CN209561451U

CN209561451U - GaN基发光二极管外延片

Info

Publication number: CN209561451U
Application number: CN201920258666.5U
Authority: CN
Inventors: 丁涛; 周飚; 胡加辉; 李鹏
Original assignee: HUACAN PHOTOELECTRIC (SUZHOU) Co Ltd
Current assignee: HUACAN PHOTOELECTRIC (SUZHOU) Co Ltd; HC Semitek Suzhou Co Ltd
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-10-29
Anticipated expiration: 2029-02-28

Abstract

本实用新型公开了一种GaN基发光二极管外延片，属于GaN基发光二极管领域。所述发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的石墨烯层、金属纳米粒子层、三维形核层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述金属纳米粒子层包括若干位于所述石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个所述金属纳米粒子均与所述石墨烯层接触，所述金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻所述金属纳米粒子之间存在间隙。

Description

GaN基发光二极管外延片

技术领域

本实用新型涉及GaN基发光二极管领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片。

背景技术

GaN(氮化镓)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等特性，广泛应用于各种波段LED(Light Emitting Diode，发光二极管)。GaN基LED的核心组件是芯片，芯片包括外延片和设于外延片上的电极。

GaN基LED外延片通常包括：衬底和外延层。外延层包括顺次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)层和P型GaN层。GaN基LED电极包括生长在N型GaN层上的N电极和生长在P型GaN层上的P电极。按照电极的安装位置的不同，将LED芯片分为水平式芯片和垂直式芯片。水平式芯片中，N电极和P电极位于同一侧；垂直式芯片中，N电极和P电极分别位于相对的两侧。在制备垂直式芯片的N电极之前，需先将衬底从外延层上剥离。如何更好地剥离衬底成为目前研究的热点。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片，能够更好地将衬底从外延层上剥离。所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：

衬底、在所述衬底上顺次沉积的石墨烯层、金属纳米粒子层、三维形核层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述金属纳米粒子层包括若干位于所述石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个所述金属纳米粒子均与所述石墨烯层接触，所述金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻所述金属纳米粒子之间存在间隙。

可选地，所述石墨烯层的厚度为1～10nm。

可选地，相邻所述金属纳米粒子之间的距离为1～20nm。

可选地，所述金属纳米粒子层为Ag纳米粒子层、Au纳米粒子层、In纳米粒子层和Al纳米粒子层中的任何一种。

可选地，所述发光二极管外延片还包括金属膜层，所述金属膜层位于所述石墨烯层与所述金属纳米粒子层之间，所述金属膜层包括若干位于所述石墨烯层上的金属岛、且各个所述金属岛均与所述石墨烯层接触，包围所述金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm，相邻所述金属岛之间存在间隙，所述金属纳米粒子位于相邻所述金属岛之间的石墨烯层上，所述金属纳米粒子层还包括若干位于所述金属岛上的金属纳米粒子。

可选地，所述相邻金属岛之间的距离为10～100nm。

可选地，所述金属岛的高度为500～1500nm。

可选地，所述金属膜层为Ag膜层、Au膜层、In膜层和Al膜层中的任何一种。

可选地，所述三维形核层为GaN层或者AlN层，所述三维形核层的厚度为100～1000nm。

可选地，所述衬底为GaN衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底、AlN衬底、SiO₂衬底、金刚石衬底中的任何一种。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在衬底与外延层之间设置石墨烯层，由于石墨烯是由碳原子紧密排列的二维蜂窝状晶体薄膜，这种特殊的层状结构使得它与GaN之间只存在分子间范德华力，因此石墨烯层与GaN外延层之间只存在分子间范德华力，因而容易剥离石墨烯层与外延层，从而实现衬底与外延层的剥离，且方便外延层在剥离后转移到其他衬底，例如玻璃及柔性衬底上，实现柔性的光电器件、自支撑的GaN材料、以及使得其他衬底替代ITO(氧化铟锡)成为GaN基LED的透明电极；通过在石墨烯层与三维形核层之间设置金属纳米粒子层，金属纳米粒子层包括若干位于石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层接触，金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙，这样，金属纳米粒子能够作为GaN材料的成核点，避免直接在石墨烯上生长GaN材料时难以成核，从而促进石墨烯上成核点的产生，利于石墨烯上形核层的形成，最终提高石墨烯上GaN材料的晶体质量，提高LED器件的使用效率和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图；

