CN109802022B - 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于GaN基发光二极管领域。所述发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多量子阱层为所述InGaN阱层和所述GaN垒层交替生长形成的多层结构，所述第一电子阻挡层包括第一复合层，所述第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，所述第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层比所述第一AlN子层更靠近所述多量子阱层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。

Description

一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法

技术领域

本发明涉及GaN基发光二极管领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

GaN(氮化镓)基LED(LightEmitting Diode，发光二极管)，也称GaN基LED芯片，一般包括外延片和在外延片上制备的电极。外延片通常包括：衬底、以及顺次层叠在衬底上的低温GaN层、N型GaN层、MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)层、电子阻挡层、和P型掺杂GaN层。当有电流注入GaN基LED时，N型GaN层等N型区的电子和P型掺杂GaN层等P型区的空穴进入MQW并且复合，发出可见光。其中，MQW层一般是InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替生长的周期性结构，电子阻挡层的材质一般是采用AlGaN。

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：有效的发光是电子和空穴在阱中进行辐射复合发光，由于电子的移动速率是远远大于空穴的，而且电子的数量也是大于空穴数量的，因此，尽管AlGaN电子阻挡层可以阻挡大部分电子的泄露，仍会有较多的电子从MQW层溢出到P型掺杂GaN层发生非辐射复合发光，最终影响LED芯片的发光效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，能够降低电子溢流。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：

衬底、在所述衬底上顺次沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多量子阱层为所述InGaN阱层和所述GaN垒层交替生长形成的多层结构，所述第一电子阻挡层包括第一复合层，所述第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，所述第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层比所述第一AlN子层更靠近所述多量子阱层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。

示例性地，所述第一超晶格层还包括第一AlGaN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层位于所述第一AlGaN子层与所述第一AlN子层之间，且所述第一AlGaN子层比所述第一AlN子层更加靠近所述多量子阱层。

示例性地，所述第一电子阻挡层还包括第二复合层，所述第一复合层位于所述多量子阱层与所述第二复合层之间，所述第二复合层包括多个层叠的第二超晶格层，所述第二超晶格层包括层叠的第二AlGaN子层和第二GaN子层，同一所述第二超晶格层中，所述第二GaN子层比所述第二AlGaN子层更靠近所述多量子阱层。

示例性地，所述第二超晶格层还包括第二AlN子层，同一所述第二超晶格层中，所述第二GaN子层位于所述第二AlGaN子层与所述第二AlN子层之间，且所述第二AlN子层比所述第二AlGaN子层更加靠近所述多量子阱层。

示例性地，所述第一复合层的厚度是所述第二复合层的厚度的1～3倍，所述第一复合层的厚度为15～30nm，所述第二复合层的厚度为10～20nm。

示例性地，所述第一复合层中Al组分浓度是所述第二复合层中Al组分浓度的1～3倍，所述第一复合层中Al组分浓度为4E20cm^-3～1E21cm^-3，所述第二复合层中Al组分浓度为1E20cm^-3～5E20cm^-3。

示例性地，所述多量子阱层包括的多个所述InGaN阱层和多个所述GaN垒层中，与所述第一复合层接触的为其中一个所述InGaN阱层。

第二方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上顺次沉积低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多量子阱层为所述InGaN阱层和所述GaN垒层交替生长形成的多层结构，所述第一电子阻挡层包括第一复合层，所述第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，所述第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层比所述第一AlN子层更靠近所述多量子阱层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。

示例性地，所述第一超晶格层还包括第一AlGaN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层位于所述第一AlGaN子层与所述第一AlN子层之间，且所述第一AlGaN子层比所述第一AlN子层更加靠近所述多量子阱层。

