CN103531680A - 一种led外延结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的LED外延结构，N型GaN层采用周期性的梯度掺杂结构，交替设置的掺杂Si的GaN和不掺杂的GaN层可以在不掺杂的GaN层聚集电子，形成高密度的二维电子气，从而有效增加载流子浓度和迁移率；更重要的是，设置在多量子阱层上的U型的超晶格层与N型GaN层之间形成多结电容结构，能有效增强载流子的横向扩展能力，扩大流入多量子阱层的电流分布面积，有效降低LED的驱动电压。本发明所述的LED外延结构的制备方法，N型GaN层中的掺杂结构简单、层数少，超晶格层更采用不掺杂结构，工艺简单，制作成本低。

Description

一种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，具体涉及一种能降低LED正向压降、提高发光效率和使用寿命的外延结构及其制备方法。
背景技术
氮化镓（GaN）基发光二级管（Light-Emitting Diode，LED）具有寿命长、功耗低、无污染等优点，可以应用在显示、照明等诸多领域。虽然GaN基LED已经产业化，但现有的LED外延结构及其制备方法使得LED芯片正向压降高、光效低的问题一直未能得到很好的解决。
中国专利CN103187497A公开了一种提高大尺寸芯片光效的外延结构及其生长方法，具体为：在PSS（Patterned Sapphire Substrate，译为：图形化的蓝宝石衬底）上生长GaN缓冲层；在该GaN缓冲层上生长UGaN层；在所述U型GaN层上生长掺杂Si的N型GaN层；交替生长形成掺杂Si和Al的第一NAlGaN层和不掺杂Si的第一UGaN层，交替生长38-40个周期；接着交替生长形成掺杂Si和Al的第二NAlGaN层和不掺杂Si的第二UGaN层，交替生长25-26个周期；接着交替生长形成掺杂Si和Al的第三NAlGaN层和不掺杂Si的第三NGaN层，交替生长15-16个周期；周期性生长有源层MQW和PGaN层。该专利通过改变N型GaN层中Si的掺杂方式，即在N型GaN中周期性的掺杂或不掺杂Si，掺杂Si的GaN具有低电阻值，不掺杂Si的GaN具有高电阻值，高低电阻值交错的N型GaN在电流输送过程中使得电子横向扩展能力加强。解决了同一阻值N型GaN层中，电子选择最短路径传输，使得最短路径上电流拥挤，而流经量子阱的电流比较少，造成芯片正向压降偏高的问题，而且使得量子阱电流均匀化，提高了亮度和光效。
中国专利CN103187497A中公开的外延结构可以解决现有技术中的外延结构使得芯片的驱动电压较高，注入电子与空穴耦合发光效率变低导致亮度偏低的问题。但是，这种结构中N型GaN层的生长时间较长，而且会消耗大量的作为源材料的三甲基铝，工艺复杂、制备成本高。
发明内容
为此，本发明所要解决的是现有技术中GaN基外延结构工艺复杂、制备成本高的问题，提供一种工艺简单、制备成本低而且能有效降低正向压降的LED外延结构及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
本发明所述的一种LED外延结构，包括在依次叠加设置的衬底、缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层，
N型GaN层包括第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括交替设置的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层；
所述第一N型层厚度为900～1000nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度为7～8×1018/cm3，交替周期为15～20；
所述第二N型层厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×1018/cm3，交替周期为20～30；
所述第三N型层厚度为200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×1018/cm3，交替周期为10～15；
所述第一N型层靠近所述缓冲层设置；
所述多量子阱层与所述P型GaN层之间还直接设置有U型超晶格层；
所述P型GaN层包括依次设置的Mg掺杂GaN层、Mg掺杂AlInGaN层、Mg掺杂GaN层。
所述U型超晶格层为交替设置的AlxGa1-xN和GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，x=0.10～0.15。
所述多量子阱层包括交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的厚度为2～3nm，GaN层的厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20。
所述P型GaN层中所述Mg掺杂GaN层的厚度为30～40nm，掺杂浓度为7～8×1016/cm3；Mg掺杂AlInGaN层的厚度为10～20nm，掺杂浓度为8～9×1016/cm3；Mg掺杂GaN层的厚度为150～200nm，掺杂浓度为9～10×1016/cm3。
所述N型GaN层与所述多量子阱层之间还直接设置有浅阱层，所述浅阱层包括交替设置的InGaN层/GaN层，交替周期为2～4，InGaN层的厚度为4～6nm，GaN层的厚度为30～36nm。
所述P型GaN层上还直接设置有欧姆接触层，所述欧姆接触层为Mg掺杂的InGaN层，厚度为2～3nm。
