新型LED外延片及其制备方法与流程

本发明涉及led(英文：lightemittingdiode，中文：发光二极管)领域，特别涉及一种新型led外延片及其制备方法。

背景技术：

led作为一种高效、绿色环保的新型固态照明光源，具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高及使用功耗低等优点，因而在照明领域得到了广泛的应用，同时led在手机、显示屏等背光方面的应用也愈来愈热门。

led外延片是led内部的晶片生产的原材料。现有的led外延片通常包括衬底、以及依次生长在衬底上的未掺杂gan层、n型gan层、多量子阱层和p型gan层。其中，有源层包括若干交替生长的ingan层和gan层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

对于led外延片来说，n型gan层提供载流子中的电子，p型gan层提供载流子中的空穴，而这两种载流子传输至多量子阱层中时在量子阱(即ingan层)中发生辐射复合发光。量子阱中发出的光经过p型gan层后从各个方向射出，由于部分光(侧向光)射出的方向是朝外延片两侧扩散的，对于只用到轴向光的产品部分侧向光会被浪费掉，造成外延片的外量子效率较低。

技术实现要素：

为了解决现有技术外延片的发光效率低的问题，本发明实施例提供了一种新型led外延片及其制备方法。所述技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种新型led外延片，所述新型led外延片包括：衬底，以及依次覆盖在所述衬底上的u型gan层、n型gan层、多量子阱有源层和p型gan载流子层，所述多量子阱有源层包括交替生长的多个ingan阱层和多个gan垒层；

所述新型led外延片还包括：在所述p型gan载流子层上生长的gan提亮层，所述gan提亮层为掺杂mg的p型gan层，所述gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，所述凸起的高度为0.5-0.8μm；所述凸起的形状为块状或柱状；

所述gan提亮层在n2环境下生长而成；

所述gan提亮层的生长温度为t：950℃≤t≤980℃；

所述gan提亮层生长时通入(c5h5)2mg作为mg源，所述(c5h5)2mg的流量为m1：100sccm≤m1≤120sccm。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述gan提亮层的生长压力为p：150torr≤p≤680torr。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述gan提亮层生长时通入tmga作为ga源，所述tmga的流量为m：50sccm≤m≤200sccm。

第二方面，本发明实施例还提供了一种新型led外延片制备方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次生长u型gan层和n型gan层；

在所述n型gan层上生长多量子阱有源层，所述多量子阱有源层包括交替生长的多个ingan阱层和多个gan垒层；

在所述多量子阱有源层上生长p型gan载流子层；

在生长温度为950℃～980℃的环境下，在n2环境下，在所述p型gan载流子层上生长gan提亮层，所述gan提亮层为掺杂mg的p型gan层，所述gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，所述凸起的高度为0.5-0.8μm；所述凸起的形状为块状或柱状，所述gan提亮层生长时通入(c5h5)2mg作为mg源，所述(c5h5)2mg的流量为m1：100sccm≤m1≤120sccm。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述在所述p型gan载流子层上生长gan提亮层，包括：

在生长压力为150torr～680torr的环境下，在所述p型gan载流子层上生长gan提亮层。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述gan提亮层生长时通入tmga作为ga源，所述tmga的流量为m：50sccm≤m≤200sccm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过在p型gan载流子层上设置gan提亮层，gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，凸起的高度为0.2-1.5μm；多量子阱有源层中射出的光经过gan载流子层，部分光射出的方向是朝外延片两侧扩散的，这部分光经过gan载流子层后进入gan提亮层，由于gan提亮层的表面具有凸起，且凸起具有一定高度，当这部分光照射到凸起后会产生反射，改变光的方向朝向外延片的轴向，从而避免了这部分光的浪费，进而提高了发光效率；另外，凸起的高度为0.2-1.5μm，既可以保证对光的反射效果，以满足光效提高需求，又不至于造成外延片整体厚度过大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的新型led外延片的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的新型led外延片中gan提亮层的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的新型led外延片制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种新型led外延片的结构示意图，参见图1，该新型led外延片包括：衬底100，以及依次覆盖在衬底100上的u型gan层101、n型gan层102、多量子阱有源层103、以及p型gan载流子层104，该多量子阱有源层103包括：交替生长的多个ingan阱层和多个gan垒层。

