CN109830580B - 氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片的多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子垒层为GaN层，所述插入层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层为BAlInN层，所述第二插入层为BAlN层。通过设置插入层可以改善量子阱层与量子垒层之间由于晶格失配产生极化电场，造成多量子阱层的能带发生倾斜的情况，从而可以提高电子和空穴的波函数的交叠程度，最终提高LED的内量子效率。

Description

氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基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、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和P型层，其中，多量子阱层包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层。

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，导致InGaN阱层中存在较大的压应力。压应力会产生压电极化电场，使得多量子阱层的能带倾斜，不利于阻挡电子向P型层溢流，同时还会影响空穴向多量子阱层注入，使得电子和空穴波函数的交叠减少，造成LED的内量子效率的下降。

发明内容

本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，可以改善InGaN阱层和GaN垒层之间的晶格失配度，从而提高LED的内量子效率。

所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和P型层，

所述多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子垒层为GaN层，所述插入层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层为BAlInN层，所述第二插入层为BAlN层。

进一步地，所述第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，0.2≤y≤0.4。

进一步地，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的In含量沿外延片的层叠方向逐渐减少。

进一步地，所述第二插入层为B_zAl_1.5zN层，0.2≤z≤0.4。

进一步地，所述B_zAl_1.5zN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐减少。

另一方面，本发明提供了一种氮化镓基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、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层；

在所述N型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子垒层为GaN层，所述插入层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层为BAlInN层，所述第二插入层为BAlN层；

在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层和P型层。

进一步地，所述在所述N型层上生长多量子阱层，还包括：

在混合了氮气和氨气的气体氛围下，在所述量子阱层上生长所述第一插入层；

在混合了氮气、氨气和氢气的气体氛围下，在所述第一插入层上生长所述第二插入层。

进一步地，生长所述第一插入层时，所述氨气的流速与所述第一插入层中的B含量呈负相关；生长所述第二插入层时，所述氨气的流速与所述第二插入层中的B含量呈负相关。

进一步地，所述第一插入层的生长压力与所述第一插入层中的B含量呈正相关；所述第二插入层的生长压力与所述第二插入层中的B含量呈正相关。

进一步地，所述第一插入层的生长温度与所述第一插入层中的B含量呈正相关，所述第二插入层的生长温度与所述第二插入层中的B含量呈正相关。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在每个超晶格结构中的量子阱层和量子垒层之间设置插入层，插入层包括依次层叠在量子阱层上的第一插入层和第二插入层，则第一插入层与量子阱层接触，第二插入层与量子垒层接触。第一插入层为BAlInN层，通过调整BAlInN四元合金各元素的含量即可使得第一插入层的晶格常数分别与量子阱层和第二插入层的的晶格常数相匹配。第二插入层为BAlN层，通过调整BAlN三元合金各元素的含量即可使得第二插入层的晶格常数与量子垒层的晶格常数相匹配。因此通过设置插入层可以改善量子阱层与量子垒层之间由于晶格失配产生极化电场，造成多量子阱层的能带发生倾斜的情况，从而可以提高电子和空穴的波函数的交叠程度，最终提高LED的内量子效率。

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氮化镓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氮化镓基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氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，发光二极管外延片包括衬底1、以及依次生长在衬底1上的低温缓冲层2、三维成核层3、二维恢复层4、未掺杂的GaN层5、N型层6、多量子阱层8、电子阻挡层9、P型层10。

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8包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层81、插入层82和量子垒层83，量子阱层81为InGaN层，量子垒层83为GaN层。插入层82包括依次层叠在量子阱层81上的第一插入层821和第二插入层822，第一插入层821为BAlInN层，第二插入层822为BAlN层。

