CN114361302B - 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法，包括：采用沉积技术在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构。本发明中的一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法，通过AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构使外延层生长表面更加光滑；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升晶体质量和发光均匀性。

Description

一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法。

背景技术

GaN材料由于其具有热产生效率低，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。

LED外延生长过程中，由于缺乏与GaN相匹配的衬底材料，目前通常采用异质衬底包括蓝宝石、SiC和Si。由于异质外延生长时，GaN外延层与衬底之间存在晶格失配和热失配，导致异质外延得到的GaN薄膜的界面处具有大量的位错和缺陷，使得材料的晶体质量及性能受到严重的影响。例如，衬底与GaN晶格失配为14%，热失配为34%，Si衬底与GaN晶格失配为17%，热失配为56%，为了解决GaN与衬底之间的晶格失配和热失配问题，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长时通常先在衬底上生长缓冲层，如GaN缓冲层，AlGaN缓冲层或AlN缓冲层，然后在缓冲层上继续生长所需要的LED外延层结构。

现有技术中，GaN基LED外延层生长一般先通过MOCVD方法或PVD方法或两者相结合的方法制备AlN（或AlGaN）缓冲层，然后在MOCVD中继续外延生长后续外延，AlN（或AlGaN）缓冲层虽然能够一定程度上缓解衬底与AlGaN外延层的晶格失配，但AlN（或AlGaN）缓冲层承受极大的应力无法释放，会使外延层表面产生裂纹，且由于量子阱生长需要低温，外延层由于张应力作用翘曲表现为凸，AlN（或AlGaN）缓冲层外延层翘曲同样表现为凸，使得量子阱的发光波长更凸，导致发光波长均匀性变差。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法，解决背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

本发明提供一种发光二极管缓冲层制备方法，方法包括：

提供衬底，采用沉积技术在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构，AlN/AlGaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和AlGaN子层，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构在衬底上以纵向生长；

在AlGaN块状结构上依次生长AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构，AlN/GaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层，AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构呈横向生长，直至生长出平坦的平面结构；

在GaN块状结构上依次生长AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构，AlN/InGaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层。

本发明中的发光二极管缓冲层的制备方法，通过在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以纵向生长能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以横向生长，覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

进一步的，每个周期中AlN子层的厚度为1nm-2nm，AlGaN子层的厚度为5nm-10nm，AlN/AlGaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为600℃-900℃，生长压力为30torr-80torr，AlGaN的Al组分为0.5%-0.8%。

进一步的，AlGaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为600℃-900℃，生长压力为30torr-80torr，AlGaN的Al组分为0.5%-0.8%。

进一步的，每个周期中AlN子层的厚度为1nm-2nm，GaN子层的厚度为5nm-10nm，AlN/GaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr。

进一步的，GaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr。

进一步的，每个周期中AlN子层的厚度为1nm-2nm，InGaN子层的厚度为5nm-10nm，AlN/InGaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，InGaN的In组分为0.1%-0.3%。

进一步的，InGaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，InGaN的In组分为0.1%-0.3%。

进一步的，沉积技术包括金属有机化学气相沉积技术、物理气相沉积技术。

本发明另一方面还提供一种发光二极管缓冲层，包括依次设于衬底上的：AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构。

本发明另一方面还提供一种发光二极管，包括由下至上依次设置的：衬底、缓冲层、未掺杂的GaN层，N型掺杂GaN层，多量子阱层，电子阻挡层，P型掺杂GaN层及接触层，其中，缓冲层为上述的发光二极管缓冲层。

附图说明

图1为本发明实施例中一种发光二极管缓冲层的结构示意图；

图2为本发明实施例中发光二极管外延片的结构示意图；

附图标号说明：

AlN/AlGaN超晶格结构	226	GaN块状结构	223
				AlGaN块状结构	225	AlN/InGaN超晶格结构	222
AlN/GaN超晶格结构	224	InGaN块状结构	221
				衬底	21	未掺杂的GaN层	23
N型掺杂GaN层	24	多量子阱层	25
				电子阻挡层	26	P型掺杂GaN层	27
GaN接触层	28	缓冲层	22

