一种发光二极管外延片及其制作方法与流程

1.本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制作方法。


背景技术：

2.目前，gan基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引着越来越多的人关注。gan基发光二极管已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。
3.多量子阱层作为发光二极管的核心结构，是影响发光波长均匀性和发光效率的关键结构。多量子阱层内部缺陷多导致产生较多的非辐射复合是发光二极管发光效率继续提升要解决的问题；而高in组分掺杂导致量子阱内部in组分偏析和in“团簇”现象，也是波长均匀性进一步提升所面对的“拦路虎”，尤其是对高in组分的黄绿光，改善发光波长这一问题是后续要持续攻克的难题。不仅如此，由于量子阱中in组分较高，在量子垒层生长时，也容易由于温度较高，导致量子阱中in解析，影响发光效率。
4.正常的多量子阱层为量子阱层和量子垒层周期性层叠组成，在量子阱层和量子垒层间增加低温帽层，在一定程度上保护了量子阱层中in组分，减少in脱附。但是量子阱层中in偏析，发光效率低，波长均匀性不高的问题依然存在，也是现在限制micro-led发展的因素之一。


技术实现要素：

5.基于此，本发明的目的是提供一种发光二极管外延片及其制作方法，以从根本上解决现有发光二极管的发光效率较低及波长均匀性不高的问题。
6.根据本发明实施例的一种发光二极管外延片，包括：衬底、以及在所述衬底上依次层叠的缓冲层、未掺杂的u-gan层、n型gan层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层和p型gan层；所述多量子阱层包括周期性重复层叠的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层；所述前插入层包括层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，所述in
xn1-x
层与所述inyga
1-y
n层所接触的表面还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面；所述后插入层包括层叠的alzga
1-z
n层和gan层，所述量子阱层与所述alzga
1-z
n层所接触的表面还经nh3处理后形成n极性面，所述gan层与所述量子垒层所接触的表面还经h2处理。
7.另外，根据本发明上述实施例的一种发光二极管外延片，还可以如下：进一步地，在所述前插入层中，所述in
xn1-x
层中的x取值范围为0.2≤x≤0.5，所述inyga
1-y
n层的生长过程中in源的通入量渐变增加，由0≤y≤0.05渐变增加至0.2≤y≤0.3；在所述后插入层中，所述alzga
1-z
n层中的z取值范围为0.02≤z≤0.15。
8.进一步地，在所述前插入层中，所述in
xn1-x
层的厚度为1-3 nm，所述inyga
1-y
n层的
厚度为0.5-1.5 nm；在所述后插入层中，所述alzga
1-z
n层的厚度为0.5-1.5 nm，所述gan层的厚度为0.5-1.5 nm。
9.进一步地，所述多量子阱层中前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层重复层叠的周期数为3-15；所述量子阱层为ingan层，所述量子垒层为gan层，所述量子阱层中ingan层的in组分所占摩尔比例为10%-35%；单个所述量子阱层的厚度为2-5 nm，单个所述量子垒层的厚度为3-15 nm。
10.进一步地，所述应力释放层包括周期性交替层叠的gan层和ingan层，且交替层叠的周期数为3-8，所述应力释放层的总厚度为50-300 nm，所述应力释放层中ingan层的in组分所占摩尔比例为10%-20%。
11.进一步地，所述电子阻挡层包括周期性交替层叠的alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层，且交替层叠的周期数为3-15，所述电子阻挡层的总厚度为20-50nm；所述alaga
1-a
n层中的a取值范围为：0.05≤a≤0.2，所述inbga
1-b
n层中的b取值范围为：0.1≤b≤0.5。
12.根据本发明实施例的一种发光二极管外延片制作方法，所述方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次沉积缓冲层、未掺杂的u-gan层、n型gan层和应力释放层；在所述应力释放层上沉积多量子阱层，所述多量子阱层包括周期性重复沉积的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，所述前插入层由in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层依次沉积制得，且在in
xn1-x
层沉积完成后经h2处理形成孔洞以及经nh3处理形成n极性面，所述后插入层由alzga
1-z
n层和gan层依次沉积制得，且在alzga
1-z
n层沉积之前对所述量子阱层经nh3处理形成n极性面及在gan层沉积完成后经h2处理；在所述多量子阱层上依次沉积电子阻挡层和p型gan层。
13.进一步地，在所述前插入层中，所述in
xn1-x
层的生长温度为700-850℃，h2处理时的温度为850-950℃，nh3处理时的温度由850-950℃渐变降低至800-850℃，所述inyga
1-y
n层的生长温度为800-850℃；在所述后插入层中，nh3处理时的温度为700-800℃，所述alzga
1-z
