CN109524517B - 一种发光二极管外延片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、P型层和P型接触层。多量子阱层为n个周期的超晶格结构，n个超晶格结构中靠近N型层的n‑1个超晶格结构均为InaGa1‑aN/AlxIn1‑xN/GaN/AlyIn1‑yN结构，n个超晶格结构中靠近电子阻挡层的最后一个超晶格结构为InaGa1‑aN/AlxIn1‑xN/GaN/AlzIn1‑zN结构。该发光二极管外延片可以减小InGaN阱层和GaN垒层、GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间的晶格失配，从而提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。
外延片是LED中的主要构成部分，现有的GaN基LED外延片包括衬底和依次层叠在衬底上的低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、AlGaN电子阻挡层和P型层。其中N型层为掺Si的GaN层，可以提供电子，P型层为掺Mg的GaN层，可以提供空穴。多量子阱层由多个周期的超晶格结构组成，每个周期的超晶格结构均包括InGaN阱层和GaN垒层。当电流注入GaN基LED外延片中时，N型层提供的电子和P型层提供的空穴在电流的驱动下，向多量子阱层迁移，并在多量子阱层中辐射复合发光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于InGaN阱层和GaN垒层之间存在较大的晶格失配，因此InGaN阱层和GaN垒层之间会产生失配位错，这些位错会在InGaN和GaN外延层中充当非辐射复合中心，影响LED的内量子效率。同样地，多量子阱层中的GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间也存在较大的晶格失配，因此GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间会产生压电极化电场，造成GaN/AlGaN界面处能带弯曲，从而阻挡了空穴的注入，进而降低了LED的发光效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法，可以减小InGaN阱层和GaN垒层、GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间的晶格失配，从而提高LED的发光效率。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、P型层和P型接触层，所述多量子阱层为n个周期的超晶格结构，所述n个超晶格结构中靠近所述N型层的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构，所述n个超晶格结构中靠近所述电子阻挡层的最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9，0.83≤z<1。
进一步地，所述AlxIn1-xN层中Al的含量沿所述AlxIn1-xN层的生长方向逐渐递增。
进一步地，所述AlyIn1-yN层中Al的含量沿所述AlyIn1-yN层的生长方向逐渐递减。
进一步地，所述AlzIn1-zN层中Al的含量沿所述AlzIn1-zN层的生长方向逐渐递增。
进一步地，所述InaGa1-aN层分为三个子层，所述三个子层分别为靠近所述N型层的第一子层、靠近所述P型层的第三子层、以及位于所述第一子层和所述第三子层之间的第二子层；
所述三个子层均为InaGa1-aN层，且所述第一子层、所述第二子层和所述第三子层的厚度比为1:3:1。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层；
在所述N型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层为n个周期的超晶格结构，所述n个超晶格结构中靠近所述N型层的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构，所述n个超晶格结构中靠近P型层的最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9，0.83≤z<1；
在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层、P型层和P型接触层。
进一步地，所述AlxIn1-xN层的生长温度为750～950℃，生长压力为10～100torr，且所述AlxIn1-xN层的生长温度和生长压力沿所述AlxIn1-xN层的生长方向逐渐递增。
进一步地，所述AlyIn1-yN层的生长温度为850～960℃，生长压力为100～400torr，且所述AlyIn1-yN层的生长温度和生长压力沿所述AlyIn1-yN层的生长方向逐渐递减。
进一步地，所述AlzIn1-zN层的生长温度为850～1050℃，生长压力为50～200torr，所述AlzIn1-zN层的生长温度沿所述AlzIn1-zN的生长方向逐渐递增。
