CN114284409A - 一种发光二极管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管及其制备方法，涉及发光二极管技术领域，该发光二极管包括：衬底；依次设于衬底上的第一半导体层、发光层、第二半导体层及接触层；设于第一半导体层与发光层之间的阻挡层，以用于减少第一半导体层的电子溢流至第二半导体层，阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，P型掺杂的InGaN层设于第一半导体层上。本发明能够解决现有技术中量子阱内电子‑空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

Description

一种发光二极管及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展及进步，发光二极管作为一种发光器件，在照明及显示器领域越来越广泛应用，逐渐取代白炽灯的光源。发光二极管，简称LED，通过电子与空穴复合释放能量发光，其可高效的将电能转换成光能。与传统的灯具相比，发光二极管的能耗是白炽灯的十分之一，且发光二极管不含任何的重金属材料，节能环保，其次，发光二极管的响应速度快，只需要接通电源就能马上亮起来，而普通灯具接通电源之后彻底发热之后才能照亮。因此，发光二极管在照明及显示器的应用至关重要。

目前发光二极管一般为在多量子阱层与P型掺杂GaN层之间设置AlGaN电子阻挡层，阻止电子向P型层溢流，AlGaN电子阻挡层虽然能抑制电子向P型层溢流，但是AlGaN电子阻挡层同样阻挡了空穴的迁移率，导致空穴的迁移率进一步降低，使得量子阱内电子-空穴波函数重叠率下降，从而导致LED的发光效率下降。

因此，现有的发光二极管普遍存在量子阱内电子-空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制备方法，旨在解决现有技术中量子阱内电子-空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

本发明的一方面在于提供一种发光二极管，所述发光二极管包括：

衬底；

依次设于所述衬底上的第一半导体层、发光层、第二半导体层及接触层；

设于所述第一半导体层与所述发光层之间的阻挡层，以用于减少所述第一半导体层的电子溢流至所述第二半导体层，所述阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，所述P型掺杂的InGaN层设于所述第一半导体层上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过本发明提供的一种发光二极管，在第一半导体层与发光层之间设有一阻挡层，阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，InGaN材料的引入导致外延层形成压应力，抵消外延层内部产生的张应力，降低发光层因为内部不均匀产生的极化效应，从而提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，同时，该阻挡层的三层设置，能在内部形成与发光二极管外加电场方向相反的内建电场，降低发光二极管的电子的迁移速率，减少第一半导体层的电子溢流至第二半导体层，第一半导体的电子将会与第二半导体的空穴在发光层会合，从而进一步提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，进而提高发光二极管的发光效率，从而解决了发光二极管普遍存在量子阱内电子-空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

根据上述技术方案的一方面，所述P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层均为低温外延生长的InGaN。

根据上述技术方案的一方面，所述P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层的厚度均为50-200nm。

根据上述技术方案的一方面，所述P型掺杂的InGaN层的掺杂剂为正己烷，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，所述N型掺杂的InGaN层的掺杂剂为硅烷，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3。

根据上述技术方案的一方面，所述第一半导体层依次包括AlN缓冲层、未掺杂GaN层及N型掺杂GaN层，其中，所述AlN缓冲层设于所述衬底上，所述AlN缓冲层的厚度为15-50nm，所述未掺杂GaN层的厚度为1-3μm，所述N型掺杂GaN层的厚度为50-200nm，所述N型掺杂GaN层的掺杂剂为硅，其浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

根据上述技术方案的一方面，所述第二半导体层依次包括电子阻挡层及P型掺杂GaN层，其中，所述电子阻挡层设于所述发光层上，所述电子阻挡层为AlGaN，其厚度为20-100nm，Al组分占比为0.01-0.2，所述P型掺杂GaN层的厚度为30-200nm，所述P型掺杂GaN层的掺杂剂为镁，其浓度为为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

根据上述技术方案的一方面，所述发光层为多量子阱结构，包括若干个周期InGaN阱层与GaN垒层，其中，InGaN阱层的厚度为2-4nm，GaN垒层的厚度为8-20nm。