图4是本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片。参见图1，该发光二极管外延片包括：衬底1、以及在衬底1上顺次沉积的石墨烯层2、金属纳米粒子层3、三维形核层4、未掺杂GaN层5、N型掺杂GaN层6、多量子阱层7、电子阻挡层8、以及P型掺杂GaN层9。其中，金属纳米粒子层3包括若干位于石墨烯层2上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层2接触。金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙。

其中，三维形核层4、未掺杂GaN层5、N型掺杂GaN层6、多量子阱层7、电子阻挡层8、以及P型掺杂GaN层9构成GaN外延层。石墨烯是由碳原子紧密排列的二维蜂窝状晶体薄膜，这种特殊的层状结构使得它与GaN之间只存在分子间范德华力，因而将石墨烯层2设置在衬底1与GaN外延层之间，容易剥离GaN外延层与衬底1。在GaN外延层剥离后，方便GaN外延层转移到其他衬底，例如玻璃及柔性衬底上，实现柔性的光电器件、自支撑的GaN材料以及使得其他衬底替代ITO成为GaN基LED的透明电极，意义十分重大。但是，石墨烯二维平面薄膜表面能非常低，直接在石墨烯上生长GaN外延层难以成核，形核密度非常低，易形成三维团簇，所制备出的GaN材料晶体质量较差，实用价值较低。基于此，在石墨烯层与GaN外延层之间设置金属纳米粒子层3，金属纳米粒子层3包括若干位于石墨烯层2上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层2接触，金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙，这样，利用金属纳米粒子表面势较低且化学活性高的特点，以金属纳米粒子为成核点，再生长三维形核层4。金属纳米粒子的引入有利于石墨烯上三维形核层4的形成，并进一步提升氮化镓的晶体质量，有效解决石墨烯上生长GaN形核密度低的问题，提高LED器件的使用效率和使用寿命，具有很强的实用性。

其中，衬底1可以为GaN衬底、蓝宝石衬底(Al₂O₃)、SiC衬底、Si衬底、AlN衬底、SiO₂衬底、金刚石衬底中的任何一种。示例性地，衬底1可以是(0001)晶向蓝宝石衬底。

示例性地，石墨烯层2的厚度可以为1～10nm。

可选地，参见图2，所述发光二极管外延片还包括金属膜层10。所述金属膜层10位于所述石墨烯层2与所述金属纳米粒子层3之间。所述金属膜层10包括若干位于所述石墨烯层2上的金属岛、且各个所述金属岛均与所述石墨烯层2接触。包围所述金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm。相邻所述金属岛之间存在间隙。所述金属纳米粒子位于相邻所述金属岛之间的石墨烯层2上。所述金属纳米粒子层还包括若干位于所述金属岛上的金属纳米粒子。

衬底一般是GaN材料的异质衬底，衬底与GaN材料之间存在的晶格失配和热失配将带来大量位错缺陷，这些位错缺陷将沿着石墨烯层向上延伸到GaN材料中，影响石墨烯层上长的GaN材料的晶体质量。基于此，在石墨烯层与GaN外延层之间设置金属膜层，金属膜层包括若干位于石墨烯层上的金属岛、且各个金属岛均与石墨烯层接触，包围金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm，相邻金属岛之间存在间隙，这样，金属岛可以隔断金属岛所覆盖区域的石墨烯层与GaN外延层接触，GaN外延层是先在金属岛之间生长，当所有金属岛之间的空隙填平之后再连成平整的一片，即在金属岛覆盖区域的GaN外延是从金属岛之间的空隙生长的GaN外延横向延伸生长的，可以促进GaN横向生长，位错缺陷不能横向延伸，因此GaN横向生长时可以阻断位错缺陷，横向生长的晶体质量较高；并且，相比于从整个石墨烯层上生长GaN外延层，由于金属岛覆盖了部分石墨烯层，减少了石墨烯层与GaN外延层的接触面积，因此，可以降低或抑制衬底与GaN材料之间晶格失配和热失配带来的位错缺陷，避免位错缺陷沿石墨烯层延伸到GaN外延层中，进一步提高石墨烯层上GaN材料的晶体质量，进而提高了LED器件的使用效率和使用寿命，具有很强的实用性。