示例性地，所述第一复合层的生长温度比所述GaN垒层的生长温度低5～25℃，所述第一复合层的生长温度为900～925℃。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置第一电子阻挡层与第二电子阻挡层，相比于传统的单个电子阻挡层，能够对电子溢流进行双重阻挡；在第一电子阻挡层中，第一GaN子层与第一AlN子层可以作为不同能阶高度的势垒，通过第一GaN子层与第一AlN子层交替生长的超晶格结构，能够构建多个间隔的不同能阶高度的势垒，不光达到多重阻挡电子泄露的效果，而且有间隔的能带和势垒在阻挡电子泄露的同时，还可以减少对空穴的阻挡作用；考虑到电子的移动速率很快且数量较多，又由于AlN的势垒高度大于AlGaN的势垒高度，因此生长的第一电子阻挡层采用GaN-AlN超晶格，第二电子阻挡层采用AlGaN；即第一电子阻挡层是重点阻挡大部分电子，第二电子阻挡层相当于再次阻挡小部分电子，这样阻挡电子的效果非常好，由于电子的泄露减少，所以大大增强了电子和空穴在阱中的有效复合，因此提高了发光效率。

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GaN基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多量子阱层的结构示意图；

图3-图6是本发明实施例提供的第一电子阻挡层的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的第二超晶格层的结构示意图；

图8和图9均是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程图。

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示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片。参见图1，该发光二极管外延片包括：衬底1、以及在衬底1上顺次沉积的低温GaN层2、高温GaN层3、N型掺杂GaN层4、多量子阱层5、第一电子阻挡层6、第二电子阻挡层7、以及P型掺杂GaN层8。其中，参见图2，多量子阱层5包括多个InGaN阱层51和多个GaN垒层52，多量子阱层5为InGaN阱层51和GaN垒层52交替生长形成的多层结构。参见图3，第一电子阻挡层6包括第一复合层61；第一复合层61包括多个层叠的第一超晶格层90。第一超晶格层90包括层叠的第一GaN子层901与第一AlN子层902。同一第一超晶格层90中，第一GaN子层901比第一AlN子层902更靠近多量子阱层5。第二电子阻挡层8为P型掺杂AlGaN层。

通过设置第一电子阻挡层与第二电子阻挡层，相比于传统的单个电子阻挡层，能够对电子溢流进行双重阻挡；在第一电子阻挡层中，第一GaN子层与第一AlN子层可以作为不同能阶高度的势垒，通过第一GaN子层与第一AlN子层交替生长的超晶格结构，能够构建多个间隔的不同能阶高度的势垒，不光达到多重阻挡电子泄露的效果，而且有间隔的能带和势垒在阻挡电子泄露的同时，还可以减少对空穴的阻挡作用；考虑到电子的移动速率很快且数量较多，又由于AlN的势垒高度大于AlGaN的势垒高度，因此生长的第一电子阻挡层采用GaN-AlN超晶格，第二电子阻挡层采用AlGaN；即第一电子阻挡层是重点阻挡大部分电子，第二电子阻挡层相当于再次阻挡小部分电子，这样阻挡电子的效果非常好，由于电子的泄露减少，所以大大增强了电子和空穴在阱中的有效复合，因此提高了发光效率。而对于空穴来说，它的移动速率较慢且数量较少，所以先通过势垒相对低的第二电子阻挡层，相对于空穴聚集越多的时候再通过势垒高的第一电子阻挡层，最终可达到既有效阻挡了电子的泄露又可减少对空穴的阻挡作用，因此电子和空穴在量子阱发生辐射复合发光的效率会提高。

示例性地，衬底1可以是可以是(0001)晶向蓝宝石衬底(Al₂O₃)。

示例性地，低温GaN层2的厚度可以是15至30nm。

示例性地，高温GaN层3的厚度为2至3.5微米。

示例性地，N型掺杂GaN层4的厚度为2至3微米。

示例性地，多量子阱层5中，InGaN阱层51的厚度为2～3nm，GaN垒层52的厚度为8～11nm，多量子阱层5的总厚度可以为130～160nm。基于此，InGaN阱层51和GaN垒层52的数量均可以是11～13。其中，InGaN阱层51和GaN垒层52的数量可以相同，比如均取12；InGaN阱层51和GaN垒层52的数量也可以不同，比如，InGaN阱层51的数量为12，GaN垒层52的数量为11，总的来说，InGaN阱层51的数量可以比GaN垒层52的数量大1或者小1。

