紫外发光二极管外延片及其制备方法

技术领域

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

背景技术

紫外发光二极管是一种用于光固化的发光产品，常用于食物封口材料固化、医用胶固化等，紫外发光二极管外延片则是用于制备紫外发光二极管基础结构。紫外发光二极管外延片通常包括衬底及衬底上生长的n型AlGaN层、GaN/AlGaN多量子阱层及p型AlGaN层。

紫外发光二极管外延片中AlGaN材料与衬底之间的晶格失配度较高，通常即使在衬底与n型AlGaN层之间增加了AlGaN缓冲层，得到的n型AlGaN层及GaN/AlGaN多量子阱层中也会存在较多的缺陷，最终得到的紫外发光二极管的质量仍不够好，紫外发光二极管的发光效率不够高。

发明内容

本公开实施例提供了一种紫外发光二极管外延片及其制备方法，可以提高紫外发光二极管的晶体质量以最终提高紫外发光二极管的发光效率。所述技术方案如下：

本公开实施例提供可一种紫外发光二极管外延片，所述紫外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、n型AlGaN层、GaN/AlGaN多量子阱层及p型AlGaN层，

所述缓冲层包括交替层叠的AlGaN子层与SiN子层。

可选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述衬底的表面层叠所述缓冲层中的AlGaN子层。

可选地，所述SiN子层的厚度为1～2nm，所述AlGaN子层的厚度为5～10nm。

可选地，所述缓冲层的厚度为30～300nm。

本公开实施例提供了一种紫外发光二极管外延片的制备方法，所述紫外发光二极管外延片的制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长缓冲层，所述缓冲层包括交替生长的AlGaN子层与SiN子层；

在所述缓冲层上生长n型AlGaN层；

在所述n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层；

在所述GaN/AlGaN多量子阱层上生长p型AlGaN层。

可选地，所述在所述衬底上生长缓冲层，包括：

向反应腔内通入Ga源、Al源及N源，生长所述AlGaN子层直至所述AlGaN子层的表面平整；

向反应腔内通入Si源及N源，生长所述SiN子层直至所述SiN子层的表面存在自然凹坑；

重复以上步骤在所述衬底上得到缓冲层。

可选地，所述在所述衬底上生长缓冲层，包括：

所述缓冲层的生长温度为1100-1200℃。

可选地，所述衬底为蓝宝石衬底，所述紫外发光二极管外延片的制备方法还包括：

在所述衬底上生长所述缓冲层之前，对所述衬底进行表面清理；

将表面清理后的衬底放置在600～1000℃的氮气环境中处理，直至所述蓝宝石衬底表面的部分氧原子被氮原子取代。

可选地，将表面清理后的衬底放置在600～1000℃的氮气环境中处理1h～1.5h。

可选地，述衬底在压力为0～1torr的氮气环境中进行处理。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

将衬底与n型AlGaN层之间的缓冲层设置为包括交替层叠的AlGaN子层与SiN子层。AlGaN子层可以在衬底上稳定生长，SiN子层则可以抑制AlGaN子层生长时存在的缺陷进一步向上延伸至n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层中，减小n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层中会存在的缺陷，以提高n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的质量。并且AlGaN子层与SiN子层交替层叠，也可以一定程度上释放底层AlGaN子层与SiN子层积累的应力，使得最靠近n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的AlGaN子层与SiN子层中的应力与缺陷相对较少。靠近n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的AlGaN子层与SiN子层的质量较好，则可以作为n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的良好生长基础，使生长在缓冲层上的n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的质量得到进一步提高，最终得到的发光二极管中的发光效率得到提高。

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紫外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紫外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紫外发光二极管外延片及其制备方法流程图；

图4是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片及其制备方法流程图。

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。

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结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供可一种紫外发光二极管外延片，紫外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、n型AlGaN层3、GaN/AlGaN多量子阱层4及p型AlGaN层5。缓冲层2包括交替层叠的AlGaN子层21与SiN子层22。

将衬底1与n型AlGaN层3之间的缓冲层2设置为包括交替层叠的AlGaN子层21与SiN子层22。AlGaN子层21可以在衬底1上稳定生长，SiN子层22则可以抑制AlGaN子层21生长时存在的缺陷进一步向上延伸至n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4中，减小n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4中会存在的缺陷，以提高n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的质量。并且AlGaN子层21与SiN子层22交替层叠，也可以一定程度上释放底层AlGaN子层21与SiN子层22积累的应力，使得最靠近n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的AlGaN子层21与SiN子层22中的应力与缺陷相对较少。靠近n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的AlGaN子层21与SiN子层22的质量较好，则可以作为n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的良好生长基础，使生长在缓冲层2上的n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的质量得到进一步提高，最终得到的发光二极管中的发光效率得到提高。

