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在衬底上生长出的外延层。其中，外延层的结构主要包括：依次生长在衬底上的低温gan缓冲层、未掺杂的gan层、n型gan层、有源层、algan电子阻挡层及p型gan层。
algan电子阻挡层通常可起到避免有源层中的电子迁移至p型gan层中的作用，保证尽可能多的电子在有源层进行复合，进而保证发光二极管的发光效率。但同时algan电子阻挡层也会阻挡空穴进入有源层，而进入有源层的空穴的数量原本较进入有源层的电子数量少，algan电子阻挡层会起到限制进入有源层的空穴的数量，使得在有源层内与电子符合辐射发光的空穴数量更少，使得发光二极管整体的发光效率较低。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法，能够提高发光二极管的发光效率。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的低温gan缓冲层、未掺杂gan层、n型gan层、有源层及p型gan层，
所述有源层包括第一垒层与多个阱层，所述第一垒层包括多个第一子垒层，所述第一子垒层与所述阱层交替层叠设置，所述阱层为ingan阱层，所述第一子垒层包括gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构，其中，0<x<0.08，0<y<0.07，0.05<z<0.35。
可选地，x与z的比值为0.15:1～0.4:1。
可选地，x>y。
可选地，x与y的比值为3:1～5:1。
可选地，所述有源层还包括第二垒层，所述第二垒层包括两个gan垒层，所述两个gan垒层分别设置在所述第一垒层的两侧，所述两个gan垒层与所述第一垒层之间设置有一层所述阱层。
可选地，所述gan垒层的厚度与所述第一子垒层的厚度相同。
可选地，所述第一子垒层的厚度为8～20nm。
可选地，所述第一子垒层的层数为3～13。
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长低温gan缓冲层；
在所述低温gan缓冲层上生长未掺杂gan层；
在所述未掺杂gan层上生长n型gan层；
在所述n型gan层上生长有源层；
在所述有源层上生长p型gan层,
其中，有源层包括第一垒层与多个阱层，所述第一垒层包括多个第一子垒层，所述第一子垒层与所述阱层交替层叠设置，所述阱层为ingan阱层，所述第一子垒层包括gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构，其中，0<x<0.08，0<y<0.07，0.05<z<0.35。
可选地，所述阱层的生长温度为720～830℃，所述第一子垒层的生长温度为850～959℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：由于gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构的能带较高，可起到阻挡电子进入p型gan层中的作用，因此在本发明中，并不需要设置电子阻挡层来阻挡电子流出有源层，这种设置能够在限制电子离开有源层的同时提高进入有源层内的空穴数量，进而提高在有源层内与电子复合发光的空穴数量，在提高发光二极管发光效率的同时，也能够减小外延层中由于设置了电子阻挡层，带来的电子阻挡层与有源层以及p型层之间的极化情况，进而避免外延层中发光带隙的减小，增大电子与空穴的复合效率，进而增大发光二极管的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构图；
图2是本发明实施例提供的另一种外延片的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法流程图；
图4～图5是本发明实施例提供的一种外延片在制备过程中的外延片结构流程图；
图6是本发明实施例提供的另一种外延片的制备方法；
图7是本发明实施例提供的另一种外延片在制备过程中的外延片结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构图。如图1所示，该外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的低温gan缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4、有源层5及p型gan层6。
有源层5包括第一垒层51与多个阱层521，第一垒层51包括多个第一子垒层511，第一子垒层511与阱层521交替层叠设置，阱层521为ingan阱层，第一子垒层511包括gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构，其中，0<x<0.08，0<y<0.07，0.05<z<0.35。