n层的生长温度为800-850℃，所述gan层的生长温度为850-900℃，h2处理时的温度为850-900℃。
14.进一步地，在所述前插入层中，所述in
xn1-x
层中的x取值范围为0.2≤x≤0.5，所述inyga
1-y
n层的生长过程中in源的通入量渐变增加，由0≤y≤0.05渐变增加至0.2≤y≤0.3；在所述后插入层中，所述alzga
1-z
n层中的z取值范围为0.02≤z≤0.15。
15.进一步地，在所述前插入层中，所述in
xn1-x
层的厚度为1-3 nm，h2处理时间为10-30 s，nh3处理时间为10-30 s，所述inyga
1-y
n层的厚度为0.5-1.5 nm；在所述后插入层中，nh3处理时间为10-30 s，所述alzga
1-z
n层的厚度为0.5-1.5 nm，所述gan层的厚度为0.5-1.5 nm，h2处理时间为5-15 s。
16.与现有技术相比：通过将多量子阱层设置为周期性重复层叠的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，且前插入层包括层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，in
xn1-x
层与inyga
1-y
n层所接触的表面还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面；后插入层
包括层叠的alzga
1-z
n层和gan层，量子阱层与alzga
1-z
n层所接触的表面还经nh3处理后形成n极性面，gan层与量子垒层所接触的表面还经h2处理，此时前插入层中的in
xn1-x
层有利于为后续的量子阱层提供in量子点，然后利用h2的刻蚀作用对in
xn1-x
层进行处理，使得in
xn1-x
层受到破坏，其in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，同时in团簇能够打开，因而in量子点能够分布的更加均匀；而再利用nh3进行处理使得in
xn1-x
层表面呈n极性，并且通过nh3处理步骤的加入使得可隔开上述h2处理步骤与后续的量子阱层生长步骤的时间，避免上述的h2影响量子阱层中in组分从而影响发光效率；由于in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，此时生长的inyga
1-y
n层首先填覆在凹凸不平的n极性面上，使得inyga
1-y
n层和与in
xn1-x
层贴合更加紧密，有效提升晶格质量，进一步inyga
1-y
n层增加了in量子点，且in原子分布更加均匀，为量子阱层中in原子的均匀分布做准备，减少了量子阱层中in团簇现象，有利于提升发光二极管的波长均匀性，因此通过前插入层的设置一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，增加发光效率，并且还使得量子阱层中的in分布更加均匀，增加了波长均匀性。而在量子阱层生长完成后加入后插入层，通过nh3对量子阱层表面进行处理，使得可以缓解in偏析，并且提供n极性面，使得后续生长的alzga
1-z
n层可与量子阱层贴合的更加紧密，并且由于al原子和n原子之间共价键的强度远大于ga原子和n原子之间共价键的强度，可以增加gan层晶格的完整性，且al原子很小，有利于填补外延层中的空位，更好的对量子阱层进行覆盖，尽可能限制in原子在量子阱层中；而由于gan层晶格质量较好，可进一步将in原子限制在量子阱层中，进一步的，利用h2的刻蚀作用，使得可对扩散到gan层的in组分进行处理，避免in拖尾现象，使得阱垒界面更加清晰，缺陷减少，非辐射复合减少，因此通过后插入层的设置使得可进一步减少了in偏析，增加了波长均匀性，并保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率。因此通过在量子阱层生长前后分别加入前插入层和后插入层，使得一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率；而且还使得量子阱层中的in组分分布更加均匀，增加了波长均匀性，解决了现有发光二极管的发光效率较低及波长均匀性不高的问题。
附图说明
17.图1为本发明第一实施例中的一种发光二极管外延片的结构示意图；图2为本发明第二实施例中的一种发光二极管外延片制作方法的流程图。
18.以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
20.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.实施例一请参阅图1，是本发明第一实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，本发明实施例提供的发光二极管外延片包括：衬底1、以及在衬底1上依次层叠的缓冲层2、未掺杂的u-gan层3、n型gan层4、应力释放层5、多量子阱层6、电子阻挡层7和p型gan层8；多量子阱层6包括周期性重复层叠的前插入层61、量子阱层62、后插入层63及量子垒层64；前插入层61包括层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，in
xn1-x
层与inyga
1-y
n层所接触的表面还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面；后插入层63包括层叠的alzga
1-z
n层和gan层，量子阱层62与alzga
1-z
n层所接触的表面还经nh3处理后形成n极性面，gan层与量子垒层64所接触的表面还经h2处理。
