CN101183697A - 一种氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法，涉及一种发光二极管。提供一种出光效率高、晶体质量好的氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法。设有衬底、GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，并从下至上设于衬底上。将(0001)面的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下热处理；降温生长GaN缓冲层；在GaN缓冲层上生长第1掺硅GaN层，降温取出样品；在样品上沉积介质层，沿第1掺硅GaN层的<100><110>方向刻出窗口作为图形衬底，样品清洗后外延生长：整个外延生长完成后，将外延片退火。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，尤其是涉及一种第三代半导体光电子器件领域中应用氮化镓(GaN)基及其化合物薄膜的外延生长技术-横向外延过生长技术(ELOG)的氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法。
背景技术
GaN基发光二极管具有体积小、寿命长，可实现大面积阵列；LED使用低于5V的直流电源驱动，辐射区主要集中在可见光区。具有低压、省电、冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆和节能可靠等优点，其市场潜力巨大。它除了应用在交通指示灯，大面积显示屏外，在节能日常照明光源的应用也是日趋成熟。LED不含有对人体有害的铅和汞，同时避免了对环境的污染，对于废弃物的回收问题，也比现行日光灯少，可说是既安全又环保，有“绿色照明光源”之称。许多专家认为，LED是继第一代白炽灯光源，第二代荧光灯光源，第三代高强度气体放电灯光源之后的第四代照明光源。世界上生产蓝光二极管的半导体公司纷纷和老牌灯泡制造商结盟，抢占这个可以说是未来最大的照明市场。
III族-氮化物半导体材料由于其优良的光电特性，在制备紫外探测器，发光二极管，激光二极管以及高温，高频等光电器件领域有着广泛应用并在近年来取得了突破性的进展([1]Shuji Nakamura.Recent Developments in InGaN-Based Blue LEDs and LDs.Department ofResearch and Development，Nichia Chemical Industries，Ltd；[2]Takashi MUKAI，MotokazuYAMADA and Shuji NAKAMURA.Characteristics of InGaN-Based UV/Blue/Green/Amber/RedLight-Emitting Diodes.Jpn.J.Appl.Phys，1999；38：3976)。其三元化合物InGaN，通过调节合金中In的组分，禁带宽度理论上可从0.6eV(InN)连续变化到3.4eV(GaN)，发光波长覆盖了整个可见光波段和部分紫外光波段，被广泛应用于光电子器件LED和LD的有源层([3]Chin-Hsiang CHEN，Shoou-Jinn CHANG and Yan-Kuin SU.High-Indium-Content InGaN/GaNMultiple-Quantum-Well Light-Emitting Diodes.Jpn.J.Appl.Phys，2003；42：2281；[4]Homg-Shyang Chen，Dong-Ming Yeh，Chih-Feng Lu，etal.White light generation with CdSe-ZnSnanocrystals coated on an InGaN-GaN quantum-well blue/Green two-wavelength light-emittingdiode.IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS，2006；18：NO.13。)。
1995年，Nakamura等人开发出了InGaN单量子阱结构LED，紧接着多量子阱结构可使LED的外量子效率高达20％([5]Mukai T.Recent progress in grou掺镁III nitride Light-emittingdiodes[J].IEEE J.Select.Topics Quantum electron，2002，8(2)：264-270)，由于量子阱对载流子起到很好的限制作用，且InGaN三元合金材料具有其内在特性：在InGaN的生长过程中，In的空间分布存在涨落，因而在量子阱中形成类似量子点结构的纳米尺寸的富In区，对载流子起到三维限制作用，使载流子在发生辐射复合之前更难迁移到由于缺陷等引起的非辐射复合中心，从而大大提高辐射复合发光效率([6]S.Nakamura，M.Senoh and T.Mukai.