其中，金属膜层10中，若干金属岛可以均匀分布在石墨烯层2上，也可以不均匀分布在石墨烯层2上。金属岛可以为多边形体、圆锥状或者圆台状，本实用新型实施例不限制金属岛的形状。优选地，金属岛可以为半球形状。当金属岛的横截面为圆形时，包围横截面的圆、且面积最小的圆即为横截面本身。当金属岛的横截面为凸多边形时，包围横截面的圆、且面积最小的圆即为横截面的外接圆。示例性地，当包围金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm时，相邻金属岛之间的距离为10～100nm，金属岛的高度为500～1500nm。优选地，金属岛的横截面为圆形，包围金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为950～1050nm，相邻金属岛之间的距离为40～60nm，金属岛的高度为950～1050nm。这时，能最好地抑制位错缺陷，得到的GaN材料的晶体质量最高。

其中，金属膜层10可以为Ag膜层、Au膜层、In膜层和Al膜层中的任何一种。优选地，金属膜层10可以为Ag膜层或者Au膜层。

其中，金属纳米粒子层3中，若干金属纳米粒子可以均匀分布在石墨烯层2上，也可以不均匀分布在石墨烯层2上。金属纳米粒子为球形。示例性地，当金属纳米粒子层3中金属纳米粒子的直径为1～20nm时，相邻金属纳米粒子之间的距离为1～20nm。优选地，金属纳米粒子的直径为8～12nm，相邻金属纳米粒子之间的距离为8～12nm。这时，制备得到的GaN材料晶体质量最好。

其中，金属纳米粒子层3可以为Ag纳米粒子层、Au纳米粒子层、In纳米粒子层和Al纳米粒子层中的任何一种。优选地，金属纳米粒子层3可以为Ag纳米粒子层或者Au纳米粒子层。需要说明的是，金属膜层10的金属材质可以与金属纳米粒子3的金属材质相同，也可以不同，本实用新型实施例不作限制。优选地，金属膜层10的金属材质与金属纳米粒子3的金属材质相同。

需要说明的是，本实施例提供的发光二极管外延片适用于垂直结构的发光二极管、以及倒装结构的发光二极管。

其中，三维形核层4用于，以金属纳米粒子层3中各个金属纳米粒子为晶核，并以较高的结晶质量生长若干晶岛。示例性地，三维形核层4为GaN层或者AlN层，三维形核层4的厚度可以为100～1000nm。

其中，未掺杂GaN层5用于，从各个晶岛的侧向生长，使相邻的晶岛相接，直至外延表面整体趋于平整。示例性地，未掺杂GaN层5的厚度可以是1至5微米。

示例性地，N型掺杂GaN层6的厚度为1至5微米。

示例性地，N型掺杂GaN层6中N型掺杂为Si掺杂，Si掺杂浓度可以为1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

示例性地，多量子阱层7包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，多量子阱层为InGaN阱层和GaN垒层交替生长形成的多层结构。多量子阱层7中，InGaN阱层的厚度为2～3nm，GaN垒层的厚度为9～20nm，多量子阱层7的总厚度可以为130～160nm。基于此，InGaN阱层和GaN垒层的数量均可以是5～11。其中，InGaN阱层和GaN垒层的数量可以相同，比如均取10；InGaN阱层和GaN垒层的数量也可以不同，比如，InGaN阱层的数量为8，GaN垒层的数量为9，总的来说，InGaN阱层的数量可以比GaN垒层的数量大1或者小1。

此外，本实用新型实施例不限制多量子阱层7中与N型掺杂GaN层6接触的层。多量子阱层7中与N型掺杂GaN层6接触的可以是多个InGaN阱层中的一个InGaN阱层(假设为第一InGaN阱层)，也可以是多个GaN垒层中的一个GaN垒层(假设为第一GaN垒层)。