根据上述技术方案的一方面，所述接触层为GaN，其厚度为10-50nm。

本发明的另一方面在于提供一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次外延生长第一半导体层，发光层，第二半导体层及接触层；

通过在第一半导体层及发光层之间外延生长一阻挡层，以用于减少所述第一半导体层的电子溢流至所述第二半导体层，其中，所述阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，所述P型掺杂的InGaN层设于所述第一半导体层上。

进一步说明，所述阻挡层的生长步骤包括：

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，掺杂剂为正己烷，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长形成厚度为50-200nm的P型掺杂的InGaN层；

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，外延生长形成厚度为50-200nm的无掺杂的InGaN层；

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，掺杂剂为硅烷，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长形成厚度为50-200nm的N型掺杂的InGaN层。

附图说明

图1为本发明第一实施例中发光二极管的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中发光二极管的各层具体的结构示意图；

图3为本发明第二实施例中发光二极管的制备方法的流程图；

附图标记说明：

衬底100、第一半导体层200、AlN缓冲层210、未掺杂GaN层220、N型掺杂GaN层230、阻挡层300、P型掺杂的InGaN层310、无掺杂的InGaN层320、N型掺杂的InGaN层330、发光层400、第二半导体层500、AlGaN电子阻挡层510、P型掺杂GaN层520、接触层600；

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

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。

实施例一

请参阅图1-图2，所示为本发明第一实施例提供的一种发光二极管，该发光二极管包括衬底100；依次设于衬底100上的第一半导体层200、阻挡层300、发光层400、第二半导体层500及接触层600；其中，衬底100，又称为基板，其是外延层生长的基板，用于支撑与固定外延层，衬底100可采用图形化或非图形化平片衬底100，衬底100与外延层的特性配合需要非常严格，否则会影响到外延层的生长质量。目前发光二极管产业化的衬底100主要有蓝宝石(Al₂O₃)、SiC和Si，不同的衬底100材料，发光二极管结构的生长、加工及封装需要不同的技术。在本实施例中，采用以（0001）晶向蓝宝石(Al₂O₃)作为衬底100，蓝宝石(Al₂O₃)作为发光二极管使用最广泛的衬底100材料，其化学性能稳定，不会因为外延层的沉积而与其反应，造成外延层性能不稳定，同时，蓝宝石(Al₂O₃)不吸收可见光、价格便宜成本低、制造技术相对成熟简单。

其中，衬底100上设有第一半导体层200，第一半导体层依次包括AlN缓冲层210、未掺杂GaN层220及N型掺杂GaN层230，其中，AlN缓冲层210设于衬底100上，其是通过PVD方式生长AlN缓冲层210，PVD(Physical Vapor Deposition)，即物理气相沉积，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。具体为，将温度设置为400-650℃之间，溅射功率调节至2000-4000W之间,外延生长15-50nm厚度的AlN缓冲层210，在此生长过程时，生长压力在1-10Torr之间。AlN缓冲层210的润湿性比GaN优异，因此在衬底100上沉积一层AlN缓冲层210，有助于未掺杂GaN层220成核及生长，以形成高质量的未掺杂GaN层220。

另外，由于衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃) 需要与外延层的特性配合严格，但是衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃)与大多数材料晶格失配及热失配较大，晶格失配为当在某种单晶衬底100上生长另一种物质的单晶层时,由于这两种物质的晶格常数不同,会在生长界面附近产生应力,进而产生晶体缺陷；热失配为当在某种单晶衬底100上生长另一种物质的单晶层时,由于这两种物质的热膨胀系数不同，会引起晶格畸变造成晶体缺陷；AlN缓冲层210的生长解决了后续生长的外延层与衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃)的晶格失配与热失配问题，以利后续在晶格不匹配的情况下生长外延层，避免后续生长的外延层直接沉积在衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃)上存在晶格失配及热失配，导致界面处出现大量的晶格缺陷及位错，影响外延层的晶体质量及性能。