23.其中，在本发明的一个实施例中，该衬底1包括但不限于蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化铝衬底、氮化镓衬底、以及如二氧化硅与蓝宝石所组成的复合式衬底，具体的，在本实施例中采用蓝宝石作为外延层生长衬底，其具体可以为图形化蓝宝石衬底或蓝宝石平片衬底。
24.其中，在本发明的一个实施例中，该缓冲层2为algan层，其中缓冲层2的厚度为30-100 nm，其缓冲层2的作用主要为提供晶种，缓解衬底1和外延层的晶格失配，作为本发明的一个优选实施例，其缓冲层2的厚度优选为70 nm。进一步的，未掺杂的u-gan层3的厚度为300-800 nm，其中该未掺杂的u-gan层3采用高温条件进行生长，其生长温度通常为1100℃-1150℃。作为本发明的一个优选实施例，其未掺杂的u-gan层3的厚度优选为400 nm。
25.其中，在本发明的一个实施例中，n型gan层4为利用sih4（硅烷）作为n型掺杂剂所沉积生长成的掺si的n型gan层，其n型gan层4的厚度为1-3 um，作为本发明的一个示例，n型gan层4的优选厚度为2 um。其中该n型gan层4是作为提供电子的主要外延层，通过在生长gan时通入sih4提供si（硅）元素，其中si为四价元素，而gan中ga为三价元素，此时si原子替换ga原子时会提供电子，从而形成提供电子的n型gan层4，同时通过适量浓度的si掺杂能够对gan材料中的缺陷空位进行较好地填充而修复位错，阻断位错的进一步延伸。作为本发明的一个示例，n型gan层4中si的掺杂浓度为5
×e18 atoms/cm
3-1
×e19 atoms/cm3。进一步的，其n型gan层4中si的掺杂浓度优选为7
×e18 atoms/cm3。
26.其中，在本发明的一个实施例中，应力释放层5包括周期性交替层叠的gan层和ingan层，且交替层叠的周期数为3-8，应力释放层5的总厚度为50-300 nm，应力释放层5中ingan层的in组分所占摩尔比例为10%-20%，具体的，其gan层先层叠在n型gan层4上，ingan层再层叠在gan层上，然后周期性的交替层叠gan层和ingan层，使得最终组合成该应力释放层5。在本发明的一个优选实施例中，其gan层和ingan层交替层叠的周期数优选为5，其gan
层的厚度优选为10 nm，其ingan层的厚度优选为3nm。具体的，该应力释放层5主要用于释放底层应力，为多量子阱层6生长做准备。
27.其中，在本发明的一个实施例中，多量子阱层6包括周期性重复层叠的前插入层61、量子阱层62、后插入层63及量子垒层64，具体的参照图1所示，其前插入层61先层叠在应力释放层5上，量子阱层62再层叠在前插入层61上，后插入层63再层叠在量子阱层62上，量子垒层64再层叠在后插入层63上，然后周期性的重复层叠前插入层61、量子阱层62、后插入层63及量子垒层64，使得最终组合成该多量子阱层6。其中多量子阱层6中前插入层61、量子阱层62、后插入层63及量子垒层64重复层叠的周期数为3-15。在本发明的一个优选实施例中，多量子阱层6中重复层叠的周期数优选为10，也即是说，其多量子阱层6由前插入层61、量子阱层62、后插入层63及量子垒层64重复层叠10次组合构成。
28.进一步的，前插入层61包括依次层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，此时in
xn1-x
层层叠在应力释放层5上，而inyga
1-y
n层层叠在in
xn1-x
层上，同时在生长完in
xn1-x
层后还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面，使得in
xn1-x
层为表面具有离散分布的孔洞以及呈现为n极性面，其中利用h2的刻蚀作用对in
xn1-x
层进行处理，使得in
xn1-x
层受到破坏，其in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，同时in团簇能够打开，因而in量子点能够分布的更加均匀；而再利用nh3进行处理使得in
xn1-x
层表面呈n极性，并且通过nh3处理步骤的加入使得可隔开上述h2处理步骤与后续的量子阱层62生长步骤的时间，避免上述的h2对后续的量子阱层62产生刻蚀破坏而影响发光效率；由于in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，此时生长的inyga
1-y
n层首先填覆在凹凸不平的n极性面上，使得inyga
1-y
n层和与in
xn1-x
层贴合更加紧密，有效提升晶格质量，进一步inyga
1-y
n层增加了in量子点，且in原子分布更加均匀，为量子阱层62中in原子的均匀分布做准备，减少了量子阱层62中in团簇现象，有利于提升发光二极管的波长均匀性，因此通过前插入层61的设置一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层62中in原子的有效并入，增加发光效率，并且还使得量子阱层62中的in分布更加均匀，增加了波长均匀性。
29.进一步的，在前插入层61中，in
xn1-x
层中的x取值范围为0.2≤x≤0.5，inyga
1-y
n层的生长过程中in源的通入量渐变增加，由0≤y≤0.05渐变增加至0.2≤y≤0.3，具体在制备时，in源可采用tmin（三甲基铟），其流量从100-500 sccm渐变升高至500-1500 sccm。同时in
xn1-x
层的厚度为1-3 nm，inyga
1-y
n层的厚度为0.5-1.5 nm。在本发明的一个优选实施例中，in
xn1-x
层厚度可以为2nm，其中由于in
xn1-x
层的厚度》3nm而太厚时可能会导致晶格质量急速变差，而in
xn1-x
层的厚度《1nm而太薄时无法形成含in量子点凹坑。相应的，在本发明的一个优选实施例中，inyga
1-y
