发光二极管及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。

背景技术：

1、通常，gan基半导体材料主要包括aln、gan、inn及它们的三元化合物algan、ingan、alinn和四元化合物algainn，由于它们的禁带宽度在0.7ev到6.2ev范围内可调，理论上可以覆盖深紫外到近红外波段的光，因此其可用于制备各种波段的发光二极管(lightemitting diode，led)、激光器以及光探测器等光电子器件。

2、目前，基于ingan材料制备的蓝光和绿光发光二极管(led)已经在照明和显示领域取得巨大成功，且led具有高效率、长寿命、环保以及环境适应性强等优点。

3、显然，制备led的外延层时所存在的材料缺陷浓度高，且与蓝宝石衬底的晶格失配和热失配等问题，将势必成为进一步提升led性能的绊脚石。因此，有必要设计一种底层缓冲层来缓解led的外延层与蓝宝石衬底的晶格失配、界面缺陷等问题，进而提升晶体质量，提高其出光效率和亮度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发光二极管及其制备方法，以缓解衬底与外延层的晶格失配、热失配，缓解应力，改善led的晶体质量和出光方向，进而提高led的出光效率和发光亮度。

2、第一方面，为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供了一种发光二极管，从下至上依次包括：衬底、第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层、第四缓冲层、n型半导体层、发光层和p型半导体层，其中，所述第一缓冲层为alon层和第一algan层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二algan层，所述第三缓冲层为第三algan层和第四algan层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五algan层和ingan层交替生长形成的周期性结构。

3、可选的，从所述第一缓冲层至所述第四缓冲层，al组分呈渐变递减趋势。

4、可选的，所述第一algan层为alaga1-an层，a的取值范围为0.9～1。

5、可选的，沿着所述第一缓冲层至所述第四缓冲层的方向，每个周期的所述alon层的o组分占比逐渐降低和/或每个周期的所述alon层的单层厚度逐渐降低。

6、可选的，所述第一缓冲层的最靠近所述衬底的周期中的alon层的o组分占比为0.1～0.2，且所述第一缓冲层的最靠近所述第二缓冲层的周期中的alon层的o组分占比为0.005～0.1。

7、可选的，所述第二algan层为albga1-bn层，b的取值范围为0.8～1，且a≥b。

8、可选的，所述第三algan层为alcga1-cn层，c的取值范围为0.6～0.7，所述第四algan层为aldga1-dn层，d的取值范围为0.2～0.4，且a≥b＞c＞d。

9、可选的，所述第五algan层为alega1-en层，e的取值范围为0.1～0.3，所述ingan层为infga1-fn层，f的取值范围为0.01～0.05，且a≥b＞c＞d≥e＞f。

10、可选的，所述衬底为蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。

11、可选的，所述第一缓冲层的周期数为3～10，且在所述第一缓冲层的每个周期中，所述alon层和所述第一algan层的厚度均为1nm～3nm。

12、可选的，所述第二缓冲层的厚度为5nm～30nm。

13、可选的，所述第三缓冲层的周期数为3～7，且在所述第三缓冲层的每个周期中，所述第三algan层的厚度为50nm～55nm，所述第四algan层的厚度为45nm～50nm。

14、可选的，所述第四缓冲层的周期数为3～7，且在所述第四缓冲层的每个周期中，所述第五algan层和所述ingan层的厚度均为45nm～50nm。

15、可选的，所述发光二极管还包括非故意掺杂层，所述非故意掺杂层位于所述第四缓冲层与所述n型半导体层之间，且所述非故意掺杂层的材料包括gan和algan中的一种。

16、可选的，所述发光二极管还包括n型电极和p型电极，所述n型电极与所述n型半导体层电连接，所述p型电极与所述p型半导体层电连接。

17、第二方面，为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明还提供了一种发光二极管的制备方法，具体可以包括以下步骤：

18、提供一衬底；

19、在所述衬底上依次生长第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层和第四缓冲层，其中，所述第一缓冲层为alon层和第一algan层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二algan层，所述第三缓冲层为第三algan层和第四algan层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五algan层和ingan层交替生长形成的周期性结构；