参考图1可知，衬底1可为蓝宝石衬底1，衬底1的表面直接层叠缓冲层2中的AlGaN子层21。

衬底1为蓝宝石衬底1时，相对其他硅衬底1之类的衬底1，可以与大部分外延材料实现良好的连接。因为AlGaN子层21相对SiN子层22与蓝宝石衬底1之间的晶格失配小一些，因此在衬底1的表面直接层叠缓冲层2中的AlGaN子层21，可以减小缓冲层2自身生长时因晶格失配带来的晶格缺陷，提高缓冲层2本身的质量，进而提高在缓冲层2上生长的n型AlGaN层3与GaN/AlGaN多量子阱层4的晶体质量。

示例性地，缓冲层2的厚度为30～300nm。

缓冲层2的厚度在以上范围内时，可以保证缓冲层2本身的生长质量较好，且不会过多地提高紫外发光二极管外延片的制备成本。

可选地，SiN子层22的厚度可为1～2nm，AlGaN子层21的厚度为5～10nm。

AlGaN子层21的厚度为5～10nm，可以有效释放应力，并形成质量较好的AlGaN子层21。SiN子层22的厚度为1～2nm，则可以有效阻挡缺陷延伸，并且SiN子层22自身生长时也不会积累过多的晶格缺陷。并且SiN子层22的厚度为1～2nm时，SiN子层22的表面可能会存在没有完全成膜的区域，并由此留下凹坑，厚度为5～10nm的AlGaN子层21则可以填平凹坑，与SiN子层22结合紧密，且AlGaN子层21内应力的分布也较为均匀。

图2是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，在本公开实施例提供的另一种实现方式中，紫外发光二极管外延片可包括衬底1与在衬底1上依次层叠的缓冲层2、未掺杂AlGaN层6、n型AlGaN层3、GaN/AlGaN多量子阱层4、电子阻挡层6、p型AlGaN层5及p型接触层7。

需要说明的是，图2中所示的缓冲层2的结构与图1中所示的缓冲层2的结构相同，此处不再赘述。

可选地，未掺杂AlGaN层6的厚度可为0.1至3.0微米。

未掺杂AlGaN层6的厚度较为恰当，成本较为合理的同时可以有效提高紫外发光二极管的质量。

可选地，n型AlGaN层3的厚度可在1.5～3.5微米之间。

n型AlGaN层3可以合理提供载流子，n型AlGaN层3本身的质量也好。

示例性地，n型AlGaN层3中所掺杂的n型元素可为Si元素。

示例性地，GaN/AlGaN多量子阱层4可为多量子阱结构。GaN/AlGaN多量子阱层4包括交替层叠的GaN层41和Al

GaN层41和Al

可选地，GaN层41的厚度可在3nm左右，Al

示例性地，电子阻挡层6可为P型Al

示例性地，p型AlGaN层5可为P型掺杂AlGaN层。便于制备与获取。

可选地，p型AlGaN层5的厚度为50～300nm。得到的p型AlGaN层5整体的质量较好。

示例性地，p型接触层7可为p型GaN接触层，p型接触层7的厚度可为10～100nm。得到的p型接触层7的质量较好。

需要说明的是，图2仅为本公开实施例提供的紫外发光二极管的一种实现方式，在本公开所提供的其他实现方式中，紫外发光二极管也可为包括有反射层的其他形式的紫外发光二极管，本公开对此不做限制。

图3是本公开实施例提供的一种紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该紫外发光二极管外延片制备方法包括：

S101：提供一衬底。

S102：在衬底上生长缓冲层，缓冲层包括交替生长的AlGaN子层与SiN子层。

S103：在缓冲层上生长n型AlGaN层。

S104：在n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层。

S105：在GaN/AlGaN多量子阱层上生长p型AlGaN层。

将衬底与n型AlGaN层之间的缓冲层设置为包括交替层叠的AlGaN子层与SiN子层。AlGaN子层可以在衬底上稳定生长，SiN子层则可以抑制AlGaN子层生长时存在的缺陷进一步向上延伸至n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层中，减小n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层中会存在的缺陷，以提高n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的质量。并且AlGaN子层与SiN子层交替层叠，也可以一定程度上释放底层AlGaN子层与SiN子层积累的应力，使得最靠近n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的AlGaN子层与SiN子层中的应力与缺陷相对较少。靠近n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的AlGaN子层与SiN子层的质量较好，则可以作为n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的良好生长基础，使生长在缓冲层上的n型AlGaN层与GaN/AlGaN多量子阱层的质量得到进一步提高，最终得到的发光二极管中的发光效率得到提高。

执行完步骤S105后的紫外发光二极管外延片的结构可参见图1。

图4是本公开实施例提供的另一种紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图4所示，该紫外发光二极管外延片制备方法包括：