由于gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构的能带较高，可起到阻挡电子进入p型gan层中的作用，因此在本发明中，并不需要设置电子阻挡层来阻挡电子流出有源层，这种设置能够在限制电子离开有源层的同时提高进入有源层内的空穴数量，进而提高在有源层内与电子复合发光的空穴数量，在提高发光二极管发光效率的同时，也能够减小外延层中由于设置了电子阻挡层，带来的电子阻挡层与有源层以及p型层之间的极化情况，进而避免外延层中发光带隙的减小，增大电子与空穴的复合效率，进而增大发光二极管的发光效率。
同时，gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构中可形成二维电子气与二维空穴气，gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构中二维电子气与二维空穴气的形成可将电子限制在有源层内，使得更多的电子可在有源层内与空穴进行辐射复合，进一步提高发光二极管的发光效率。
可选地，未掺杂gan层3的厚度可为0.1至2.0μm。
其中，n型gan层4中的掺杂元素为si。n型gan层4的厚度可为1～5μm。
示例性地，x与z的比值为0.15:1～0.4:1。将x与z的比值设置为以上范围可使得在有源层中进行复合的电子与空穴的分布更为均匀，进而提高发光二极管的发光效率。
可选地，x>y。x大于y可使得gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构中的二维电子气与二维空穴气更容易形成，使电子更容易与空穴在有源层中进行辐射复合，提高发光二极管的发光效率。
进一步地，x与y的比值可为3:1～5:1。这种设置可使得更多的电子与空穴在有源层中进行辐射复合，提高发光二极管的发光效率。
具体地，x与y的比值可为4:1，x与y的比值设置为4:1时，发光二极管的发光效率提升较大。
如图1所示，在本实施例中，有源层5上分还设置有p型gan层6，p型gan层6的厚度可为100～200nm。
图2是本发明实施例提供的另一种外延片的结构示意图，如图2所示，有源层5还包括第二垒层53，第二垒层53包括两个gan垒层531，两个gan垒层531分别设置在第一垒层51的两侧，两个gan垒层531与第一垒层51之间设置有一层阱层521。
将两个gan垒层531分别设置在第一垒层51的两侧，可减少gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构与p型gan层之间的晶格失配，进一步提高外延层的整体质量，保证发光二极管的发光效率。
可选地，有源层5还包括，设置在靠近n型gan层4一侧的gan垒层531与n型gan层4之间的一层阱层521。这种设置有利于n型gan层中的电子顺利进入有源层中。
示例性地，gan垒层531的厚度可与第一子垒层511的厚度相同。将gan垒层的厚度设置为与相同，便于有源层整体的生长与制作。
其中，第一子垒层511的厚度可为8～20nm。将第一子垒层的厚度设置在以上范围可保证第一子垒层的质量，进而提高外延层整体质量，保证发光二极管的发光效率。阱层521的厚度可为3nm。
可选地，第一子垒层511的层数可为3～13。将第一子垒层的层数设置在以上范围较为合适，在使得更多的电子可在有源层与空穴进行辐射复合，保证发光二极管的发光效率的同时，也不会增加有源层的制作成本。
如图2所示，在本实施例中，有源层5上分别还设置有p型gan层6与p型接触层7。其中，p型接触层7的厚度可为5～300nm。
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该制备方法包括：
步骤s11：提供一衬底。
其中，衬底可使用蓝宝石衬底。
可选地，本制备方法还可包括，对衬底进行退火处理。以获得表面质量较好的较为干净的衬底，有利于保证在衬底上生长的外延层的质量。
其中，对衬底进行退火可包括：在氢气气氛下对衬底进行退火，退火时长为8min，退火温度为1000～1200℃，退火压力为400～600torr。
进一步地，在衬底完成退火工序之后，还可对衬底进行氮化处理，即在衬底上先生长一层aln，以减小衬底与n型gan层之间的晶格失配。
步骤s12：在衬底上生长低温gan缓冲层。
其中，低温gan缓冲层的生长温度可为400～600℃，低温gan缓冲层的生长压力可为400～600torr。在此温度下得到的低温gan缓冲层的质量较好，能有效起到减小n型gan层与衬底之间的晶格失配问题。
可选地，低温gan缓冲层的生长厚度可为15～35nm。
进一步地，在低温gan缓冲层上生长完成之后，可对低温gan缓冲层进行原位退火处理。对低温gan缓冲层进行退火处理可减少低温gan缓冲层中的位错，保证低温gan缓冲层的质量，有利于后续外延层的生长。
其中，对低温gan缓冲层进行退火包括：
在退火温度为1000～1200℃、退火压力为400～600torr的条件下，对低温gan缓冲层进行原位退火处理，退火时长为5～10min。
步骤s13：在低温gan缓冲层上生长未掺杂gan层。
步骤s13中，未掺杂gan层的生长温度可为1000～1100℃，生长压力可为100～500torr。在此条件下生长得到的未掺杂gan层的质量较好。