n层的厚度可以为1nm。其中由于inyga
1-y
n层的厚度》1.5nm而太厚时可能造成晶格质量的下降，而inyga
1-y
n层的厚度《0.5nm而太薄时可能起不到和量子阱层62晶格匹配的目的。
30.进一步的，量子阱层62为ingan层，其中单个量子阱层62的厚度为2-5 nm，且量子阱层62中ingan层的in组分所占摩尔比例为10%-35%。在本发明的一个优选实施例，单个量子阱层62的厚度优选为3 nm。
31.进一步的，后插入层63包括依次层叠的alzga
1-z
n层和gan层，此时alzga
1-z
n层层叠在量子阱层62上，而gan层层叠在alzga
1-z
n层上，同时在生长alzga
1-z
n层之前经nh3处理使得量子阱层62形成n极性面、以及在生长完gan层后还经h2处理，其中通过nh3对量子阱层62表
面进行处理，使得可以缓解in偏析，并且提供n极性面，使得后续生长的alzga
1-z
n层可与量子阱层62贴合的更加紧密，并且由于al原子和n原子之间共价键的强度远大于ga原子和n原子之间共价键的强度，可以增加gan层晶格的完整性，且al原子很小，有利于填补外延层中的空位，更好的对量子阱层62进行覆盖，尽可能限制in原子在量子阱层62中；而由于gan层晶格质量较好，可进一步将in原子限制在量子阱层62中，其中需要指出的是，其algan材料晶格质量更好，但本发明实施例中采用gan层而不继续使用晶格更好的algan材料是由于al原子会对空穴有一定的阻挡作用而影响发光效率；进一步的，利用h2的刻蚀作用，使得可对扩散到gan层的in组分进行处理，避免in拖尾现象，使得阱垒界面更加清晰，缺陷减少，非辐射复合减少，因此通过后插入层63的设置使得可进一步减少了in偏析，增加了波长均匀性，并保护量子阱层62中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层6中的缺陷，增加了发光效率。
32.进一步的，在后插入层63中，alzga
1-z
n层中的z取值范围为0.02≤z≤0.15，其中由于al含量太多时容易对空穴产生阻挡作用，而al含量太少时则起不到稳定晶格，提升gan层晶格质量的目的。因此本实施例中将alzga
1-z
n层中的z取值范围控制在0.02≤z≤0.15，同时alzga
1-z
n层的厚度为0.5-1.5 nm，gan层的厚度为0.5-1.5 nm。在本发明的一个优选实施例中，alzga
1-z
n层厚度可以为1 nm，其中由于alzga
1-z
n层的厚度》1.5 nm而太厚时可能会造成资源浪费，而alzga
1-z
n层的厚度《0.5 nm而太薄可能无法起到保护量子阱层62中in组分的目的。相应的，在本发明的一个优选实施例中，gan层的厚度可以为1nm。其中由于gan层的厚度》1.5 nm而太厚时可能造成晶格质量的下降，而gan层的厚度《0.5 nm而太薄时可能无法起到阻挡量子阱层62中in扩散的目的。
33.进一步的，量子垒层64为gan层，单个量子垒层64的厚度为3-15 nm，在本发明的一个优选实施例，单个量子垒层64的厚度为10 nm。
34.因此，通过在量子阱层62生长前后分别加入前插入层61和后插入层63，使得一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层62中in原子的有效并入，保护量子阱层62中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层6中的缺陷，增加了发光效率；而且还使得量子阱层62中的in组分分布更加均匀，增加了波长均匀性。
35.其中，在本发明的一个实施例中，电子阻挡层7包括周期性交替层叠的alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层，且交替层叠的周期数为3-15，电子阻挡层7的总厚度为20-50nm；alaga
1-a
n层中的a取值范围为：0.05≤a≤0.2，inbga
1-b
n层中的b取值范围为：0.1≤b≤0.5。在本发明的一个优选实施例中，其alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层交替层叠的周期数优选为8。其中，随着发光二极管尺寸的减小，电流密度越来越大，电子具有较低的有效质量和较高的迁移率，导致电子容易从多量子阱层6溢出到p型gan层8并与空穴复合，使得降低发光效率，此时通过电子阻挡层7的设置，使得起到阻挡电子，防止电子溢流的作用。
36.其中，在本发明的一个实施例中，p型gan层8为利用二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂所沉积生长成的掺mg的p型gan层8，其p型gan层8的厚度为200-300 nm，其中该p型gan层8是作为提供空穴的主要外延层，通过在生长gan时通入cp2mg提供mg元素，其中mg为二价元素，而gan中ga为三价元素，此时mg原子替换ga原子时会提供空穴，从而形成提供空穴的p型gan层8，同时通过适量浓度的mg掺杂能够对gan材料中的缺陷空位进行较好地填充而修复位错，阻断位错的进一步延伸。作为本发明的一个示例，p型gan层8中mg的掺杂浓度为5
×e17-1
×e20 atoms/cm3。
37.经测试，其根据本发明实施例所提供的多量子阱层中具有前插入层和后插入层的发光二极管外延片相较于现有传统结构的发光二极管外延片，其具有更好的波长均匀性和发光强度。其性能测试结果如以下表1所示：表1综上，本发明上述实施例当中的发光二极管外延片，通过将多量子阱层设置为周期性重复层叠的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，且前插入层包括层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，in
