CN102867896A - Led外延结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构包括：衬底，衬底上由下至上依次设置有GaN成核层或AlN成核层、非故意掺杂的GaN缓冲层和n型掺杂的GaN层，n型掺杂的GaN层的表面由下至上依次生长有多量子阱发光层和p型掺杂的GaN层且三者在三维空间内均呈周期排列的凹凸结构。该制备方法包括步骤：选择一衬底并采用MOCVD方法在衬底上依次生长GaN成核层或AlN成核层、非故意掺杂的GaN缓冲层以及n型掺杂的GaN层；利用光刻和刻蚀方法在n型掺杂的GaN层的表面刻出在三维空间内呈周期排列的凹凸结构，再利用MOCVD方法在其上生长多量子阱发光层及p型掺杂的GaN层。

Description

LED外延结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别地，涉及一种LED外延结构及其制备方法。

背景技术

目前商业化GaN基LED一般都是利用在蓝宝石、碳化硅或硅衬底上生长沿（0001）方向（c面）的纤锌矿结构GaN基外延结构材料制备而成。

纤锌矿结构的III族氮化物是极性材料，如图1所示的LED的外延结构，沿[0001]晶轴，在没有应变的情况下，也存在自发极化，在有应变的情况下，还有压电极化。极化在界面处的不连续会在界面处产生极化电荷。例如在[0001]晶向的InGaN/GaN量子阱中，界面处极化不连续会在量子阱边界处产生极化电荷，这些极化电荷在量子阱中产生很强的电场。这种因极化效应而产生的电场，导致电子和空穴的波函数在空间分布上分离，即量子限制斯塔克效应（QCSE）。这种效应会降低量子阱中载流子的辐射复合效率并且降低了复合效率和有效带隙宽度使激发峰红移。随着应变的增强，极化效应引起的极化电场同时增强，因此，在[0001]晶向的In_xGa_1-xN/GaN量子阱中随着In组分x的增加，极化效应增强；同理[0001]晶向的Al_yGa_1-yN/Al_zGa_1-zN(0≤y,z≤1,且z≤y)量子阱中随着势垒与阱的Al组分差异（y-z）的增加，Al_yGa_1-yN与Al_zGa_1-zN之间的晶格失配增加，极化效应同样增强，这也是In_xGa_1-xN/GaN量子阱LED随In组分增加以及Al_yGa_1-yN/Al_zGa_1-zN量子阱LED中随Al组分差的增加时LED的发光效率效率显著减小的原因之一。

为避免c面GaN基材料的极化效应对LED发光效率的影响，一些科研机构正在研究非（半）极性面GaN材料及LED的外延生长[Journal of Applied Physics 103,014908(2008);Semiconductor Science and Technology 27(2012)024016]，非极性材料的极化场方向垂直于生长方向，水平于非极性面的量子阱中极化场分量为0，所以非极性LED中极化效应的影响可以消除。非极性氮化物材料的生长衬底一般是特殊晶面的蓝宝石、碳化硅和铌酸铝等较昂贵的材料，相对于在传统的c面蓝宝石衬底上的生长，非极性面材料的异质外延生长困难很多。目前存在缺陷密度高、晶体质量差的缺点，影响了非极性面GaN材料的发光性质，导致异质生长非极性LED的光效还低于预期；另一种是在非极性衬底上同质外延生长GaN，晶体质量得以大大改善，但由于非极性GaN衬底价格太过昂贵，因此以上两种方法实现非极性LED的产业化还需要较长时间。

此外，目前市场上的LED外延结构中量子阱所在的平面平行于衬底平面，有源区即发光区面积等于芯片的平面表面积。但是由于芯片表面的金属电极不透光,会阻止有源区发出的光经金属电极发射出去，所以有效的芯片有源区发光面积小于芯片表面平面的面积。提高发光区的面积是提高LED亮度的一个有效途径,目前有一种方法是优化电极形状，减小金属电极的面积，减小金属电极的光吸收损失，相当于提高了出光面积，但电极面积的继续减小会导致电流通过有源区分布不均匀，反而影响LED的发光效率，所以优化电极设计对增加发光面积的贡献很有限，一般LED的金属电极的面积占整个芯片表面积的10%左右。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单、发光效率和发光强度高的LED外延结构，以解决非极性GaN衬底价格昂贵、发光效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种LED外延结构，包括：衬底，所述衬底上生长有GaN成核层或AlN成核层，所述GaN成核层或AlN成核层的表面由下至上依次设置有非故意掺杂的GaN缓冲层和n型掺杂的GaN层，所述n型掺杂的GaN层的表面由下至上依次生长有多量子阱发光层和p型掺杂的GaN层，所述n型掺杂的GaN层的表面以及所述多量子阱发光层和所述p型掺杂的GaN层在三维空间内均呈周期排列的凹凸结构。