将生长完成的AlN缓冲层210在MOCVD中氢气气氛下进行原位退火处理，将温度上升至1000-1200℃之间，压力调节至150-500Torr之间，退火处理5-10min，退火的主要是为了释放AlN缓冲层210与衬底100之间的应力。其中，AlN缓冲层210上设有未掺杂GaN层220，GaN材料是极稳定的化合物，其由于具有热产生效率低，抗辐射，击穿电压高，电子饱和漂移速度大，和介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压电子器件领域、发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）等方面，成为当前研究的热点。在AlN缓冲层210退火完成之后，将温度调节至1050-1200℃之间，外延生长未掺杂GaN层220，其厚度为1-3μm，在此生长过程时，生长压力在100-300Torr之间。该未掺杂GaN层220是首先在AlN缓冲层210上形成不规则的岛状成核层，继而在成核层上填平形成光滑的填平层，以获得未掺杂GaN层220，减少未掺杂GaN层220的内部缺陷。

同样的，未掺杂GaN层220与衬底100蓝宝石(Al₂O₃)晶格失配为14%，热失配为34%，为了解决未掺杂GaN层220与衬底100之间的晶格失配和热失配问题，AlN缓冲层210插入GaN材料与衬底100蓝宝石(Al₂O₃)之间，降低未掺杂GaN层220与衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃)的晶格失配与热失配问题，避免未掺杂GaN层220直接沉积在衬底100材料蓝宝石(Al₂O₃)上存在晶格失配及热失配，导致界面处出现缺陷及位错，降低未掺杂GaN层220的晶体质量及性能。

未掺杂GaN层220上设有N型掺杂GaN层230，该N型掺杂GaN层230拥有多余的电子，提供多余的电子给发光层400，以达到电子与空穴的辐射复合，从而实现发光二极管的发光。具体为，在温度为1100-1200℃之间，压力为100-300Torr之间，硅作为N型掺杂GaN层230的掺杂剂，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3，外延生长厚度为1-3μm的N型掺杂GaN层230。

N型掺杂GaN层230上设有阻挡层300，阻挡层300依次包括P型掺杂的InGaN层310、无掺杂的InGaN层320及N型掺杂的InGaN层330。其中，P型掺杂的InGaN层310设于N型掺杂GaN层230上，P型掺杂的InGaN层310拥有多余的空穴，N型掺杂的InGaN层330拥有多余的电子，N型掺杂的InGaN层330多余的电子向P型掺杂的InGaN层310多余的空穴移动，阻挡层300内部形成内建电场，在内建电场的作用下，N型掺杂的InGaN层330的电子向P型掺杂的InGaN层310移动，并向N型掺杂GaN层230溢流，其与N型掺杂GaN层230电子移动方向相反，从而对N型掺杂GaN层230电子迁移形成阻挡作用，降低了N型掺杂GaN层230电子迁移率，减少了N型掺杂GaN层230电子溢流至P型掺杂GaN层520，从而提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，进而提高了发光二极管的发光效率。

具体为，将温度下降至800-900℃之间，压力调节至100-300Torr之间，P型掺杂的InGaN层310的掺杂剂为正己烷（C₆H₁₄），其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长厚度为50-200nm的P型掺杂的InGaN层310；其次，外延生长厚度为50-200nm无掺杂的InGaN层320，温度设置为800-900℃之间，压力调节至100-300Torr之间；最后，将温度设置为800-900℃之间，压力调节至100-300Torr之间，N型掺杂的InGaN层330的掺杂剂为硅烷（SiH₄），其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长厚度为50-200nm的N型掺杂的InGaN层330。在本实施例中，InGaN材料都是在温度800-900℃之间外延生长，其低温生长形成压应力，抵消GaN材料形成外延层内部产生的张应力，降低后续发光层400外延生长时，因为张应力作用而导致内部生长不均匀产生极化效应。