本发明所述的一种LED外延结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、沿衬底的垂直方向依次在衬底上直接生长缓冲层和U型GaN层；
S2、通过金属有机化学气相沉积工艺，在U型GaN层上直接形成N型GaN层，即依次形成第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括依次交替生长的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层，生长温度为1020～1030℃，
第一N型层的厚度为900～1000nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度为7～8×1018/cm3，交替周期为15～20，
第二N型层的厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×1018/cm3，交替周期为20～30，
第三N型层的厚度200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×1018/cm3，交替周期为10～15；
S3、通过金属有机化学气相沉积工艺，在N型GaN层上形成多量子阱层，即交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的生长温度为740～760℃，厚度为2～3nm；GaN层的生长温度为830～850℃，厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20；
S4、通过金属有机化学气相沉积工艺，在所述多量子阱层上直接设置有U型的超晶格层，所述超晶格层为交替设置的AlxGa1-xN层/GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，所述AlxGa1-xN层的生长温度为960～970℃，所述GaN层的生长温度为960～970℃，x=0.10～0.15；
S5、通过金属有机化学气相沉积工艺，在超晶格层上形成P型GaN层，即依次在810～840℃生长的低温Mg掺杂的GaN层、在860～890℃生长的Mg掺杂AlInGaN层和在920～980℃生长的高温Mg掺杂GaN层；掺杂浓度分别为7～8×1016/cm3、8～9×1016/cm3、9～10×1016/cm3；厚度分别30～40nm、15～20nm、150～200nm。
步骤S3还包括通过金属有机化学气相沉积工艺，在所述N型GaN层与所述多量子阱层之间上形成浅阱层的步骤，即依次交替生长InGaN层和GaN层，生长周期为2～4，生长温度为810～820℃，InGaN层厚度为4～6nm，GaN层厚度为30～36nm。
步骤S5之后还包括在所述P型GaN层上直接形成欧姆接触层的步骤，所述欧姆接触层为通过金属有机化学气相沉积工艺制备的Mg掺杂InGaN层，形成温度为910～930℃，厚度为2～4nm，掺杂浓度为9～10×1017/cm3。
所述缓冲层为通过金属有机化学气相沉积工艺制备的GaN层，厚度为20～30nm，生长温度为600～680℃；所述U型GaN层通过金属有机化学气相沉积工艺制备，厚度为2000～2500nm，生长温度为1010～1030℃。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明所述的LED外延结构，其中的N型GaN层采用周期性的梯度掺杂结构，交替设置的掺杂Si的GaN和不掺杂GaN层可以在不掺杂的GaN层聚集电子，形成高密度的二维电子气，从而有效增加载流子浓度和迁移率；更重要的是，设置在多量子阱层上的U型的超晶格层与N型GaN层之间形成多结电容结构，能有效增强载流子的横向扩展能力，扩大流入多量子阱层的电流分布面积，有效降低LED的驱动电压。
另外，N型GaN层中的掺杂结构简单、层数少，超晶格层更采用不掺杂结构，工艺简单，制作成本低。
2、本发明所述的LED外延结构，N型GaN层采用交替设置的掺杂Si的GaN和不掺杂GaN层厚度均很薄，可有效减小位错缺陷，减少有源区的非辐射复合中心，从而提高发光效率。
3、本发明所述的LED外延结构，U型的超晶格层中含有Al组分能形成势垒层，可加强P型层下面加强载流子的横向扩展作用，从而降低LED的工作压降。
4、本发明所述的LED外延结构，还设置有浅阱层，不但可以提高多量子阱层的晶体质量，降低多量子阱层与N型GaN层之间的晶格失配，降低两者之间的界面自由能，还可以减少多量子阱层中的极化场，提高内量子发光效率，增强发光强度。
5、本发明所述的LED外延结构的制备方法，N型GaN层中的掺杂结构简单、层数少；而且，超晶格层更采用不掺杂结构，工艺简单，制作成本低。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明所述LED外延结构示意图；
图2是本发明实施例中所述白光LED的工作电压统计图；
图3是对比例中所述白光LED的工作电压统计图。
图中附图标记表示为：1-衬底、2-缓冲层、3-U型GaN层、4-N型GaN层、5-多量子阱层、51-浅阱层、6-超晶格层、7-P型GaN层、8-欧姆接触层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例