作为本发明的LED外延结构的进一步改进：

优选地，所述衬底为c面的蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底；所述凹凸结构的凸部为三棱柱，所述三棱柱的轴沿与所述c面平行的晶向延伸，且所述三棱柱的端面为等腰三角形，所述等腰三角形的对称轴垂直于所述c面。所述凹凸结构的凸部为正三棱锥或正六棱锥，所述正三棱锥或正六棱锥的轴垂直于所述c面。

优选地，所述三棱柱的面积相等的两个侧面中任意一个与所述c面的夹角大小为30°～60°；或者所述正三棱锥或正六棱锥的棱面与所述c面的夹角大小为30°～60°。

优选地，所述GaN成核层或AlN成核层的厚度为10nm～50nm；所述非故意掺杂的GaN缓冲层的厚度为0.5μm～2.0μm；所述n型掺杂的GaN层的厚度为2.0μm～5.0μm；所述多量子阱发光层的厚度为60nm～240nm；所述p型掺杂的GaN层的厚度为230nm～270nm。

优选地，所述多量子阱发光层由5～15个周期的间隔布置的InGaN量子阱层和GaN势垒层叠加组成；所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN量子阱层的厚度为2nm～3nm；单个周期的所述GaN势垒层的厚度为10nm～13nm。

优选地，所述n型掺杂的GaN层中Si的掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3～10.0×10¹⁸cm^-3；所述p型掺杂的GaN层中Mg的掺杂浓度为3.0×10¹⁹cm^-3～6.0×10¹⁹cm^-3。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种上述的LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择一衬底；

S2：以TMGa为Ga源或以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述衬底上生长所述GaN成核层或AlN成核层；

S3：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述GaN成核层或AlN成核层上生长所述非故意掺杂的GaN缓冲层；

S4：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD方法在所述非故意掺杂的GaN缓冲层上生长所述n型掺杂的GaN层；

S5：利用光刻和刻蚀方法在所述n型掺杂的GaN层的表面刻出在三维空间内呈周期排列的凹凸结构，制得带凹凸结构的n型GaN模板；

S6：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，在所述带凹凸结构的n型GaN模板上利用MOCVD方法同质外延生长所述多量子阱发光层；

S7：在N2气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以Cp₂Mg为p型掺杂剂，在所述多量子阱发光层上生长所述p型掺杂的GaN层。

作为本发明的LED外延结构的进一步改进：

优选地，所述步骤S6包括以下步骤：在所述带凹凸结构的n型GaN模板上进行5～15个周期的以下操作：

S601：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法同质外延生长InGaN量子阱层；

S602：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以NH₃为N源，在所述InGaN量子阱层上利用MOCVD方法同质外延生长GaN势垒层。

优选地，所述制备方法各步骤的工艺参数如下：

所述步骤S2中，温度为530℃～570℃，所述TMGa或所述TMAl的流量为2×10^-4mol/min～4×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为8L/min～12L/min；

所述步骤S3中，温度为1000℃～1060℃，所述TMGa的流量为7×10^-4mol/min～10×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为20L/min～26L/min；

所述步骤S4中，温度为1000℃～1060℃，所述TMGa的流量为7×10^-4mol/min～10×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为20L/min～26L/min，所述SiH₄的流量为1×10^-7mol/min～3×10^-7mol/min；

所述步骤S601中，温度为740℃～760℃，所述TEGa的流量为8×10^-6mol/min～12×10^-6mol/min，所述TMIn的流量为4.5×10^-5mol/min～5.6×10^-5mol/min，所述NH₃的流量为30L/min～36L/min；

