本發(fā)明涉及半導體光電器件領域，尤其涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法。

背景技術：

1、目前gan基發(fā)光二極管均采用的是異質(zhì)襯底（包括藍寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底等），其與外延材料之間存在較大的晶格失配和熱失配，導致外延材料在生長過程中會受到較大的應力，且容易形成位錯產(chǎn)生缺陷，這些位錯缺陷會延伸至有源區(qū)，降低輻射復合效率，降低發(fā)光效率。

2、另一方面，外量子效率也是限制gan基發(fā)光二極管發(fā)光效率提高的一個因素。以藍光gan基led為例，大功率led芯片的外量子效率通常只有40％左右，這是因為gan材料的折射率（n=2.5）與空氣的折射率（n=1）和藍寶石襯底的折射率（n＝1.75）相差較大，導致空氣與gan界面以及藍寶石與gan界面發(fā)生全反射的臨界角分別只有23.6°和44.4°，有源區(qū)產(chǎn)生的光只有少數(shù)能夠逃逸出體材料。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種發(fā)光二極管外延片及其制備方法，其可提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管外延片，包括襯底，依次層疊于所述襯底上的緩沖層、n型gan層、多量子阱層、電子阻擋層和p型gan層；所述緩沖層包括依次層疊于所述襯底上的第一aln層、第二aln層、第三aln層、第一超晶格層、第一algan層、第二超晶格層和第一gan層；

3、其中，所述第一超晶格層包括交替層疊的第四aln層和第二algan層，所述第二超晶格層包括交替層疊的第三algan層和第二gan層；

4、其中，所述第三aln層上形成有第一v坑，所述第一v坑延伸至所述第二超晶格層，并被所述第一gan層填平；

5、所述第一超晶格層還形成有第二v坑，所述第二v坑被所述第一algan層填平；和/或

6、所述第二超晶格層還形成有第三v坑，所述第三v坑被所述第一gan層填平。

7、作為上述技術方案的改進，所述第一aln層的厚度為2nm~50nm；和/或

8、所述第二aln層的厚度為1nm~20nm；和/或

9、所述第三aln層的厚度為1nm~20nm；和/或

10、所述第一超晶格層的周期數(shù)為2~25；和/或

11、所述第四aln層的厚度為0.5nm~8nm；和/或

12、所述第二algan層的厚度為0.5nm~8nm，其al組分占比為0.4~0.85；和/或

13、所述第一algan層的厚度為3nm~80nm，其al組分占比為0.25~0.75；和/或

14、所述第二超晶格層的周期數(shù)為3~50；和/或

15、所述第三algan層的厚度為0.8nm~10nm，其al組分占比為0.15~0.6；和/或

16、所述第二gan層的厚度為0.8nm~10nm；和/或

17、所述第一gan層的5nm~200nm。

18、作為上述技術方案的改進，所述第二v坑的尺寸小于所述第一v坑的尺寸；和/或

19、所述第三v坑的尺寸小于所述第一v坑的尺寸；和/或

20、所述第二v坑的分布密度大于所述第一v坑的分布密度；和/或

21、所述第三v坑的分布密度大于所述第一v坑的分布密度。

22、作為上述技術方案的改進，所述第一v坑的分布密度為1.18×108cm-2~5.78×1011cm-2；和/或

23、所述第二v坑的分布密度為2.35×108cm-2~1.95×1012cm-2；和/或

24、所述第三v坑的分布密度為5.07×108cm-2~6.98×1012cm-2。

25、作為上述技術方案的改進，所述第一gan層中摻雜si，其摻雜濃度為2.8×1017cm-3~1.9×1019cm-3；和/或

26、所述第二gan層中摻雜si，其摻雜濃度為2.5×1017cm-3~1.6×1019cm-3。

27、相應的，本發(fā)明還公開了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，用于制備上述的發(fā)光二極管外延片，其包括：

28、提供襯底，在所述襯底上依次生長緩沖層、n型gan層、多量子阱層、電子阻擋層和p型gan層；

29、其中，所述緩沖層包括依次層疊于所述襯底上的第一aln層、第二aln層、第三aln層、第一超晶格層、第一algan層、第二超晶格層和第一gan層；

30、所述第一超晶格層包括交替層疊的第四aln層和第二algan層，所述第二超晶格層包括交替層疊的第三algan層和第二gan層；

31、所述第二aln層生長結(jié)束后，進行第一h2刻蝕處理，以形成由所述第三aln層延伸至所述第二超晶格層的第一v坑，所述第一v坑被所述第一gan層填平；

32、所述第三aln層生長結(jié)束后，進行第二h2刻蝕處理，以在所述第一超晶格層形成第二v坑，所述第二v坑被所述第一algan層填平；和/或

33、所述第二algan層生長結(jié)束后，進行第三h2刻蝕處理，以在所述第二超晶格層形成第三v坑，所述第三v坑被所述第一gan層填平。

34、作為上述技術方案的改進，第一aln層通過pvd生長，其生長溫度為500℃~680℃，濺射功率為2kw~7kw，ar流量為10sccm~80sccm，n2流量為50sccm~300sccm，o2流量為0.3sccm~5sccm；和/或