如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。

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。

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。

本发明提供一种发光二极管缓冲层制备方法，包括以下步骤S1-S6：

S1、如图1所示为根据本制备方法制备的发光二极管缓冲层22。提供衬底21，本实施例中采用以晶向蓝宝石Al₂O₃为衬底21，将衬底21转入MOCVD系统中。本实施例中采用MOCVD（金属有机化学气相沉积）在衬底21上生长缓冲层22，在一些其他可选实施例中，也可采用物理气相沉积或所述金属有机化学气相沉积、所述物理气相沉积两者相结合的方法。

首先在衬底21上生长缓冲层22中的AlN/AlGaN超晶格结构226。超晶格结构指周期性交替生长的两种或多种材料构成的人造晶体。AlN/AlGaN超晶格结构226为周期性依次交替生长的AlN子层和AlGaN子层组成，生长温度为600℃-900℃间，生长压力为30torr-80torr，AlGaN的Al组分为0.5%-0.8%之间，生长AlN/AlGaN超晶格结构226的总厚度为30nm-50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内AlGaN子层厚度为5nm-10nm。

S2、接着在AlN/AlGaN超晶格结构226上继续生长厚度为10nm-20nm的AlGaN块状结构225，生长温度为600℃-900℃，生长压力为30torr-80torr，所述AlGaN子层的Al组分为0.5%-0.8%，同上述AlN/AlGaN超晶格结构226。其中，AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225将以三维模式生长，形成AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225的三维层，其中三维模式生长为纵向生长，可以湮灭衬底21与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸。

S3、更改生长条件，在AlGaN块状结构225上生长缓冲层22中的AlN/GaN超晶格结构224。AlN/GaN超晶格结构224为周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr，AlN/GaN超晶格结构224总厚度为30nm-50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内GaN子层厚度为5nm-10nm。

S4、接着在AlN/GaN超晶格结构224上生长厚度为10nm-20nm的GaN块状结构223，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr，即生长条件同上述AlN/GaN超晶格结构224。其中，AlN/GaN超晶格结构224和GaN块状结构223在同一生长条件下，以二维模式生长，二维模式生长为横向生长，因此可覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225，填平上述三维层可能生长出的裂纹或凹凸不平的平面，获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升。

S5、更换生长条件，在GaN块状结构223上生长缓冲层22中的AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，InGaN的In组分为0.1%-0.3%之间，AlN/InGaN超晶格结构222总厚度为30nm-50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内InGaN子层厚度为5nm-10nm。

S6、最后在AlN/InGaN超晶格结构222上生长厚度为10nm-20nm的InGaN块状结构221，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，InGaN的In组分为0.1%-0.3%之间，生长条件同上述AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222和InGaN块状结构221的生长能够在缓冲层22引入足够的压应力，用来平衡后期量子阱生长时产生的压应力，提升发光波长的均匀性。

如图2所示，在一些其他可选实施例中，还提供发光二极管的外延结构制备方法，制备方法包括在衬底21上按上述步骤S1-S6制备缓冲层22后，继续在缓冲层22上生长外延层结构，包括以下步骤S101-S107：

S101、如图2所示为根据本制备方法制备的发光二极管的外延结构。在缓冲层22生长完，温度调节至1050℃-1200℃，生长厚度在1.0μm-3.0μm的未掺杂的GaN层23，生长压力在100torr-500torr之间。

S102、未掺杂的GaN层23生长结束后，生长一层Si掺杂的N型掺杂GaN层24，厚度在1.0μm-3.0μm之间，生长温度在1100℃-1200℃，压力在100torr-300torr之间，Si掺杂浓度在10¹⁹cm^-3-10²⁰cm^-3之间。