所述步骤S602中，温度为820℃～840℃，所述TEGa的流量为3.0×10^-5mol/min～4.5×10^-5mol/min，所述NH₃的流量为30L/min～36L/min；

所述步骤S7中，温度为920℃～970℃，所述TMGa的流量为3.9×10^-4mol/min～4.8×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为27L/min～33L/min，所述Cp₂Mg的流量为2.6×10^-6mol/min～3.6×10^-6mol/min。

优选地，所述步骤S1还包括步骤：将所述衬底置于H₂气氛下，加热到1080℃～1110℃并保持5～10分钟，以去除所述衬底表面的H₂O和O₂。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的LED外延结构，其结构简单，多量子阱发光层的在三维空间内呈周期排列的凹凸结构，一方面减小了LED量子阱中存在的极化效应的不利影响，使得单位面积的量子阱的发光效率更高；另一方面三维结构的量子阱结构与传统的平面量子阱结构相比，发光区的面积明显增加，大大提高了单位芯片的发光强度，综合以上两方面可以提高LED的发光效率。

2、本发明的LED外延结构的制备方法，利用现有成熟的GaN生长技术，先制得高质量的的n型的GaN模板，然后利用光刻和刻蚀技术，避开利用特殊衬底直接异质外延生长非（半）极性面GaN的难题，得到高质量的表面为三维凹凸结构的制得带凹凸结构的n型GaN模板，再在其上生长多量子阱发光层和p型掺杂的GaN层。该方法能生产发光强度和发光效率更高的LED芯片材料，且工艺步骤简单、生产方便，适于工业化生产。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的常规c面的LED外延结构的剖面结构示意图；

图2是本发明优选实施例1的n型的GaN模板的剖面结构示意图；

图3是本发明优选实施例1的带凹凸结构的n型GaN模板的立体结构示意图；

图4是本发明优选实施例1的LED外延结构的剖面结构示意图；

图5是本发明优选实施例1的LED外延结构的制备的LED芯片的剖面结构示意图；

图6是本发明优选实施例1的LED外延结构的制备的LED芯片的立体结构示意图；

图7是本发明优选实施例1的带凹凸结构的量子阱的极化随棱面与c面之间夹角的变化曲线示意图；图中，((1)、(2)、(3)和(4)分别为对应量子阱层中In组分=0.05，0.10，0.15，0.20时的情况。

图8是本发明优选实施例1的带凹凸结构的量子阱的面积与投影到c面的量子阱面积的比例的对应关系曲线示意图；

图9是本发明优选实施例2的带凹凸结构的n型GaN模板的立体结构示意图；

图10是本发明优选实施例3的带凹凸结构的n型GaN模板的立体结构示意图。

图例说明：

1、蓝宝石衬底；2、GaN成核层；3、非故意掺杂的GaN缓冲层；4、n型掺杂的GaN层；5、多量子阱发光层（MQWs）；6、p型掺杂的GaN层；7、ITO透明导电薄膜；8、p型电极；9、n型电极；10、凹凸结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图4，本实施例的LED外延结构，包括：蓝宝石衬底1，蓝宝石衬底1上由下至上依次生长有GaN成核层2、非故意掺杂的GaN缓冲层3、n型掺杂的GaN层4、多量子阱发光层5、p型掺杂的GaN层6；其中，n型掺杂的GaN层4的表面以及多量子阱发光层5和p型掺杂的GaN层6在三维空间内均呈周期排列的凹凸结构10。

n型掺杂的GaN层4、p型掺杂的GaN层6分别可用于加工n型电极9或P型电极8。多量子阱发光层5的在三维空间内呈周期排列的凹凸结构10，一方面减小了LED量子阱中存在的极化效应的不利影响，使得单位面积的量子阱的发光效率更高；另一方面三维结构的量子阱结构与传统的平面量子阱结构相比，发光区的面积明显增加，大大提高了单位芯片的发光强度，综合以上两方面可以提高LED的发光效率。