进一步地，所述InaGa1-aN层的生长温度为720℃～830℃，生长压力为100～300torr。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在多量子阱层的靠近N型层的n-1个InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与下一个周期的InaGa1-aN阱层之间插入AlyIn1-yN层。由于AlInN相对GaN而言具有可调节的应变状态、具有更大的带隙，因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与InaGa1-aN阱层和GaN垒层的晶格匹配的状态，从而减小InaGa1-aN/GaN阱垒之间、GaN层与下一周期的InaGa1-aN阱层之间的晶格失配，进而提高LED的内量子效率。且生长多量子阱层中靠近电子阻挡层的最后一个超晶格结构时，在InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与电子阻挡层之间插入AlzIn1-zN层。因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与GaN垒层和电子阻挡层的晶格匹配的状态，即可减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间的晶格失配，从而减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间因晶格失配而产生的压电极化电场，进而提高空穴的注入，提高LED的发光效率。通过生长AlxIn1-xN层、AlyIn1-yN层和AlzIn1-zN层，能够使整个多量子阱层到电子阻挡层均以相近的形态生长。且阱垒之间的AlxIn1-xN插入层相对GaN垒层具有更高的势垒高度，能够有效抑制多量子阱层中的电子泄露，进一步提高了载流子的复合效率，进而提高了LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种多量子阱层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该发光二极管外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的低温缓冲层2、未掺杂的GaN层3、N型层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型层7和P型接触层8。
多量子阱层5为n个周期的超晶格结构，n个超晶格结构中靠近N型层4的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9。n个超晶格结构中靠近电子阻挡层6的最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN层，0.83≤z<1。
本发明实施例通过在多量子阱层的靠近N型层的n-1个InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与下一个周期的InaGa1-aN阱层之间插入AlyIn1-yN层。由于AlInN相对GaN而言具有可调节的应变状态、具有更大的带隙，因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与InaGa1-aN阱层和GaN垒层的晶格匹配的状态，从而减小InaGa1-aN/GaN阱垒之间、GaN层与下一周期的InaGa1-aN阱层之间的晶格失配，进而提高LED的内量子效率。且生长多量子阱层中靠近电子阻挡层的最后一个超晶格结构时，在InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与电子阻挡层之间插入AlzIn1-zN层。因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与GaN垒层和电子阻挡层的晶格匹配的状态，即可减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间的晶格失配，从而减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间因晶格失配而产生的压电极化电场，进而提高空穴的注入，提高LED的发光效率。通过生长AlxIn1- xN层、AlyIn1-yN层和AlzIn1-zN层，能够使整个多量子阱层到电子阻挡层均以相近的形态生长。且阱垒之间的AlxIn1-xN插入层相对GaN垒层具有更高的势垒高度，能够有效抑制多量子阱层中的电子泄露，进一步提高了载流子的复合效率，进而提高了LED的发光效率。
可选地，5≤n≤15。若n的取值过大，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，使得LED的发光效率变低，且会造成材料的浪费。若n的取值过小，则多量子阱层5的厚度较薄，载流子的利用率达不到最大，会导致LED的发光效率变低。
图2是本发明实施例提供的一种多量子阱层的结构示意图，如图2所示，多量子阱层5中靠近N型层4的n-1个超晶格结构中均包括InaGa1-aN阱层51、AlxIn1-xN层53、GaN垒层52和AlyIn1-yN层54。多量子阱层5中靠近电子阻挡层6的最后一个超晶格结构包括InaGa1-aN层51、AlxIn1-xN层53、GaN垒层52和AlzIn1-zN层55。
