CN116632136A - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。其中，发光二极管外延片包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；V坑准备层包括依次层叠于N型GaN层上的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层；模板层包括多个阵列分布于N型GaN层上的MoSe2岛，GaN填平层的厚度略大于MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞；V坑层包括InxGa1‑xN层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.3。实施本发明，可提升发光二极管外延片的发光效率、波长均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。
背景技术
GaN基发光二极管中，由于GaN材料与衬底存在一定的晶格失配、热失配，因此会产生位错。这些位错会穿透到多量子阱有源区，形成V型缺陷（简称V坑）。研究表明，V坑可以起到屏蔽位错的作用，同时空穴也能从V坑侧壁注入多量子阱有源区，提升发光效率。然而现有的V坑分布均匀性差，开口尺寸也略小，空穴通道窄，对提升发光效率的作用有限，且会影响发光二极管的波长均匀性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率和波长均匀性。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高。
为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述V坑准备层包括依次层叠于所述N型GaN层上的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层；所述模板层包括多个阵列分布于所述N型GaN层上的MoSe2岛，所述GaN填平层的厚度略大于所述MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞；
所述V坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InxGa1-xN层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.3。
作为上述技术方案的改进，所述MoSe2岛的高度为30nm~80nm，所述MoSe2岛的宽度为80nm~200nm；
所述GaN填平层的厚度为40nm~100nm，所述第一AlGaN层的厚度为20nm~100nm；
所述InxGa1-xN层的厚度为2nm~5nm，所述第一GaN层的厚度为10nm~30nm。
作为上述技术方案的改进，所述模板层的制备方法为：在所述N型GaN层上生长MoO3层，在含氧气氛、500℃~600℃下退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。
作为上述技术方案的改进，所述V坑层形成多个V坑，所述V坑的分布密度为5×106cm-2~6×107cm-2，所述V坑的第一开口半径为60nm~120nm，第二开口半径为100nm~160nm；
其中，所述第一开口半径是所述V坑层生长完成后V坑的半径，所述第二开口半径是所述多量子阱层生长结束后V坑的半径。
作为上述技术方案的改进，所述多量子阱层包括依次层叠于所述V坑层上的第一多量子阱层和第二多量子阱层；
所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~8，每个周期的第一多量子阱层均包括依次层叠的InyGa1-yN层和第二GaN层，其中，y为0.25~0.4；
所述第二多量子阱层为周期性结构，周期数为1~5，每个周期的第二多量子阱层均包括依次层叠的InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层，其中，z为0.3~0.4；
所述V坑层形成多个V坑，所述V坑的第二开口半径比所述V坑的第一开口半径大45nm~65nm；
其中，所述第一开口半径是所述V坑层生长完成后V坑的半径，所述第二开口半径是所述多量子阱层生长结束后V坑的半径。
作为上述技术方案的改进，所述InyGa1-yN层的厚度为2nm~10nm，所述第二GaN层的厚度为5nm~15nm；
所述InzGa1-zN层的厚度为2nm~10nm，所述C、Mg共掺的BGaN层的厚度为5nm~10nm，所述第二AlGaN层的厚度为5nm~10nm；
所述C、Mg共掺的BGaN层中C的掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1017cm-3，Mg的掺杂浓度为2×1018cm-3~5×1019cm-3。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述V坑准备层包括依次层叠于所述N型GaN层上的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层；所述模板层包括多个阵列分布于所述N型GaN层上的MoSe2岛，所述GaN填平层的厚度略大于所述MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞；
所述V坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InxGa1-xN层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.3。
作为上述技术方案的改进，所述模板层的制备方法为：在所述缓冲层上生长MoO3层，在含氧气氛、500℃~600℃退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛；