本实施例中，GaN成核层2的厚度为10nm～50nm；非故意掺杂的GaN缓冲层3的厚度为0.5μm～2.0μm；n型掺杂的GaN层4的厚度为2.0μm～5.0μm；多量子阱发光层5的厚度为60nm～240nm；p型掺杂的GaN层6的厚度为230nm～270nm。其中，多量子阱发光层5由5～15个周期的间隔布置的InGaN量子阱层和GaN势垒层叠加组成；多量子阱发光层5中：单个周期的InGaN量子阱层的厚度为2nm～3nm；单个周期的GaN势垒层的厚度为10nm～13nm。其中，n型掺杂的GaN层4中Si的掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3～10.0×10¹⁸cm^-3；p型掺杂的GaN层6中Mg的掺杂浓度为3.0×10¹⁹cm^-3～6.0×10¹⁹cm^-3。

本实施例中，蓝宝石衬底1为普通c面的蓝宝石衬底1。参见图3、图4，凹凸结构10的凸部为三棱柱，三棱柱的轴沿与c面平行的晶向延伸，且三棱柱的端面为等腰三角形，等腰三角形的对称轴垂直于c面，等腰三角形长度相等的两条边朝上布置。

晶向及夹角是依据晶体对称性原理设计的，在纤锌矿结构的III族氮化物中，以垂直c面的[0001]方向为轴，III族氮化物的晶体结构为六次对称，<1-100>和<11-20>分别是两组等价的晶向。图3中n型掺杂的GaN层4表面平行的等腰三角形截面条状结构的方向是沿GaN的<1-100>或<11-20>的等价晶向。例如沿GaN[1-100]晶向方向的条状结构的（11-22）面和（-1-122）面侧壁是等价晶面。由晶体对称性原理，等价晶面上的原子排列相同，化学性质也相同。所以本发明的特定晶向、及凹凸结构10的设计，一方面刻蚀出的等价晶面的形状一致性易于控制；另一方面二次外延生长时多量子阱发光层5（MQWs）及P型掺杂的GaN层6在这些非c面的等价晶面上生长的均匀性和一致性也可以保证。

本实施例中，三棱柱的侧面与c面的夹角大小为60°。量子阱层中的极化导致电子和空穴的波函数在空间分布上分离，即量子限制斯塔克效应。这种效应会降低量子阱层中载流子的辐射复合效率，从而降低了发光效率，所以降低极化效应会增加量子阱中载流子的辐射复合效率从而降低了发光效率。而极化大小与侧壁与c面夹角的关系可参考文献[Journal ofApplied Physics 100,023522(2006)]得记载。如图7所示，c面（0°）的量子阱中极化最强，随夹角的增大，极化减小，超过30°极化显著减小，45°时极化为0。夹角太大时，外延生长的难度加大，所以考虑极化大小和生长难度，优化的夹角大小在30°～60°之间最佳，可以单位量子阱的发光效率更高。

多量子阱发光层5的面积，即发光区的面积越大，单位芯片的发光越强，光效越高。假设侧壁上单位面积的量子阱的发光强度相同。对于图3的本实施例的LED外延结构，设侧壁与c面夹角为θ，由几何关系可得侧壁上的量子阱的面积与投影到c面的量子阱面积的比例为secθ，如图8所示。假设半极性的（11-22）面与c面的夹角为43.2°，则二者面积比为1.4，即发光区的面积增加了40％，使得单位芯片的发光强度明显增强。

综上可知，通过设计n掺杂的GaN层表面的刻蚀图形的晶向、形状、和倾角大小，可以减小二次外延LED结构中的极化效应并增加有效发光面积和单位芯片的发光强度，从而提高LED的发光效率。

上述的LED外延结构，是通过以下的LED外延结构的制备方法制备得到的，该制备方法，包括以下步骤：

S1：选择一蓝宝石衬底1（实际应用时，也可选用SiC衬底或Si衬底）；将衬底置于H₂气氛下，加热到1100℃并保持5～10分钟，以去除衬底表面的H₂O和O₂。

S2：将温度降低到为530℃～570℃，通入流量为3×10^-4mol/min的TMGa(三甲基镓)为Ga源，通入流量为10L/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在衬底上生长厚度为10nm～50nm的GaN成核层2。

S3：保持温度为1000℃～1060℃，通入流量为8.79×10^-4mol/min的TMGa作为Ga源，通入流量为24L/min的NH₃作为为N源，利用MOCVD方法在GaN成核层2上生长厚度为0.5μm～2.0μm的非故意掺杂的GaN缓冲层3。