进一步地，AlxIn1-xN层53中Al的含量沿AlxIn1-xN层53的生长方向逐渐递增。
具体地，AlxIn1-xN层53可以分为多个子层。多个子层中Al的含量沿AlxIn1-xN层53的生长方向逐渐递增，同一子层中Al的含量不变。
如图2所示，在本实施例中，每个AlxIn1-xN层53均分为三个子层，三个子层分别为依次层叠的Alx1In1-x1N子层531、Alx2In1-x2N子层532和Alx3In1-x3N子层533。
Alx1In1-x1N子层531中Al的含量小于Alx2In1-x2N子层532中Al的含量，Alx2In1-x2N子层532中Al的含量小于Alx3In1-x3N子层533中Al的含量，即0<x1<x2<x3<0.9。可以调整Alx1In1-x1N子层531中Al的含量使得Alx1In1-x1N子层531与InaGa1-aN阱层51的晶格匹配，调整Alx3In1-x3N子层533中Al的含量使得Alx3In1-x3N子层533与GaN垒层52的晶格匹配，Alx2In1-x2N子层532可起到过渡作用，以减小InaGa1-aN阱层51和GaN垒层52之间的晶格失配。
可选地，AlxIn1-xN层53的厚度为0.8nm～1.2nm，Alx1In1-x1N子层531、Alx2In1-x2N子层532和Alx3In1-x3N子层533的厚度相等。若各个子层的厚度过厚，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，使得LED的发光效率变低。若各个子层的厚度过薄，则起不到阻挡电子和抑制In析出的效果。
进一步地，AlyIn1-yN层54中Al的含量沿AlyIn1-yN层54的生长方向逐渐递减。
具体地，AlyIn1-yN层54可以分为多个子层。多个子层中Al的含量沿AlyIn1-yN层54的生长方向逐渐递减，同一子层中Al的含量不变。
如图2所示，在本实施例中，每个AlyIn1-yN层54均分为三个子层，三个子层分别为依次层叠的Aly1In1-y1N子层541、Aly2In1-y2N子层542和Aly3In1-y3N子层543。
Aly3In1-y3N子层543中Al的含量小于Alx2In1-x2N子层542中Al的含量，Alx2In1-x2N子层542中Al的含量小于Aly1In1-y1N子层541中Al的含量，即0<y3<y2<y1<0.9。可以调整Aly1In1-y1N子层541中Al的含量使得Aly1In1-y1N子层541与GaN垒层52的晶格匹配，调整Aly3In1-y3N子层543中Al的含量使得Aly3In1-y3N子层543与InaGa1-aN阱层51的晶格匹配，Aly2In1-y2N子层542可起到过渡作用，以减小GaN垒层52与下一周期的InaGa1-aN阱层51之间的晶格失配。
可选地，AlyIn1-yN层54的厚度为0.8～1.2nm，Aly1In1-y1N子层541、Aly2In1-y2N子层542和Aly3In1-y3N子层543的厚度相等。若各个子层的厚度过厚，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，使得LED的发光效率变低。若各个子层的厚度过薄，则起不到阻挡电子和抑制In析出的效果。
进一步地，AlzIn1-zN层55中Al的含量沿AlzIn1-zN层55的生长方向逐渐递增。
具体地，AlzIn1-zN层55可以分为多个子层。多个子层中Al的含量沿AlzIn1-zN层55的生长方向逐渐递增，同一子层中Al的含量不变。
如图2所示，在本实施例中，每个AlzIn1-zN层55均分为三个子层，三个子层分别为依次层叠的Alz1In1-z1N子层551、Alz2In1-z2N子层552和Alz3In1-z3N子层553。
Alz1In1-z1N子层551中Al的含量小于Alz2In1-z2N子层552中Al的含量，Alz2In1-z2N子层552中Al的含量小于Alz3In1-z3N子层553中Al的含量。即0.83≤z1<z2<z3<1。可以调整Alz1In1-z1N子层551中Al的含量为0.83，使得Alx1In1-x1N子层531与GaN垒层52的晶格匹配，调整Alz3In1-z3N子层553中Al的含量使得Alz3In1-z3N子层553与电子阻挡层6的晶格匹配，Alz2In1-z2N子层552可起到过渡作用，以减小GaN垒层52和电子阻挡层6之间的晶格失配。
可选地，AlzIn1-zN层55的厚度为0.8～1.2nm，Alz1In1-z1N子层551、Alz2In1-z2N子层552和Alz3In1-z3N子层553的厚度相等。若各个子层的厚度过厚，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，使得LED的发光效率变低。若各个子层的厚度过薄，则起不到阻挡电子和抑制In析出的效果。
进一步地，每个InaGa1-aN层51均可分为三个子层，三个子层分别为靠近N型层5的第一子层511、靠近P型层7的第三子层513、以及位于第一子层511和第三子层513之间的第二子层512。
三个子层均为InaGa1-aN层，且第一子层511、第二子层512和第三子层513的厚度比为1:3:1。将第二子层512的阱宽设置的较宽，可以拓宽多量子阱层5的深能级阱区，提高阱区内的载流子密度，从而提高电子与空穴波函数的重叠率，改善LED的发光效率。
