具体实施方式

本发明提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的复合N型阻挡层40，包括低温氮化镓层41和设置在所述低温氮化镓层41表面的循环层，所述循环层包括至少一层氮化硅层42和至少一层氮化铝层43，所述氮化硅层42 和氮化铝层43间隔层叠设置，所述氮化硅层42和氮化铝层43的层数相同。

本发明提供的复合N型阻挡层40包括低温氮化镓层41，在本发明中，所述低温氮化镓层41的厚度优选为50～500nm，更优选为55～485nm。在本发明中，所述低温氮化镓层41的材质优选为N型杂质掺杂的氮化镓，所述N型杂质元素优选为硅元素、锗元素、锡元素、碲元素、氧元素和碳元素中的一种或多种。

本发明提供的复合N型阻挡层40包括设置在所述低温氮化镓层41表面的循环层，所述循环层包括至少一层氮化硅层42和至少一层氮化铝层43，所述氮化硅层42和氮化铝层43间隔层叠设置，所述氮化硅层42和氮化铝层43的层数相同。在本发明中，所述氮化硅层42的层数优选为2～10层，在本发明中的具体实施例中，所述氮化硅层42的层数优选为1层或2层。

在本发明的具体实施例中，所述复合N型阻挡层40优选包括：依次层叠设置的低温氮化镓层41、氮化硅层42、氮化铝层43，或依次层叠设置的低温氮化镓层41、氮化铝层43、氮化硅层42，或依次层叠设置的低温氮化镓层41、氮化硅层42、氮化铝层43、氮化硅层42、氮化铝层43，或依次层叠设置的低温氮化镓层41、氮化铝层43、氮化硅层42、氮化铝层43、氮化硅层42。

在本发明中，所述氮化硅层42的总厚度优选为0.5～5nm，更优选为 1～4.5nm。

在本发明中，所述氮化铝层43的总厚度优选为0.5～5nm，更优选为 1～4.5nm。在本发明中，所述氮化铝层43的材质优选为N型杂质掺杂的氮化铝，所述N型杂质元素优选为硅元素、锗元素、锡元素、碲元素、氧元素和碳元素中的一种或多种，本发明对所述氮化铝层43的掺杂浓度没有特殊要求。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40表面优选具有锥形坑结构。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40表面的锥形坑的密度优选为 2×e⁸～5×e⁸个/cm²，更优选为2.5×e⁸～4.5×e⁸个/cm²。

在本发明中，单个所述锥形坑的深度优选为50～500nnm，更优选为 55～450nm；单个所述锥形坑的底面直径优选为50～500nm，更优选为 55～450nm。

本发明提供的复合N型阻挡层40优选在表面形成锥形坑，使所述复合阻挡层N具有反射电子和光子的性能，不仅能够有效阻挡电子向高缺陷密度的非掺层和缓冲层的泄露，同时减少氮化镓基发光二极管外延片的有源层70 发出的光子在所述氮化镓基发光二极管外延片内部的全反射，也减少了光子进入非掺层并被缺陷捕获的概率，提高了氮化镓基发光二极管外延片出光比例。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40的制备方法优选包括以下步骤：

在本发明中，所述低温氮化镓层41优选采用金属有机化学气相沉积法制备，所述低温氮化镓层41的沉积温度优选为700～1000℃，沉积时间优选为1000～4000s。

在本发明的具体实施例中，所述低温氮化镓层41沉积用载气优选为H₂、 N₂、或H₂和N₂的混和气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用镓源优选为三甲基镓何/或三乙基镓，沉积用N型掺杂剂优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为200ppm。本发明对所述低温氮化镓层41沉积时的具体操作没有特殊要求。

本发明优选采用金属有机化学气相沉积法制备所述低温氮化镓层41，能够在所述低温氮化镓层41上形成锥形坑。

在本发明中，所述氮化硅层42优选采用金属有机化学气相沉积法制备，所述氮化硅层42的沉积温度优选为800～1150℃，沉积时间优选为30～600s。

在本发明的具体实施例中，所述氮化硅层42沉积用载气优选为N₂气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用硅源优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为 200ppm。本发明对所述氮化硅层42沉积时的具体操作没有特殊要求。