事例而非限定，当P型掺杂的InGaN层310采用镁作为掺杂剂时，所需掺杂外延生长的温度相对偏高，高温外延生长过程中将引入张应力，继而后续外延生长发光层400，会因为张应力的作用导致发光层400内部生长不均匀，产生极化效应，从而影响发光层400的质量及发光二极管的性能。N型掺杂的InGaN层330设有发光层400，发光层400为多量子阱结构（MQW），量子阱（QW）是指两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。多量子阱层（MQW）包括5-12个周期InGaN阱层与GaN垒层，其中，单个InGaN阱层的厚度为2-4nm，外延生长温度为800-900℃之间，压力在100-300Torr之间；而单个GaN垒层的厚度为8-20nm，外延生长温度为900-1000℃之间，生长压力在100-300Torr之间。

需要说明的是，当在发光二极管两端外加电场，N型掺杂GaN层230作为负极，P型掺杂GaN层520作为正极，N型掺杂GaN层230中多余的电子向正极P型掺杂GaN层520方向迁移，P型掺杂GaN层520中多余的空穴向负极N型掺杂GaN层230方向迁移,两侧迁移的电子与空穴在发光层400会合，在发光层400的多量子阱层内电子-空穴发生辐射复合，从而形成发光二极管发光。但是，由于电子迁移速率比空穴迁移速率快，N型掺杂GaN层230中电子容易向P型掺杂GaN层520溢流，导致多量子阱层电子空穴发生辐射复合的效率降低。因此，在N型掺杂GaN层230与发光层400之间设有一阻挡层300，在阻挡层300内部构建的内建电场与发光二极管的外加电场方向相反，N型掺杂的InGaN层330的电子向P型掺杂的InGaN层310移动，并向N型掺杂GaN层230溢流，这与N型掺杂GaN层230的电子移动方向相反，从而对N型掺杂GaN层230的电子迁移形成阻挡作用，降低N型掺杂GaN层230的电子迁移率，减少N型掺杂GaN层230的电子向P型掺杂GaN层520溢流，以使量子阱内电子-空穴波函数重叠率提高，从而提高发光二极管的发光效率。

发光层400上设有第二半导体层500，第二半导体层500依次包括电子阻挡层510及P型掺杂GaN层520，电子阻挡层510设于发光层400上，电子阻挡层510为AlGaN材料，其用于阻止电子向P型掺杂GaN层520溢流，其在温度为1000-1100℃之间，压力在50-100Torr之间，外延生长厚度为20-100nm的AlGaN电子阻挡层510，其中Al的组分占比为0.01-0.2。由于AlGaN的特性，AlGaN电子阻挡层510虽然能抑制电子向P型掺杂GaN层520溢流，但是AlGaN电子阻挡层510同样阻挡了空穴的迁移率，导致空穴的迁移率进一步降低，使得量子阱内电子-空穴波函数重叠率下降，从而降低了发光二极管的发光效率。而阻挡层300设置在N型掺杂GaN层230与发光层400之间，P型掺杂GaN层520的空穴向发光层400移动不受该阻挡层300影响。

另外，AlGaN电子阻挡层510上设有P型掺杂GaN层520，P型掺杂GaN层520拥有多余的空穴，提供多余的空穴给发光层400，以达到电子与空穴的辐射复合，从而实现发光二极管的发光。具体为，将温度设置为950-1050℃之间，压力调节至100-600Torr之间，镁作为P型掺杂GaN层520的掺杂剂，其掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3，外延生长厚度为30-200nm的P型掺杂GaN层520。

其中，P型掺杂GaN层520上设有接触层600，接触层600用于与芯片电极接合形成欧姆接触，有效的降低电压及提高亮度。具体为，将温度设置为1000-1100℃之间，压力调节至100-300Torr之间，外延生长厚度为10-50nm的GaN接触层。

发光二极管外延结构生长结束后，将反应腔温度降低至650-850℃，在氮气气氛中退火处理5-15min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，放至室温冷却，发光二极管外延生长完成。