优选地，InaGa1-aN层51的厚度为2.5～3.5nm。若InaGa1-aN层51的厚度过厚，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，使得LED的发光效率变低。若InaGa1-aN层51的厚度过薄，则载流子的利用率达不到最大，会导致LED的发光效率变低。
优选地，第一子层511、第二子层512和第三子层513的厚度相等。
可选地，衬底1可以为蓝宝石衬底。
可选地，缓冲层2可以为AlN缓冲层，厚度为15～50nm。
可选地，未掺杂的GaN层3的厚度为0.1～4um。
可选地，N型层4可以为掺Si的GaN层，厚度为1～5um。
可选地，电子阻挡层6可以为AlbGa1-bN层，0.1<b<0.5，厚度为10～100nm。
可选地，P型层7可以为掺Mg的GaN层，厚度为100～200nm。
可选地，P型接触层8可以为重掺Mg的GaN层，厚度为5～300nm。
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图，如图3所示，该制造方法包括：
步骤301、提供一衬底。
在本实施例中，衬底可以采用(0001)晶向的Al2O3蓝宝石衬底。
步骤302、在衬底上生长缓冲层。
在本实施例中，缓冲层为AlN缓冲层。
具体地，可以采用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气象沉积)设备在衬底上沉积厚度约为15～50nm的AlN缓冲层。控制PVD设备反应室中的压力为1～10mtorr，温度为400～700℃，溅射功率为3000～5000W。
进一步地，步骤302还可以包括：
将沉积有AlN缓冲层的衬底进行退火处理，退火温度为1000～1200℃，压力为200～500torr，退火时间为5～10min。
具体地，可以在MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备中进行退火处理。本发明采用高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。
步骤303、在缓冲层上生长未掺杂的GaN层。
具体地，将MOCVD设备的反应室温度控制在1000～1100℃，压力控制在100～300torr，生长厚度为0.1～4um的未掺杂的GaN层。
步骤304、在未掺杂的GaN层上生长N型层。
在本实施例中，N型层为掺Si的GaN层，Si掺杂浓度为1018cm-3～1019cm-3。
具体地，将反应室温度控制在1000～1200℃，压力控制在100～300torr，生长厚度为1～5um的N型层。
步骤305、在N型层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层为n个周期的超晶格结构，n个超晶格结构中靠近N型层的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构。n个超晶格结构中最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9，0.83≤z<1。
进一步地，如图2所示，AlxIn1-xN层53的生长温度为750～950℃，生长压力为10～100torr。AlxIn1-xN层53的生长温度和生长压力沿AlxIn1-xN层53的生长方向逐渐递增。由于AlxIn1-xN层53为InaGa1-aN阱层51的覆盖层，当与InGaN阱层界面接触的层温度太高时，InGaN阱层中的In会析出，影响LED的发光效率。因此将AlxIn1-xN层53的生长温度设置为递增，使靠近InGaN阱层的一侧温度最低可以减少InGaN阱层中In组分的析出。同时，由于AlInN层低温生长会影响Al组分的并入，故搭配低压来促进Al组分的并入，低压更有利于AlN的生长。
优选地，Alx1In1-x1N子层531的生长温度比Alx2In1-x2N子层532的生长温度低30～50℃，Alx2In1-x2N子层532的生长温度比Alx3In1-x3N子层533的生长温度低30～50℃。若各子层之间的生长温度相差较小，则需要将AlxIn1-xN层53分为多个子层，加大了LED制造过程的复杂性。若各子层之间的生长温度相差较大，则会导致生长出的多量子阱层的晶体质量较差。
优选地，Alx1In1-x1N子层531的生长压力比Alx2In1-x2N子层532的生长压力低20～30torr，Alx2In1-x2N子层532的生长压力比Alx3In1-x3N子层533的生长压力低20～30torr。
可选地，AlxIn1-xN层53的厚度为0.8nm～1.2nm，Alx1In1-x1N子层531、Alx2In1-x2N子层532和Alx3In1-x3N子层533的厚度相等。
AlxIn1-xN层53的三个子层采用温度、压力、Al组分逐渐递增的方式生长，不仅可以减小阱垒之间的晶格失配，而且还可以有效抑制多量子阱层中的电子泄露和In组分析出，从而提高LED的内量子效率。
