[发明专利]一种发光二极管的外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种发光二极管的外延片及其制备方法，属于发光二极管制造领域。在石墨烯层上层叠Mg₃N₂纳米晶层，Mg₃N₂纳米晶层中的多个Mg₃N₂纳米晶的表面势能点较低且化学活性较高，可作为GaN形核层的成核点，GaN形核层更容易在Mg₃N₂纳米晶上生长，保证GaN形核层可在石墨烯层上均匀地形成多个岛状结构。继续生长未掺杂GaN层时，岛状结构会吸引更多的Ga原子与N原子来继续生长。各岛状结构之间的距离合适，原子的迁移与扩散也相对较少，因此减少了岛状结构上的原子在移动扩散过程中导致的晶格畸变与缺陷，提高了未掺杂GaN层的晶体质量。

技术领域

本发明涉及发光二极管制造领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及其制备方法。

背景技术

发光二极管是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构包括衬底及依次生长在衬底上的石墨烯层、GaN形核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，其中GaN形核层包括多个分布在石墨烯层上的岛状结构，在生长未掺杂GaN层时岛状结构吸收Ga原子与N原子体积持续变大并最终合并形成未掺杂GaN结构。

石墨烯层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石墨烯层与氮化镓之间只存在分子间范德华力，因而容易剥离和转移石墨烯层上的GaN成核层等结构并进行后续发光二极管的制备。

但由于石墨烯层本身表面能与表面化学活性均较低，GaN形核层在石墨烯层上生长时，能够在石墨烯层背离衬底的表面上形成的成核点非常稀少。Ga原子与N原子集中在成核点处形成GaN形核层中的岛状结构后，Ga原子与N原子容易继续集中在岛状结构上形成体积过大的团簇，且由于各个团簇之间距离较大，各个团簇中的原子也会在后续未掺杂的GaN层的生长过程中出现移动扩散与合并的情况，一方面移动扩散的过程中会出现较多的晶格畸变与缺陷，另一方面各团簇体积的参差不齐也使得团簇之间合并处的晶界缺陷较大，更容易形成大角度晶界，均会影响最终得到的未掺杂的GaN层的质量，导致最终得到的发光二极管的整体晶体质量较差。

发明内容

本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，能够提高发光二极管的晶体质量。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的石墨烯层、Mg₃N₂纳米晶层、GaN形核层、未掺杂GaN 层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，其中，所述Mg₃N₂纳米晶层包括多个均布在所述石墨烯层上的Mg₃N₂纳米晶，所述Mg₃N₂纳米晶为所述GaN 形核层的成核点，所述GaN形核层中掺杂有Mg。

可选地，所述Mg₃N₂纳米晶层的厚度为1～10nm。

可选地，所述GaN形核层中的Mg的掺杂浓度沿所述GaN形核层的生长方向逐渐降低。

可选地，所述GaN形核层中Mg的掺杂浓度由10¹⁰～10¹⁵cm^-3逐渐降低至0 cm^-3。

本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长石墨烯层；