相比于现有技术，本实施例提供的发光二极管，有益效果在于：通过本发明提供的一种发光二极管，在第一半导体层与发光层之间设有一阻挡层，阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，InGaN材料的引入导致外延层形成压应力，抵消外延层内部产生的张应力，降低发光层因为内部不均匀产生的极化效应，从而提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，同时，该阻挡层的三层设置，能在内部形成与发光二极管外加电场方向相反的内建电场，降低发光二极管的电子的迁移速率，减少第一半导体层的电子溢流至第二半导体层，第一半导体的电子将会与第二半导体的空穴在发光层会合，从而进一步提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，进而提高发光二极管的发光效率，从而解决了发光二极管普遍存在量子阱内电子-空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

实施例二

请参阅图3，所示为本发明第二实施例提供的一种发光二极管的制备方法，所述方法包括步骤S10-S12：

步骤S10，提供衬底；

其中，衬底可为图形化或非图形化平片衬底，衬底与外延层的特性配合要非常严格，如晶格失配及热失配需要匹配才能外延生长出质量优异的外延层，否则直接影响外延层的生长质量及发光二极管的性能。在本实施例中，衬底采用以（0001）晶向蓝宝石(Al₂O₃)材料，其化学性能稳定、不吸收可见光、价格便宜成本低、制作技术成熟简单，作为发光二极管使用最广泛的衬底材料。

步骤S11，在所述衬底上依次外延生长第一半导体层，发光层，第二半导体层及接触层；

其中，衬底上外延生长第一半导体层，第一半导体层依次包括AlN缓冲层、未掺杂GaN层及N型掺杂GaN层。

首先，外延生长AlN缓冲层，AlN缓冲层的生长有效的解决第一半导体层与衬底之间的晶格失配及热失配问题，以利于后续在晶格不匹配的情况下生长第一半导体层，避免第一半导体层直接沉积在衬底上存在晶格失配及热失配，造成第一半导体层与衬底之间的界面出现大量的晶格缺陷及位错，从而影响第一半导体层的晶体质量及性能；同时，AlN缓冲层的润湿性比较优异，因此在衬底上沉积一层AlN缓冲层，有助于第一半导体层成核及生长，以形成高质量的第一半导体层。

具体为，AlN缓冲层是通过PVD溅射沉积方式生长，将温度上升至400-650℃之间，溅射功率调节至2000-4000W之间，在压力为1-10Torr之间时，生长5-50nm厚度的AlN缓冲层。

除此之外，将温度加热至1000-1200℃之间，压力调节至150-500Torr之间，将生长完成的AlN缓冲层在MOCVD中氢气气氛下进行原位退火处理5-10min，退火的主要是为了释放AlN缓冲层与衬底之间的应力。

其次，在退火完成的AlN缓冲层上沉积未掺杂GaN层，GaN材料由于其热产生效率低，抗辐射，击穿电压高，电子饱和漂移速度大，和介电常数小，被广泛应用于发光二极管中，该未掺杂GaN层是通过在AlN缓冲层上形成不规则的岛状成核层，继而在成核层上填平形成光滑的填平层，以获得未掺杂GaN层，该生长方式将减少未掺杂GaN层的内部缺陷。

具体为，将温度调节至1050-1200℃之间，外延生长未掺杂GaN层，其厚度为1-3μm，在此生长过程时，生长压力在100-300Torr之间。

最后，在未掺杂GaN层上外延生长N型掺杂GaN层，N型掺杂GaN层拥有多余的电子，提供多余的电子给发光层，以达到电子与空穴的辐射复合，从而实现发光二极管的发光。

具体为，将温度调节至1100-1200℃之间，压力调节至100-300Torr之间，硅作为N型掺杂GaN层的掺杂剂，其掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3，外延生长厚度为1-3μm的N型掺杂GaN层。

另外，发光层是多量子阱结构（MQW），量子阱（QW）是指两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。第一半导体层的电子与第二半导体层的空穴在发光层会合，形成电子与空穴的辐射复合，实现发光二极管发光。