在本发明中，所述氮化硅层42优选沿所述低温氮化镓层41表面或氮化铝层43表面生长，并保留所述低温氮化镓层41表面形成的锥形坑结构。

在本发明中，所述氮化铝层43优选采用金属有机化学气相沉积法制备，所述氮化铝层43的沉积温度优选为800～1150℃，沉积时间优选为30～600s。

在本发明的具体实施例中，所述氮化铝层43沉积用载气优选为H₂、N₂、或H₂和N₂的混和气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用铝源优选为三甲基铝，沉积用N型掺杂剂优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为200ppm。本发明对所述氮化铝层43沉积时的具体操作没有特殊要求。

在本发明中，所述氮化铝层43优选沿所述低温氮化镓层41表面或氮化硅氮化硅层42层表面生长，并保留所述低温氮化镓层41表面形成的锥形坑结构。

如图1所示，本发明提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，包括衬底 10和依次层叠设置在所述衬底10表面的缓冲层20、非掺层30、上述技术方案所述的复合N型阻挡层40、N型导电层50、应力释放层60、有源层70、 P型阻挡层(80)、P型导电层90和金属接触层100，所述非掺层30表面与所述复合N型阻挡层40中的低温氮化镓层41接触。

本发明提供的氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10；本发明对所述衬底10的材质没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述衬底10的材质优选为Al₂O₃(如蓝宝石)、SiC、GaN、ZnO、Si、GaP、InP或Ge，更优选为Al₂O₃，在本发明的具体实施例中，所述衬底10为图形化Al₂O₃衬底或镜面Al₂O₃衬底。

本发明提供的氮化镓基发光二极管外延片包括设置在所述衬底10表面的缓冲层20，在本发明的具体实施例中，当所述衬底为Al₂O₃衬底时，所述缓冲层20优选设置在所述Al₂O₃衬底的C面。在本发明的具体实施例中，所述缓冲层优选为GaN缓冲层或AlGaN缓冲层，本发明对所述缓冲层20 的厚度没有特殊要求。

本发明提供的氮化镓基发光二极管外延片包括设置在所述缓冲层20表面的非掺层30，在本发明的具体实施例中，所述非掺层30优选为GaN非掺层，本发明对所述非掺层30的厚度没有特殊要求。

本发明提供的氮化镓基发光二极管外延片包括设置在所述非掺层30表面的所述复合N型阻挡层40；在本发明中，所述非掺层30表面设置所述低温氮化镓层41。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在所述复合N型阻挡层40表面的N型导电层50，在本发明中，当所述复合N型阻挡层40 的最外层为氮化硅层42时，所述氮化硅层42表面设置所述N型导电层50，当所述复合N型阻挡层40的最外层为氮化铝层43时，所述氮化铝层43表面设置所述N型导电层50。

在本发明中，所述N型导电层50的材质优选为优选为N型杂质掺杂的氮化镓，所述N型杂质元素优选为硅元素、锗元素、锡元素、碲元素、氧元素和碳元素中的一种或多种，更优选为硅元素。本发明对所述低温氮化镓层41的掺杂浓度没有特殊要求。本发明对所述N型导电层50的厚度没有特殊要求。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在所述N型导电层50表面的应力释放层60。

本发明对所述应力释放层60的材质没有特殊要求，本发明对所述应力释放层60的厚度没有特殊要求。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在所述应力释放层60表面的有源层70。

在本发明中，所述有源层70包括量子肼层和量子垒层，本发明对所述量子肼层和量子垒层没有要求。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在所述有源层70 表面的P型阻挡层80。

本发明对所述P型阻挡层80的材质没有特殊要求，本发明对所述P型阻挡层80的厚度没有要求。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在P型阻挡层 80表面的P型导电层90。

在本发明中，所述P型导电层90的材质优选为P型掺杂的氮化镓，所述P型掺杂元素优选为镁元素、锌元素、铍元素和钙元素中的一种或多种，本发明对所述P型导电层90的掺杂浓度没有特殊要求。本发明对所述P型导电层90的厚度没有要求。