所述MoO3层通过ALD生长，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的O源为O3，所采用的载气为Ar，生长温度为150℃~200℃；
所述GaN填平层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；
所述第一AlGaN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；
所述InxGa1-xN层的生长温度为620℃~750℃，生长压力为100torr~300torr；
所述第一GaN层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~300torr。
作为上述技术方案的改进，所述多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层；所述第一多量子阱层包括InyGa1-yN层和第二GaN层；所述第二多量子阱层包括InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层；
所述InyGa1-yN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第二GaN层的生长温度为850℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；
所述InzGa1-zN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述C、Mg共掺的BGaN层的生长温度为650℃~750℃，生长压力为10torr~150torr；
所述第二AlGaN层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
相应的，本发明还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明的发光二极管外延片中，在N型GaN层与多量子阱层之间依次设置了V坑准备层和V坑层，V坑准备层包括依次层叠的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层，其中，模板层包括多个阵列分布于N型GaN层上的MoSe2岛，GaN填平层的厚度略大于所述MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞。基于上述设置，一者，通过MoSe2岛促进了GaN填平层侧向生长倾向，有效降低了刃位错、螺位错、混合位错、点位错的密度。二者，通过引入晶体质量更高的第一AlGaN层，有效降低了点位错的密度。因此，基于上述结构以后，可大幅减少由衬底延伸而上的螺位错、点位错、混合位错和刃位错。仅有少量的刃位错透过该孔洞，进而使得在第一AlGaN层生长完成后，顶部分布少量的刃位错，进而使得后续的V坑沿着该刃位错分布，有效促进了V坑的分布均匀度，提升了发光效率和发光波长均匀性。进一步的，由于V坑准备层弛豫了大量位错，提升了表面平整度，也使得后续V坑层中的InxGa1-xN层中In组分分布更加均匀，进而使得InxGa1-xN层可采用更高含量的In组分，进而加大了V型坑的开口尺寸，加大了空穴从V坑侧壁注入的概率，提升了发光二极管外延片的发光效率。
2、本发明的发光二极管外延片中，多量子阱层包括依次层叠的第一多量子阱层和第二多量子阱层；第一多量子阱层为周期性依次层叠的InyGa1-yN层和第二GaN层，第二多量子阱层为周期性依次层叠的InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层。其中，z为0.3~0.4。本发明的InzGa1-zN层中In组分占比较高，其在生长后会形成In滴，而使得C、Mg掺杂BGaN层生长过程中的C、B团聚在周围，抑制附近材料的生长，从而进一步提升V坑的半径。加大了空穴从V坑侧壁注入的概率，提升了发光二极管外延片的发光效率。此外，高势垒的BGaN、AlGaN也会促进空穴向低势垒的V坑侧壁流动，提升发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中V坑层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中多量子阱层的结构示意图；
图4是本发明一实施例中第一多量子阱层的结构示意图；
图5是本发明一实施例中第二多量子阱层的结构示意图；
图6是本发明一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1和图2，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底1、依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、V坑准备层5、V坑层6、多量子阱层7、电子阻挡层8和P型GaN层9；其中，V坑准备层5包括依次层叠于N型GaN层4上的模板层51、GaN填平层52和第一AlGaN层53；模板层51包括多个阵列分布于N型GaN层4上的MoSe2岛51a，GaN填平层52的厚度略大于MoSe2岛51a的高度，以使GaN填平层52生长后，在MoSe2岛51a顶部形成孔洞；后续第一AlGaN层53优先在孔洞区域生长。基于这种生长形式，可在第一AlGaN层53上部形成延伸的刃位错，进而优化了V坑的分布。
其中，MoSe2岛51a的高度为20nm~150nm，当其高度＜20nm时，难以有效缓冲各种位错，且难以有效引导后续GaN填平层52的生长。当其高度＞150nm时，后续采用的氧化、硒化工艺难度高，硒化不完全，对各种位错的缓冲作用也相对差。示例性的，MoSe2岛51a的高度为25nm、30nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、120nm或130nm，但不限于此。优选的，MoSe2岛51a的高度为30nm~80nm。MoSe2岛51a的宽度为30nm~300nm，示例性的为50nm、120nm、140nm、180nm、210nm、240nm或270nm，但不限于此。优选的，MoSe2岛51a的宽度为80nm~200nm。