掺镁GaN/N-InGaN/N-GaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting Diodes Jpn.Jpn.J.Appl.Phys.，1993；32：L8；[7]S.Nakamura，T.Mukai，M.Senoh，etal.InxGa(1-x)N/InyGa(1-y)N superlattices grownon GaN films J.Appl.Phys.，1993；74：3911)。所以目前GaN基LED主流结构就是采用InGaN/GaN，InGaN/AlGaN单量子阱或多量子阱结构。已有的传统GaN基LED(参见图1)是在蓝宝石衬底1上用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长一层非掺杂的低温GaN缓冲层，然后L温在高温下生长一层掺Si的掺硅GaN层2，接着在掺硅GaN层上生长InGaN/GaN多量子阱有源层3，最后在有源层上生长一层掺镁AlGaN层和一层掺镁GaN层4。形成平面的LED器件外延片。
一般而言，LED的发光亮度随着注入电流的增加而增强，但是pn结存在一个最高工作温度，大电流注入会产生大量的热而损坏晶体和封装设备，从而导致器件寿命缩短，所以提高注入电流的能量转换效率才是关键的技术。我们常用外量子效率来衡量电能转换为光能的效率，其大小等于内量子效率与光子的逃逸率之积。随着外延技术的提高，GaN基半导体材料的晶体质量得到很大的提高，所以一般来说，高性能的LED的内量子效率都很高，只是由于晶格缺陷，衬底对光的吸收以及传统LED矩形腔结构的全反射问题导致光子逃逸率很低，实际的外量子效率不高。由于GaN的折射率比空气的的折射率大，所以当θ＜θc(光从GaN层出射到空气时的全反射角)时，光会从正面逸出，当θ＞90°-θc时，光在侧面入射角小于全反射角，光从侧面逸出，而当θc＜θ＜90°-θc时，光在正面和侧面都小于全反射角，不能逸出。经计算，对于矩形腔结构的LED，只有40％的光能从表面逸出(参见图2)。
围绕着提高光子的逃逸率，国内外做了很多研究。1995年，Yoshida等人从降低晶体中缺陷着手提出了LEO生长技术有效地降低了GaN外延层的位错密度(4-5个数量级)甚至在翼区GaN接近无位错([8]Usui A，Sunakawa H，Sakai A etal.Jpn.J.Appl.Phys，Part2，1997，36(7B)：L899)从而大大提高了LED的发光效率。一种在美国已经商业化的提高光子逃逸率的方法就是采用透明衬底，减小衬底对光子的吸收，在LED生长完后，将不透明的衬底腐蚀掉，再将透明的衬底和外延片粘合在一起，使光子可以从每个面出射。一种采用倒装结构的LED，先把衬底腐蚀得很薄，在利用电极的反射性很好而提高出光效率。Lumileds公司采用透明衬底，截面为梯形，立体结构为倒金字塔形的芯片结构，破坏传统芯片立方体形状，解决全反射问题而提高出光效率。上世纪80年代Burnham等人提出了生长分布布拉格反射层结构([9]QiYun，Dai Ying，Li Anyi.Enhancement of the external quantum efficiency of light-emitting-diodes[J].Electronic Components and Materials，2003，22(4)：43-45(in Chinese))，减小衬底对光的吸收而大大提高光子的逃逸率。也有研究采用在生长完的外延片上进行表面粗化，激光剥离衬底再键合上透明衬底以及把衬底换成导热好并且反射性好的金属，采用光子晶体等等，所有这些研究都是为了提高LED器件的外量子效率。
发明内容
本发明的目的在于为了克服采用常规LED器件结构存在的出光效率低等不足，提供一种出光效率高、晶体质量好的氮化镓基发光二极管外延片结构及其制备方法。
本发明的技术方案是利用横向外延过生长技术的特点破坏传统的矩形光学谐振腔，采用LP-MOCVD(低压金属有机化学气相沉积系统)设备，利用高纯H2、N2作为载气，进行LED外延片的制备，整个生长过程中生长压力控制在50-780Torr之间。
本发明所述的氮化镓基发光二极管外延片结构设有蓝宝石衬底、未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，从下至上未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层依次设在蓝宝石衬底上；未掺杂的GaN缓冲层的厚度为10～40nm，第1掺硅GaN层的厚度为2～3μm，介质层的厚度为100～200nm，第2掺硅GaN层的厚度为2～3μm，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱的每个周期的厚度为3～5nm，掺镁AlGaN层的厚度为0.1～0.2μm，掺镁GaN层的厚度为0.2～0.3μm；介质层为SiO2层或SiN层。
本发明所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，具体步骤如下：