其中，新型led外延片还包括：覆盖在p型gan载流子层上的gan提亮层105。参见图2，gan提亮层105远离p型gan载流子层104的一面上均匀间隔分布有多个凸起1051，凸起1051的高度为0.2-1.5μm。如图2所示，当多量子阱有源层103中射出的光经过gan载流子层104，由于部分光射出的方向是朝外延片两侧扩散的(如图2中的方向a)，这部分光会被浪费掉；而在设置了gan提亮层105后，光经过gan载流子层104后进入gan提亮层105，由于gan提亮层105的表面具有凸起1051，部分朝外延片两侧扩散的光照射到凸起1051后会产生反射，改变光的方向朝向外延片的轴向(如图2中的方向b)，从而避免了这部分光的浪费，进而提高了发光效率。

在本发明实施例中，凸起1051可以为规则和不规则形状，通常为块状或柱状，图2所示形状仅为举例。各个凸起1051的高度均处于0.2-1.5μm之间。

在本发明实施例中，gan提亮层105的厚度大于或等于凸起1051的厚度。当gan提亮层105的厚度大于凸起1051的厚度时，gan提亮层105包括位于gan载流子层104上的底部薄层和底部薄层上的凸起1051，底部薄层的厚度不大于凸起1051的厚度。当gan提亮层105的厚度等于凸起1051的厚度时，gan提亮层105仅包括位于gan载流子层104上的凸起1051。

优选地，上述凸起1051的厚度为0.5-0.8μm。gan提亮层105可以为掺杂mg的p型gan层，此材料晶体质量不是很好，凸起1051过厚会导致其电特性变差，同时也会因为过厚吸光，导致亮度下降；凸起1051过薄则对光的反射效果差，光效提高效果差。

在本发明实施例的一种实现方式中，gan提亮层105的生长温度为t：900℃≤t≤1000℃。gan提亮层105的生长温度过低，晶体质量不好，影响光电特性；gan提亮层105的生长温度过高，又会达不到改变形貌的效果(无法形成所需的凸起1051)，提亮效果不明显。优选地，生长温度为950-980℃。

在本发明实施例的一种实现方式中，gan提亮层105的生长压力为p：150torr≤p≤680torr。gan提亮层105的生长压力过高，会导致mg难以掺杂，造成外延片电压过高；gan提亮层105的生长压力过低，又会达不到改变形貌的效果(无法形成所需的凸起1051)，提亮效果不明显。

具体地，gan提亮层105生长时通入tmga作为ga源，tmga的流量为m：50sccm≤m≤200sccm。tmga的流量过高，达不到改变形貌的效果(无法形成凸起1051)；tmga的流量过低，流量计设备无法对流量进行精确控制，同时会造成gan提亮层105生长过慢，造成时间成本增加。优选地，tmga的流量为100-150sccm。

具体地，gan提亮层105生长时通入(c5h5)2mg作为mg源，(c5h5)2mg的流量为m1：50sccm≤m1≤200sccm。通过在gan提亮层105中掺杂mg，实现凸起1051形成，同时可以改善电压，提供空穴。(c5h5)2mg的流量过低或过高电压，都会造成外延片电压过高。优选地，(c5h5)2mg的流量为100-120sccm。

具体地，gan提亮层105在n2环境下进行生长。在n2环境下生长gan提亮层105，更有利于达到形貌要求。

其中，ingan阱层和gan垒层的层数均为6。

进一步地，u型gan层101的厚度为1～4μm(优选2μm)，n型gan层102的厚度为1～4μm(优选2μm)，ingan阱层的厚度为2.8～3.8nm(优选为3～3.5nm)，gan垒层的厚度为6nm～20nm(优选为8～15nm)，p型gan载流子层104的厚度为100～500nm(优选200nm)。