具体为，多量子阱层（MQW）包括5-12个周期InGaN阱层与GaN垒层，其中，单个InGaN阱层是在温度为800-900℃之间，压力在100-300Torr之间外延生长，其单个InGaN阱层的厚度为2-4nm，而在温度为900-1000℃之间，压力在100-300Torr之间时，外延生长单个厚度为8-20nm的GaN垒层，以形成多量子阱层（MQW）。

自然而然，发光层上外延生长第二半导体层，第二半导体层依次包括电子阻挡层及P型掺杂GaN层，电子阻挡层外延生长于发光层上，其用于阻止电子向P型掺杂GaN层溢流，但是AlGaN电子阻挡层同样阻挡了空穴的迁移率，导致空穴的迁移率进一步降低，使得量子阱内电子-空穴波函数重叠率下降，从而降低了发光二极管的发光效率。

具体为，将温度调节至1000-1100℃之间，压力调节至50-100Torr之间，外延生长厚度为20-100nm的AlGaN电子阻挡层，其中Al的组分占比为0.01-0.2。

电子阻挡层上外延生长P型掺杂GaN层，P型掺杂GaN层拥有多余的空穴，提供多余的空穴给发光层，以达到电子与空穴的辐射复合，从而实现发光二极管的发光。

具体为，将温度设置为950-1050℃之间，压力调节至100-600Torr之间，镁作为P型掺杂GaN层的掺杂剂，其掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3，外延生长厚度为30-200nm的P型掺杂GaN层。

随后，第二半导体层上外延生长接触层，接触层提供P型电极接合界面，有效的降低电压及提高亮度。

具体为，将温度调节至1000-1100℃之间，压力调节至100-300Torr之间，外延生长GaN接触层，其厚度为10-50nm。

发光二极管外延结构生长结束后，将反应腔温度降低至650-850℃，在氮气气氛中退火处理5-15min，接着关闭加热系统、关闭给气系统，放至室温冷却，发光二极管外延生长完成。

需要说明的是，当发光二极管两端外加电场，N型掺杂GaN层作为负极，P型掺杂GaN层作为正极时，N型掺杂GaN层的电子向正极P型掺杂GaN层方向迁移，P型掺杂GaN层的空穴向负极N型掺杂GaN层方向迁移。N型掺杂GaN层迁移的电子与P型掺杂GaN层迁移的空穴在发光层会合，在发光层的多量子阱层内电子-空穴发生辐射复合，从而形成发光二极管发光。

步骤S12，通过在第一半导体层及发光层之间外延生长一阻挡层，以用于减少所述第一半导体层的电子溢流至所述第二半导体层，其中，所述阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，所述P型掺杂的InGaN层设于所述第一半导体层上。

其中，在第一半导体层及发光层之间插入外延生长一阻挡层，该阻挡层包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层。其中，P型掺杂的InGaN层外延生长于N型掺杂GaN层上。

需要说明的是，P型掺杂的InGaN层拥有多余的空穴，N型掺杂的InGaN层拥有多余的电子，N型掺杂的InGaN层的电子向P型掺杂的InGaN层的空穴移动，阻挡层内部形成一内建电场；而当发光二极管两端外加电场，N型掺杂GaN层作为负极，P型掺杂GaN层作为正极时，N型掺杂GaN层的电子向正极P型掺杂GaN层方向迁移，P型掺杂GaN层的空穴向负极N型掺杂GaN层方向迁移。但是，由于电子迁移速率比空穴迁移速率快，N型掺杂GaN层的电子容易向P型掺杂GaN层溢流，导致多量子阱层电子空穴发生辐射复合的效率降低，而阻挡层内部形成的内建电场与发光二极管的外加电场方向相反，N型掺杂的InGaN层的电子向P型掺杂的InGaN层移动，并向N型掺杂GaN层溢流，这与N型掺杂GaN层的电子移动方向相反，从而对N型掺杂GaN层的电子迁移形成阻挡作用，降低N型掺杂GaN层的电子迁移率，减少N型掺杂GaN层的电子向P型掺杂GaN层溢流，以使量子阱内电子-空穴波函数重叠率提高，从而提高发光二极管的发光效率。