其中，MoSe2岛51a可通过先生长MoSe2层，然后刻蚀的工艺形成，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，模板层51的制备方法为：在N型GaN层4上生长MoO3层，在含氧气氛、500℃~600℃下退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛51a。基于上述形成MoO3层—退火—硒化的工艺，一者大幅降低了工艺难度，避免采用复杂的刻蚀工艺；二者，由于温度相对较低，引入的热应力较少，减少热失配引入的位错密度，提升了发光二极管外延片的发光效率。
其中，GaN填平层52的厚度为30nm~180nm。当其厚度＜30nm时，在MoSe2岛51a顶部形成孔洞尺寸过大，大量各种位错难以被弛豫，影响V坑的分布均匀度。当其厚度＞180nm时，GaN填平层52几乎合并，没有孔洞，难以有效影响V坑的分布。示例性的，GaN填平层52的厚度为40nm、50nm、80nm、110nm、140nm或170nm，但不限于此。优选的，GaN填平层52的厚度为40nm~100nm。
其中，第一AlGaN层53的厚度为20nm~120nm，示例性的为40nm、60nm、80nm、100nm或110nm，但不限于此。优选的，第一AlGaN层53的厚度为20nm~100nm。
其中，V坑层6为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层6均包括依次层叠的InxGa1-xN层61（x=0.22~0.3）和第一GaN层62。该组成的V坑层6中In组分更高，开口得到的V坑6a的开口半径更大。
其中，InxGa1-xN层61的厚度为1nm~8nm，示例性的为2.5nm、4nm、5.5nm、6nm或7nm，但不限于此。优选的为2nm~5nm。
其中，第一GaN层62的厚度为5nm~30nm，示例性的为8nm、12nm、16nm、20nm、24nm或28nm，但不限于此。优选的，第一GaN层62的厚度为10nm~30nm。
具体的，基于上述技术方案所开口得到的V坑6a的分布密度为5×106cm-2~6×107cm-2，且V坑6a的第一开口半径为60nm~120nm，第二开口半径为100nm~160nm；其中，第一开口半径是V坑层6生长完成后V坑6a的半径（即图1中d），第二开口半径是多量子阱层7生长结束后V坑6a的半径（即图1中D）。
其中，多量子阱层7可为本领域常见的InGaN/GaN型或InGaN/AlGaN型多量子阱层。且其InGaN中In组分占比（即InN的摩尔比）为0.25~0.4，基于本申请的V坑准备层5、V坑层6可大幅屏蔽位错，从而也提升了多量子阱层7中In组分的含量，使得本发明的发光二极管外延片能更好地适应黄绿光型发光二极管。
优选的，在本发明的一个实施例之中，参考图3~图5，多量子阱层7包括依次层叠于V坑层6上的第一多量子阱层71和第二多量子阱层72；第一多量子阱层71为周期性结构，周期数为2~8，每个周期的第一多量子阱层71均包括依次层叠的InyGa1-yN层711和第二GaN层712，其中，y为0.25~0.4。
具体的，InyGa1-yN层711的厚度为2nm~10nm，示例性的为3nm、4nm、5nm、7nm或9nm，但不限于此。第二GaN层712的厚度为5nm~15nm；示例性的为6nm、8nm、10nm、12nm或14nm，但不限于此。
其中，第二多量子阱层72为周期性结构，周期数为1~5，每个周期的第二多量子阱层72均包括依次层叠的InzGa1-zN层721和C、Mg共掺的BGaN层722和第二AlGaN层723，其中，z为0.3~0.4。本发明的第二多量子阱层72中，以C、Mg共掺的BGaN层722和第二AlGaN层723的复合层作为量子垒层，这种结构的第二多量子阱层72可加大V坑6a的开口尺寸，提升发光效率。具体的，基于上述方案，V坑6a的第二开口半径比V坑6a的第一开口半径大45nm~65nm。
其中，InzGa1-zN层721的厚度为2nm~10nm，示例性的为3nm、4nm、5nm、7nm或9nm，但不限于此。第二AlGaN层723的厚度为5nm~10nm，示例性的为6nm、7nm、8nm或9nm，但不限于此。
其中，C、Mg共掺的BGaN层722的厚度为5nm~10nm，示例性的为6nm、7nm、8nm或9nm，但不限于此。C、Mg共掺的BGaN层722中C的掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1017cm-3，示例性的为1.5×1017cm-3、2×1017cm-3、3×1017cm-3或4×1017cm-3，但不限于此。Mg的掺杂浓度为2×1018cm-3~5×1019cm-3。示例性的为4×1018cm-3、8×1018cm-3、2×1019cm-3或4×1019cm-3，但不限于此。
其中，衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、SiC衬底、ZnO衬底或GaN衬底，但不限于此。
其中，缓冲层2为AlN层或AlGaN层，但不限于此。优选的为AlN层。缓冲层2的厚度为30nm~80nm，示例性的为35nm、40nm、45nm、55nm、60nm或75nm，但不限于此。
其中，非掺杂GaN层3的厚度0.8μm~2.5μm，示例性的为0.9μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm、2.1μm或2.4μm，但不限于此。