1)将(0001)面的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1050～1200℃对衬底进行热处理10～20min；接着降温在500～600℃生长厚度10～40nm的GaN缓冲层；
2)在950～1100℃下在GaN缓冲层上生长0.5～2μm第1掺硅GaN层，降温取出样品；
3)在200～300℃下在样品上用PE-CVD沉积法沉积100～200nm厚的SiO2层或SiN层，分别沿第1掺硅GaN层的
方向用传统的光刻工艺刻出2～10μm宽的窗口作为图形衬底，得带有图形衬底的样品，窗口的图形可为条形，六边形，菱形或者圆形等，其中条形窗口的宽度为2～8μm，周期为8～20μm，长度为1～3cm，六边形窗口的外接圆的直径为5～10μm，周期为10～20μm，菱形窗口的内接圆的直径为4～10μm，周期为10～20μm，圆形窗口的直径为5～10μm，周期为10～20μm；
4)样品清洗后放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统中进行外延生长：首先在950～1100℃下生长一层2～3μm的第2掺硅GaN层，接着在N2气氛下生长3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱，最后生长0.1～0.2μm厚的掺镁AlGaN层和0.2～0.3μm厚的掺镁GaN层，整个外延生长完成后，将外延片在700～850℃的N2气氛下退火10～20min，得氮化镓基发光二极管外延片。
本发明的Ga、In、Mg、N、Si源分别为高纯的三甲基镓(TMGa)，三甲基铟(TMIn)，三甲基铝(TMAl)，二茂镁(Cp2Mg)、NH3和硅烷(SiH4)。
生长GaN缓冲层的压力为500～600Torr，载气流量为10～30L/min，TMGa流量为20～120μmol/min，NH3流量为80～120mol/min。
生长第1掺硅GaN层和第2掺硅GaN层的压力为100～300Torr，载气流量为5～20L/min，TMGa流量为80～400μmol/min，NH3流量为120～500mol/min，SiH4流量为0.2～2.0nmol/min。
生长InGaN/GaN多量子阱的压力为50～500Torr，载气流量为5～20L/min，NH3流量为120～500mol/min。阱层的厚度为2.0～5.0nm，阱层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为1.0～4.0μmol/min，TMIn流量为10～40μmol/min，垒层的厚度为5～20nm，垒层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为10～40μmol/min。
生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层的压力为76～200Torr，载气流量为5～20L/min，生长温度为1000～1100℃，TMGa的流量为20～50μmol/minTMAl的流量为2.0～5.0μmol/min，NH3流量为120～500mol/min，Cp2Mg的流量为0.5～5.0μmol/min。
在横向外延过生长过程中，一般认为窗口区的外延层厚度超过掩膜区厚度时开始侧向外延，尽管缓冲层的位错密度相对很高，但是翼区上侧向外延的GaN位错密度却远远低于窗口区。而且横向和纵向的生长速率比可以通过反应室的生长条件来控制。通过控制生长温度、生长压力和V/III等参数使横向生长速率小于纵向生长速率。当相邻两窗口区侧向外延部分相结合时，在不同的图形衬底上外延生长的多量子阱LED器件结构，最终其截面在生长方向上形成并排的小三角形或者梯形结构，不同于传统的矩形腔结构。
与现有的LED器件相比，本发明的突出优点是：
1、利用可控非平面型LED器件结构，破坏传统的矩形光学谐振腔结构，解决光的全反射问题(参见图2)，从而提高出光效率。
2、从实践需要考虑，由于侧向生长速率很慢，其截面在生长方向上形成并排的小三角形或者梯形，必须选择小的掩膜层宽度，当然只要生长的时间足够长，其外延结构可形成大的三角形或者大的梯形结构，但是这种方案是不可行的，因为考虑到光在晶体中传播的过程中是呈指数关系衰减的，大三角形和大梯形对提高光子的逃逸率意义不大，所以侧向生长的翼区选择很小的掩膜层宽度，最终其截面在生长方向上形成并排的小三角形或者小梯形，有利于光从材料表面逸出(参见图4和图6)。
3、LED器件结构材料直接生长在翼区低位错的GaN上，有利于获得高质量的有源层材料，从而可大大提高其发光效率。
4、众所周知，只要出光效率得到提高就可以相应地降低LED芯片内热效应带来的问题，即P-I特性曲线的亚线性问题。在注入相同的电流的条件下，出光效率高的LED其热效应较低，pn结就不容易达到其最高工作温度，因此可延长其工作寿命，也使得LED器件的各方面性能得到很好的提高。
附图说明
图1为传统的LED外延片结构示意图。
图2为传统的LED矩形腔结构光路示意图。
图3为本发明实施例1的LED外延片结构(截面为小三角形)示意图。