xn1-x
层与inyga
1-y
n层所接触的表面还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面；后插入层包括层叠的alzga
1-z
n层和gan层，量子阱层与alzga
1-z
n层所接触的表面还经nh3处理后形成n极性面，gan层与量子垒层所接触的表面还经h2处理，此时前插入层中的in
xn1-x
层有利于为后续的量子阱层提供in量子点，然后利用h2的刻蚀作用对in
xn1-x
层进行处理，使得in
xn1-x
层受到破坏，其in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，同时in团簇能够打开，因而in量子点能够分布的更加均匀；而再利用nh3进行处理使得in
xn1-x
层表面呈n极性，并且通过nh3处理步骤的加入使得可隔开上述h2处理步骤与后续的量子阱层生长步骤的时间，避免上述的h2影响量子阱层中in组分从而影响发光效率；由于in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，此时生长的inyga
1-y
n层首先填覆在凹凸不平的n极性面上，使得inyga
1-y
n层和与in
xn1-x
层贴合更加紧密，有效提升晶格质量，进一步inyga
1-y
n层增加了in量子点，且in原子分布更加均匀，为量子阱层中in原子的均匀分布做准备，减少了量子阱层中in团簇现象，有利于提升发光二极管的波长均匀性，因此通过前插入层的设置一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，增加发光效率，并且还使得量子阱层中的in分布更加均匀，增加了波长均匀性。而在量子阱层生长完成后加入后插入层，通过nh3对量子阱层表面进行处理，使得可以缓解in偏析，并且提供n极性面，使得后续生长的alzga
1-z
n层可与量子阱层贴合的更加紧密，并且由于al原子和n原子之间共价键的强度远大于ga原子和n原子之间共价键的强度，可以增加gan层晶格的完整性，且al原子很小，有利于填补外延层中的空位，更好的对量子阱层进行覆盖，尽可能限制in原子在量子阱层中；而由于gan层晶格质量较好，可进一步将in原子限制在量子阱层中，进一步的，利用h2的刻蚀作用，使得可对扩散到gan层的in组分进行处理，避免in拖尾现象，使得阱垒界面更加清晰，缺陷减少，非辐射复合减少，因此通过后插入层的设置使得可进一步减少了in偏析，增加了波长均匀性，并保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率。因此通过在量子阱层生长前后分别加入前插入层和后插入层，使得一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率；而且还使得量子阱层中的in组分分布更加均匀，
增加了波长均匀性，解决了现有发光二极管的发光效率较低及波长均匀性不高的问题。
38.实施例二请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的发光二极管外延片制作方法，所述方法具体包括步骤s11至步骤s14。
39.步骤s11，提供一衬底。
40.其中，在本发明实施例中，所选衬底包括但不限于蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化铝衬底、氮化镓衬底、以及如二氧化硅与蓝宝石所组成的复合式衬底，具体的，在本实施例中采用蓝宝石作为外延层生长衬底，其可在衬底上制作周期性变化的结构形成图形化衬底基板，也可使用sio
2-al2o3等复合式图形化衬底。具体在本发明实施例中，采用蓝宝石图形化衬底作为外延层生长基板。
41.进一步的，本发明采用金属有机化学气相沉积（mocvd）设备生长外延片。其中采用高纯氨气（nh3）作为n（氮）源，三甲基镓（tmga）及三乙基镓（tega）作为ga（镓）源，三甲基铟（tmin）为in（铟）源，三甲基铝（tmal）作为al（铝）源，其中硅烷（sih4）作为n型掺杂剂，二茂镁（cp2mg）作为p型掺杂剂。同时采用高纯h2（氢气）、高纯n2（氮气）、或高纯h2和高纯n2的混合气体作为mo源的载气。
42.具体的，先将蓝宝石衬底在h2气氛里进行高温退火处理，以清洁衬底表面，其中控制温度为1000℃-1200℃，在h2气氛下对衬底进行约5min的高温退火处理。
43.步骤s12，在衬底上依次沉积缓冲层、未掺杂的u-gan层、n型gan层和应力释放层。
44.其中，在本发明实施例中，其缓冲层为algan层，用于提供晶种，缓解衬底和外延层的晶格失配，其具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在500℃-700 ℃，压力控制在200-400 torr，石墨基座转速控制在500-1200 转/min，通入n2和h2作为载气，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为20-100 sccm的tmga作为ga（镓）源，通入流量为20-100 sccm的tmal作为al（铝）源，使得生长出algan缓冲层，并控制所沉积的algan缓冲层厚度为30-100 nm。作为本发明的一个示例，其可以具体通入流量为50 sccm的tmga，及通入流量为30 sccm的tmal，并控制所沉积的algan缓冲层厚度优选为70 nm。
