CN105720149A - 发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法。本发明提供的发光二极管的外延结构，包括：在衬底上由下至上依次生长的U型氮化镓GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，所述功能层掺入硅元素、铝元素和铟元素。本发明提供的发光二极管的外延结构，提高了发光二极管的发光效率，增强了发光二极管对抗静电击穿的能力，提高了发光二极管的使用寿命。

Description

发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法

技术领域

本发明涉及电子制造技术，尤其涉及一种发光二极管的外延结构和外延结构的生长方法。

背景技术

发光二极管是一种常见的光子器件，其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的芯片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。

发光二极管是采用外延生长的方式生成的一种外延结构，该外延结构主要由衬底、提供电子的N型层、提供空穴的P型层以及复合区的有源层组成，主要应用于照明、交通信号灯、电视、手机等的背光源，背光源中的蓝、绿、白光主要是采用金属有机化学气相沉积法将氮化镓材料沉积到蓝宝石衬底上形成的。

但是，现有技术中的发光二极管的发光效率不高。

发明内容

本发明提供一种发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法，解决了蓝宝石衬底与氮化镓本身缺陷引起的发光二极管发光效率不高的问题，提高发光二极管的发光效率。

本发明提供的发光二极管的外延结构，包括：在衬底上由下至上依次生长的U型氮化镓GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，所述功能层掺入硅元素、铝元素和铟元素。

其中所述功能层为超晶格结构，所述功能层至少包括3个由下至上依次生长的循环层，所述循环层包括由下至上依次生长的掺硅元素的N型GaN层，掺硅元素、铝元素和铟元素的第一N型铝铟氮化镓AlInGaN层，掺入硅元素、铝元素和铟元素的第二N型AlInGaN层，且所述掺硅元素的N型GaN层、所述第一N型AlInGaN层和所述第二N型AlInGaN层的掺杂浓度不同。

其中所述循环层中每一层的硅元素的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³，掺杂有铝元素的层中铝元素的组分为0.02-0.5，掺杂有铟元素的层中铟元素的组分为0.02-0.05。

可选地，所述循环层中所述第一N型AlInGaN层和所述第二N型AlInGaN层中的铝元素的组分呈线性增加、所述第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层中的铟元素的组分呈线性增加。

可选地，所述循环层中的铟元素的组分与铝元素的组分相关。

上述功能层的生长温度位于500℃-1000℃范围内、压力位于50torr-500torr范围内、转速位于为500rpm-1500rpm范围内、生长速率位于2μm/h-6μm/h范围内。

进一步地，所述功能层与所述发光层之间生长有GaN盖帽层，所述GaN盖帽层的厚度位于5nm-50nm范围内。

上述功能层的厚度位于100nm-200nm范围内。

本发明还提供一种发光二极管的外延结构的制备方法，包括：

在衬底上由下往上依次生长U型氮化镓GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层；其中，生长所述功能层包括：

步骤A：在所述N型GaN层上生长掺硅元素的N型GaN层；

步骤B：在所形成的掺硅元素的N型GaN层上生长掺硅元素、铝元素和铟元素的第一N型铝铟氮化镓AlInGaN层；

步骤C：在所形成的第一N型AlInGaN层上生长掺硅元素、铝元素和铟元素的第二N型AlInGaN层，得到循环层；

步骤D：在所形成的循环层上，按照预设循环次数重复执行所述步骤A至所述步骤C，得到所述功能层。

进一步地，上述发光二极管的外延结构的制备方法还包括：

在所述功能层与所述发光层之间生长GaN盖帽层。

本发明提供的发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法，通过在衬底上由下至上依次生长的U型GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，所述功能层掺入硅元素、铝元素和铟元素，解决了蓝宝石衬底与GaN本身缺陷引起的发光二极管发光效率不高的问题，实现了电流的水平扩展，增大了电子与空穴的接触面积，提高发光面积，降低电子的运行速度，增大与空穴的接触的有效电子数，提高发光二极管的发光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的发光二极管的外延结构实施例一的结构示意图；