S201：提供一衬底。

可选地，衬底可为蓝宝石衬底。

S202：对衬底进行表面清理；将表面清理后的衬底放置在600～1000℃的氮气环境中处理，直至蓝宝石衬底表面的部分氧原子被氮原子取代。

可选地，对衬底进行表面清理，包括：

在氢气气氛中，反应腔内的温度在1000～1200℃的条件下，对衬底高温热处理10～15分钟。可以清除衬底表面所存在的大部分杂质。

可选地，对衬底进行表面清理时，反应腔内的压力可为150～500Torr。可以保证衬底表面的杂质的稳定去除。

步骤S202中，高温可以促进衬底表面与纯氮气接触，衬底表面可以层铺一层氮原子，且衬底表面的部分氧原子可能被氮原子替换。氧原子被替换的蓝宝石衬底的表面更接近于AlN材料的晶格常数，AlN材料与AlGaN子层之间的晶格失配小于Al

示例性地，衬底在温度为600～1000℃的氮气环境中进行处理1h～1.5h。

衬底在温度为600～1000℃的氮气环境中进行处理以上时长，可以保证有较大部分的氧原子可以被氮原子取代，保证缓冲层的生长质量。

可选地，述衬底在压力为0～1torr的氮气环境中进行处理。

压力为0～1torr时，反应腔内部的压力非常低，在这种低压高温的环境下，蓝宝石衬底Al

可以保证氮原子稳定快速地取代蓝宝石衬底的表面的部分氧原子。

S203：在衬底上生长缓冲层，缓冲层包括交替生长的AlGaN子层与SiN子层。

可选地，步骤S203，包括：向反应腔内通入Ga源、Al源及N源，生长AlGaN子层直至AlGaN子层的表面平整；向反应腔内通入Si源及N源，生长SiN子层直至SiN子层的表面存在自然凹坑；重复以上步骤在衬底上得到缓冲层。

在生长SiN子层时，可以控制SiN子层的生长厚度与生长时间，使SiN子层可以不完全成膜，再生长AlGaN子层时控制AlGaN子层生长至表面完全平整，填平SiN子层上存在的凹坑。得到的AlGaN子层与SiN子层的结合更为紧密，且以上方法生长出的AlGaN子层的应力分布较传统的紫外发光二极管外延片更加均匀，从而可以提高后续外延层的生长质量，有利于紫外发光二极管发光效率的提升。

步骤S203可包括：缓冲层的生长温度为1100-1200℃。

缓冲层的生长温度为1100-1200℃，可以有效提高得到的缓冲层的晶体质量，并减小从缓冲层延伸至n型AlGaN层中的缺陷。相对传统方式中，缓冲层一般采用低于900℃的温度生长，通过低温生长使AlGaN材料的表面粗糙度增加的方式，可以有效提高紫外发光二极管外延片的质量。

示例性地，缓冲层的生长压力可为50～150Torr。较低的压力环境可以降低缓冲层的生长速率，使得缓冲层可以缓慢稳定地生长，保证缓冲层均匀生长，提高缓冲层的质量。

S204：在缓冲层上生长未掺杂AlGaN层。

可选地，未掺杂AlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，压力为50～200torr。得到的未掺杂AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

可选地，未掺杂AlGaN层的生长厚度在0.1至3.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

S205：在未掺杂AlGaN层上生长n型AlGaN层。

可选地，n型层为Si掺杂的n型AlGaN层。易于制备与获取。

可选地，n型AlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，压力为50～200torr。得到的n型AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

示例性地，n型AlGaN层的生长厚度在1至4.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

示例性地，n型AlGaN层中，Si掺杂浓度在10

S206：在n型AlGaN层上生长GaN/AlGaN多量子阱层。

可选地，GaN/AlGaN多量子阱层可包括多量子阱结构。GaN/AlGaN多量子阱层包括多个交替层叠的GaN层和Al

示例性地，GaN层的生长温度的范围在850℃-950℃间，压力范围在100Torr与300Torr之间；Al

可选地，GaN层的阱厚在3nm左右，垒的厚度在8nm至20nm间。得到的GaN/AlGaN多量子阱层的质量较好且成本合理。

S207：在GaN/AlGaN多量子阱层上生长电子阻挡层。

可选地，电子阻挡层可为p型Al

可选地，p型Al

示例性地，p型掺杂AlGaN层的生长厚度在15至60纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

S208：在电子阻挡层上生长p型AlGaN层。

可选地，p型AlGaN层的生长温度为850℃-1050℃，压力为50～200torr。得到的p型AlGaN层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

示例性地，p型AlGaN层的生长厚度在100至300纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

S209：在p型AlGaN层上生长p型接触层。

可选地，p型接触层可为p型GaN材料制作。

可选地，p型接触层的生长温度为850℃-1050℃，压力为100～600torr。得到的p型接触层的质量更好。

示例性地，p型接触层的生长厚度在10至300纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。

S210：对发光二极管外延片退火处理。

可选地，退火处理的温度可为650℃-850℃，时间可为5到15分钟。能够释放外延片中的热应力，保证得到的紫外发光二极管的晶体质量。

执行完步骤S210后的紫外发光二极管外延片的结构可参见图2。

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H

以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，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，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开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，均仍属于本公开技术方案的范围内。