45.进一步的，在本发明实施例中，其在缓冲层上再进行未掺杂的u-gan层的沉积，其中未掺杂的u-gan层采用高温沉积生长形成，具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在1100℃-1150 ℃，压力控制在100-500 torr，石墨基座转速控制在500-1200 转/min，通入n2和h2作为载气，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为200-1000 sccm的tmga作为ga（镓）源，使得生长出未掺杂的u-gan层，并控制所沉积的未掺杂的u-gan层厚度为300-800 nm。作为本发明的一个示例，其可以具体通入流量为500 sccm的tmga，且控制所沉积的未掺杂的u-gan层厚度优选为400 nm。
46.进一步的，在本发明实施例中，其在未掺杂的u-gan层上再进行n型gan层的沉积，具体沉积工艺为：将反应室温度控制为1100-1150 ℃，压力控制为100-500 torr，石墨基座转速控制为500-1200 转/min，通入n2和h2作为载气，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为200-1000 sccm的tmga作为ga（镓）源，通入sih4作为n型掺杂剂，同时si（硅）的掺杂浓度为5
×e18 atoms/cm
3-1
×e19 atoms/cm3，使得生长出掺si的n型gan层，并控制所沉积的n型gan层厚度为1-3 um。其中，在本发明的一个优选实施例中，tmga流量优选为500s ccm，同时si的掺杂浓度优选为7
×e18 atoms/cm3，并控制所沉积的n型gan层厚度优选为2 um。其中该层是作为
提供电子的主要外延层，所以会在生长gan时通入sih4提供si元素，其中si为四价元素，而gan中ga为三价元素，此时si原子替换ga原子时会提供电子，从而形成提供电子的n型gan层，同时通过适量浓度的si掺杂能够对gan材料中的缺陷空位进行较好地填充而修复位错，阻断位错的进一步延伸。
47.进一步的，在本发明实施例中，其在n型gan层上再进行应力释放层的沉积，应力释放层由周期性交替层叠的gan层和ingan层交替生长制得，具体的，其先在n型gan层上沉积gan层，然后在gan层上沉积ingan层，然后周期性的交替沉积gan层和ingan层，使得最终组合成该应力释放层。其中该应力释放层主要用于释放底层应力，为多量子阱层生长做准备。在本实施例中，应力释放层中的gan层和ingan层交替层叠的周期数为3-8；作为本发明的一个示例，其周期数优选为5，也即是说，其应力释放层由gan层和ingan层交替层叠5次组合构成。进一步的，应力释放层的总厚度为50-300 nm，应力释放层中ingan层的in组分所占摩尔比例为10%-20%。
48.具体的，应力释放层中gan层的具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在700-950℃，压力控制在100-500 torr，石墨基座转速控制在500-1000 转/min，通入n2和h2作为载气，并通入nh3作为n（氮）源，通入流量为50-300 sccm的tmga作为ga（镓）源，使得生长出gan层，并控制所沉积的gan层厚度为10 nm。
49.进一步的，应力释放层中ingan层的具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在700-950℃，压力控制在100-500 torr，石墨基座转速控制在500-1000 转/min，通入n2和h2作为载气，并通入nh3作为n（氮）源，通入流量为50-1000 sccm的tega作为ga（镓）源，通入流量为300-1000 sccm的tmin作为in（铟）源，使得生长出ingan层，并控制所沉积的ingan层厚度为3 nm。
50.步骤s13，在应力释放层上沉积多量子阱层，多量子阱层包括周期性重复沉积的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，前插入层由in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层依次沉积制得，且在in
xn1-x
层沉积完成后经h2处理形成孔洞以及经nh3处理形成n极性面，后插入层由alzga
1-z
n层和gan层依次沉积制得，且在alzga
1-z
n层沉积之前对量子阱层经nh3处理形成n极性面及在gan层沉积完成后经h2处理。
51.其中，在本发明实施例中，多量子阱层包括周期性重复沉积的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，因此在应力释放层上沉积多量子阱层具体为先在应力释放层上沉积前插入层，然后在前插入层上沉积量子阱层，然后在量子阱层上沉积后插入层，然后在后插入层上沉积量子垒层，然后周期性的重复沉积前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，使得最终组合成该多量子阱层。其中多量子阱层中前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层重复层叠的周期数为3-15。在本发明的一个优选实施例中，多量子阱层中重复层叠的周期数优选为10，也即是说，其多量子阱层由前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层重复层叠10次组合构成。其中，在整个多量子阱层生长过程中，控制反应室压力为100-500torr，承载衬底的石墨基座转速为600-1000转/min。
52.具体的，其前插入层由in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层依次沉积制得，其沉积工艺具体为：首先生长in
xn1-x
层，此时关闭h2，仅使用n2作为载气，同时in