此外，本发明实施例不限制多量子阱层5中与N型掺杂GaN层4接触的层。多量子阱层5中与N型掺杂GaN层4接触的可以是多个InGaN阱层51中的一个InGaN阱层51(假设为第一InGaN阱层)，也可以是多个GaN垒层52中的一个GaN垒层52(假设为第一GaN垒层)。

类似地，多量子阱层5中与第一电子阻挡层6接触的可以是多个InGaN阱层51中的一个InGaN阱层51(假设为第二InGaN阱层)，也可以是多个GaN垒层52中的一个GaN垒层52(假设为第二GaN垒层)。优选地，多量子阱层5包括的多个InGaN阱层51和多个GaN垒层52中，与第一复合层61接触的为其中一个InGaN阱层51(即第二InGaN阱层)。这样，第一电子阻挡层6可以作为多量子阱层5的一个垒层。

示例性地，参见图4，除第一GaN子层901与第一AlN子层902之外，第一超晶格层90还包括第一AlGaN子层903。同一第一超晶格层90中，第一GaN子层901位于第一AlGaN子层902与第一AlN子层903之间，且第一AlGaN子层903比第一AlN子层902更加靠近多量子阱层5。

通过在第一超晶格层中增加第一AlGaN子层，且同一第一超晶格层中第一AlGaN子层比第一AlN子层更加靠近多量子阱层，AlN的能带高度比AlGaN的能带高度高，这样，在单个超晶格内形成不同高度的能带，起到单个超晶格内实现2次阻挡的效果，并且，先是较低一些的能带再是高能带，较低一些的能带更加靠近多量子阱层，便于移动至多量子阱层附近的大量空穴快速通过第一电子阻挡层从而进入多量子阱层，而其后的高能带能够阻挡大部分电子，将大部分电子限制在阱中，这样能促进载流子复合发光。

示例性地，在图3示出的第一电子阻挡层7、或者在图4示出的第一电子阻挡层7的基础上，参见图5及图6，第一电子阻挡层7还包括第二复合层62，第一复合层61位于多量子阱层5与第二复合层62之间。第二复合层62包括多个层叠的第二超晶格层100，第二超晶格层100包括层叠的第二AlGaN子层1002和第二GaN子层1001。同一第二超晶格层100中，第二GaN子层1001比第二AlGaN子层1002更靠近多量子阱层5。

图5示出的第一电子阻挡层中，第一电子阻挡层的第一段采用GaN-AlN超晶格，第二段采用GaN-AlGaN；由于AlN的势垒高度是大于AlGaN的势垒高度的，并且电子的移动速率很快且数量较多，因此，第一段是重点阻挡大部分电子，第二段相当于再次阻挡小部分电子，这样阻挡电子的效果会更好。而对于空穴来说，它的移动速率较慢且数量较少，所以先通过势垒相对低的第二段GaN-AlGaN，相对于空穴聚集越多的时候再通过势垒高的第一段GaN-AlN。最终可达到既有效阻挡了电子的泄露又可减少对空穴的阻挡作用，因此电子和空穴在量子阱发生辐射复合发光的效率会提高。

图6示出的第一电子阻挡层中，第一电子阻挡层的第一段采用AlGaN-GaN-AlN超晶格，第二段采用GaN-AlGaN；随着第一段在单个超晶格内实现2次阻挡的效果，进一步增强了电子阻挡效果。

示例性地，参见图7，除第二AlGaN子层1002和第二GaN子层1001之外，第二超晶格层62还包括第二AlN子层1003。同一第二超晶格层100中，第二GaN子层1001位于第二AlGaN子层1002与第二AlN子层1003之间，且第二AlN子层1003比第二AlGaN子层1002更加靠近多量子阱层5。