示例性地，未掺杂gan层的厚度可为1～5μm。
步骤s14：在未掺杂gan层上生长n型gan层。
在本发明实施例中，n型gan层可为n型gan层。
其中，n型gan层的生长温度可为1000～1200℃，生长压力可为100～500torr。
n型gan层的厚度可为1～5μm。
可选地，n型gan层的掺杂元素为si元素，si元素的掺杂浓度为1018～1019cm-3。
执行完步骤s14之后的外延层的结构示意图如图4所示，衬底1上依次层叠有低温gan缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4。
步骤s15：在n型gan层上生长有源层。
其中，有源层可包括第一垒层与多个阱层，第一垒层包括多个第一子垒层，第一子垒层与阱层交替层叠设置，阱层为ingan阱层，第一子垒层包括gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构，其中，0<x<0.08，0<y<0.07，0.05<z<0.35。
其中，阱层的生长温度为720～830℃，第一子垒层的生长温度为850～959℃。将阱层与第一子垒层的生长温度分别设置在以上范围可保证生长得到的有源层的质量较好，保证发光二极管的发光效率。
执行完步骤s15之后的外延层结构可如图5所示，衬底1上依次生长有低温gan缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4及有源层5，有源层5包括第一垒层51与多个阱层521，第一垒层51包括多个第一子垒层511，第一子垒层511与阱层521交替层叠。
步骤s16：在有源层上生长p型gan层。
在本实施例中，p型gan层的生长温度可为850～1080℃，生长压力可为100～300torr。
p型gan层的生长厚度可为100～800nm。
执行完以上步骤的外延片结构如图1所示，有源层5上设置有p型gan层6。
由于gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构的能带较高，可起到阻挡电子进入p型gan层中的作用，因此在本发明中，并不需要设置电子阻挡层来阻挡电子流出有源层，这种设置能够在限制电子离开有源层的同时提高进入有源层内的空穴数量，进而提高在有源层内与电子复合发光的空穴数量，在提高发光二极管发光效率的同时，也能够减小外延层中由于设置了电子阻挡层，带来的电子阻挡层与有源层以及p型层之间的极化情况，进而避免外延层中发光带隙的减小，增大电子与空穴的复合效率，进而增大发光二极管的发光效率。
可选地，本制备方法还可包括：
在外延片生长结束之后，在氮气氛围下对外延片进行退火，退火温度为650～850℃，退火时长为5～15min。外延片生长结束之后对其进行退火能够激活p型gan层中的mg原子，提高p型gan层中的空穴浓度，有利于提高发光二极管的发光效率。
图6是本发明实施例提供的另一种外延片的制备方法，其步骤包括：
步骤s21：提供一衬底。
步骤s22：在衬底上生长低温gan缓冲层。
步骤s23：在低温gan缓冲层上生长未掺杂gan层。
步骤s23中，未掺杂gan层的生长温度可为1000～1100℃，生长压力可为100～500torr。在此条件下生长得到的未掺杂gan层的质量较好。
示例性地，未掺杂gan层的厚度可为1～5μm。
步骤s24：在未掺杂gan层上生长n型gan层。
步骤s25：在n型gan层上生长有源层。
有源层可包括第一垒层与多个阱层，第一垒层包括多个第一子垒层，第一子垒层与阱层交替层叠设置，阱层为ingan阱层，第一子垒层包括gan/inxga1-xn/alzga1-zn/inyga1-yn/gan超晶格结构，其中，0<x<0.08，0<y<0.07，0.05<z<0.35。
进一步地，有源层还包括第二垒层，第二垒层包括两个gan垒层，两个gan垒层分别设置在第一垒层的两侧，两个gan垒层与第一垒层之间设置有一层阱层。
其中，gan垒层的生长温度可与第一子垒层的生长温度相同，便于有源层整体的生长与制作。
执行完步骤s25之后的外延片结构可见图7，衬底1上依次层叠有低温gan缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4及有源层5。有源层5包括第一垒层51与多个阱层521，第一垒层51包括多个第一子垒层511，第一子垒层511与阱层521交替层叠。有源层5还包括第二垒层53，第二垒层53包括两个gan垒层531，gan垒层531与阱层521交替层叠设置，两个gan垒层531分别设置在第一垒层51的两侧。
步骤s26：在有源层上生长p型gan层。
步骤s27：在p型gan层上生长p型接触层。
其中p型接触层的生长温度可为650～850℃，生长压力可为100～300torr。其厚度可设置为5～300nm。执行完步骤s27之后的外延片结构图可见图2,。其结构包括衬底1以及依次层叠在衬底1上的低温gan缓冲层2、未掺杂gan层3、n型gan层4、有源层5、p型gan层6及p型接触层7。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。