xn1-x
层的生长温度为700-850℃，也即将反应室的温度控制在700-950℃，然后通入nh3做n源，通入流量为500-2500 sccm的tmin作为in（铟）源，使得生长出in
xn1-x
层，其中in
xn1-x
层中的x取值范围为0.2
sccm的tega作为ga（镓）源，通入流量为1500-2500 sccm的tmin作为in（铟）源，使得生长出量子阱层，并控制所沉积的量子阱层厚度为2-5 nm。在本发明的一个优选实施例中，其量子阱层的厚度为3 nm。
57.进一步的，后插入层由alzga
1-z
n层和gan层依次沉积制得，其沉积工艺具体为：首先，在alzga
1-z
n层沉积之前对量子阱层经nh3处理形成n极性面，具体的，对上述的量子阱层进行nh3处理，此时h2继续保持关闭，通入n2和nh3，nh3处理时的温度为700-800℃，也即控制反应室温度为700-800℃，并控制nh3处理时间为20-40 s，此时利用nh3进行处理使得可以缓解in偏析，并且提供n极性面，使得后续生长的alzga
1-z
n层可与量子阱层贴合的更加紧密，并且由于al原子和n原子之间共价键的强度远大于ga原子和n原子之间共价键的强度，可以增加gan层晶格的完整性，且al原子很小，有利于填补外延层中的空位，更好的对量子阱层进行覆盖，尽可能限制in原子在量子阱层中，同时nh3处理温度相对较低是为了避免高温下in原子的脱附而影响发光效率；而由于gan层晶格质量较好，可进一步将in原子限制在量子阱层中，其中需要指出的是，其algan材料晶格质量更好，但本发明实施例中采用gan层而不继续使用晶格更好的algan材料是由于al原子会对空穴有一定的阻挡作用而影响发光效率。在本发明的一个优选实施例中，nh3处理时间优选控制为15 s；其中若nh3处理时间》30 s而太长则会造成资源浪费，若nh3处理时间《10 s而太短则不能起到形成n极性面的效果。
58.然后，在对经nh3处理后的量子阱层上生长alzga
1-z
n层，此时alzga
1-z
n层的生长温度为800-850℃，也即控制反应室温度升高至800-850℃，h2继续保持关闭，通入n2作为载气，然后通入nh3做n源，通入流量为100-500 sccm的tega作为ga源，通入流量为20-100 sccm的tmal作为al源，使得生长出alzga
1-z
n层，其中alzga
1-z
n层中的z取值范围为0.02≤z≤0.15，其中由于al含量太多时容易对空穴产生阻挡作用，而al含量太少时则起不到稳定晶格，提升gan层晶格质量的目的，同时alzga
1-z
n层生长温度相对较低同样是为了避免高温下in原子的脱附而影响发光效率。并控制所沉积的alzga
1-z
n层的厚度为0.5-1.5 nm，具体的，在本发明的一个优选实施例中，控制所沉积的alzga
1-z
n层厚度为1nm。其中由于alzga
1-z
n层的厚度》1.5 nm而太厚时可能会造成资源浪费，而alzga
1-z
n层的厚度《0.5 nm而太薄可能无法起到保护量子阱层中in组分的目的。
59.然后，在alzga
1-z
n层上生长gan层，此时gan层的生长温度为850-900℃，也即控制反应室温度升高至850-900℃，h2继续保持关闭，通入n2作为载气，然后通入nh3做n源，通入流量为100-500 sccm的tega作为ga源，使得生长出gan层，其中控制所沉积的gan层的厚度为0.5-1.5 nm，具体的，在本发明的一个优选实施例中，控制所沉积的gan层厚度为1nm。其中由于gan层的厚度》1.5 nm而太厚时可能造成晶格质量的下降，而gan层的厚度《0.5 nm而太薄时可能无法起到阻挡量子阱层中in扩散的目的。
60.进一步的，对gan层进行h2处理，此时h2处理时的温度为850-900℃，也即控制反应室温度为850-900℃，其通入纯h2作为载气，或者通入n2和h2的混合气，并控制h2处理时间为5-15 s，此时可利用h2的刻蚀作用使得可对扩散到gan层的in组分进行处理，避免in拖尾现象，使得阱垒界面更加清晰，缺陷减少，非辐射复合减少，因此通过后插入层的设置使得可进一步减少了in偏析，增加了波长均匀性，并保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率。在本发明的一个优
选实施例中，通入h2处理时间优选控制为10 s；其中若h2处理时间》15 s而太长则可能对量子阱层中in造成破坏；若h2处理时间《5 s而太短则不能起到使得阱垒界面更清晰的目的。
61.因此，通过在量子阱层生长前后分别加入前插入层和后插入层，使得一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率；而且还使得量子阱层中的in组分分布更加均匀，增加了波长均匀性。
62.进一步的，在本发明实施例中，在后插入层上再进行量子垒层的沉积，其中量子垒层为gan层，作为本发明的一个示例，单个量子垒层的厚度为3-15 nm。具体的，生长量子垒层的反应室温度为830-950 ℃，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为500-800 sccm的tega作为ga（镓）源，使得生长出量子垒层，并控制所沉积的量子垒层厚度为3-15 nm，在本发明的一个优选实施例中，其量子垒层的厚度为10nm。
63.步骤s14，在多量子阱层上依次沉积电子阻挡层和p型gan层。
64.进一步的，在本发明实施例中，其在多量子阱层上再进行电子阻挡层的沉积，其中电子阻挡层包括周期性交替层叠的alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层，具体的，其alaga
1-a
n层先沉积在多量子阱层上，inbga
1-b
n层再沉积在alaga