在本实施例中，衬底100包括但不限于蓝宝石衬底。

本发明通过在p型gan载流子层上设置gan提亮层，gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，凸起的高度为0.2-1.5μm；多量子阱有源层中射出的光经过gan载流子层，部分光射出的方向是朝外延片两侧扩散的，这部分光经过gan载流子层后进入gan提亮层，由于gan提亮层的表面具有凸起，且凸起具有一定高度，当这部分光照射到凸起后会产生反射，改变光的方向朝向外延片的轴向，从而避免了这部分光的浪费，进而提高了发光效率。实验结果表明，通过增加gan提亮层，可以使裸晶亮度提升幅度达50％以上，封装亮度提升幅度达20％以上。进一步地，这种结构的外延片，一方面可以提升产品的绝对亮度，以提升led产品的市场竞争力，从而抢占市场份额；另一方面，还可以对部分亮度已超出需求产品进行成本缩减，比如缩小芯片尺寸、降低外延原材料要求等，从而降低led产品成本。

另外，上述凸起的高度为0.2-1.5μm，既可以保证对光的反射效果，以满足光效提高需求，又不至于造成外延片整体厚度过大。

图3是本发明实施例提供的一种新型led外延片制备方法的流程图，该方法用于制备图1和图2所示的led外延片，参见图3，该方法包括：

步骤200：提供一衬底。

在本实施例中，衬底包括但不限于蓝宝石衬底。

具体地，步骤200可以包括：将放置在石墨盘中蓝宝石衬底送入反应腔中，并加热反应腔至1000～1100℃，增大反应腔内压强至500torr，对蓝宝石衬底进行5min的预处理。

步骤201：在衬底上依次生长u型gan层和n型gan层。

具体地，步骤201可以包括：加热反应腔至1100～1200℃，降低反应腔内压强至200torr，在蓝宝石衬底上生长一层1～4μm(优选2μm)厚的u型gan层；

保持反应腔内温度为1100～1200℃，保持反应腔内压强为200torr，在u型gan层上生长一层1～4μm(优选2μm)厚掺si的n型gan层。

步骤202：在n型gan层上生长多量子阱有源层，该多量子阱有源层包括交替生长的多个ingan阱层和多个gan垒层。

具体地，步骤202可以包括：保持反应腔内压强为200torr，同时降低反应腔内温度，在n型gan层上生长一层多量子阱有源层，该多量子阱有源层包括6个ingan阱层、和6个与ingan阱层交替生长的gan垒层，其中，ingan阱层的厚度为2.8～3.8nm(优选为3～3.5nm)，生长温度为750～780℃；gan垒层的厚度为6nm～20nm(优选为8～15nm)，生长温度为900℃。

步骤203：在多量子阱有源层上生长p型gan载流子层。

具体地，步骤203可以包括：加热反应腔至940～970℃，反应腔内压强保持为200torr，在多量子阱有源区层上生长一层100～500nm(优选200nm)厚的掺mg的p型gan载流子层。

步骤204：在p型gan载流子层上生长gan提亮层，gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，凸起的高度为0.2-1.5μm(0.5-0.8μm)。

实现时，步骤204可以包括：

在生长温度为900℃～1000℃(优选950-980℃)、生长压力为150torr～680torr的环境下，在p型gan载流子层上生长gan提亮层。

具体地，gan提亮层生长时通入tmga作为ga源，tmga的流量为m：50sccm≤m≤200sccm(优选100-150sccm)。

具体地，gan提亮层生长时通入(c5h5)2mg作为mg源，(c5h5)2mg的流量为m1：50sccm≤m1≤200sccm(优选100-120sccm)。

具体地，gan提亮层在n2环境下进行生长。

本发明通过在p型gan载流子层上设置gan提亮层，gan提亮层远离p型gan载流子层的一面上均匀间隔分布有多个凸起，凸起的高度为0.2-1.5μm；多量子阱有源层中射出的光经过gan载流子层，部分光射出的方向是朝外延片两侧扩散的，这部分光经过gan载流子层后进入gan提亮层，由于gan提亮层的表面具有凸起，且凸起具有一定高度，当这部分光照射到凸起后会产生反射，改变光的方向朝向外延片的轴向，从而避免了这部分光的浪费，进而提高了发光效率。另外，凸起的高度为0.2-1.5μm，既可以保证对光的反射效果，以满足光效提高需求，又不至于造成外延片整体厚度过大。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。