其中，N型GaN层4的N型掺杂元素为Si，但不限于此。N型GaN层4的N型掺杂浓度为5×1018cm-3~5×1019cm-3，示例性的为6×1018cm-3、8×1018cm-3、1×1019cm-3、3×1019cm-3或4×1019cm-3，但不限于此。N型GaN层4的厚度为1μm~3μm，示例性的为1.5μm、1.7μm、2.3μm或2.5μm，但不限于此。
电子阻挡层8为AlGaN层或InAlGaN层，但不限于此。优选的为AlGaN层。电子阻挡层8的厚度为30nm~100nm，示例性的为40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm，但不限于此。
其中，P型GaN层9中的P型掺杂元素为Mg，但不限于此。P型GaN层9中P型掺杂浓度为1×1019cm-3~1×1021cm-3。P型GaN层9的厚度为200nm~500nm，示例性的为220nm、240nm、300nm、400nm或450nm，但不限于此。
相应的，参考图6，本发明还提供了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其具体包括以下步骤：
S1：提供衬底；
S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；
具体的，步骤S2包括：
S21：在硅衬底生长缓冲层；
具体的，可通过PVD或MOCVD生长缓冲层，但不限于此。
S22：在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层，其生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~500torr。
S23：在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1100℃~1150℃，生长压力为100torr~500torr。
S24：在N型GaN层上生长V坑准备层；
具体的，步骤S24包括：
S241：在N型GaN层上生长MoO3层；
其中，可通过PVT、ALD、PECVD生长MoO3层，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，MoO3层通过ALD生长，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的O源为O3，所采用的载气为Ar，生长温度为150℃~200℃。
S242：将步骤S241得到的衬底在含氧气氛中退火；
其中，含氧气氛可为O3气氛、O2气氛或空气气氛，但不限于此。退火温度为500℃~600℃，退火时间为10min~30min。
具体的，退火可在ALD反应室中进行，也可在MOCVD反应室中进行，优选的在MOCVD反应室中进行。
S243：将步骤S242得到的硅衬底在含硒源气氛中硒化，得到模板层；
其中，硒源为DMSe，其可采用N2或Ar作为载气，输送至反应室中，进而进行硒化处理，其中，硒化处理的温度为600℃~700℃，硒化处理的时间为30min~60min，但不限于此。具体的，硒化处理可在ALD反应室中进行，也可在MOCVD反应室中进行，优选的在MOCVD反应室中进行。
S244：在模板层上生长GaN填平层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长GaN填平层，其生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；通过高温、低压、高V/Ⅲ比的生长方式，可促进侧向的、层状的生长。
S245：在GaN填平层上生长第一AlGaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长第一AlGaN层。其生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；其生长温度较高，晶体质量好，可良好的阻挡点位错。
S25：在V坑准备层上生长V坑层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长InxGa1-xN层和第一GaN层，直至得到V坑层。其中，InxGa1-xN层的生长温度为620℃~750℃，生长压力为100torr~300torr；第一GaN层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~300torr。
S26：在V坑层上生长多量子阱层；
其中，可通过MOCVD生长InGaN/GaN型多量子阱层，或InGaN/AlGaN型多量子阱层或AlGaN/AlGaN型多量子阱层，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，S26包括：
S261：在V坑层上生长第一多量子阱层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长InyGa1-yN层和第二GaN层，直至得到第一多量子阱层。其中，InyGa1-yN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；第二GaN层的生长温度为850℃~900℃，生长压力为100torr~500torr。
S262：在第一多量子阱层上生长第二多量子阱层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长InzGa1-zN层，C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层，直至得到第二多量子阱层。其中，InzGa1-zN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；第二AlGaN层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