进一步地，AlyIn1-yN层54的生长温度为850～960℃，生长压力为100～400torr，且AlyIn1-yN层的生长温度和生长压力沿AlyIn1-yN层54的生长方向逐渐递减。由于AlxIn1-xN层53为GaN垒层52的覆盖层，当与下一周期的InGaN阱层界面接触的层温度太高时，InGaN阱层中的In会析出，影响LED的发光效率。因此将AlyIn1-yN层54的生长温度设置为递减，使靠近InGaN阱层的一侧温度最低，可以减少InGaN阱层中In组分的析出。同时，由于AlInN层低温生长会影响Al组分的并入，故搭配低压来促进Al组分的并入，低压更有利于AlN的生长。
优选地，Aly3In1-y3N子层543的生长温度比Aly2In1-y2N子层542的生长温度低30～50℃，Aly2In1-y2N子层542的生长温度比Aly1In1-y1N子层541的生长温度低30～50℃。若各子层之间的生长温度相差较小，则需要将AlyIn1-yN层54分为多个子层，加大了LED制造过程的复杂性。若各子层之间的生长温度相差较大，则会导致生长出的多量子阱层的晶体质量较差。
优选地，Aly3In1-y3N子层543的生长压力比Aly2In1-y2N子层542的生长压力低20～30torr，Aly2In1-y2N子层542的生长压力比Aly1In1-y1N子层541的生长压力低20～30torr。
可选地，AlyIn1-yN层54厚度为0.8～1.2nm，Aly1In1-y1N子层541、Aly2In1-y2N子层542和Aly3In1-y3N子层543的厚度相等。
AlyIn1-yN层54的三个子层采用温度、压力、Al组分逐渐递减的方式生长，不仅可以减小垒层与下一周期的阱层之间的晶格失配，而且还可以有效抑制多量子阱层中的电子泄露和In组分析出，从而提高LED的内量子效率。
进一步地，AlzIn1-zN层55的生长温度为850～1050℃，AlzIn1-zN层55的生长温度沿AlzIn1-zN层55的生长方向逐渐递增。由于电子阻挡层的生长温度高于GaN垒层，当生长电子阻挡层时，高温会影响GaN垒层的晶体质量，因此，将AlzIn1-zN层55的温度设置为递增，可以起到过渡作用，保护多量子阱层的晶体质量。
优选地，Alz1In1-z1N子层551的生长温度比Alz2In1-z2N子层552的生长温度低30～50℃，Alz2In1-z2N子层552的生长温度比Alz3In1-z3N子层553的生长温度低30～50℃。若各子层之间的生长温度相差较小，则需要将AlzIn1-zN层55分为多个子层，加大了LED生长过程的复杂性。若各子层之间的生长温度相差较大，则会导致生长出的多量子阱层的晶体质量较差。
优选地，AlzIn1-zN层55的生长压力为50～200torr，Alz1In1-z1N子层551、Alz2In1-z2N子层552和Alz3In1-z3N子层553的生长压力相等。
可选地，AlzIn1-zN层55厚度范围为0.8～1.2nm，Alz1In1-z1N子层551、Alz2In1-z2N子层552和Alz3In1-z3N子层553的厚度相等。
AlzIn1-zN层55的三个子层采用温度、Al组分逐渐递增的方式生长，不仅可以减小垒层与电子阻挡层之间的晶格失配，而且还可以有效抑制多量子阱层中的电子泄露和In组分析出，从而提高LED的内量子效率。
进一步地，InaGa1-aN层51的生长温度为720℃～830℃，生长压力为100～300torr。
具体地，如图2所示，InaGa1-aN层51可以分为第一子层511、第二子层512和第三子层513。
第一子层511和第三子层513的生长温度相等，第二子层512的生长温度比第一子层511的生长温度低15～20℃。该设置方式可以加深多量子阱层的能级，使得阱层能够收集更多的载流子，有利于电子空穴的辐射复合，从而可以提高LED的发光效率。
第一子层511、第二子层512和第三子层513的生长压力相等，均为100～300torr。
在本实施例中，生长厚度为2.5～3.5nm的InaGa1-aN层51。
优选地，第一子层511、第二子层512和第三子层513的生长时间的比值为1:3:1，以使得生长出的第一子层511、第二子层512和第三子层513的厚度比为1:3:1。第二子层512的阱宽较宽，可以拓宽多量子阱层5的深能级阱区，提高阱区内的载流子密度，从而提高电子与空穴波函数的重叠率，改善LED的发光效率。
进一步地，将反应室温度控制在850℃～960℃，压力控制在100～500torr，生长厚度为8～20nm的GaN垒层52。
步骤306、在多量子阱层上生长电子阻挡层。
在本实施例中，电子阻挡层可以为AlbGa1-bN层，0.1<b<0.5。
具体地，将反应室温度控制在850℃～1080℃，压力控制在100～500torr，生长厚度为10～100nm的电子阻挡层。
可选地，电子阻挡层还可以为m个周期的AlcGa1-cN/IndGa1-dN超晶格结构，6≤m≤12，0.1<c<0.5，0.1<d<0.6。
步骤307、在电子阻挡层上生长P型层。
具体地，将反应室温度控制在850℃～1080℃，压力控制在100～600torr，生长厚度为100～200nm的掺Mg的P型GaN层。
步骤308、在P型层上生长P型接触层。
在本实施例中，P型接触层为重掺Mg的GaN层。
具体地，将反应室温度控制在850℃～1050℃，压力控制在100～600torr，生长厚度为5～300nm的P型接触层。
在上述步骤完成之后，将反应室的温度降至650～850℃，在氮气气氛进行退火处理5～15min，而后逐渐降至室温，结束发光二极管的外延生长。
