan電子阻擋層60會(huì)光的吸收，從而導(dǎo)致led的亮度降低。

具體地，生長p型algan電子阻擋層60時(shí)，控制nh3的流量為50000～70000sccm，三甲基鎵的流量為30～60sccm，h2的流量為100～130l/min，三甲基鋁的流量為100～130sccm，二茂鎂的流量為1000～1300sccm。

p型algan電子阻擋層60的生長溫度可以為900～950℃，生長壓力可以為200～400mbar。

可選地，p型algan電子阻擋層60中的mg摻雜濃度可以為1e19cm^-3～1e20cm^-3，al的濃度可以為1e20cm^-3～3e20cm^-3。

s27：在電子阻擋層上生長p型gan層。

如圖9所示，在p型algan電子阻擋層60上生長p型gan層70。

具體地，p型gan層70的厚度可以為50nm～100nm。

具體地，生長p型gan層70時(shí)，控制nh3的流量為50000～70000sccm，三甲基鎵的流量為20～100sccm，h2的流量為100～130l/min，二茂鎂的流量為1000～2000sccm。

p型gan層70的生長溫度可以為950～1000℃，生長壓力可以為400～900mbar。

可選地，p型gan層70中的mg摻雜濃度可以為5e18cm^-3～1e19cm^-3。p型gan層70中mg的摻雜濃度低于現(xiàn)有外延片中的p型gan層的mg的摻雜濃度(現(xiàn)有的外延片中，p型gan層中的mg的摻雜濃度通常為1e19cm^-3～1e20cm^-3)，mg的摻雜濃度降低可以有利于提高晶體質(zhì)量，降低p型gan層70的電阻，且有利于空穴的傳輸，從而可以進(jìn)一步提高電子和空穴在發(fā)光層中的復(fù)合效率，使發(fā)光效率得到提高。若p型gan層70中mg的摻雜濃度過低，則又會(huì)增大p型gan層70的電阻，不利于空穴的傳輸，還會(huì)增大正向工作電壓。

s28：在p型gan層上生長mg3n2層。

如圖10所示，在p型gan層70上生長mg3n2層80。

具體地，mg3n2層80的生長厚度可以為5～10nm。

具體地，生長mg3n2層80時(shí)，控制nh3的流量為50000～70000sccm，三甲基鎵的流量為10～20sccm，h2的流量為100～130l/min，二茂鎂的流量為2000～4000sccm，sih4的流量為1～3sccm。

mg3n2層80的生長溫度可以為900～1000℃，生長壓力可以為100～300mbar。

可選地，mg3n2層80中的si摻雜濃度可以為1e17cm^-3～5e17cm^-3。通過摻雜少量的si還可以降低mg3n2層80的電阻，減小mg3n2層80與透明導(dǎo)電層的接觸電阻。

s29：將反應(yīng)腔在650～680℃保溫20～30min，之后關(guān)閉加熱系統(tǒng)和給氣系統(tǒng)，待反應(yīng)腔溫度降低至室溫。

s30：在mg3n2層上形成透明導(dǎo)電層。

如圖11所示，在mg3n2層80上生長透明導(dǎo)電層90。

透明導(dǎo)電層90可以是氧化銦錫層，氧化銦錫層是透明的導(dǎo)體，可以減少對(duì)光線的吸收，有利于提高發(fā)光效率。

透明導(dǎo)電層90的制作可以采用現(xiàn)有技術(shù)，此處不再詳述。

在完成透明導(dǎo)電層的制作后，可以對(duì)外延片進(jìn)行后續(xù)制程，以制備led。

圖12是一種現(xiàn)有的led的結(jié)構(gòu)示意圖，圖13是一種采用本發(fā)明實(shí)施例中的外延片制備的led的結(jié)構(gòu)示意圖，兩種led中的透明導(dǎo)電層90均為150nm的氧化銦錫層，且制備工藝相同，兩種led中的電極材料相同，均為cr/pt/au電極110，厚度均為1500nm，且制備工藝相同，兩種led中的保護(hù)層120均為100nm的sio2，兩種led的尺寸相同，均為25mil×25mil，且采用相同的切割工藝，在相同的封裝工藝下封裝成白光led，分別隨機(jī)抽取100顆，在350ma電流下進(jìn)行測試，下表為測試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表。

由以上數(shù)據(jù)可知，采用本發(fā)明中的外延片制備的led，亮度從132.34lm/w提升到了145.72lm/w，電壓從3.162v降低到了3.033v，有效提高了led的亮度，并且降低了工作電壓。

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)。