图2为本发明提供的发光二极管的外延结构实施例二的功能层结构示意图；

图3是本发明提供的发光二极管的外延结构实施例三的结构示意图；

图4为本发明提供的发光二极管的外延结构中功能层的制备方法实施例的流程示意图；

图5为本发明提供的发光二极管的外延结构的制备方法实施例的流程示意图。

附图标记说明：

10：发光二极管的外延结构；

100：衬底；

200：U型GaN层；

300：N型GaN层；

400：功能层；

410：循环层；

401：掺Si的N型GaN层；

402：第一N型AlInGaN层；

403：第二N型AlInGaN层；

500：发光层；

600：P型GaN层；

700：GaN盖帽层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有技术中，在蓝宝石(Al₂O₃)衬底上生长氮化镓GaN发光二极管的外延结构，存在以下问题：首先蓝宝石的晶格常数和GaN的晶格常数不同，晶格失配度较大，产生较多的非辐射复合(即电子和空穴复合释放的能量，不是以光子的形式释放)，降低了发光二极管的发光效率；其次蓝宝石不能导电，导致电流的横向扩展能力差，使得电流对电子的作用面积减少，电子与空穴的接触面积减少，导致发光二极管的出光面较少，降低发光二极管的发光效率；最后在GaN发光二极管中，电子的迁移率远远大于空穴的迁移率，使得电子不能很好地与空穴接触，降低发光二极管的发光效率，并且现有的发光二极管的外延结构其抗静电能力差，发光二极管芯片容易被击穿。

本发明提供的发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法通过在N型GaN层和发光层之间生长功能层，用于解决上述技术问题，旨意提高发光二极管的发光效率和发光二极管芯片的抗击穿能力，本发明提供的发光二极管的外延结构和外延结构的制备方法适用于GaN发光二极管。

图1为本发明提供的发光二极管的外延结构实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的发光二极管的外延结构10包括：在衬底100上由下至上依次生长的U型GaN层200(U型GaN层)、N型GaN层300、功能层400、发光层500(Multiplequantumwell，MQW)和P型GaN层600，其中所述功能层400掺入硅元素Si、铝元素Al和铟元素In。

具体地，本实施例的发光二极管的外延结构10，首先在蓝宝石衬底100上生长一层U型GaN层200，得到较平整的GaN表面，为下一步N型GaN层300的生长提供平台，降低U型GaN层200与N型GaN层300之间的晶格失配度，防止形成晶格缺陷，提高N型GaN层300的晶格质量；接着在U型GaN层200之上生长N型GaN层300，该N型GaN层300为电子注入层，即在GaN中掺入Si，其中4价的Si替换3价的Ga将多出一个电子，该电子形成自由电子，当N型GaN层300包含了大量的上述自由电子后就形成了电子注入层；然后在N型GaN层300上生长功能层400，即在GaN材料中掺入Si、Al和In后在N型GaN层300上进行生长，该功能层400中掺入的Si、Al和In可以提高蓝宝石衬底100与GaN的晶格适配度，实现对电流的水平扩展，降低电子的运行速度，提高发光二极管的发光效率(提高发光效率的工作原理具体可以参见下述描述)；然后在功能层400上生长发光层500，电子与空穴在该层复合发光，发光层500为超晶格结构，采用阱与垒的反复叠加构成，阱与垒相间分布使注入的载流子在外延生长方向上的移动受阻，提高了电子与空穴的复合浓度，提高发光效率；接着在发光层500上生长P型GaN层600，该P型GaN层600为空穴注入层，为发光层500提供空穴。

需要说明的是，本发明的功能层400掺入Si、Al和In，其中掺入Si是为了使功能层400与N型GaN层300的晶格之间较好的过度，保证了结构上的一致性，避免明显的异质界面的产生，提高晶格适配度，防止由于晶格常数不同而引起的晶体缺陷，提高发光二极管的使用寿命。

其中，在功能层400掺入Al，由于Al与GaN结合，Al取代Ga形成氮化铝AlN，AlN是一种宽禁带的半导体，即纵向电阻较大，电流在AlN晶格中的纵向运动受到限制，此时电流先沿着水平方向扩展，找到纵向电阻较小(即禁带小)的地方穿过功能层400，实现了电流在功能层400中沿着水平方向的扩展，使得电流对电子的作用面积增大，从而增大了进入发光层500的电子面积，增大了电子与空穴的接触面积，提高了发光二极管的发光效率；同时AlN的势垒较高，电子不容易通过AlN晶体，即AlN对电子的运行起到阻挡作用，降低电子的运行速度，从而增加与空穴复合的有效电子数，增大发光层500的有效发光区域，提高了发光二极管的发光效率。