类似地，多量子阱层7中与电子阻挡层8接触的可以是多个InGaN阱层中的一个InGaN阱层(假设为第二InGaN阱层)，也可以是多个GaN垒层中的一个GaN垒层(假设为第二GaN垒层)。优选地，多量子阱层7包括的多个InGaN阱层和多个GaN垒层中，与电子阻挡层8接触的为其中一个InGaN阱层(即第二InGaN阱层)。这样，电子阻挡层8可以作为多量子阱层7的一个垒层。

示例性地，电子阻挡层8为Al_yGa_1-yN层，y为0.1～0.5。

示例性地，电子阻挡层8的厚度为20～100nm。

示例性地，电子阻挡层8中掺杂有P型掺杂剂，比如Mg，Mg掺杂浓度可以是1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

示例性地，P型掺杂GaN层9的厚度为100～800nm。P型掺杂GaN层9中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3～1×10²¹cm^-3，远远大于电子阻挡层8中的Mg掺杂浓度。

示例性地，参见图2，该外延片还包括沉积在P型掺杂GaN层9上的P型接触层11。P型接触层11的厚度可以是5～300nm。

图3示出了本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法。可以采用图3示出的方法制备得到图1示出的发光二极管外延片。参见图3，该方法流程包括如下步骤。

步骤101、提供衬底。

其中，衬底可以为GaN衬底、蓝宝石衬底(Al₂O₃)、SiC衬底、Si衬底、AlN衬底、SiO₂衬底、金刚石衬底中的任何一种。

步骤102、在衬底上沉积石墨烯层。

步骤103、在石墨烯层上沉积金属纳米粒子层。

其中，金属纳米粒子层包括若干位于石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层接触，金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙。

示例性地，金属纳米粒子层可以为Ag纳米粒子层、Au纳米粒子层、In纳米粒子层和Al纳米粒子层中的任何一种。

步骤104、在金属纳米粒子层上顺次沉积三维形核层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层。

本实用新型实施例通过在衬底与外延层之间设置石墨烯层，由于石墨烯是由碳原子紧密排列的二维蜂窝状晶体薄膜，这种特殊的层状结构使得它与GaN之间只存在分子间范德华力，因而容易剥离石墨烯层与外延层，从而实现衬底与外延层的剥离，且方便外延层在剥离后转移到其他衬底，例如玻璃及柔性衬底上，实现柔性的光电器件、自支撑的GaN材料、以及使得其他衬底替代ITO(氧化铟锡)成为GaN基LED的透明电极；通过在石墨烯层与三维形核层之间设置金属纳米粒子层，金属纳米粒子层包括若干位于石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层接触，金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙，这样，金属纳米粒子能够作为GaN材料的成核点，避免直接在石墨烯上生长GaN材料难以成核，从而促进石墨烯上成核点的产生，利于石墨烯上形核层的形成，最终提高石墨烯上GaN材料的晶体质量，提高LED器件的使用效率和使用寿命。

图4示出了本实用新型实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法。可以采用图4示出的方法制备得到图1或图2示出的发光二极管外延片。参见图4，该方法流程包括如下步骤。

步骤201、提供衬底。

其中，衬底可以为GaN衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底、AlN衬底、SiO₂衬底、金刚石衬底中的任何一种。示例性地，衬底可以是(0001)晶向蓝宝石衬底。

步骤202、通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相淀积)方法在衬底上生长石墨烯层。

示例性地的，在CVD设备的反应室内生长石墨烯层。具体地，采用石墨烯粉末作为生长源，并采用高纯Ar(氩气)作为载气。其中，石墨烯层的生长温度为600～1000℃，真空度为1～10Pa。生长时间为30～90min(分钟)，这时，得到石墨烯层的厚度为1～10nm。

步骤203、在石墨烯层上沉积金属膜层。

其中，金属膜层包括若干位于石墨烯层上的金属岛、且各个金属岛均与石墨烯层接触，包围金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm，相邻金属岛之间存在间隙。步骤203可以包括如下步骤2031和步骤2032。