本发明提供了的氮化镓基发光二极管外延片，包括设置在P型导电层 90表面的金属接触层100。

在本发明中，所述金属接触层100的材质优选为P型掺杂的氮化镓，所述P型掺杂元素优选为镁元素、锌元素、铍元素和钙元素中的一种或多种，本发命对所述金属接触层100的掺杂浓度没有特殊要求。本发明对金属接触层100的厚度没有要求。

在本发明中，所述氮化镓基发光二极管外延片(如图1所示)的制备方法优选包括以下步骤：在所述衬底10表面依次层叠制备缓冲层20、非掺层 30、复合N型阻挡层40、N型导电层50、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100，所述非掺层30表面设置所述低温氮化镓层41。

在本发明中，所述缓冲层20、非掺层30、N型导电层50、应力释放层 60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100优选采用金属有机化学气相沉积法制备，在本发明的具体实施例中，沉积用载气优选为H₂、N₂或H₂和N₂的混和气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用镓源优选为三甲基镓何/或三乙基镓，沉积用铟源优选为三甲基铟，沉积用铝源优选为三甲基铝，沉积用N型掺杂剂优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为200ppm，沉积用P型掺杂剂优选为二茂镁。本发明对上述各层的沉积厚度没有特殊要求，本发明对上述各层沉积时的具体操作没有特殊要求。

在本发明中，所述金属有机化学气相沉积法优选采用美国维易科 (VEECO)厂商提供的K465i金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备进行。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40的制备方法已在上文中进行说明，在此不再一一赘述。

如图7所示，本发明提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，包括衬底 10和依次层叠设置在所述衬底10表面的缓冲层20、第一非掺层301、上述技术方案所述的复合N型阻挡层40、第二非掺层302、N型导电层50、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100，所述第一非掺层301表面与所述复合N型阻挡层40中的所述低温氮化镓层 41接触。

在本发明中，所述第一非掺层301表面设置所述低温氮化镓层41，当所述复合N型阻挡层40的最外层为氮化硅层42时，所述最外层的氮化硅层 42表面设置所述第二非掺层302；当所述复合N型阻挡层40的最外层为氮化铝层43时，所述最外层的氮化铝层43表面设置所述第二非掺层302。本发明所述第一非掺层301和第二非掺层302的厚度没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述第一非掺层301的厚度优选大于或等于所述第二非掺层302的厚度。

在本发明中，所述衬底10、缓冲层20、复合N型阻挡层40、N型导电层50、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100的保护范围优选与上述记载的保护范围相同，在此不再一一赘述。

在本发明中，所述氮化镓基发光二极管外延片(如图7所示)的制备方法优选包括以下步骤：在所述衬底10表面依次层叠制备缓冲层20、第一非掺层301、复合N型阻挡层40、第二非掺杂层302、N型导电层50、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100，所述非掺层30表面设置所述低温氮化镓层41。

在本发明中，所述缓冲层20、第一非掺层301、第二非掺杂层302、N 型导电层50、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100优选采用金属有机化学气相沉积法制备，在本发明的具体实施例中，沉积用载气优选为H₂、N₂或H₂和N₂的混和气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用镓源优选为三甲基镓何/或三乙基镓，沉积用铟源优选为三甲基铟，沉积用铝源优选为三甲基铝，沉积用N型掺杂剂优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为200ppm，沉积用P型掺杂剂优选为二茂镁。本发明对上述各层的沉积厚度没有特殊要求，本发明对上述各层沉积时的具体操作没有特殊要求。

在本发明中，所述金属有机化学气相沉积法优选采用美国维易科 (VEECO)厂商提供的K465i金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备进行。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40的制备方法已在上文中进行说明，在此不再一一赘述。

如图8所示，本发明提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，包括衬底10和依次层叠设置在所述衬底10表面的缓冲层20、非掺层30、第一N型导电层501、上述技术方案所述的复合N型阻挡层40、第二N型导电层502、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100，所述第一N型导电层501表面与所述的复合N型阻挡层40中的所述低温氮化镓层41接触。