具体为，首先，在温度设置为800-900℃之间，压力调节至100-300Torr之间时，P型掺杂的InGaN层的掺杂剂为正己烷（C₆H₁₄），其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长P型掺杂的InGaN层，其厚度为50-200nm；其次，在P型掺杂的InGaN层上外延生长厚度为50-200nm无掺杂的InGaN层，其反应条件为，温度在800-900℃之间，压力在100-300Torr之间；最后，在无掺杂的InGaN层上外延生长N型掺杂的InGaN层，将温度调节至800-900℃之间，压力调节至100-300Torr之间，硅烷（SiH₄）作为N型掺杂的InGaN层的掺杂剂，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长厚度为50-200nm的N型掺杂的InGaN层。

相比于现有技术，本实施例提供的发光二极管的制备方法，有益效果在于：通过本发明提供的一种发光二极管的制备方法，在第一半导体层与发光层之间外延生长一阻挡层，该阻挡层的三层设置，在其内部形成与发光二极管的外加电场方向相反的内建电场，减少第一半导体层的电子溢流至第二半导体层，第一半导体的电子将会与第二半导体的空穴在发光层会合，从而进一步提高量子阱内电子-空穴波函数重叠率，进而提高发光二极管的发光效率，从而解决了发光二极管普遍存在量子阱内电子-空穴波函数重叠率低下，影响发光二极管发光效率的技术问题。

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。

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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括：

衬底；

依次设于所述衬底上的第一半导体层、发光层、第二半导体层及接触层；

设于所述第一半导体层与所述发光层之间的阻挡层，以用于减少所述第一半导体层的电子溢流至所述第二半导体层，所述阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，所述P型掺杂的InGaN层设于所述第一半导体层上。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层均为低温外延生长的InGaN。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层的厚度均为50-200nm。

4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述P型掺杂的InGaN层的掺杂剂为正己烷，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，所述N型掺杂的InGaN层的掺杂剂为硅烷，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一半导体层依次包括AlN缓冲层、未掺杂GaN层及N型掺杂GaN层，其中，所述AlN缓冲层设于所述衬底上，所述AlN缓冲层的厚度为15-50nm，所述未掺杂GaN层的厚度为1-3μm，所述N型掺杂GaN层的厚度为50-200nm，所述N型掺杂GaN层的掺杂剂为硅，其浓度为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第二半导体层依次包括电子阻挡层及P型掺杂GaN层，其中，所述电子阻挡层设于所述发光层上，所述电子阻挡层为AlGaN，其厚度为20-100nm，Al组分占比为0.01-0.2，所述P型掺杂GaN层的厚度为30-200nm，所述P型掺杂GaN层的掺杂剂为镁，其浓度为为1×10¹⁹cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

7.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述发光层为多量子阱结构，包括若干个周期InGaN阱层与GaN垒层，其中，InGaN阱层的厚度为2-4nm，GaN垒层的厚度为8-20nm。

8.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述接触层为GaN，其厚度为10-50nm。

9.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上依次外延生长第一半导体层，发光层，第二半导体层及接触层；

通过在第一半导体层及发光层之间外延生长一阻挡层，以用于减少所述第一半导体层的电子溢流至所述第二半导体层，其中，所述阻挡层依次包括P型掺杂的InGaN层、无掺杂的InGaN层及N型掺杂的InGaN层，所述P型掺杂的InGaN层设于所述第一半导体层上。

10.根据权利要求9所述的发光二极管的制备方法，其特征在于，所述阻挡层的生长步骤包括：

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，掺杂剂为正己烷，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长形成厚度为50-200nm的P型掺杂的InGaN层；

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，外延生长形成厚度为50-200nm的无掺杂的InGaN层；

将温度设置在800-900℃之间，压力设置在100-300Torr之间，掺杂剂为硅烷，掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3，外延生长形成厚度为50-200nm的N型掺杂的InGaN层。

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