另外，在功能层400掺入In，由于AlN中Al-N键的键能很大，载流子(电子)要想打断Al-N键需要克服很大的键能，而In具有表面活化剂的作用，在功能层400掺入In会降低Al-N键的键能，使得电子能够通过AlN进入到发光层500，这样进入发光层500的电子数目增大，增大与空穴结合的电子数目，提高发光二极管的发光效率；同时在生长发光层500时需要在发光层500中掺入In形成势阱，则在功能层400中掺入In可以为在发光层500掺入In起到晶格过度作用，使功能层400的晶格常数与发光层500的晶格常数基本相同，这样在功能层400上生长发光层500就可以降低晶格失配，减少晶体缺陷，提高量子阱界面质量，增强了量子阱的发光强度。

可选地，为了提高U型GaN层200表面的平整性为以后各外延层的生长提供较好的平台，本发明在生成U型GaN层200之前，可以先在蓝宝石衬底100上生长一层缓冲层，由于蓝宝石衬底100与GaN材料的晶格失配较大，可以在蓝宝石衬底100上生长一层较薄的缓冲层，由于晶格失配，此时生成的缓冲层GaN结晶质量较差，在缓冲层上生长U型GaN层200通常分为两个过程，先选出缓冲层GaN结晶质量较高的晶核，然后以该晶核为中心进行三维生长，当该晶体长到一定高度后，U型GaN层200从三维生长转变为二维生长，用于填平三维生长形成的间隙，生长成平整的U型GaN层200，为后续的N型GaN层300的生长提供平台。

本发明提高的发光二极管的外延结构，通过在衬底上由下至上依次生长的U型GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，所述功能层掺入Si、Al和In，解决了蓝宝石衬底与GaN本身缺陷引起的发光二极管发光效率不高的问题，实现了电流的水平扩展，增大了电子与空穴的接触面积，提高发光面积，并且降低电子的运行速度，增大与空穴的接触的有效电子数，因而大大提高了发光二极管的发光效率。

图2为本发明提供的发光二极管的外延结构实施例二的功能层结构示意图，在图1所示实施例的基础上，如图2所示，本发明的功能层为超晶格结构，所述功能层400至少包括3个由下至上依次生长的循环层410，所述循环层410包括由下至上依次生长的掺Si的N型GaN层401、掺Si、Al和In的第一N型AlInGaN层402、掺Si、Al和In的第二N型AlInGaN层403，且所述第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403的掺杂浓度不同。

具体地，本发明的功能层400为超晶格结构，该超晶格为掺杂超晶格，其多层结构的完整性非常好，由于掺杂量一般比较小，杂质引起的晶格畸变也较小，起到晶格渐变的作用，可以减少晶格失配，减少晶体的位错缺陷，同时该超晶格结构可以形成电容层，其对抗静电击穿的能力较强，可以防止发光二极管被静电击穿，提高发光二极管的使用寿命，同时在超晶格结构的功能层400上生长超晶格结构的发光层，可以改善发光层的量子阱界面质量，增强量子阱的发光强度。该功能层400可以由至少三个循环层410从下至上依次叠加而成，其中一个循环层410包括由下至上依次生长的三个层，第一层为在GaN中掺入Si形成的掺Si的N型GaN层401，由于功能层400是在N型GaN层上生长的(其中N型GaN层是在GaN中掺入Si形成的)，因此为了提高功能层400与N型GaN层的晶格适配度，降低晶体的缺陷，在循环层410的第一层中掺入Si形成掺Si的N型GaN层401，实现了功能层400与N型GaN层的晶格过度，防止出现晶格缺陷。接着在掺Si的N型GaN层401上生长该循环层410的第二层，即在GaN中掺入Si、Al和In形成第一N型AlInGaN层402，再接着在第一N型AlInGaN层402上生长该循环层410的第三层，即在GaN中掺入Si、Al和In形成第二N型AlInGaN层403，其中在该循环层410中每一层掺杂元素的掺杂浓度不同，即该循环层410中掺Si的N型GaN层401、第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中Si的掺杂浓度不同，第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中Al和In的掺杂浓度也不相同。当该循环层410生长完成后以该循环层410为单位进行至少3次循环形成超晶格结构的功能层400。

进一步地，上述循环层的每一层中Si的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³，掺杂有Al的层中Al的组分为0.02-0.5，掺杂有In的层中In的组分为0.02-0.05。