在本发明中，所述第一N型导电层501表面设置所述低温氮化镓层41，当所述复合N型阻挡层40的最外层为氮化硅层42时，所述最外层的氮化硅层42表面设置所述第二N型导电层502；当所述复合N型阻挡层40的最外层为氮化铝层43时，所述最外层的氮化铝层43表面设置所述第二N型导电层502。本发明所述第一N型导电层501和第二N型导电层502的厚度没有特殊要求，在本发明的具体实施例中，所述第一N型导电层501的厚度优选小于或等于所述第二N型导电层502的厚度。

在本发明中，所述衬底10、缓冲层20、非掺层30、复合N型阻挡层40、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100 的保护范围优选与上述记载的保护范围相同，在此不再一一赘述。

在本发明中，所述氮化镓基发光二极管外延片(如图8所示)的制备方法优选包括以下步骤：在所述衬底10表面依次层叠制备缓冲层20、非掺层 30、第一N型导电层501，复合N型阻挡层40、第二N型导电层502、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100，所述非掺层30表面设置所述低温氮化镓层41。

在本发明中，所述缓冲层20、第一N型导电层501、第二N型导电层 502、应力释放层60、有源层70、P型阻挡层80、P型导电层90和金属接触层100优选采用金属有机化学气相沉积法制备，在本发明的具体实施例中，沉积用载气优选为H₂、N₂或H₂和N₂的混和气，沉积用氮源优选为氨气，沉积用镓源优选为三甲基镓何/或三乙基镓，沉积用铟源优选为三甲基铟，沉积用铝源优选为三甲基铝，沉积用N型掺杂剂优选为硅烷，所述硅烷的规格优选为200ppm，沉积用P型掺杂剂优选为二茂镁。本发明对上述各层的沉积厚度没有特殊要求，本发明对上述各层沉积时的具体操作没有特殊要求。

在本发明中，所述金属有机化学气相沉积法优选采用美国维易科(VEECO)厂商提供的K465i金属有机化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)设备进行。

在本发明中，所述复合N型阻挡层40的制备方法已在上文中进行说明，在此不再一一赘述。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

按照图2所示的工艺流程，采用的美国维易科(VEECO)厂商提供的 K465i金属有机化学气相沉积设备，

在图形化蓝宝石衬底10C面依次沉积生长缓冲层20、非掺层30；

在非掺层30表面沉积生长复合N型阻挡层40中的低温镓氮层41，沉积参数为：沉积温度为850℃，沉积载气为氢气和氮气的混合器，沉积载气的压力为100torr，氮源氨气的流量设定为40sl，镓源三乙基镓流量设定为 1000sccm，以硅烷为N型掺杂剂，沉积时间为3000s，生长厚度为300nm的低温镓氮层41；

在低温镓氮层41表面依次沉积生长一层氮化硅层42和一层氮化铝层43；

氮化硅层42沉积参数为：沉积温度为950℃，沉积载气为氮气，沉积载气的压力为100torr，氮源氨气的流量设定为10sl，硅烷的流量设定为100sccm，沉积时间为100s，生长厚度为1nm的硅氮层42；

氮化铝层43沉积参数为：沉积温度为950℃，沉积载气为氮气，沉积载气的压力为100torr，氮源氨气的流量设定为2sl，铝源三甲基铝流量设定为 10sccm，以硅烷为N型掺杂剂，沉积时间为100s，生长厚度为1nm的氮化铝层43；

在氮化铝层43表面依次沉积生长N型导电层50、应力释放层60、有源层70、电子阻挡层80、P型导电层90、金属接触层100；得到氮化镓基发光二极管外延片。

图1为本实施例制备的氮化镓基发光二极管外延片结构示意图，图3为本发明实施例1制备的氮化镓基发光二极管外延片的局部剖面图，由图3可看出，在本实施例中，复合N型阻挡层形成高阻隔绝，有效阻挡了电子往高缺陷密度的非掺层方向泄露，同时形貌上形成锥形坑，密度为2×e⁸～5×e⁸个 /cm²，能够减少有源区发出的光子在外延层内部的全反射，也减少了光子进入非掺层并被缺陷捕获的概率，提高了出光比例；而且复合N型阻挡层也起到了阻隔缺陷和应力释放的作用。