图4为本发明实施例1的侧向外延生长得到小三角形截面的LED结构光路示意图。
图5为本发明实施例2的LED外延片结构(截面为小梯形)示意图。
图6为本发明实施例2的侧向外延生长得到小梯形截面的LED结构光路示意图。
在图1～6中，1.蓝宝石衬底，2.第1掺硅GaN层，3.3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱，4.掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，5.介质层，6.第2掺硅GaN层。
具体实施方式
以下实施例均采用3×2CCS LP-MOCVD设备进行外延片生长。
实施例1
参见图3，本发明所述的氮化镓基发光二极管外延片结构设有蓝宝石衬底1、未掺杂的GaN缓冲层(在图3中未画出)、第1掺硅GaN层2、介质层5、第2掺硅GaN层6，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱3、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层4，从下至上未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层2、介质层5、第2掺硅GaN层6，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱7、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层4依次设在蓝宝石衬底1上；未掺杂的GaN缓冲层的厚度为10～40nm，第1掺硅GaN层的厚度为2～3μm，介质层的厚度为100～200nm，第2掺硅GaN层的厚度为2～3μm，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱的每个周期的厚度为3～5nm，掺镁AlGaN层的厚度为0.1～0.2μm，掺镁GaN层的厚度为0.2～0.3μm；介质层5为SiO2层或SiN层。
以下给出其制备方法。
(1)将(0001)取向免清洗的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1060℃烘烤15min，反应室压力为500Torr。
(2)在530℃下生长厚度为25nm的GaN缓冲层，生长压力为500Torr，TMGa流量为40μmol/min，NH3流量为110μmol/min。
(3)在1030℃下生长第1掺硅GaN层，生长压力为200Torr。
(4)在300℃下用PE-CVD沉积法沉积SiO2层，厚度为200nm，用传统的光刻艺沿掺硅GaN层的
方向刻出不同图形和尺寸的窗口区。
(5)把刻有图形的样品清洗干净后再次放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统再次外延生长(二次外延)。
(6)二次外延：先在H2气氛下生长第2掺硅GaN层，生长温度为1050℃，生长压力为200Torr，TMGa流量为100μmol/min，NH3流量为250mol/min。由于横向和纵向生长速率的不同，相邻窗口区的第2掺硅GaN层在掩膜层区域上愈合后，形成截面为三角形的外延片结构，然后在N2气氛下生长5个周期的InGaN/GaN量子阱。阱层为InGaN，厚度为3nm，生长压力为300Torr，TMGa的流量为4.0μmol/min，TMIn的流量为12.0μmol/min，NH3流量为250.0mol/min，生长温度为750℃；垒层为GaN，厚度为15nm，TMGa的流量为20.0μmol/min，NH3流量为250mol/min，生长温度为850℃。最后在950℃下生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，生长压力为100Torr，TMGa的流量为50μmol/min，NH3流量为180.0mol/min，Cp2Mg的流量为0.5μmol/min。
(7)把外延生长后得到的样品在700℃N2气氛下退火20min，N2流量为2.0L/min(参见图3)。
实施例2
(1)将(0001)取向免清洗的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1080℃烘烤10min，反应室压力为500Torr。
(2)在530℃下生长厚度为30nm的GaN缓冲层，生长压力为500Torr，TMGa流量为50μmol/min，NH3流量为150μmol/min。
(3)在1050℃下生长GaN层与第1掺硅GaN层，生长压力分别为200Torr和100Torr。
(4)在300℃下用PE-CVD沉积SiO2层，厚度为200nm，用传统的光刻艺刻沿掺硅GaN层的
方向刻出出不同图形和尺寸的窗口区。
(5)把刻有图形的样品清洗干净后再次放入金属有机化学气相沉积系统(MOCV系统)外延生长(二次外延)。