通过在第二超晶格层中增加第二AlN子层，且同一第二超晶格层中第二AlN子层比第二AlGaN子层更加靠近多量子阱层，AlN的能带高度比AlGaN的能带高度高，这样，在单个超晶格内形成不同高度的能带，起到单个超晶格内实现2次阻挡的效果，并且，先是较高一些的能带接着是低一些的能带，能够在阻挡电子的同时对空穴的阻挡作用降低，因为对于空穴来说它的移动速率较慢且数量较少，所以先通过势垒相对低的AlGaN，相对于空穴聚集越多的时候再通过势垒高的AlN层。

示例性地，第一复合层61的厚度是第二复合层62的厚度的1～3倍，第一复合层61的厚度为15～30nm，第二复合层62的厚度为10～20nm。若第一复合层61的厚度小于15nm，会因为厚度偏薄对大部分电子的阻挡作用降低。若第一复合层61的厚度大于30nm又会因为厚度较厚而影响到空穴的移动和注入。若第二复合层62的厚度小于10nm，同样也会因为厚度偏薄对小部分电子的再次阻挡作用降低。若第二复合层62的厚度大于20nm，因为第二复合层62是起到再次阻挡电子的效果，若厚度太厚对空穴的阻挡作用会大大增强，这样就会导致空穴注入到MQW阱区的数量较少进而影响到发光效率的提高。

优选地，第一复合层61的厚度是第二复合层62的厚度的1～2倍，第一复合层61的厚度为15～25nm，第二复合层62的厚度为10～15nm。这时，可保证第一复合层61对大部分电子的阻挡效果，又可保证对空穴的阻挡作用很小。

基于此，第一超晶格层90的数量可以是3～6，这时，第一复合层61能够对大部分电子进行阻挡，同时不会影响到空穴向量子阱注入；第二超晶格层100的数量可以是2～5，这时，第二复合层62能够对小部分电子进行阻挡，同时不会因为更接近P型区即空穴区域而影响到空穴向量子阱移动。

优选地，第一超晶格层90的数量可以是3～5，第二超晶格层100的数量可以是3或4，可以保证第一电子阻挡层6对电子的阻挡效果又对空穴的注入影响小。

示例性地，第一复合层61中Al组分浓度为第二复合层62中Al组分浓度的1～3倍，第一复合层61中Al组分浓度为4E20cm^-3～1E21cm^-3，第二复合层62中Al组分浓度为1E20cm^-3～5E20cm^-3。若第一复合层61中Al组分浓度小于第二复合层62中Al组分浓度的1倍，考虑第一复合层61是对大部分电子的阻挡，会因为势垒高度不够高二影响到最大部分电子的阻挡。若第一复合层61中Al组分浓度大于第二复合层62中Al组分浓度的3倍，则势垒太高的话，虽然可以大大起到对大部分电子的阻挡作用，但也大大阻挡了空穴的注入。

优选地，第一复合层61中Al组分浓度为第二复合层62中Al组分浓度的1～2.5倍，第一复合层61中Al组分浓度为4E20cm^-3～8E20cm^-3，第二复合层62中Al组分浓度为1E20cm^-3～4E20cm^-3。这样，保证电子的有效阻挡和空穴的顺利通过。

其中，参见图4，当第一超晶格层90包括第一GaN子层901、第一AlN子层902和第一AlGaN子层903时，第一AlN子层902和第一AlGaN子层903的Al浓度可以相同。参见图7，当第二超晶格层100包括第二AlGaN子层1002、第二GaN子层1001和第二AlN子层1003时，第二AlGaN子层1002和第二AlN子层1003的Al浓度可以相同。由于AlN和AlGaN的能带不相等，因此，即使AlGaN和AlN中的Al浓度相等，其能带高度也是不相等的，即达到单个超晶格内形成不同高度的能带，起到单个超晶格内实现2次阻挡的效果，尤其是在大电流上的表现其优势特别突出。