S103、N型掺杂GaN层24生长结束后生长多量子阱层25，多量子阱层25由5-12个周期InGaN/GaN组成，其中InGaN为阱层，GaN为垒层。多量子阱层25中单个InGaN阱层厚度为2nm-4nm，生长温度的范围在800℃-900℃间，压力范围在100torr与300torr之间；单个GaN垒层的厚度在8nm-20nm间，生长温度在900℃-1000℃，生长压力在100torr-300torr之间。

S104、多量子阱层25生长完后长AlGaN电子阻挡层26，生长温度在1000℃-1100℃之间，生长压力在50torr-100torr之间，生长厚度在20nm-100nm之间，Al组分在0.1%-0.5%之间。

S105、电子阻挡层26生长完后生长一层P型掺杂GaN层27，厚度在30nm-200nm之间，生长温度在950℃-1050℃之间，生长压力区间为100torr-600torr，Mg掺杂浓度在10¹⁹cm^-3-10²⁰cm^-3之间。

S106、在P型掺杂GaN层27上生长GaN接触层28，厚度为10nm-50nm之间，生长温度区间为1000℃-1100℃，生长压力区间为100torr-300torr。

S107、外延结构生长结束后，将反应腔温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间为650℃-850℃，退火处理5-15分钟，直至室温，外延生长结束。三甲基铝（TMAl）、三甲基镓或三乙基镓（TMGa或TEGa）和氨气分别作为Ⅲ族源和Ⅴ族源的前驱体，硅烷和二茂镁分别作为N型掺杂剂和P型掺杂剂的前驱体，氮气和氢气作为载气。

实施例一

本实施例中提供一种发光二极管缓冲层的制备方法，包括：

S11、如图1所示为根据本制备方法制备的发光二极管缓冲层22。提供衬底21，本实施例中采用以晶向蓝宝石Al₂O₃为衬底21，将衬底21转入MOCVD系统中。本实施例中采用MOCVD（金属有机化学气相沉积）在衬底21上生长缓冲层22，在一些其他可选实施例中，也可采用物理气相沉积或所述金属有机化学气相沉积、所述物理气相沉积两者相结合的方法。

首先在衬底21上生长缓冲层22中的AlN/AlGaN超晶格结构226。超晶格结构指周期性交替生长的两种或多种材料构成的人造晶体。AlN/AlGaN超晶格结构226为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为700℃，生长压力为70torr，AlGaN的Al组分为0.6%，生长AlN/AlGaN超晶格结构226的总厚度为40nm，单个周期内AlN子层厚度为1.6nm，单个周期内AlGaN子层厚度为8nm。

S12、接着在AlN/AlGaN超晶格结构226上继续生长厚度为18nm的AlGaN块状结构225，生长条件同上述AlN/AlGaN超晶格结构226。其中，AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225将以三维模式生长，形成AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225的三维层，其中三维模式生长为纵向生长，可以湮灭衬底21与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸。

S13、更改生长条件，在AlGaN块状结构225上生长缓冲层22中的AlN/GaN超晶格结构224。AlN/GaN超晶格结构224为周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层生长温度为1050℃，生长压力为100torr，AlN/GaN超晶格结构224总厚度为40nm，单个周期内AlN子层厚度为1.4nm，单个周期内GaN子层厚度为8nm。

S14、接着在AlN/GaN超晶格结构224上生长厚度为15nm的GaN块状结构223，生长条件同上述AlN/GaN超晶格结构224。其中，AlN/GaN超晶格结构224和GaN块状结构223在同一生长条件下，以二维模式生长，二维模式生长为横向生长，因此可覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225，填平上述三维层可能生长出的裂纹或凹凸不平的平面，获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升。

S15、更换生长条件，在GaN块状结构223上生长缓冲层22中的AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为870℃，生长压力为85torr，InGaN的In组分为0.2%之间，AlN/InGaN超晶格结构222总厚度为40nm，单个周期内AlN子层厚度为1.5nm，单个周期内InGaN子层厚度为8nm。