(6)二次外延：先在H2气氛下生长第2掺硅GaN层，生长温度为1030℃，生长压力为200Torr，TMGa流量为100μmol/min，NH3流量为250mol/min。由于横向和纵向生长速率的不同，使相邻窗口区的第2掺硅GaN层在掩膜层区域上愈合，形成截面为梯形的外延片结构，然后在N2气氛下生长5个周期的InGaN/GaN量子阱。阱层为InGaN，厚度为3nm，生长压力为300Torr，TMGa的流量为4.0μmol/min，TMIn的流量为12.0μmol/min，NH3流量为250.0mol/min；垒层为GaN，厚度为15nm，TMGa的流量为30.0μmol/min，NH3流量为230mol/min，生长温度为850℃。最后在950℃下生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，生长压力为100Torr，TMGa的流量为50μmol/min，NH3流量为180.0mol/min，Cp2Mg的流量为0.5μmol/min。
(7)把外延生长后得到的样品在800℃N2气氛下退火10min，N2流量为2.0L/min(参见图5，图5中的代号含义与图3相同)。
实施例3
(1)将(0001)取向免清洗的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1060℃烘烤15min，反应室压力为500Torr。
(2)在550℃下生长厚度为25nm的GaN缓冲层，生长压力为500Torr，TMGa流量为65μmol/min，NH3流量为180μmol/min。
(3)在1030℃下生长GaN层与第1掺硅GaN层，生长压力分别为200Torr和100Torr。
(4)在300℃下用PE-CVD沉积SiO2，厚度为150nm，用传统的光刻艺沿n-GaN的
方向刻出不同图形和尺寸的窗口区。
(5)把刻有图形的样品清洗干净后再次放入金属有机化学气相沉积系统(MOCV系统)外延生长(二次外延)
(6)二次外延：先在H2气氛下生长第2掺硅GaN层，生长温度为1080℃，生长压力为200Torr，TMGa流量为50μmol/min，NH3流量为120mol/min。由于横向和纵向生长速率的不同，相邻窗口区的第2掺硅GaN在掩膜层区域上愈合，形成截面为三角形的外延片结构，然后在N2气氛下生长3个周期的InGaN/GaN量子阱。阱层为InGaN，厚度为4nm，生长压力为300Torr，TMGa的流量为3.0μmol/min，TMIn的流量为10.0μmol/min，NH3流量为220.0mol/min；垒层为GaN，厚度为12nm，TMGa的流量为20.0μmol/min，NH3流量为250mol/min，生长温度为900℃。最后在950℃下生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，生长压力为100Torr，TMGa的流量为50μmol/min，NH3流量为180.0mol/min，Cp2Mg的流量为0.5μmol/min。
(7)把外延生长后得到的样品在800℃N2气氛下退火10min，N2流量为2.0L/min。
实施例4
(1)将(0001)取向免清洗的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1080℃烘烤10min，反应室压力为500Torr。
(2)在530℃下生长厚度为30nm的GaN缓冲层，生长压力为500Torr，TMGa流量为80μmol/min，NH3流量为220μmol/min。
(3)在1050℃下生长GaN层与第1掺硅GaN层，生长压力均为200Torr。
(4)在300℃下用PE-CVD沉积SiO2层，厚度为150nm，用传统的光刻艺刻沿掺硅GaN层的
方向刻出出不同图形和尺寸的窗口区。
(5)把刻有图形的样品清洗干净后再次放入金属有机化学气相沉积系统(MOCV系统)外延生长(二次外延)。
(6)二次外延：先在H2气氛下生长第2掺硅GaN层，生长温度为1050℃，生长压力为200Torr，TMGa流量为50μmol/min，NH3流量为120mol/min。由于横向和纵向生长速率的不同使相邻窗口区的第2掺硅GaN层在掩膜层区域上愈合，形成截面为梯形的外延片结构，然后在N2气氛下生长3个周期的InGaN/GaN量子阱。阱层为InGaN，厚度为4nm，生长压力为300Torr，TMGa的流量为3μmol/min，TMIn的流量为10.0μmol/min，NH3流量为220.0mol/min；垒层为GaN，厚度为15nm，TMGa的流量为30.0μmol/min，NH3流量为280mol/min，生长温度为900℃。最后在950℃下生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，生长压力为100Torr，TMGa的流量为50μmol/min，NH3流量为180.0mol/min，Cp2Mg的流量为0.5μmol/min。
(7)把外延生长后得到的样品在800℃N2气氛下退火10min，N2流量为2.0L/min。
Claims (10)