本发明实施例通过在多量子阱层的靠近N型层的n-1个InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与下一个周期的InaGa1-aN阱层之间插入AlyIn1-yN层。由于AlInN相对GaN而言具有可调节的应变状态、具有更大的带隙，因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与InaGa1-aN阱层和GaN垒层的晶格匹配的状态，从而减小InaGa1-aN/GaN阱垒之间、GaN层与下一周期的InaGa1-aN阱层之间的晶格失配，进而提高LED的内量子效率。且生长多量子阱层中靠近电子阻挡层的最后一个超晶格结构时，在InaGa1-aN/GaN阱垒之间插入AlxIn1-xN层，在GaN垒层与电子阻挡层之间插入AlzIn1-zN层。因此可以通过改变AlInN层中Al的含量，使得AlInN层达到与GaN垒层和电子阻挡层的晶格匹配的状态，即可减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间的晶格失配，从而减小GaN垒层与AlGaN电子阻挡层之间因晶格失配而产生的压电极化电场，进而提高空穴的注入，提高LED的发光效率。通过生长AlxIn1- xN层、AlyIn1-yN层和AlzIn1-zN层，能够使整个多量子阱层到电子阻挡层均以相近的形态生长。且阱垒之间的AlxIn1-xN插入层相对GaN垒层具有更高的势垒高度，能够有效抑制多量子阱层中的电子泄露，进一步提高了载流子的复合效率，进而提高了LED的发光效率。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、P型层和P型接触层，其特征在于，所述多量子阱层为n个周期的超晶格结构，所述n个超晶格结构中靠近所述N型层的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构，所述n个超晶格结构中靠近所述电子阻挡层的最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9，0.83≤z<1。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlxIn1-xN层中Al的含量沿所述AlxIn1-xN层的生长方向逐渐递增。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlyIn1-yN层中Al的含量沿所述AlyIn1-yN层的生长方向逐渐递减。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlzIn1-zN层中Al的含量沿所述AlzIn1-zN层的生长方向逐渐递增。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InaGa1-aN层分为三个子层，所述三个子层分别为靠近所述N型层的第一子层、靠近所述P型层的第三子层、以及位于所述第一子层和所述第三子层之间的第二子层；
所述三个子层均为InaGa1-aN层，且所述第一子层、所述第二子层和所述第三子层的厚度比为1:3:1。
6.一种发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层；
在所述N型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层为n个周期的超晶格结构，所述n个超晶格结构中靠近所述N型层的n-1个超晶格结构均为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlyIn1-yN结构，所述n个超晶格结构中靠近P型层的最后一个超晶格结构为InaGa1-aN/AlxIn1-xN/GaN/AlzIn1-zN结构，0<a<1，0<x<0.9，0<y<0.9，0.83≤z<1；
在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层、P型层和P型接触层。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述AlxIn1-xN层的生长温度为750～950℃，生长压力为10～100torr，且所述AlxIn1-xN层的生长温度和生长压力沿所述AlxIn1-xN层的生长方向逐渐递增。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述AlyIn1-yN层的生长温度为850～960℃，生长压力为100～400torr，且所述AlyIn1-yN层的生长温度和生长压力沿所述AlyIn1- yN层的生长方向逐渐递减。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述AlzIn1-zN层的生长温度为850～1050℃，生长压力为50～200torr，所述AlzIn1-zN层的生长温度沿所述AlzIn1-zN的生长方向逐渐递增。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述InaGa1-aN层的生长温度为720℃～830℃，生长压力为100～300torr。
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