S4：继续保持温度为1000℃～1060℃，通入流量为8.79×10^-4mol/min的TMGa为Ga源，通入流量为24L/min的NH₃为N源，通入流量为2×10^-7mol/min的SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD方法在非故意掺杂的GaN缓冲层3上生长厚度为2.0μm～5.0μm的n型掺杂的GaN层4；得到如图1所示的n型GaN模板。

S5：清洗由以上步骤得到的nGaN外延片，之后在n型掺杂的GaN层4的表面旋涂光刻胶，并利用曝光和显影工艺把预设的周期图形转移到外延层表面，然后利用干（湿）法刻蚀方法在n型GaN表面形成图3所示的沿特定晶向方向的截面为等边三角形的周期结构，制得如图4所示的带凹凸结构10的n型GaN模板（即非c面表面的GaN/Al₂O₃复合衬底）。

S6：在N₂气氛条件下，以TEGa（三乙基镓）为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，在带凹凸结构10的n型GaN模板上进行5～15个周期的以下操作以利用MOCVD方法同质外延生长多量子阱发光层5：

S601：在N₂气氛、温度为740℃～760℃的条件下，通入流量为10×10^-6mol/min的TEGa为Ga源，通入流量为5.1×10^-5mol/min的TMIn为In源，通入流量为33L/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法同质外延生长厚度为2nm～3nm的InGaN量子阱层。

S602：在N₂气氛、温度为820℃～840℃的条件下，通入流量为3.7×10^-5mol/min的TMGa为Ga源，通入流量为33L/min的NH₃为N源，在InGaN量子阱层上利用MOCVD方法（Metel-organic Chemical Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀）同质外延生长厚度为10nm～13nm的GaN势垒层。

S7：在N2气氛、温度为950℃的条件下，通入流量为4.4×10^-4mol/min的TMGa为Ga源，通入流量为30L/min的NH₃为N源，通入流量为3.1×10^-6mol/min的Cp₂Mg为p型掺杂剂，在多量子阱发光层5上生长p型掺杂的GaN层6。

最终制得如图4所示的本实施例的LED外延结构。该LED外延结构可通过标准的芯片制程工艺生长ITO透明导电薄膜7后，制备台面结构或垂直结构LED芯片，其台面结构芯片的剖面如图5、图6所示。

实施例2：

参见图9，本实施例的LED外延结构，其结构与实施例1基本相同，二者的区别仅在于：

1、实施例1的GaN成核层2在本实施例中为AlN成核层。

2、凹凸结构10的凸部为正三棱锥，正三棱锥或正六棱锥的轴垂直于c面。

其他与实施例1相同的结构在此不再赘述。

本实施例的LED外延结构的制备方法与实施例1的制备方法基本相同，二者的区别仅在于：步骤S2中通入的TMGa替换为TMAl，做为Al源，以制备AlN成核层。

实施例3：

参见图10，本实施例的LED外延结构，其结构与实施例1基本相同，二者的区别仅在于：凹凸结构10的凸部为正六棱锥，正六棱锥的轴垂直于c面。其他与实施例1相同的结构在此不再赘述。

综上，本发明的LED外延结构的制备方法，利用现有成熟的GaN生长技术，先制得高质量的的n型的GaN模板，然后利用光刻和刻蚀技术，避开利用特殊衬底直接异质外延生长非（半）极性面GaN的难题，得到高质量的表面为三维凹凸结构10的制得带凹凸结构10的n型GaN模板，再在其上生长多量子阱发光层5和p型掺杂的GaN层6。该方法能生产发光强度和发光效率更高的LED芯片材料，且工艺步骤简单、生产方便，适于工业化生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (10)

1.一种LED外延结构，包括：衬底，所述衬底上生长有GaN成核层或AlN成核层，所述GaN成核层或AlN成核层的表面由下至上依次设置有非故意掺杂的GaN缓冲层和n型掺杂的GaN层，其特征在于，

所述n型掺杂的GaN层的表面由下至上依次生长有多量子阱发光层和p型掺杂的GaN层，所述n型掺杂的GaN层的表面以及所述多量子阱发光层和所述p型掺杂的GaN层在三维空间内均呈周期排列的凹凸结构。