1.一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于设有蓝宝石衬底、未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层，从下至上未掺杂的GaN缓冲层、第1掺硅GaN层、介质层、第2掺硅GaN层，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱、掺镁AlGaN层和掺镁GaN层依次设在蓝宝石衬底上。
2.如权利要求1所述的一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于未掺杂的GaN缓冲层的厚度为10～40nm，第1掺硅GaN层的厚度为2～3μm，介质层的厚度为100～200nm，第2掺硅GaN层的厚度为2～3μm，3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱的每个周期的厚度为3～5nm，掺镁AlGaN层的厚度为0.1～0.2μm，掺镁GaN层的厚度为0.2～0.3μm。
3.如权利要求1或2所述的一种氮化镓基发光二极管外延片结构，其特征在于介质层为SiO2层或SiN层。
4.如权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
1)将(0001)面的蓝宝石衬底装入反应室，在H2气氛下加热至1050～1200℃对衬底进行热处理10～20min；接着降温在500～600℃生长厚度10～40nm的GaN缓冲层；
2)在950～1100℃下在GaN缓冲层上生长0.5～2μm第1掺硅GaN层，降温取出样品；
3)在200～300℃下在样品上用PE-CVD沉积法沉积100～200nm厚的SiO2层或SiN层，分别沿第1掺硅GaN层的
方向用传统的光刻工艺刻出2～10μm宽的窗口作为图形衬底，得带有图形衬底的样品；
4)样品清洗后放入金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统中进行外延生长：首先在950～1100℃下生长一层2～3μm的第2掺硅GaN层，接着在N2气氛下生长3～5个周期的InGaN/GaN多量子阱，最后生长0.1～0.2μm厚的掺镁AlGaN层和0.2～0.3μm厚的掺镁GaN层，整个外延生长完成后，将外延片在700～850℃的N2气氛下退火10～20min，得氮化镓基发光二极管外延片。
5.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于Ga、In、Mg、N、Si源分别为三甲基镓，三甲基铟，三甲基铝，二茂镁、NH3和硅烷。
6.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长GaN缓冲层的压力为500～600Torr，载气流量为10～30L/min，TMGa流量为20～120μmol/min，NH3流量为80～120mol/min。
7.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长第1掺硅GaN层和第2掺硅GaN层的压力为100～300Torr，载气流量为5～20L/min，TMGa流量为80～400μmol/min，NH3流量为120～500mol/min，SiH4流量为0.2～2.0nmol/min。
8.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长InGaN/GaN多量子阱的压力为50～500Torr，载气流量为5～20L/min，NH3流量为120～500mol/min，阱层的厚度为2.0～5.0nm，阱层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为1.0～4.0μmol/min，TMIn流量为10～40μmol/min，垒层的厚度为5～20nm，垒层的生长温度为700～900℃，TMGa流量为10～40μmol/min。
9.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于生长掺镁AlGaN层和掺镁GaN层的压力为76～200Torr，载气流量为5～20L/min，生长温度为1000～1100℃，TMGa的流量为20～50μmol/minTMAl的流量为2.0～5.0μmol/min，NH3流量为120～500mol/min，Cp2Mg的流量为0.5～5.0μmol/min。
10.如权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片结构的制备方法，其特征在于窗口的图形为条形，六边形，菱形或者圆形，其中条形窗口的宽度为2～8μm，周期为8～20μm，长度为1～3cm，六边形窗口的外接圆的直径为5～10μm，周期为10～20μm，菱形窗口的内接圆的直径为4～10μm，周期为10～20μm，圆形窗口的直径为5～10μm，周期为10～20μm。
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