本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该被理解为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将把本发明的构思充分传达给本领域技术人员，本发明将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层被称作“形成在”或“设置在”另一元件“上”时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。
下述实施例和对比例中所述的金属有机化学气相沉积工艺所采用的设备为购自德国爱思强(Aixtron)的金属有机化合物化学气相淀积设备（英文全称为Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称为MOCVD），型号为Closecoupled Showerhead（31X2''）。
载气为高纯H2或者高纯N2或者两者的混合气，金属有机源三甲基镓（TMGa）或者三乙基镓（TEGa）作为镓源，三甲基铟（TMIn）作为铟源，三甲基铝（TMAl）作为铝源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，P型掺杂剂为二茂镁（CP2Mg）；生长压力在100mbar到650mbar。
本实施例提供一种LED外延结构，包括在垂直方向上依次设置的衬底1、缓冲层2、U型GaN层3、N型GaN层4、多量子阱层5、P型GaN层7。
所述N型GaN4包括第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括交替设置的掺杂Si的GaN和不掺杂GaN层。
所述第一N型层靠近所述缓冲层2设置，厚度为900～1000nm，Si的掺杂浓度为7～8×1018/cm3，交替周期为15～20；本实施例中，所述第一N型层厚度优选为950nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度优选为8×1018/cm3，交替周期优选为18。
所述第二N型层厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×1018/cm3，交替周期为20～30；本实施例中，所述第二N型层厚度优选为1400nm，Si的掺杂浓度优选为10×1018/cm3，交替周期优选为25。
所述第三N型层厚度为200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×1018/cm3，交替周期为10～15；本实施例中，所述第三N型层厚度优选为200nm，Si的掺杂浓度优选为6×1018/cm3，交替周期优选为12。
所述多量子阱层5与所述P型GaN层7之间还直接设置有U型超晶格层6；所述超晶格层6优选交替设置的AlxGa1-xN和GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，x=0.10～0.15；本实施例中，所述AlxGa1-xN层优选为Al0.12Ga0.88N层，厚度优选为2nm、所述GaN层的厚度优选为2nm，交替周期优选为6。
N型GaN层4采用周期性的梯度掺杂结构，按比例交替设置的掺杂Si的GaN和不掺杂GaN层可以在不掺杂的GaN层聚集电子，形成高密度的二维电子气，从而有效增加载流子浓度和迁移率；更重要的是，设置在多量子阱层5上的U型的超晶格层6与N型GaN层4之间形成多结电容结构，能有效增强载流子的横向扩展能力，扩大流入多量子阱层5的电流分布面积，有效降低LED的驱动电压。
所述P型GaN层7包括依次设置的Mg掺杂GaN层、Mg掺杂AlInGaN层、Mg掺杂GaN层。所述P型GaN层7中所述Mg掺杂GaN层的厚度为30～40nm，掺杂浓度为7～8×1016/cm3，本实施例优选厚度为36nm，优选掺杂浓度为8×1016/cm3；Mg掺杂AlInGaN层的厚度为10～20nm，掺杂浓度为8～9×1016/cm3，本实施例优选厚度为18nm，优选掺杂浓度为9×1016/cm3；Mg掺杂GaN层的厚度为150～200nm，掺杂浓度为9～10×1016/cm3，本实施例优选厚度为200nm，优选掺杂浓度为1×1017/cm3。
所述多量子阱层5包括交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的厚度为2～3nm，GaN层的厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20；本实施例中所述InxGa1-xN层优选为In0.2Ga0.8N层，厚度优选为3nm，GaN层的厚度优选为10nm，交替周期优选为13。
所述N型GaN层4与所述多量子阱层5之间还直接设置有浅阱层51，所述浅阱层51包括交替设置的InGaN层/GaN层，交替周期为2～4，所述浅阱层51中InGaN层的厚度为4～6nm，GaN层的厚度为30～36nm；本实施例中，所述InGaN层的厚度优选为5nm，GaN层的厚度优选为32nm，交替周期优选3。
所述浅阱层51不但可以提高多量子阱层的晶体质量，降低多量子阱层5与N型GaN层4之间的晶格失配，以降低两者之间的界面自由能，还可以减少多量子阱层5中的极化场，提高内量子发光效率，增强发光强度。
所述P型GaN层7上还直接设置有欧姆接触层8，所述欧姆接触层8为Mg掺杂的InGaN层，厚度为2～3nm；本实施例优选厚度为3nm，优选掺杂浓度为1×1018/cm3。
所述一种LED外延结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、沿衬底1的垂直方向依次在衬底1上直接通过金属有机化学气相沉积工艺生长缓冲层2，所述缓冲层2为GaN层，厚度为24nm，生长温度为650℃，通过金属有机化学气相沉积工艺生长U型GaN层3，厚度为2400nm，生长温度为1020℃。