1-a
n层上，然后周期性的交替层叠alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层，使得最终组合成该电子阻挡层。其中，在本实施例中，alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层交替层叠的周期数为3-15；作为本发明的一个优选实施例，其周期数可以为8，也即是说，其电子阻挡层由alaga
1-a
n层和inbga
1-b
n层交替层叠8次组合构成。进一步的，alaga
1-a
n层中的a取值范围为：0.05≤a≤0.2，inbga
1-b
n层中的b取值范围为：0.1≤b≤0.5；电子阻挡层的总厚度为20-50nm。
65.具体的，电子阻挡层中alaga
1-a
n层的具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在900℃-1000 ℃，压力控制在100-500 torr，石墨基座转速控制在600-1200 转/min，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为50-500 sccm的tmga作为ga（镓）源，通入流量为50-500 sccm的tmal作为al（铝）源，使得生长出alaga
1-a
n层。
66.进一步的，电子阻挡层中inbga
1-b
n层的具体沉积工艺为：将反应室的温度控制在900℃-1000 ℃，压力控制在100-500 torr，石墨基座转速为600-1200 转/min，通入nh3作为n（氮）源，通入流量为50-500 sccm的tmga作为ga（镓）源，通入流量为100-500 sccm的tmin作为in（铟）源，使得生长出inbga
1-b
n层。
67.进一步的，在本发明实施例中，在电子阻挡层上沉积p型gan层的具体沉积工艺为：将反应室温度控制为800-1000℃，压力控制为100-300 torr，承载衬底的石墨盘转速控制为800-1200 转/min，通入nh3做为n（氮）源，流量为600-1100 sccm的tega作为ga（镓）源，通入二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂，同时mg（镁）的掺杂浓度为5
×e17 atoms/cm
3-1
×e20 atoms/cm3，使得生长出掺mg的p型gan层，并控制所沉积的p型gan层厚度为200-300 nm。
68.综上，本发明上述实施例当中的一种发光二极管外延片制作方法，通过将多量子阱层设置为周期性重复层叠的前插入层、量子阱层、后插入层及量子垒层，且前插入层包括层叠的in
xn1-x
层和inyga
1-y
n层，in
xn1-x
层与inyga
1-y
n层所接触的表面还经h2处理后形成孔洞以及经nh3处理后形成n极性面；后插入层包括层叠的alzga
1-z
n层和gan层，量子阱层与alzga
1-z
n层所接触的表面还经nh3处理后形成n极性面，gan层与量子垒层所接触的表面还经h2处理，此时前插入层中的in
xn1-x
层有利于为后续的量子阱层提供in量子点，然后利用h2的
刻蚀作用对in
xn1-x
层进行处理，使得in
xn1-x
层受到破坏，其in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，同时in团簇能够打开，因而in量子点能够分布的更加均匀；而再利用nh3进行处理使得in
xn1-x
层表面呈n极性，并且通过nh3处理步骤的加入使得可隔开上述h2处理步骤与后续的量子阱层生长步骤的时间，避免上述的h2影响量子阱层中in组分从而影响发光效率；由于in
xn1-x
层表面形成凹凸不平的孔洞，此时生长的inyga
1-y
n层首先填覆在凹凸不平的n极性面上，使得inyga
1-y
n层和与in
xn1-x
层贴合更加紧密，有效提升晶格质量，进一步inyga
1-y
n层增加了in量子点，且in原子分布更加均匀，为量子阱层中in原子的均匀分布做准备，减少了量子阱层中in团簇现象，有利于提升发光二极管的波长均匀性，因此通过前插入层的设置一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，增加发光效率，并且还使得量子阱层中的in分布更加均匀，增加了波长均匀性。而在量子阱层生长完成后加入后插入层，通过nh3对量子阱层表面进行处理，使得可以缓解in偏析，并且提供n极性面，使得后续生长的alzga
1-z
n层可与量子阱层贴合的更加紧密，并且由于al原子和n原子之间共价键的强度远大于ga原子和n原子之间共价键的强度，可以增加gan层晶格的完整性，且al原子很小，有利于填补外延层中的空位，更好的对量子阱层进行覆盖，尽可能限制in原子在量子阱层中；而由于gan层晶格质量较好，可进一步将in原子限制在量子阱层中，进一步的，利用h2的刻蚀作用，使得可对扩散到gan层的in组分进行处理，避免in拖尾现象，使得阱垒界面更加清晰，缺陷减少，非辐射复合减少，因此通过后插入层的设置使得可进一步减少了in偏析，增加了波长均匀性，并保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率。因此通过在量子阱层生长前后分别加入前插入层和后插入层，使得一方面制造了更多的in量子点，有利于提升量子阱层中in原子的有效并入，保护量子阱层中的in组分，减少in的脱附，增加了阱垒界面的清晰度，减少了多量子阱层中的缺陷，增加了发光效率；而且还使得量子阱层中的in组分分布更加均匀，增加了波长均匀性，解决了现有发光二极管的发光效率较低及波长均匀性不高的问题。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。