示例性地，第二电子阻挡层7中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度可以是1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

示例性地，第二电子阻挡层7为Al_yGa_1-yN层，y为0.15～0.25。

示例性地，第二电子阻挡层7的厚度为30～50nm。

示例性地，P型掺杂GaN层8的厚度为50nm～80nm。P型掺杂GaN层8中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3～1×10²¹cm^-3，远远大于第二电子阻挡层7中的Mg掺杂浓度。

图8示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法。参见图8，该方法流程包括如下步骤。

步骤101、提供衬底。

步骤102、在衬底上顺次沉积低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层。

其中，多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，多量子阱层为InGaN阱层和GaN垒层交替生长形成的多层结构，第一电子阻挡层包括第一复合层，第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一第一超晶格层中，第一GaN子层比第一AlN子层更靠近多量子阱层，第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。

本发明实施例通过设置第一电子阻挡层与第二电子阻挡层，相比于传统的单个电子阻挡层，能够对电子溢流进行双重阻挡；在第一电子阻挡层中，第一GaN子层与第一AlN子层可以作为不同能阶高度的势垒，通过第一GaN子层与第一AlN子层交替生长的超晶格结构，能够构建多个间隔的不同能阶高度的势垒，不光达到多重阻挡电子泄露的效果，而且有间隔的能带和势垒在阻挡电子泄露的同时，还可以减少对空穴的阻挡作用；考虑到电子的移动速率很快且数量较多，又由于AlN的势垒高度大于AlGaN的势垒高度，因此生长的第一电子阻挡层采用GaN-AlN超晶格，第二电子阻挡层采用AlGaN；即第一电子阻挡层是重点阻挡大部分电子，第二电子阻挡层相当于再次阻挡小部分电子，这样阻挡电子的效果非常好，由于电子的泄露减少，所以大大增强了电子和空穴在阱中的有效复合，因此提高了发光效率。

图9示出了本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法。可以采用图9示出的方法制备得到图1示出的发光二极管外延片。参见图9，该方法流程包括如下步骤。

步骤201、提供衬底。

示例性地，衬底可以是(0001)晶向蓝宝石衬底(Al₂O₃)。

步骤202、对衬底进行退火处理。

示例性地，退火处理方式包括：将衬底放置到Veeco K465i or C4 MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备的反应室内，在氢气气氛下，高温处理衬底5-6min。其中，反应室温度为1000-1100℃，反应室压力控制在200-500torr。

需要说明的是，外延层中的低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，均可以采用MOCVD方法生长。生长过程中控制的温度和压力实际上是指反应室内的温度和压力。具体地，采用高纯H₂(氢气)或高纯N₂(氮气)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203、在衬底上沉积低温GaN层。

示例性地，低温GaN层即低温缓冲层，厚度为15-30nm。反应室温度为530-560℃，反应室压力控制在200-500torr。

步骤204、在低温GaN层上沉积高温GaN层。

示例性地，高温GaN层可以为不掺杂的GaN层，其生长温度为1000℃-1100℃，生长厚度在2至3.5微米之间，生长压力在200Torr至600Torr之间。

步骤205、在高温GaN层上沉积N型掺杂GaN层。

示例性地，N型GaN层的厚度在2-3微米之间，生长温度在1000℃-1100℃，生长压力在200-300Torr左右，Si掺杂浓度在5×10¹⁸cm^-3-3×10¹⁹cm^-3之间。

步骤206、在N型掺杂GaN层上沉积多量子阱层。

其中，多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，多量子阱层为InGaN阱层和GaN垒层交替生长形成的多层结构。