其中，C、Mg共掺的BGaN层的生长温度为650℃~750℃，生长压力为10torr~150torr；生长时，在MOCVD中通入NH3作为N源，通入N2作为载气，通入TEGa作为C源、Ga源，通入三乙基硼作为B源，通入CP2Mg作为Mg源。
S27：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层，其生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~300torr。
S28：在电子阻挡层上生长P型GaN层；
其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长P型GaN层，其生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~300torr。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
参考图1和图2，本实施例提供一种发光二极管外延片，其包括衬底1，依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型GaN层4、V坑准备层5、V坑层6、多量子阱层7、电子阻挡层8和P型GaN层9。
其中，衬底1为蓝宝石衬底，缓冲层2为AlN层，其厚度为50nm。非掺杂GaN层3的厚度为1.3μm。N型GaN层4的N型掺杂元素为Si，掺杂浓度为8×1018cm-3，其厚度为2.5μm。
其中，V坑准备层5包括依次层叠于N型GaN层4上的模板层51、GaN填平层52和第一AlGaN层53；模板层51包括多个阵列分布于N型GaN层4上的MoSe2岛51a，MoSe2岛51a的高度为25nm，宽度为65nm；GaN填平层52的厚度为40nm，使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成有孔洞。第一AlGaN层的厚度为30nm。
其中，V坑层6为周期性结构，周期数为5，每个周期的V坑层6均包括依次层叠的InxGa1-xN层61（x=0.23）和第一GaN层62。其中，InxGa1-xN层61的厚度为1nm，第一GaN层62的厚度为8nm。
V坑层6所开口得到的V坑6a的分布密度为5.5×107cm-2，其第一开口半径d为65nm~75nm，第二开口半径D为100nm~112nm。
其中，多量子阱层7为周期性结构，周期数为10，每个周期的多量子阱层7均包括InGaN层和GaN层，InGaN层中In组分占比为0.3，厚度为3nm，GaN层厚度为10nm。
其中，电子阻挡层8为AlGaN层，其厚度为65nm。
其中，P型GaN层9的掺杂元素为Mg，其掺杂浓度3×1020cm-3，其厚度为220nm。
本实施例中发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供衬底。
（2）在衬底上生长缓冲层；
其中，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层；
（3）在缓冲层上生长非掺杂GaN层；
其中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层，生长温度为1020℃，生长压力为120torr。
（4）在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；
其中，通过MOCVD生长N型GaN层，生长温度为1150℃，生长压力为200torr。
（5）在N型GaN层上生长模板层；
其中，通过MOCVD生长MoSe2层，然后ICP刻蚀得到多个MoSe2岛。其中，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的Se源为DMSe，采用的载气为Ar；其生长温度为800℃，生长压力为100torr。
（6）在模板层上生长GaN填平层；
其中，通过MOCVD生长GaN填平层，其生长温度为980℃，生长压力为70torr，V/Ⅲ比为2400。
（7）在GaN填平层上生长第一AlGaN层；
其中，通过MOCVD生长第一AlGaN层，其生长温度为1050℃，生长压力为120torr，V/Ⅲ比为2500。
（8）在第一AlGaN层上生长V坑层；
其中，通过MOCVD周期性生长InxGa1-xN层和第一GaN层，直至得到V坑层。其中，InxGa1-xN层的生长温度为650℃，生长压力为220torr；第一GaN层的生长温度为750℃，生长压力为150torr。
（9）在V坑层上生长多量子阱层；
其中，通过MOCVD周期性生长InGaN层和GaN层，直至得到多量子阱层。其中，InGaN层的生长温度为760℃，GaN层的生长温度为880℃，两者的生长压力均为300torr。
（10）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
其中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层。电子阻挡层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
（11）在电子阻挡层上生长P型GaN层；
其中，通过MOCVD生长P型GaN层。其生长温度为950℃，生长压力为200torr。
实施例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：
MoSe2岛51a的高度为60nm，宽度为130nm；GaN填平层52的厚度为80nm。InxGa1-xN层61的厚度为4nm，第一GaN层62的厚度为11nm。
V坑层6所开口得到的V坑6a的分布密度为2.3×107cm-2，其第一开口半径d为72nm~84nm，第二开口半径D为105nm~120nm。
其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例2的区别在于：模板层51的制备方法为：