35、所述第二aln層通過mocvd生長，其生長溫度為650℃~920℃，生長壓力為20torr~500torr；和/或

36、所述第三aln層通過mocvd生長，其生長溫度為780℃~980℃，生長壓力為30torr~300torr；和/或

37、所述第四aln層通過mocvd生長，其生長溫度為800℃~1050℃，生長壓力為30torr~320torr；和/或

38、所述第二algan層通過mocvd生長，其生長溫度為800℃~1050℃，生長壓力為30torr~320torr；和/或

39、所述第一algan層通過mocvd生長，其生長溫度為900℃~1180℃，生長壓力為30torr~320torr；和/或；

40、所述第三algan層通過mocvd生長，其生長溫度為820℃~1080℃，生長壓力為30torr~320torr；和/或

41、所述第二gan層通過mocvd生長，其生長溫度為820℃~1080℃，生長壓力為30torr~320torr；和/或

42、所述第一gan層通過mocvd生長，其生長溫度為900℃~1180℃，生長壓力為30torr~320torr。

43、作為上述技術方案的改進，所述第一h2刻蝕處理的刻蝕時間大于等于所述第二h2刻蝕處理的刻蝕時間，所述第一h2刻蝕處理的h2流量大于等于所述第二h2刻蝕處理的h2流量；和/或

44、所述第二h2刻蝕處理的刻蝕時間大于等于所述第三h2刻蝕處理的刻蝕時間，所述第二h2刻蝕處理的h2流量大于等于所述第三h2刻蝕處理的h2流量。

45、作為上述技術方案的改進，所述第一h2刻蝕處理的條件包括：刻蝕溫度為920℃~1250℃，刻蝕壓力為20torr~360torr，刻蝕時間為15s~360s，h2流量為50slm~500slm；和/或

46、所述第二h2刻蝕處理的條件包括：刻蝕溫度為920℃~1250℃，刻蝕壓力為20torr~360torr，刻蝕時間為10s~300s，h2流量為30slm~390slm；和/或

47、所述第三h2刻蝕處理的條件包括：刻蝕溫度為920℃~1250℃，刻蝕壓力為20torr~360torr，刻蝕時間為5s~250s，h2流量為20slm~350slm。

48、作為上述技術方案的改進，所述第一aln層生長結(jié)束后，在mocvd中進行退火處理；

49、所述退火處理的條件包括：退火溫度為600℃~1200℃，退火壓力為30torr~650torr，退火時間為10s~360s，退火氣氛為h2和nh3的混合氣，且h2與nh3的體積比為1:0.2~1:5。

50、實施本發(fā)明，具有如下有益效果：

51、本發(fā)明一實施例中的發(fā)光二極管外延片中，在襯底與n型gan層引入了依次層疊的第一aln層、第二aln層、第三aln層、第一超晶格層、第一algan層、第二超晶格層和第一gan層，作為緩沖層。其中，第一超晶格層包括交替層疊的第四aln層和第二algan層，第二超晶格層包括交替層疊的第三algan層和第二gan層；第三aln層上形成有第一v坑，第一v坑延伸至第二超晶格層，并被第一gan層填平；第一超晶格層還形成有第二v坑，第二v坑被第一algan層填平；第二超晶格層還形成有第三v坑，第三v坑被第一gan層填平。基于上述的緩沖層結(jié)構，一者，通過設計第一v坑、第二v坑、第三v坑，可使得應力充分釋放，減少應力誘導產(chǎn)生的缺陷，提升后續(xù)生長各層的晶體質(zhì)量。二者，通過使得第二v坑被第一algan層填平；第一v坑、第三v坑被第一gan層填平，使得位錯缺陷發(fā)生多次偏折、合并，降低位錯密度，提升后續(xù)生長各層的晶體質(zhì)量。三者，通過上述的緩沖層設計，還可減少緩沖層的面內(nèi)全反射，提升光子溢出比例，提升光提取效率。因此，本實施例中的發(fā)光二極管外延片可提升晶體質(zhì)量，提升輻射復合效率，即提升內(nèi)量子效率；還可提升光提取效率，即提升外量子效率，兩者綜合，有效提升了發(fā)光二極管外延片的發(fā)光效率。