S16、最后在AlN/InGaN超晶格结构222上生长厚度为15nm的InGaN块状结构221，生长条件同上述AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222和InGaN块状结构221的生长能够在缓冲层22引入足够的压应力，用来平衡后期量子阱生长时产生的压应力，提升发光波长的均匀性。

综上，本实施例中的发光二极管缓冲层的制备方法，通过在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以三维模式生长能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以二维模式生长，覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

实施例二

本实施例中提供一种发光二极管缓冲层的制备方法，包括：

S21、如图1所示为根据本制备方法制备的发光二极管缓冲层22。提供衬底21，本实施例中采用以晶向蓝宝石Al₂O₃为衬底21，将衬底21转入MOCVD系统中。本实施例中采用MOCVD（金属有机化学气相沉积）在衬底21上生长缓冲层22，在一些其他可选实施例中，也可采用物理气相沉积或所述金属有机化学气相沉积、所述物理气相沉积两者相结合的方法。

首先在衬底21上生长缓冲层22中的AlN/AlGaN超晶格结构226。超晶格结构指周期性交替生长的两种或多种材料构成的人造晶体。AlN/AlGaN超晶格结构226为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为600℃，生长压力为80torr，AlGaN的Al组分为0.8%，生长AlN/AlGaN超晶格结构226的总厚度为30nm，单个周期内AlN子层厚度为2nm，单个周期内AlGaN子层厚度为5nm。

S22、接着在AlN/AlGaN超晶格结构226上继续生长厚度为20nm的AlGaN块状结构225，生长温度为900℃，生长压力为80torr，所述AlGaN子层的Al组分为0.8%，同上述AlN/AlGaN超晶格结构226。其中，AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225将以三维模式生长，形成AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225的三维层，其中三维模式生长为纵向生长，可以湮灭衬底21与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸。

S23、更改生长条件，在AlGaN块状结构225上生长缓冲层22中的AlN/GaN超晶格结构224。AlN/GaN超晶格结构224为周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层生长温度为1100℃，生长压力为200torr，AlN/GaN超晶格结构224总厚度为50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm，单个周期内GaN子层厚度为5nm。

S24、接着在AlN/GaN超晶格结构224上生长厚度为20nm的GaN块状结构223，生长温度为1000℃，生长压力为50torr，即生长条件同上述AlN/AlGaN超晶格结构226和AlN/GaN超晶格结构224。其中，AlN/GaN超晶格结构224和GaN块状结构223在同一生长条件下，以二维模式生长，二维模式生长为横向生长，因此可覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225，填平上述三维层可能生长出的裂纹或凹凸不平的平面，获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升。

S25、更换生长条件，在GaN块状结构223上生长缓冲层22中的AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为800℃，生长压力为150torr，InGaN的In组分为0.1%，AlN/InGaN超晶格结构222总厚度为30nm，单个周期内AlN子层厚度为2nm，单个周期内InGaN子层厚度为5nm。

S26、最后在AlN/InGaN超晶格结构222上生长厚度为20nm的InGaN块状结构221，生长温度为800℃，生长压力为150torr，InGaN的In组分为0.1%之间，生长条件同上述AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222和InGaN块状结构221的生长能够在缓冲层22引入足够的压应力，用来平衡后期量子阱生长时产生的压应力，提升发光波长的均匀性。

综上，本实施例中的发光二极管缓冲层的制备方法，通过在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以三维模式生长能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以二维模式生长，覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

实施例三

本实施例中提供一种发光二极管缓冲层的制备方法，包括：

S31、如图1所示为根据本制备方法制备的发光二极管缓冲层22。提供衬底21，本实施例中采用以晶向蓝宝石Al₂O₃为衬底21，将衬底21转入MOCVD系统中。本实施例中采用MOCVD（金属有机化学气相沉积）在衬底21上生长缓冲层22，在一些其他可选实施例中，也可采用物理气相沉积或所述金属有机化学气相沉积、所述物理气相沉积两者相结合的方法。