（i）在N型GaN层上生长MoO3层；
其中，采用ALD法生长MoO3层，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的O源为O3，所采用的载气为Ar，生长温度为160℃。MoO3层的厚度为80nm。
（ii）在O2气氛中退火；
具体的，在MOCVD反应室中进行退火，退火温度为550℃，退火时间为20min。
（iii）将在含硒源气氛中硒化，得到模板层；
具体的，在MOCVD反应室中进行硒化处理，硒化时所采用的硒源为DMSe，以Ar为载气输送到MOCVD反应室中。具体的，硒化处理的温度为650℃，时间为55min。
具体的，在本实施例中，MoSe2岛51a的高度为60nm~74nm，宽度为140nm~190nm。
V坑层6所开口得到的V坑6a的分布密度为8.5×106cm-2，其第一开口半径d为70nm~85nm，第二开口半径D为98nm~120nm。
其余均实施例2相同。
实施例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例3的区别在于：
多量子阱层7包括依次层叠于V坑层6上的第一多量子阱层71和第二多量子阱层72；
第一多量子阱层为周期性结构，周期数为7，每个周期的第一多量子阱层71均包括依次层叠的InyGa1-yN层711（y=0.3）和第二GaN层712，InyGa1-yN层711的厚度3nm，第二GaN层712的厚度为10nm。
第二多量子阱层72为周期性结构，周期数为3，每个周期的第二多量子层72均包括依次层叠的InzGa1-zN层721（z=0.33）和C、Mg共掺的BGaN层722和第二AlGaN层723。其中，InzGa1-zN层721的厚度为4nm，C、Mg共掺的BGaN层722的厚度为7nm，第二AlGaN层723的厚度为7nm。C、Mg共掺的BGaN层722中C的掺杂浓度为2.5×1017cm-3，Mg的掺杂浓度为5×1018cm-3。
本实施例中多量子阱层的制备方法为：
（I）在V坑层上生长第一多量子阱层；
其中，通过MOCVD周期性生长InyGa1-yN层和第二GaN层，直至得到第一多量子阱层。其中，InyGa1-yN层的生长温度为760℃，生长压力为300torr；第二GaN层的生长温度为880℃，生长压力为300torr。
（II）在第一多量子阱层上生长第二多量子阱层；
其中，通过MOCVD周期性生长InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层，直至得到第二多量子阱层。其中，InzGa1-zN层的生长温度为760℃，生长压力为300torr；第二AlGaN层的生长温度为980℃，生长压力为300torr。C、Mg共掺的BGaN层的生长温度为730℃，生长压力为20torr。
V坑6a的第一开口半径d为70nm~85nm，第二开口半径D为115nm~145nm。
其余均与实施例3相同。
对比例1
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑准备层和V坑层，相应的，制备方法中也不包括该两层的制备步骤，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑准备层，相应的，制备方法中也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑层，相应的，制备方法中也不包括该层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑准备层和V坑层，相应的，制备方法中也不包括该两层的制备步骤。此外，其多量子阱层的结构、制备方法与实施例4中的相同。
其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑准备层，相应的，制备方法中也不包括该层的制备步骤。此外，其多量子阱层的结构、制备方法与实施例4中的相同。
其余均与实施例1相同。
对比例6
本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，不包括V坑层，相应的，制备方法中也不包括该层的制备步骤。此外，其多量子阱层的结构、制备方法与实施例4中的相同。
其余均与实施例1相同。
采用实施例1-实施例4，对比例1-对比例6得到的发光二极管外延片制备成10mil×24mil的垂直结构的芯片。并进行测试：
（1）每个实施例、对比例各取芯片10粒，测定20mA下的发光亮度，并以对比例1为基准，计算发光亮度提升率；
（2）每个实施例、对比例各取芯片10粒，测定20mA下的发光波长，并计算标准差，作为发光波长均匀性。
测试其发光亮度；每个实施例、对比例均测试20个，取测试值的标准差，作为
具体测试结果如下表所示：
由表中可以看出，当将在传统的发光二极管外延片（对比例1）中添加本发明的V坑准备层、V坑层后，有效提升了发光二极管外延片的发光亮度以及波长均匀性。
以上所述是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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述V坑准备层包括依次层叠于所述N型GaN层上的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层；所述模板层包括多个阵列分布于所述N型GaN层上的MoSe2岛，所述GaN填平层的厚度略大于所述MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞；
所述V坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InxGa1-xN层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.3。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述MoSe2岛的高度为30nm~80nm，所述MoSe2岛的宽度为80nm~200nm；