作为本发明的其他实施例，所述缓冲层2的生长温度还可以为600～680℃，厚度为20～30nm，所述U型GaN层3的生长温度还可以为1010～1030℃，厚度为2000～2500nm，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
S2、通过金属有机化学气相沉积工艺，在U型GaN层3上直接形成N型GaN层4，即依次生长第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括依次交替生长的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层，生长温度为1025℃，
作为本发明的其他实施例，所述N型GaN层4的生长温度还可以为1020～1030℃，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
S3、通过金属有机化学气相沉积工艺，在N型GaN层4上形成多量子阱层5，即交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的生长温度为750℃；GaN层的生长温度为840℃；作为本发明的其他实施例，所述InxGa1-xN层生长温度还可以为740～760℃，GaN层的生长温度为830～850℃，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
S4、通过金属有机化学气相沉积工艺，在所述多量子阱层5上直接设置U型超晶格层6，所述Al0.12Ga0.88N层的生长温度可以为960～970℃，本实施例优选965℃；所述GaN层的生长温度可以为960～970℃，本实施例优选965℃。
S5、通过金属有机化学气相沉积工艺，在多量子阱层5上形成P型GaN层7，即依次在810～840℃生长的低温Mg掺杂的GaN层、在860～890℃生长的Mg掺杂AlInGaN层和在920～980℃生长的高温Mg掺杂GaN层；本实施例中，所述低温Mg掺杂的GaN层的生长温度优选820℃、所述Mg掺杂AlInGaN层的生长温度优选870℃、所述高温Mg掺杂GaN层的生长温度优选950℃。
步骤S3还包括通过金属有机化学气相沉积工艺，在N型GaN层4上直接形成浅阱层51，即依次交替生长InGaN层和GaN层，生长温度均为为816℃；生长温度还可以为810～820℃，均可以实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。
步骤S5之后还包括在所述P型GaN层7上直接形成欧姆接触层8的步骤，所述欧姆接触层8为通过金属有机化学气相沉积工艺制备的Mg掺杂InGaN层，形成温度为910～930℃，本实施例优选为920℃；厚度为2～4nm，本实施例优选为3nm；掺杂浓度为9～10×1017/cm3，本实施例优选为1×1018/cm3。
本发明所述的LED外延结构的制备方法，N型GaN层4中的掺杂结构简单、层数少；而且，超晶格层6更采用不掺杂结构，工艺简单，制作成本低。
将所述LED外延结构按现有技术制备白光LED，具体为：
步骤一：通过光刻和刻蚀技术，对所述LED外延结构上进行N极刻蚀，以露出N型GaN层4；然后再通过磁控溅射工艺在所述欧姆接触层上以及N型GaN层4上形成ITO（铟锡氧化物）层，厚度为200nm，并通过光刻和刻蚀技术进行图案化。
步骤二、通过磁控溅射工艺，在所述ITO层上形成依次堆叠的Cr/Pt/Au层，以形成电极，厚度分别为30nm\70nm\30nm。
步骤三、在所述ITO层上直接形成部分覆盖所述电极层的二氧化硅保护层，厚度为50nm，制得LED芯片。
步骤四、对所述LED芯片进行减薄和裂片，形成45×45mil的芯片颗粒。
步骤五、选取230颗芯片颗粒，加入荧光粉复合封装为白光LED。
对比例
本对比例提供一种LED外延结构以及由该外延结构制备的白光LED，所述LED外延结构的制备方法同中国专利文件CN103187497A中的实施例部分，白光LED的制备方法同实施例1。
用电致发光测试设备（台湾惠特科技，型号为IPT6000）对分别对实施例和对比例中所述的白光LED进行测试，测试得到的工作电压分别如图2和3所示。
从图中数据可以看出，本发明所述的LED外延结构所制备的白光LED工作电压平均值为2.88V，而对比例中所述的白光LED的工作电压平均值为3.41V，与对比例相比，本发明所提供的LED外延结构能有效降低LED的工作电压，降幅达15.5%。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种LED外延结构，包括在依次叠加设置的衬底、缓冲层、U型GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层，其特征在于，
N型GaN层包括第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括交替设置的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层；
所述第一N型层厚度为900～1000nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度为7～8×1018/cm3，交替周期为15～20；
所述第二N型层厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×1018/cm3，交替周期为20～30；