20、在所述第四缓冲层上依次生长n型半导体层、发光层和p型半导体层。

21、可选的，从所述第一缓冲层至所述第四缓冲层，al组分呈渐变递减趋势。

22、可选的，所述第一algan层为alaga1-an层，a的取值范围为0.9～1。

23、可选的，沿着所述第一缓冲层至所述第四缓冲层的方向，每个周期的所述alon层的o组分占比逐渐降低和/或每个周期的所述alon层的单层厚度逐渐降低。

24、可选的，所述第一缓冲层的最靠近所述衬底的周期中的alon层的o组分占比为0.1～0.2，且所述第一缓冲层的最靠近所述第二缓冲层的周期中的alon层的o组分占比为0.005～0.1。

25、可选的，所述第二algan层为albga1-bn层，b的取值范围为0.8～1，且a≥b。

26、可选的，所述第三algan层为alcga1-cn层，c的取值范围为0.6～0.7，所述第四algan层为aldga1-dn层，d的取值范围为0.2～0.4，且a≥b＞c＞d。

27、可选的，所述第五algan层为alega1-en层，e的取值范围为0.1～0.3，所述ingan层为infga1-fn层，f的取值范围为0.01～0.05，且a≥b＞c＞d≥e＞f。

28、可选的，所述衬底为蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底。

29、可选的，所述第一缓冲层的周期数为3～10，且在所述第一缓冲层的每个周期中，所述alon层和所述第一algan层的厚度均为1nm～3nm。

30、可选的，所述第二缓冲层的厚度为5nm～30nm。

31、可选的，所述第三缓冲层的周期数为3～7，且在所述第三缓冲层的每个周期中，所述第三algan层的厚度为50nm～55nm，所述第四algan层的厚度为45nm～50nm。

32、可选的，所述第四缓冲层的周期数为3～7，且在所述第四缓冲层的每个周期中，所述第五algan层和所述ingan层的厚度均为45nm～50nm。

33、可选的，所述制备方法还包括在所述第四缓冲层与所述n型半导体层之间形成非故意掺杂层，且所述非故意掺杂层的材料包括gan和algan中的一种。

34、可选的，所述制备方法还包括形成n型电极和p型电极，所述n型电极与所述n型半导体层电连接，所述p型电极与所述p型半导体层电连接。

35、与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

36、本发明提供的发光二极管是在衬底与n型半导体层之间插入了从下到上依次堆叠的第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层和第四缓冲层，其中，所述第一缓冲层为alon层和第一algan层交替生长形成的周期性结构，所述第二缓冲层为第二algan层，所述第三缓冲层为第三algan层和第四algan层交替生长形成的周期性结构，所述第四缓冲层为第五algan层和ingan层交替生长形成的周期性结构。第一缓冲层、第二缓冲层、第三缓冲层和第四缓冲层中所含的al组分总体呈降低趋势，因此四层依次堆叠的缓冲层的晶格大小逐渐向algan材料的方向渐变，进而可以有效的缓解algan外延层材料与蓝宝石衬底之间的晶格常数失配所引起的应力问题，减少外延层缺陷密度和非辐射复合，进而得到高晶体质量的外延层结构。

37、进一步地，第一缓冲层中的o组分占比沿着第一缓冲层至第四缓冲层的方向逐渐降低，从而靠近衬底方向的第一缓冲层的高o组分和高al组分的部分结构层与衬底的晶格常数极为接近，增加了晶格失配弛豫，更进一步的减小了因晶格失配所产生的应力，并降低了位错密度。

38、进一步地，靠近图形化的蓝宝石衬底的高含量o组分的第一缓冲层的alon层还可以减少外延层材料在图形化的蓝宝石衬底的侧壁上生长。

39、进一步地，第二缓冲层是高质量的albga1-bn层，进而避免了由于第一缓冲层的晶体质量较差而导致的后续外延层生长发生界面缺陷和晶体质量差的问题，提高了内量子效率。

40、进一步地，第三缓冲层中的alcga1-cn层和aldga1-dn层的al组分不同(c和d不同)，而第四缓冲层中的alega1-en层和infga1-fn层的材料不同，进而第三缓冲层和第四缓冲层均是由两种不同折射率材料构成的超晶格结构，能减少缺陷，提高晶体质量，同时，第三缓冲层和第四缓冲层在本发明所提供的发光二极管中均可作为dbr反射层，改变出光方向，提高光提取效率。而作为dbr反射层的第四缓冲层，由于其infga1-fn层受到压应力，可以缓解外延层的拉应力，改善晶体质量；并且通过将in组分设置的较小可以减少对发光层发出的光的吸收，进而实现了缓冲应力、提高发光二极管的发光效率和发光亮度的目的。