首先在衬底21上生长缓冲层22中的AlN/AlGaN超晶格结构226。超晶格结构指周期性交替生长的两种或多种材料构成的人造晶体。AlN/AlGaN超晶格结构226为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为900℃间，生长压力为30torr，AlGaN的Al组分为0.5%，生长AlN/AlGaN超晶格结构226的总厚度为50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm，单个周期内AlGaN子层厚度为10nm。

S32、接着在AlN/AlGaN超晶格结构226上继续生长厚度为10nm的AlGaN块状结构225，生长条件同上述AlN/AlGaN超晶格结构226。其中，AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225将以三维模式生长，形成AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225的三维层，其中三维模式生长为纵向生长，可以湮灭衬底21与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸。

S33、更改生长条件，在AlGaN块状结构225上生长缓冲层22中的AlN/GaN超晶格结构224。AlN/GaN超晶格结构224为周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层生长温度为1000℃，生长压力为50torr，AlN/GaN超晶格结构224总厚度为30nm，单个周期内AlN子层厚度为2nm，单个周期内GaN子层厚度为10nm。

S34、接着在AlN/GaN超晶格结构224上生长厚度为10nm的GaN块状结构223，生长条件同上述AlN/AlGaN超晶格结构226和AlN/GaN超晶格结构224。其中，AlN/GaN超晶格结构224和GaN块状结构223在同一生长条件下，以二维模式生长，二维模式生长为横向生长，因此可覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构226和AlGaN块状结构225，填平上述三维层可能生长出的裂纹或凹凸不平的平面，获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升。

S35、更换生长条件，在GaN块状结构223上生长缓冲层22中的AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222为周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，生长温度为900℃，生长压力为50torr，InGaN的In组分为0.3%，AlN/InGaN超晶格结构222总厚度为50nm，单个周期内AlN子层厚度为1nm，单个周期内InGaN子层厚度为10nm。

S36、最后在AlN/InGaN超晶格结构222上生长厚度为10nm的InGaN块状结构221，生长温度为900℃，生长压力为50torr，InGaN的In组分为0.3%，生长条件同上述AlN/InGaN超晶格结构222。AlN/InGaN超晶格结构222和InGaN块状结构221的生长能够在缓冲层22引入足够的压应力，用来平衡后期量子阱生长时产生的压应力，提升发光波长的均匀性。

综上，本实施例中的发光二极管缓冲层的制备方法，通过在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以三维模式生长能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以二维模式生长，覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

实施例四

请参阅图1，所示为本实施例中发光二极管缓冲层22，包括依次设于衬底21一侧的AlN/AlGaN超晶格结构226、AlGaN块状结构225、AlN/GaN超晶格结构224、GaN块状结构223、AlN/InGaN超晶格结构222和InGaN块状结构221。

本实施例中的衬底21优选为蓝宝石Al₂O₃衬底21，其中，AlN/AlGaN超晶格结构226、AlN/GaN超晶格结构224和AlN/InGaN超晶格结构222的总厚度均为30nm-50nm，AlGaN块状结构225、GaN块状结构223和InGaN块状结构221的厚度均为10nm-20nm。

具体的，所述AlN/AlGaN超晶格结构226由周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层，其中，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内AlGaN子层厚度为5nm-10nm。所述AlN/GaN超晶格结构224由周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层，其中，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内GaN子层厚度为5nm-10nm。所述AlN/InGaN超晶格结构222由周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层，其中，单个周期内AlN子层厚度为1nm-2nm，单个周期内InGaN子层厚度为5nm-10nm。

综上，本实施例中的发光二极管缓冲层，通过在衬底上依次设置AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以三维结构能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以二维结构，能够覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

实施例五：

本实施例提供一种发光二极管外延片，发光二极管的外延结构包括实施例四中的缓冲层22。

请参阅图2，所示为一种发光二极管外延片的结构示意图，该发光二极管包括由下而上依次设置的：蓝宝石衬底21、缓冲层22、未掺杂的GaN层23，N型掺杂GaN层24，多量子阱层25，电子阻挡层，P型掺杂GaN层27及GaN接触层28，其中缓冲层22为实施例四中发光二极管缓冲层。