示例性地，生长多量子阱层时，反应室压力控制在200torr。生长InGaN阱层时，反应室温度为760-780℃。生长GaN垒层时，反应室温度为860-890℃。

多量子阱层中，InGaN阱层的厚度为2～3nm，GaN垒层的厚度为8～11nm，多量子阱层的总厚度可以为130～160nm。基于此，InGaN阱层和GaN垒层的数量均可以是11～13。其中，InGaN阱层和GaN垒层的数量可以相同，比如均取12；InGaN阱层和GaN垒层的数量也可以不同，比如，InGaN阱层的数量为12，GaN垒层的数量为11，总的来说，InGaN阱层的数量可以比GaN垒层的数量大1或者小1。

步骤207、在多量子阱层上沉积第一电子阻挡层。

其中，第一电子阻挡层包括第一复合层，第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一第一超晶格层中，第一GaN子层比第一AlN子层更靠近多量子阱层。

示例性地，第一超晶格层还包括第一AlGaN子层，同一第一超晶格层中，第一GaN子层位于第一AlGaN子层与第一AlN子层之间，且第一AlGaN子层比第一AlN子层更加靠近多量子阱层。

示例性地，第一电子阻挡层还包括第二复合层，第一复合层位于多量子阱层与第二复合层之间，第二复合层包括多个层叠的第二超晶格层，第二超晶格层包括层叠的第二AlGaN子层和第二GaN子层，同一第二超晶格层中，第二AlGaN子层比第二GaN子层更靠近多量子阱层。

示例性地，第二超晶格层还包括第二AlN子层，同一第二超晶格层中，第二GaN子层位于第二AlGaN子层与第二AlN子层之间，且第二AlN子层比第二AlGaN子层更加靠近多量子阱层。

示例性地，第一复合层的厚度是第二复合层的厚度的1～3倍，第一复合层的厚度为15～30nm，第二复合层的厚度为10～20nm。

示例性地，第一复合层中Al组分浓度是第二复合层中Al组分浓度的1～3倍，第一复合层中Al组分浓度为4E20cm-3～1E21cm-3，第二复合层中Al组分浓度为1E20cm-3～5E20cm-3。

示例性地，多量子阱层包括的多个InGaN阱层和多个GaN垒层中，与第一复合层接触的为其中一个InGaN阱层。

其中，第一电子阻挡层的结构同图1示出的实施例中第一电子阻挡层的结构，在此不再赘述。

其中，第一复合层的生长温度比GaN垒层的生长温度低5～25℃，第一复合层的生长温度可以为900～925℃。若第一复合层的生长温度低于900℃，会因为温度低而影响到此段的晶体质量。若第一复合层的生长温度高于925℃，又会因为生长温度较高对MQW的InGaN阱区也是一种破坏。优选地，第一复合层的生长温度比GaN垒层的生长温度低5～20℃，第一复合层的生长温度可以为900～920℃。考虑到第一复合层离MQW较近，温度高对MQW整体晶体质量的重要性大于温度高对InGaN阱区的破坏。

其中，第二复合层的生长温度比第一复合层的生长温度低5～20℃，第二复合层的生长温度可以为890～920℃。若第二复合层的生长温度低于890℃，同样会因为温度低而影响到此层的晶体质量。若第二复合层的生长温度高于920℃，也会由于离MQW较近而温度高又会破坏InGaN导致In析出。优选地，第二复合层的生长温度比第一复合层的生长温度低5～15℃，第二复合层的生长温度可以为890～915℃。即保证晶体质量又对InGaN阱区的破坏较小。

示例性地，整个第一电子阻挡层的生长压力可以为200torr。

步骤208、在第一电子阻挡层上沉积第二电子阻挡层。

其中，第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层。第二电子阻挡层中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度可以是1×10¹⁸cm^-3～1×10¹⁹cm^-3。

示例性地，第二电子阻挡层为Al_yGa_1-yN层，y为0.15～0.25。

示例性地，第二电子阻挡层的生长温度在930℃与970℃之间，生长压力为100Torr。第二电子阻挡层的厚度在30nm至50nm之间。

步骤209、在第二电子阻挡层上沉积P型掺杂GaN层。

示例性地，P型掺杂GaN层的生长温度为940℃～980℃，生长压力为200-600torr，P型掺杂GaN层的厚度可以为50nm～80nm。

示例性地，P型掺杂GaN层中P型掺杂为Mg掺杂，Mg掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3～1×10²¹cm^-3，远远大于第二电子阻挡层中的Mg掺杂浓度。