具体地，该循环层410中在掺Si的N型GaN层401、第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中掺杂Si，其中每层Si的掺杂浓度范围为1e17/cm³-1e19/cm，在第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中掺杂有Al和In，其中每层中Al的组分为0.02-0.5，每层In的组分为0.02-0.05。

可选地，循环层中所述第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层中的Al的组分呈线性增加、所述第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层中的In的组分呈线性增加。

具体地，在循环层410中第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中掺杂有Al和In，其中Al和In的成分沿着第一N型AlInGaN层402到第二N型AlInGaN层403呈线性逐渐增加，这样在循环层410中随着Al和In组分呈线性逐渐增大，则形成的能级也是呈线性逐渐增长的，使得电子的速度进入循环层410后逐渐降低，同时也可以使电流的扩展更加均匀，在增大发光面的同时，也使得发光面内的电子均匀地与空穴复合发光，即发光均匀，提高了发光二极管的发光效率和发光质量。

举例说明，第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403的生长时间总和为1分钟，其中Al的组分是从0.2线性增加到0.5，In组分是从0.02线性增加到0.05，则每秒钟Al掺杂量的增加速率为(0.5-0.3)/60＝1/300，即在生长第一N型AlInGaN层402时Al的组分是从0.2开始，以每秒1/300的速率增加，1分钟后第二N型AlInGaN层403生长完，此时Al的组分为0.5。同理每秒钟In掺杂量的增加速率为(0.05-0.02)/60＝1/200，即在生长第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403时，In组分是从0.02开始，以每秒1/200的速率增加，1分钟后第二N型AlInGaN层403生长完，此时In的组分为0.05。

可选地，在循环层410中第一N型AlInGaN层402和第二N型AlInGaN层403中Al和In组分还可以是阶梯型突变，例如在生长第一N型AlInGaN层402时Al的组分为0.2，当生长第二N型AlInGaN层403时Al的组分突变为0.5，同理在生长第一N型AlInGaN层402时In的组分为0.02，当生长第二N型AlInGaN层403时In的组分突变为0.05。

进一步地，循环层中的In的组分与Al的组分相关，即In的组分随着Al的组分的增加而增加，当Al的组分增大后，其AlN中的Al-N键的数量增大键能增大，为了降低数量较多Al-N键的键能，则In的含量随着Al的组分的增加而增加。

进一步地，本发明提供的发光二极管的外延结构中的功能层，其生长温度位于500℃-1000℃范围内、压力位于50torr-500torr范围内、转速位于为500rpm-1500rpm范围内、生长速率位于2μm/h-6μm/h范围内。

本发明提供的发光二极管的外延结构，其功能层为超晶格结构，该超晶格结构可以形成电容层，其对抗静电击穿的能力较强，可以防止发光二极管被静电击穿，提高发光二极管的使用寿命，功能层至少包括3个由下至上依次生长的循环层，循环层包括由下至上依次生长的掺Si的N型GaN层、掺Si、Al和In的第一N型AlInGaN层、掺Si、Al和In的第二N型AlInGaN层，提高了发光二极管的发光效率。

图3是本发明提供的发光二极管的外延结构实施例三的结构示意图，为了防止功能层400中的In在高温下析出，在图2所示实施例的基础上，如图3所示，本发明的功能层400与发光层之间生长有GaN盖帽层700，所述GaN盖帽层700的厚度位于5nm-50nm范围内。

具体地，本发明的发光二极管的外延结构，在功能层400上生长有发光层，发光层采用阱与垒的反复叠加构成，其中阱是在低温环境下生长的，垒是在高温环境下生长的，而In的熔点较低且具有极强的吸湿性，当在高温环境下生长发光层中的垒时，功能层400中的In在该高温的影响下析出进而形成铟滴，降低In对Al-N键的活化作用，减少进入发光层的电子数，降低发光效率，同时功能层400中的In析出，使得功能层400与发光层的晶格适配度降低，造成晶格缺陷，为了解决上述问题，本实施例在功能层400上生长一层较薄的GaN盖帽层700，该GaN盖帽层700的厚度位于5nm-50nm范围内，用于防止功能层400中的In在高温下析出生成铟滴。

本发明提供的发光二极管的外延结构，通过在功能层与发光层之间生成GaN盖帽层，防止功能层中的In在高温下析出生成铟滴，保证了In对Al-N键的活化作用，降低了功能层与发光层之间的晶格失配度。