步骤2031、通过磁控溅射方法在石墨烯层上沉积一层金属薄膜。

具体的，磁控溅射中，金属薄膜的生长温度为100～300℃，生长压力为1～5Pa，溅射功率为10～50W。

示例性地，金属薄膜可以为Ag薄膜、Au薄膜、In薄膜和Al薄膜中的任何一种。

步骤2032、对金属薄膜进行退火处理，以形成金属膜层。

示例性地，步骤2032可以包括：在高温退火炉中对金属薄膜进行退火处理，其中，退火温度为400～600℃，退火气氛为Ar，最终形成呈岛状结构的金属膜层。当金属膜层3中包围金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm时，相邻金属岛之间的距离为10～100nm，金属岛的高度为500～1500nm。

需要说明的是，步骤203为可选步骤，在实现时，可以在步骤202之后执行步骤204，即在石墨烯层上沉积金属纳米粒子层。

步骤204、在金属膜层上沉积金属纳米粒子层。

其中，金属纳米粒子层包括若干位于石墨烯层上的金属纳米粒子、且各个金属纳米粒子均与石墨烯层接触，金属纳米粒子的直径为1～20nm，相邻金属纳米粒子之间存在间隙。进一步地，所述金属纳米粒子位于相邻所述金属岛之间的石墨烯层上，所述金属纳米粒子层还包括若干位于所述金属岛上的金属纳米粒子。

本实用新型实施例提供两种金属纳米粒子层的沉积方式。第一种沉积方式可以包括如下步骤一和步骤二。

步骤一、通过磁控溅射方法在金属膜层上生长金属薄膜。

示例性地，磁控溅射中，金属薄膜的生长温度为100～300℃，生长压力为1～5Pa，溅射功率为10～50W。

示例性地，金属薄膜可以Ag薄膜或者Au薄膜。具体地，将生长石墨烯层的衬底放置到PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)设备的反应腔中，在PVD设备的反应腔内生长Ag薄膜或者Au薄膜。

步骤二、对金属薄膜进行退火处理，以形成金属纳米粒子层。

示例性地，步骤二可以包括：通过MOCVD(Metal-organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法对金属薄膜进行退火处理，其中，退火温度为400～600℃，退火气氛为Ar。具体地，将生长Ag薄膜或者Au薄膜的衬底放置到MOCVD设备的反应室中，并在MOCVD设备的反应室内对Ag薄膜或者Au薄膜进行退火处理。

第二种沉积方式可以包括如下步骤A和步骤B。

步骤A、制备多个金属纳米粒子。

示例性地，可以采用水相合成法制备Ag纳米粒子，可以采用柠檬酸盐还原法制备Au纳米粒子。

具体的，水相合成法包括：首先，将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到第一份乙醇中，并磁力搅拌1～5h(小时)，同时将第一份乙醇的温度控制在50～100℃；其次，将硝酸银加入到第二份乙醇中，并控制第二份乙醇的温度为50℃，向第二份乙醇施加超声震荡，直到第二份乙醇中的硝酸银完全溶解；然后，将硝酸银溶液滴加到PVP溶液中，即混合两份乙醇，并控制混合溶液的温度为50～100℃，磁力搅拌混合溶液1～5h，生成Ag纳米粒子。

具体的，柠檬酸盐还原法包括：首先，将氯金酸水溶液加热至沸；其次，在磁力搅动氯金酸水溶液过程中加入柠檬酸三钠水溶液，并持续加热一定时间；然后，在氯金酸水溶液冷却后以蒸馏水恢复到原体积，最终得到Au纳米粒子。

步骤B、将制备得到的多个金属纳米粒子涂覆在金属膜层上。

具体地，可以采用旋涂法将金属纳米粒子涂覆在金属膜层上。

步骤205、在金属纳米粒子层上顺次沉积三维形核层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型掺杂GaN层、以及P型接触层。