2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述衬底为c面的蓝宝石衬底、SiC衬底或Si衬底；

所述凹凸结构的凸部为三棱柱，所述三棱柱的轴沿与所述c面平行的晶向延伸，且所述三棱柱的端面为等腰三角形，所述等腰三角形的对称轴垂直于所述c面。

所述凹凸结构的凸部为正三棱锥或正六棱锥，所述正三棱锥或正六棱锥的轴垂直于所述c面。

3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述三棱柱的面积相等的两个侧面中任意一个与所述c面的夹角大小为30°～60°；或者所述正三棱锥或正六棱锥的棱面与所述c面的夹角大小为30°～60°。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的LED外延结构，其特征在于，

所述GaN成核层或AlN成核层的厚度为10nm～50nm；

所述非故意掺杂的GaN缓冲层的厚度为0.5μm～2.0μm；

所述n型掺杂的GaN层的厚度为2.0μm～5.0μm；

所述多量子阱发光层的厚度为60nm～240nm；

所述p型掺杂的GaN层的厚度为230nm～270nm。

5.根据权利要求4中任一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层由5～15个周期的间隔布置的InGaN量子阱层和GaN势垒层叠加组成；

所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN量子阱层的厚度为2nm～3nm；单个周期的所述GaN势垒层的厚度为10nm～13nm。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的LED外延结构，其特征在于，所述n型掺杂的GaN层中Si的掺杂浓度为5.0×10¹⁸cm^-3～10.0×10¹⁸cm^-3；所述p型掺杂的GaN层中Mg的掺杂浓度为3.0×10¹⁹cm^-3～6.0×10¹⁹cm^-3。

7.一种如权利要求1至6所述的LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择一衬底；

S2：以TMGa为Ga源或以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述衬底上生长所述GaN成核层或AlN成核层；

S3：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述GaN成核层或AlN成核层上生长所述非故意掺杂的GaN缓冲层；

S4：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD方法在所述非故意掺杂的GaN缓冲层上生长所述n型掺杂的GaN层；

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

S5：利用光刻和刻蚀方法在所述n型掺杂的GaN层的表面刻出在三维空间内呈周期排列的凹凸结构，制得带凹凸结构的n型GaN模板；

S6：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，在所述带凹凸结构的n型GaN模板上利用MOCVD方法同质外延生长所述多量子阱发光层；

S7：在N2气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以Cp₂Mg为p型掺杂剂，在所述多量子阱发光层上生长所述p型掺杂的GaN层。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下步骤：在所述带凹凸结构的n型GaN模板上进行5～15个周期的以下操作：

S601：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法同质外延生长InGaN量子阱层；

S602：在N₂气氛条件下，以TEGa为Ga源，以NH₃为N源，在所述InGaN量子阱层上利用MOCVD方法同质外延生长GaN势垒层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法各步骤的工艺参数如下：

所述步骤S2中，温度为530℃～570℃，所述TMGa或所述TMAl的流量为2×10^-4mol/min～4×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为8L/min～12L/min；

所述步骤S3中，温度为1000℃～1060℃，所述TMGa的流量为7×10^-4mol/min～10×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为20L/min～26L/min；

所述步骤S4中，温度为1000℃～1060℃，所述TMGa的流量为7×10^-4mol/min～10×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为20L/min～26L/min，所述SiH₄的流量为1×10^-7mol/min～3×10^-7mol/min；

所述步骤S601中，温度为740℃～760℃，所述TEGa的流量为8×10^-6mol/min～12×10^-6mol/min，所述TMIn的流量为4.5×10^-5mol/min～5.6×10^-5mol/min，所述NH₃的流量为30L/min～36L/min；

所述步骤S602中，温度为820℃～840℃，所述TEGa的流量为3.0×10^-5mol/min～4.5×10^-5mol/min，所述NH₃的流量为30L/min～36L/min；

所述步骤S7中，温度为920℃～970℃，所述TMGa的流量为3.9×10^-4mol/min～4.8×10^-4mol/min，所述NH₃的流量为27L/min～33L/min，所述Cp₂Mg的流量为2.6×10^-6mol/min～3.6×10^-6mol/min。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1还包括步骤：将所述衬底置于H₂气氛下，加热到1080℃～1110℃并保持5～10分钟，以去除所述衬底表面的H₂O和O₂。

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