实施例2

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：低温镓氮层 41沉积温度为880℃，生长时间为1200s，生长厚度为200nm。

本实施例与实施例1相比，提升了低温镓氮层41的生长温度并且减薄了低温镓氮层41的厚度，由外延结构剖面分析可以看出，低温镓氮层41中产生的V坑尺寸变小，形貌上V坑导致的粗糙度下降，对整个结构的出光效率提升比实施例1略有下降。

实施例3

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：在低温镓氮层41表面依次沉积生长一层氮化铝层43和一层氮化硅层42。

图4为本发明实施例3的局部剖面图，参照图4可看出，实施例3与实施例1相比，氮化硅层42和氮化铝层43的沉积顺序相反，因氮化硅晶格尺寸比氮化镓大，氮化铝晶格尺寸比氮化镓小，实施例3在实施例1的基础上，调换了氮化硅层42和氮化铝层43的沉积顺序，导致复合N型阻挡层内的应力状态有所改变，对后续生长的外延层内的应力状态和翘曲状态均有所影响。，实施例3制备得到氮化镓基发光二极管外延片翘曲(外延片中心点上翘)比实施例1的凸。

实施例4

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：在低温镓氮层41表面依次沉积生长氮化硅层42、氮化铝层43、氮化硅层42和氮化铝层43；氮化硅层42沉积时间为50s，生长厚度为0.5nm，氮化铝层43沉积时间为50s，生长厚度为0.5nm。

图5为本发明实施例4的局部剖面图，参照图5可看出，实施例4与实施例1相比，氮化硅层42和氮化铝层43由单层改为两个周期层叠生长的超晶格结构(当氮化硅层42和氮化铝层43间隔交替沉积且每一层至少两遍，且氮化硅层42和氮化铝层43的单层厚度均＜100nm时为超晶格结构)，同时保持总厚度不变，超晶格的导入使单层厚度减薄，氮化硅和氮化镓以及氮化铝和氮化镓间晶格失配引起的缺陷、内应力等不良效应得到明显缓解。

实施例5

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：在低温镓氮层41表面依次沉积生长氮化铝层43、氮化硅层42、氮化铝层43和氮化硅层42和；氮化硅层42沉积时间为50s，生长厚度为0.5nm，氮化铝层43沉积时间为50s，生长厚度为0.5nm。

图6为本发明实施例3的局部剖面图，参照图6可看出，实施例5与实施例3相比，硅氮层42和铝氮层43由单层改为两个周期层叠生长的超晶格结构，同时保持总厚度不变，超晶格的导入使单层厚度减薄，氮化硅和氮化镓以及氮化铝和氮化镓间晶格失配引起的缺陷、内应力等不良效应得到明显缓解。

以上5个实施例证明了本发明通过复合N型阻挡层40形成高阻隔绝，有效阻挡了电子往高缺陷密度的非掺层方向泄露，同时形貌上也形成锥形坑，减少有源区发出的光子在外延层内部的全反射，也减少了光子进入非掺层并被缺陷捕获的概率，提高了出光比例；另外复合N型阻挡层也起到了阻隔缺陷和应力释放的作用。本发明通过调整复合N型阻挡层40中低温镓氮层41 的生长温度和厚度来调整锥形坑的尺寸和密度；本发明通过调整硅氮层42 和铝氮层43的层数、生长顺序、厚度等来调整氮化镓基发光二极管外延片结构内应力和翘曲状态。

实施例6

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：在缓冲层20 表面沉积第一非掺层301，在所述第一非掺层301表面沉积所述复合N型阻挡层40，复合N型阻挡层(40)为低温镓氮层41、氮化硅层42和氮化铝层 43，在所述氮化铝层43表面沉积第二非掺层302，在所述第二非掺层表面沉积所述N型导电层50。

实施例7

本实施例的制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于：在非掺层30 表面沉积所述第一导电层501，在所述第一导电层501表面沉积所述复合N 型阻挡层40，复合N型阻挡层40为低温镓氮层41、氮化硅层42和氮化铝层43，在所述氮化铝层43表面沉积第二导电层502，在所述第二导电层502 表面沉积所述应力释放层60。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。