需要说明的是，三维形核层、未掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层构成外延层，外延层可以采用MOCVD方法生长。生长过程中控制的温度和压力实际上是指MOCVD设备的反应室内的温度和压力。具体地，采用高纯H₂(氢气)和/或高纯N₂(氮气)或高纯H₂和高纯N₂的混合气体作为载气，高纯NH₃作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH₄)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP₂Mg)作为P型掺杂剂。

示例性地，步骤205可以包括如下步骤2051-步骤2057。

步骤2051、在金属纳米粒子层上沉积三维形核层。

示例性地，三维形核层可以是GaN层。反应室温度为1000～1100℃，反应室压力控制在100～500torr，N2和H2作为载气，生长1～20min，这时，三维形核层的厚度为100～1000nm。

步骤2052、在三维形核层上沉积未掺杂GaN层。

示例性地，未掺杂GaN层的生长温度为1000～1100℃，生长厚度在1至5微米之间，生长压力在100Torr至500Torr之间。

步骤2053、在未掺杂GaN层上沉积N型掺杂GaN层。

示例性地，N型GaN层的厚度在1～5微米之间，生长温度在1000～1200℃，生长压力在100～500Torr左右，Si掺杂浓度在1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3之间。

步骤2054、在N型掺杂GaN层上沉积多量子阱层。

其中，多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，多量子阱层为InGaN阱层和GaN垒层交替生长形成的多层结构。

示例性地，生长多量子阱层时，反应室压力控制在100～500torr。生长InGaN阱层时，反应室温度为720～829℃。生长GaN垒层时，反应室温度为850～959℃。

多量子阱层中，InGaN阱层的厚度为2～3nm，GaN垒层的厚度为9～20nm，多量子阱层的总厚度可以为130～160nm。基于此，InGaN阱层和GaN垒层的数量均可以是5～11。

步骤2055、在多量子阱层上沉积电子阻挡层。

其中，电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。电子阻挡层中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度可以是1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

示例性地，电子阻挡层为Al_yGa_1-yN层，y为0.1～0.5。

示例性地，电子阻挡层的生长温度在200℃与1000℃之间，生长压力为50-500Torr。电子阻挡层的厚度在20nm至100nm之间。

步骤2056、在电子阻挡层上沉积P型掺杂GaN层。

示例性地，P型掺杂GaN层的生长温度为600～1000℃，生长压力为100～300torr，P型掺杂GaN层的厚度可以为100～800nm。

示例性地，P型掺杂GaN层中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度为1×10²⁰～1×10²¹cm^-3，远远大于电子阻挡层中的Mg掺杂浓度。

步骤2057、在P型掺杂GaN层沉积P型接触层。

示例性地，P型接触层的生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100～300torr，P型接触层的厚度可以为5～300nm。

示例性地，外延生长结束后，将MOCVD设备的反应室内温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间为650～850℃，退火处理5到15分钟，降至室温，完成外延生长。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括：

2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为1～10nm。

3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，相邻所述金属纳米粒子之间的距离为1～20nm。

4.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述金属纳米粒子层为Ag纳米粒子层、Au纳米粒子层、In纳米粒子层和Al纳米粒子层中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括金属膜层，所述金属膜层位于所述石墨烯层与所述金属纳米粒子层之间，所述金属膜层包括若干位于所述石墨烯层上的金属岛、且各个所述金属岛均与所述石墨烯层接触，包围所述金属岛的横截面、且面积最小的圆的直径为500～1500nm，相邻所述金属岛之间存在间隙，所述金属纳米粒子位于相邻所述金属岛之间的石墨烯层上，所述金属纳米粒子层还包括若干位于所述金属岛上的金属纳米粒子。

6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，所述相邻金属岛之间的距离为10～100nm。

7.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述金属岛的高度为500～1500nm。

8.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，所述金属膜层为Ag膜层、Au膜层、In膜层和Al膜层中的任何一种。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的外延片，其特征在于，所述三维形核层为GaN层或者AlN层，所述三维形核层的厚度为100～1000nm。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的外延片，其特征在于，所述衬底为GaN衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底、Si衬底、AlN衬底、SiO₂衬底、金刚石衬底中的任何一种。