进一步地，本实施例的功能层的厚度位于100nm-200nm范围内，即功能层400中循环层410的循环次数可以在3到6之间。

具体地，功能层400的循环层410中掺入了Si、Al和In，实现了电流的扩展，提高了发光面积，降低了电子的运行速度，提高了与空穴结合的有效电子数，提高了发光效率，同时循环层410构成的超晶格结构，抗静电击穿能力加强，即功能层400包括的循环层410的数目越多，发光二极管的发光效率越高，抗静电击穿能力越强，但功能层400中的循环层410的数目越多则功能层400越厚，发光二极管的输入电压越大，本发明为了提高发光二极管的发光效率同时降低发光二极管的输入电压，则功能层400中循环层410的循环次数可以在3到6之间。

本发明提供的发光二极管的外延结构，通过将功能层的厚度设置在100nm-200nm范围内，在提高发光二极管的发光效率的同时，保证了发光二极管较低的输入电压。

图4为本发明提供的发光二极管的外延结构中功能层的制备方法实施例的流程示意图，本发明提供的发光二极管的外延结构的制备方法，结合图1，在衬底上由下往上依次生长U型GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，其中功能层的生长方法，如图4所示，包括：

步骤A：在所述N型GaN层上生长掺Si的N型GaN层。

具体地，本发明的N型GaN层为掺Si的N型GaN层，为了保证结构上的一致性，避免明显的异质界面产生，提高晶格失配度，则在生长功能层时先在GaN中掺入Si形成掺Si的N型GaN层，起到晶格过度的作用。

其中Si的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³。

步骤B：在所形成的掺Si的N型GaN层上生长掺Si、Al和In的第一N型AlInGaN层。

具体地，在刚生长完的掺Si的N型GaN层上生长第一N型AlInGaN层，生长该第一N型AlInGaN层时在GaN中掺入Si、Al和In，其中掺入Si是为了保持结构上的一致性，防止产生异质界面，掺入Al起到了电流扩展的作用，提高发光面积，同时降低电子的运行速度，提高与空穴的有效复合数目，提高发光效率，掺入In降低Al-N键，使得载流子可以顺利通过功能层进入发光层，其具体实现原理可以参照图1所示的实施例，在此不再赘述。

其中，该层中Si的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³，掺杂有Al的层中Al的组分为0.02-0.5，掺杂有In的层中In的组分为0.02-0.05

步骤C：在所形成的第一N型AlInGaN层上生长掺Si、Al和In的第二N型AlInGaN层，得到循环层。

具体地，在上述生长完的第一N型AlInGaN层上生长第二N型AlInGaN层，该第二N型AlInGaN层与第一N型AlInGaN层的生长方式相同，掺入的元素相同但各元素的掺杂量不同。

将步骤A生成的掺Si的N型GaN层、步骤B生成的第一N型AlInGaN层和该步骤生成的第二N型AlInGaN层由下至上堆积形成循环层。

其中循环层的每层中Si的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³，掺杂有Al的层中Al的组分为0.02-0.5，掺杂有In的层中In的组分为0.02-0.05。

可选地，第二N型AlInGaN层Si、Al和In的含量大于第一N型AlInGaN层。

可选地，在第一N型AlInGaN层与第二N型AlInGaN层之间Al和In的含量变化可以是线性增加也可以是非线性增加。

本步骤的实现原理可以参照上述实施例的具体描述，在此不再赘述。

步骤D：在所形成的循环层上，按照预设循环次数重复执行所述步骤A至所述步骤C，得到所述功能层。

具体地，经过上述步骤A-步骤C生成的循环层，以该循环层为循环单位，按照预设循环次数重复上述步骤A至所述步骤C，得到功能层。

其中功能层的厚度位于100nm-200nm范围内，此时功能层中循环层的循环次数可以在3到6之间。

举例说明，采用金属有机化合物化学气相沉淀法(Metal-organicChemicalVaporDeposition，MOCVD)在蓝宝石衬底上依次生长，U型GaN层，N型GaN层，功能层和P型GaN层，采用超晶格及组分渐变的方式进行生成，其中循环层中的每层厚度一样，即为等厚度超晶格，具体如下：

步骤A：在1000℃下生长10nm厚的掺Si的N型GaN层,其中Si的掺杂浓度为1e19/cm³，生长速率3.10μm/h，转速为1200rpm，压力200Torr。

步骤B：在900℃下生长10nm的第一N型AlInGaN层，其中Si掺杂浓度为1e18/cm³，Al的组分为0.2，In的组分为0.02，生长速率3.10μm/h，转速为1200rpm、压力100torr。