示例性地，外延生长结束后，将MOCVD设备的反应室内温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间为650℃-800℃，退火处理5到15分钟，降至室温，完成外延生长。

以上所述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 (6)

1.一种GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括：

衬底、在所述衬底上顺次沉积的低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多量子阱层为所述InGaN阱层和所述GaN垒层交替生长形成的多层结构，所述第一电子阻挡层包括第一复合层，所述第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，所述第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层比所述第一AlN子层更靠近所述多量子阱层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层，

所述第一超晶格层还包括第一AlGaN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层位于所述第一AlGaN子层与所述第一AlN子层之间，且所述第一AlGaN子层比所述第一AlN子层更加靠近所述多量子阱层，

所述第一电子阻挡层还包括第二复合层，所述第一复合层位于所述多量子阱层与所述第二复合层之间，所述第二复合层包括多个层叠的第二超晶格层，所述第二超晶格层包括层叠的第二AlGaN子层和第二GaN子层，同一所述第二超晶格层中，所述第二GaN子层比所述第二AlGaN子层更靠近所述多量子阱层，

所述第一复合层中Al组分浓度是所述第二复合层中Al组分浓度的1～3倍，所述第一复合层中Al组分浓度为4E20cm^-3～1E21cm^-3，所述第二复合层中Al组分浓度为1E20cm^-3～5E20cm^-3，

所述第二电子阻挡层为Al_yGa_1-yN层，y为0.15～0.25。

2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第二超晶格层还包括第二AlN子层，同一所述第二超晶格层中，所述第二GaN子层位于所述第二AlGaN子层与所述第二AlN子层之间，且所述第二AlN子层比所述第二AlGaN子层更加靠近所述多量子阱层。

3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一复合层的厚度是所述第二复合层的厚度的1～3倍，所述第一复合层的厚度为15～30nm，所述第二复合层的厚度为10～20nm。

4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括的多个所述InGaN阱层和多个所述GaN垒层中，与所述第一复合层接触的为其中一个所述InGaN阱层。

5.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上顺次沉积低温GaN层、高温GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、以及P型掺杂GaN层，所述多量子阱层包括多个InGaN阱层和多个GaN垒层，所述多量子阱层为所述InGaN阱层和所述GaN垒层交替生长形成的多层结构，所述第一电子阻挡层包括第一复合层，所述第一复合层包括多个层叠的第一超晶格层，所述第一超晶格层包括层叠的第一GaN子层与第一AlN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层比所述第一AlN子层更靠近所述多量子阱层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂AlGaN层，

所述第一超晶格层还包括第一AlGaN子层，同一所述第一超晶格层中，所述第一GaN子层位于所述第一AlGaN子层与所述第一AlN子层之间，且所述第一AlGaN子层比所述第一AlN子层更加靠近所述多量子阱层，

所述第一电子阻挡层还包括第二复合层，所述第一复合层位于所述多量子阱层与所述第二复合层之间，所述第二复合层包括多个层叠的第二超晶格层，所述第二超晶格层包括层叠的第二AlGaN子层和第二GaN子层，同一所述第二超晶格层中，所述第二GaN子层比所述第二AlGaN子层更靠近所述多量子阱层，

所述第一复合层中Al组分浓度是所述第二复合层中Al组分浓度的1～3倍，所述第一复合层中Al组分浓度为4E20cm^-3～1E21cm^-3，所述第二复合层中Al组分浓度为1E20cm^-3～5E20cm^-3，

所述第二电子阻挡层为Al_yGa_1-yN层，y为0.15～0.25。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一复合层的生长温度比所述GaN垒层的生长温度低5～25℃，所述第一复合层的生长温度为900～925℃。

Images