所述第三N型层厚度为200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×1018/cm3，交替周期为10～15；
所述第一N型层靠近所述缓冲层设置；
所述多量子阱层与所述P型GaN层之间还直接设置有U型超晶格层；
所述P型GaN层包括依次设置的Mg掺杂GaN层、Mg掺杂AlInGaN层、Mg掺杂GaN层。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述U型超晶格层为交替设置的AlxGa1-xN和GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，x=0.10～0.15。
3.根据权利要求1或2所述的LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的厚度为2～3nm，GaN层的厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20。
4.根据权利要求1-3任一所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型GaN层中所述Mg掺杂GaN层的厚度为30～40nm，掺杂浓度为7～8×1016/cm3；Mg掺杂AlInGaN层的厚度为10～20nm，掺杂浓度为8～9×1016/cm3；Mg掺杂GaN层的厚度为150～200nm，掺杂浓度为9～10×1016/cm3。
5.根据权利要求1-4任一所述的LED外延结构，其特征在于，所述N型GaN层与所述多量子阱层之间还直接设置有浅阱层，所述浅阱层包括交替设置的InGaN层/GaN层，交替周期为2～4，InGaN层的厚度为4～6nm，GaN层的厚度为30～36nm。
6.根据权利要求1-5任一所述的LED外延结构，其特征在于，所述P型GaN层上还直接设置有欧姆接触层，所述欧姆接触层为Mg掺杂的InGaN层，厚度为2～3nm。
7.一种LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、沿衬底的垂直方向依次在衬底上直接生长缓冲层和U型GaN层；
S2、通过金属有机化学气相沉积工艺，在U型GaN层上直接形成N型GaN层，即依次形成第一N型层、第二N型层和第三N型层，各层均进一步包括依次交替生长的掺杂Si的GaN层和不掺杂的GaN层，生长温度为1020～1030℃，
第一N型层的厚度为900～1000nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为2:1，Si的掺杂浓度为7～8×1018/cm3，交替周期为15～20，
第二N型层的厚度为1300～1400nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为3:1，Si的掺杂浓度为9～10×1018/cm3，交替周期为20～30，
第三N型层的厚度200～300nm，所述掺杂Si的GaN层和所述不掺杂的GaN层的厚度比为1:1，Si的掺杂浓度为5～6×1018/cm3，交替周期为10～15；
S3、通过金属有机化学气相沉积工艺，在N型GaN层上形成多量子阱层，即交替设置的InxGa1-xN层/GaN层，InxGa1-xN层的生长温度为740～760℃，厚度为2～3nm；GaN层的生长温度为830～850℃，厚度为8～10nm，交替周期为9～15，x=0.15～0.20；
S4、通过金属有机化学气相沉积工艺，在所述多量子阱层上直接设置有U型的超晶格层，所述超晶格层为交替设置的AlxGa1-xN层/GaN层，交替周期为4～8，单周期厚度为2～4nm，所述AlxGa1-xN层的生长温度为960～970℃，所述GaN层的生长温度为960～970℃，x=0.10～0.15；
S5、通过金属有机化学气相沉积工艺，在超晶格层上形成P型GaN层，即依次在810～840℃生长的低温Mg掺杂的GaN层、在860～890℃生长的Mg掺杂AlInGaN层和在920～980℃生长的高温Mg掺杂GaN层；掺杂浓度分别为7～8×1016/cm3、8～9×1016/cm3、9～10×1016/cm3；厚度分别30～40nm、15～20nm、150～200nm。
8.根据权利要求7所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，步骤S3还包括通过金属有机化学气相沉积工艺，在所述N型GaN层与所述多量子阱层之间上形成浅阱层的步骤，即依次交替生长InGaN层和GaN层，生长周期为2～4，生长温度为810～820℃，InGaN层厚度为4～6nm，GaN层厚度为30～36nm。
9.根据权利要求7或8所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，步骤S5之后还包括在所述P型GaN层上直接形成欧姆接触层的步骤，所述欧姆接触层为通过金属有机化学气相沉积工艺制备的Mg掺杂InGaN层，形成温度为910～930℃，厚度为2～4nm，掺杂浓度为9～10×1017/cm3。
10.根据权利要求7-9任一所述的LED外延结构的制备方法，其特征在于，所述缓冲层为通过金属有机化学气相沉积工艺制备的GaN层，厚度为20～30nm，生长温度为600～680℃；所述U型GaN层通过金属有机化学气相沉积工艺制备，厚度为2000～2500nm，生长温度为1010～1030℃。
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