步骤C：在800℃下生长10nm的第二N型AlInGaN层，其中Si掺杂浓度为1e19/cm³，Al的组分为0.4，In的组分为0.04，生长速率3.10μm/h，转速为1200rpm、压力200torr。

步骤D：以上述步骤A-步骤B生成的掺Si的N型GaN层、第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层为循环层，按照预设循环次数(例如4次)重复执行上述步骤A至步骤C，得到功能层。

需要说明的是，本实施例的功能层还可以是非等厚度超晶格，例如上述例子中掺Si的N型GaN层的厚度可以为10nm、第一N型AlInGaN层厚度可以为15nm和第二N型AlInGaN层厚度可以为20nm。本发明对循环层中每层的厚度不做限制。

本发明提供的发光二极管的外延结构的制备方法，将N型GaN层、第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层为循环层，按照预设循环次数生成功能层，本实施例所述的发光二极管的外延结构的制备方法可以生成上述实施例所述的发光二极管的外延结构，其实现原理相同，在此不再赘述。

图5为本发明提供的发光二极管的外延结构的制备方法实施例的流程示意图，图4所示实施例的基础上，进一步地，还包括：

步骤E：在所述功能层与所述发光层之间生长GaN盖帽层。

具体地，在执行完上述步骤D后生成功能层，为了防止功能层中的In受到生长发光层时高温的作用，析出In形成铟滴，影响In对Al-N键的活化作用，则在功能层上生长一层GaN盖帽层，起到对功能层的保护，防止功能层中的In析出形成铟滴。

其中该GaN盖帽层的厚度位于5nm-50nm范围内。

本发明提供的发光二极管的外延结构的制备方法，通过在功能层与发光层之间生长GaN盖帽层，防止功能层中的In在高温环境下析出，保证了In对Al-N键的活化作用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管的外延结构，其特征在于，所述外延结构包括：在衬底上由下至上依次生长的U型氮化镓GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层，所述功能层掺入硅元素、铝元素和铟元素。

2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述功能层为超晶格结构，所述功能层至少包括3个由下至上依次生长的循环层，所述循环层包括由下至上依次生长的掺硅元素的N型GaN层，掺硅元素、铝元素和铟元素的第一N型铝铟氮化镓AlInGaN层，掺硅元素、铝元素和铟元素的第二N型AlInGaN层，且所述掺硅元素的N型GaN层、所述第一N型AlInGaN层和所述第二N型AlInGaN层的掺杂浓度不同。

3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述循环层中每一层的硅元素的掺杂浓度为1e17/cm³-1e19/cm³，掺杂有铝元素的层中铝元素的组分为0.02-0.5，掺杂有铟元素的层中铟元素的组分为0.02-0.05。

4.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述循环层中所述第一N型AlInGaN层和所述第二N型AlInGaN层中的铝元素的组分呈线性增加、所述第一N型AlInGaN层和第二N型AlInGaN层中的铟元素的组分呈线性增加。

5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述循环层中的铟元素的组分与铝元素的组分相关。

6.根据权利要求1-5任一项所述的外延结构，其特征在于，所述功能层的生长温度位于500℃-1000℃范围内、压力位于50torr-500torr范围内、转速位于为500rpm-1500rpm范围内、生长速率位于2μm/h-6μm/h范围内。

7.根据权利要求6所述的外延结构，其特征在于，所述功能层与所述发光层之间生长有GaN盖帽层，所述GaN盖帽层的厚度位于5nm-50nm范围内。

8.根据权利要求7所述的外延结构，其特征在于，所述功能层的厚度位于100nm-200nm范围内。

9.一种发光二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，包括：

在衬底上由下往上依次生长U型氮化镓GaN层、N型GaN层、功能层、发光层和P型GaN层；其中，生长所述功能层包括：

步骤A：在所述N型GaN层上生长掺硅元素的N型GaN层；

步骤B：在所形成的掺硅元素的N型GaN层上生长掺硅元素、铝元素和铟元素的第一N型铝铟氮化镓AlInGaN层；

步骤C：在所形成的第一N型AlInGaN层上生长掺硅元素、铝元素和铟元素的第二N型AlInGaN层，得到循环层；

步骤D：在所形成的循环层上，按照预设循环次数重复执行所述步骤A至所述步骤C，得到所述功能层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述功能层与所述发光层之间生长GaN盖帽层。