其中，未掺杂的GaN层23的厚度为1.0μm-3.0μm，N型掺杂GaN层24的厚度为1.0μm-3.0μm，多量子阱层25由5到12个周期InGaN/GaN组成，其中InGaN为阱层，GaN为垒层；MQW中单个InGaN阱层厚度为2nm-4nm，单个GaN垒层的厚度为8nm-20nm。电子阻挡层26厚度为20nm-100nm；P型掺杂GaN层27厚度为30nm-200nm；GaN接触层28厚度为10nm-50nm。

综上，本实施例中的发光二极管外延片，通过在衬底上依次设置AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构的缓冲层。其中，AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构以三维结构能够湮灭衬底与外延层因晶格失配而产生的位错，阻挡缺陷继续向外延层延伸；AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构以二维结构，能够覆盖上述已生长的AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构三维层，可以获得比较平坦的外延层，使外延层表面更加光滑，晶体质量得到提升；AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构能够引入足够的压应力，平衡量子阱生长时产生的压应力，从而提升发光波长的均匀性，解决了背景技术中外延层表面产生裂纹和表面翘曲为凸，导致发光波长均匀性变差的问题。

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)

1.一种发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底，采用沉积技术在衬底上依次生长AlN/AlGaN超晶格结构和AlGaN块状结构，所述AlN/AlGaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和AlGaN子层，所述AlN/AlGaN超晶格结构和所述AlGaN块状结构在衬底上以纵向生长；

在所述AlGaN块状结构上依次生长AlN/GaN超晶格结构和GaN块状结构，所述AlN/GaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和GaN子层，所述AlN/GaN超晶格结构和所述GaN块状结构呈横向生长，直至生长出平坦的平面结构；

在所述GaN块状结构上依次生长AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构，所述AlN/InGaN超晶格结构包括周期性依次交替生长的AlN子层和InGaN子层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，每个周期中所述AlN子层的厚度为1nm-2nm，所述AlGaN子层的厚度为5nm-10nm，所述AlN/AlGaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为600℃-900℃，生长压力为30torr-80torr，所述AlGaN的Al组分为0.5%-0.8%。

3.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，所述AlGaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为600℃-900℃，生长压力为30torr-80torr，所述AlGaN的Al组分为0.5%-0.8%。

4.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，每个周期中所述AlN子层的厚度为1nm-2nm，所述GaN子层的厚度为5nm-10nm，所述AlN/GaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr。

5.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，所述GaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为50torr-200torr。

6.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，每个周期中所述AlN子层的厚度为1nm-2nm，所述InGaN子层的厚度为5nm-10nm，所述AlN/InGaN超晶格结构的生长厚度为30nm-50nm，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，所述InGaN的In组分为0.1%-0.3%。

7.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，所述InGaN块状结构的生长厚度为10nm-20nm，生长温度为800℃-900℃，生长压力为50torr-150torr，所述InGaN的In组分为0.1%-0.3%。

8.根据权利要求1所述的发光二极管缓冲层制备方法，其特征在于，所述沉积技术包括金属有机化学气相沉积技术、物理气相沉积技术。

9.一种发光二极管缓冲层，其特征在于，所述发光二极管缓冲层采用如权利要求1-8任一项所述的方法制备，包括依次设于衬底上的：AlN/AlGaN超晶格结构、AlGaN块状结构、AlN/GaN超晶格结构、GaN块状结构、AlN/InGaN超晶格结构和InGaN块状结构。

10.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括缓冲层，所述缓冲层为权利要求9所述的发光二极管缓冲层，所述外延片包括由下至上依次设置的：衬底、缓冲层、未掺杂的GaN层，N型掺杂GaN层，多量子阱层，电子阻挡层，P型掺杂GaN层及接触层。

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