所述GaN填平层的厚度为40nm~100nm，所述第一AlGaN层的厚度为20nm~100nm；
所述InxGa1-xN层的厚度为2nm~5nm，所述第一GaN层的厚度为10nm~30nm。
3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述模板层的制备方法为：在所述N型GaN层上生长MoO3层，在含氧气氛、500℃~600℃下退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃下硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛。
4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述V坑层形成多个V坑，所述V坑的分布密度为5×106cm-2~6×107cm-2，所述V坑的第一开口半径为60nm~120nm，第二开口半径为100nm~160nm；
其中，所述第一开口半径是所述V坑层生长完成后V坑的半径，所述第二开口半径是所述多量子阱层生长结束后V坑的半径。
5.如权利要求1~4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括依次层叠于所述V坑层上的第一多量子阱层和第二多量子阱层；
所述第一多量子阱层为周期性结构，周期数为2~8，每个周期的第一多量子阱层均包括依次层叠的InyGa1-yN层和第二GaN层，其中，y为0.25~0.4；
所述第二多量子阱层为周期性结构，周期数为1~5，每个周期的第二多量子阱层均包括依次层叠的InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层，其中，z为0.3~0.4；
所述V坑层形成多个V坑，所述V坑的第二开口半径比所述V坑的第一开口半径大45nm~65nm；
其中，所述第一开口半径是所述V坑层生长完成后V坑的半径，所述第二开口半径是所述多量子阱层生长结束后V坑的半径。
6.如权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InyGa1-yN层的厚度为2nm~10nm，所述第二GaN层的厚度为5nm~15nm；
所述InzGa1-zN层的厚度为2nm~10nm，所述C、Mg共掺的BGaN层的厚度为5nm~10nm，所述第二AlGaN层的厚度为5nm~10nm；
所述C、Mg共掺的BGaN层中C的掺杂浓度为1×1017cm-3~5×1017cm-3，Mg的掺杂浓度为2×1018cm-3~5×1019cm-3。
7.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~6任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑准备层、V坑层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层；
所述V坑准备层包括依次层叠于所述N型GaN层上的模板层、GaN填平层和第一AlGaN层；所述模板层包括多个阵列分布于所述N型GaN层上的MoSe2岛，所述GaN填平层的厚度略大于所述MoSe2岛的高度，以使GaN填平层生长后，在MoSe2岛顶部形成孔洞；
所述V坑层为周期性结构，周期数为3~10，每个周期的V坑层均包括依次层叠的InxGa1-xN层和第一GaN层，其中，x为0.22~0.3。
8.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述模板层的制备方法为：在所述缓冲层上生长MoO3层，在含氧气氛、500℃~600℃退火10min~30min，然后在含有硒源的气氛、600℃~700℃硒化处理30min~60min，即得到多个MoSe2岛；
所述MoO3层通过ALD生长，生长时所采用的Mo源为Mo(CO)6，所采用的O源为O3，所采用的载气为Ar，生长温度为150℃~200℃；
所述GaN填平层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；
所述第一AlGaN层的生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为50torr~200torr，V/Ⅲ比为2000~3000；
所述InxGa1-xN层的生长温度为620℃~750℃，生长压力为100torr~300torr；
所述第一GaN层的生长温度为700℃~800℃，生长压力为100torr~300torr。
9.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层；所述第一多量子阱层包括InyGa1-yN层和第二GaN层；所述第二多量子阱层包括InzGa1-zN层和C、Mg共掺的BGaN层和第二AlGaN层；
所述InyGa1-yN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述第二GaN层的生长温度为850℃~900℃，生长压力为100torr~500torr；
所述InzGa1-zN层的生长温度为750℃~800℃，生长压力为100torr~500torr；
所述C、Mg共掺的BGaN层的生长温度为650℃~750℃，生长压力为10torr~150torr；
所述第二AlGaN层的生长温度为900℃~1000℃，生长压力为100torr~500torr。
10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1~6任一项所述的发光二极管外延片。
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