本发明实施例通过在每个超晶格结构中的量子阱层和量子垒层之间设置插入层，插入层包括依次层叠在量子阱层上的第一插入层和第二插入层，则第一插入层与量子阱层接触，第二插入层与量子垒层接触。第一插入层为BAlInN层，通过调整BAlInN四元合金各元素的含量即可使得第一插入层的晶格常数分别与量子阱层和第二插入层的的晶格常数相匹配。第二插入层为BAlN层，通过调整BAlN三元合金各元素的含量即可使得第二插入层的晶格常数与量子垒层的晶格常数相匹配。因此通过设置插入层可以改善量子阱层与量子垒层之间由于晶格失配产生极化电场，造成多量子阱层的能带发生倾斜的情况，从而可以提高电子和空穴的波函数的交叠程度，最终提高LED的内量子效率。

可选地，多量子阱层8可以包括5～10个周期的超晶格结构。若多量子阱层8的周期数少于5个，则可能由于超晶格结构的数量太少而使得电子和空穴没有进行充分的复合发光，导致LED的发光效率降低。若多量子阱层8的周期数多于10个，则可能由于超晶格结构的数量太多而使得电子和空穴的分布不集中，电子和空穴的复合效率较低，造成LED的发光效率较低。

示例性地，多量子阱层8包括8个周期的超晶格结构。此时既可保证电子和空穴能够进行充分的复合发光，又可以保证电子和空穴的均匀分布，提高电子和空穴的复合效率。

进一步地，第一插入层821为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，0.2≤y≤0.4。

在本实施例中，当y＝0.2时，第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，此时第一插入层821的晶格常数与InGaN量子阱层81的晶格常数相匹配。当y＝0.4时，第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，此时第一插入层821的晶格常数与BAlN第二插入层822的晶格常数相匹配。

可选地，B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的In含量沿外延片的层叠方向逐渐减少。

由于B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B、Al、In具有一定的比例，因此调整B的含量(即y的取值)，Al和In的含量也会对应变化。B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，可以使得第一插入层81的晶格常数由与InGaN量子阱层81的晶格常数相匹配逐渐变化为与第二插入层822的晶格常数相匹配。同时BN和AlN的带隙能量均较高，B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，Al含量也沿外延片的层叠方向逐渐增加，可以使得第一插入层81中形成电子导带势垒逐渐提升的能带结构，有利于减缓从N型层产生的热电子的迁移速度，将更多的电子限制在量子阱层内。

进一步地，第一插入层821的厚度为1.5～4nm。若第一插入层821的厚度小于1.5nm，则起不到改善量子阱层81和量子垒层82之间的晶格匹配度的作用，若第一插入层821的厚度大于4nm，又会导致空穴的迁移率降低，不利于空穴的传输。

示例性地，第一插入层821的厚度为3nm。

可选地，第一插入层821的厚度每增加10％，第一插入层821中的B含量增加5％。

可选地，第一插入层821可以包括多个子层，多个子层中的B含量沿外延片的层叠方向逐层增加，每个子层的厚度均相等，以使得第一插入层821中的B含量均匀变化。

示例性地，第一插入层821包括依次层叠的B_0.2Al_0.3In_0.5N、B_0.3Al_0.45In_0.25N、B_0.4Al_0.6N三个子层，每个子层的厚度均为0.5nm。

进一步地，量子阱层81为In_xGa_1-xN层，0.5≤x≤1.0。若量子阱层81中的In含量小于0.5，则起不到量子阱层对电子的限制作用，不利于更多地电子与空穴在量子阱层辐射复合发光。若量子阱层81中的In含量过多，则多余的In会析出至量子垒层83中，影响量子垒层83的晶体质量。

示例性地，x＝0.8，即量子阱层81为In_0.8Ga_0.2N层。此时既可保证电子和空穴能够在量子阱层81中进行充分的复合发光，又可以保证量子阱层中的In不会过多，渗透至量子垒层83中，影响量子垒层83的晶体质量。

进一步地，第一插入层821中的In含量小于量子阱层81中的In含量。若第一插入层821中的In含量大于量子阱层81中的In含量，会导致第一插入层821的晶体质量下降，非辐射复合中心增加，造成LED的发光效率降低。

进一步地，第二插入层822为B_zAl_1.5zN层，0.2≤z≤0.4。

在本实施例中，当z＝0.2时，第二插入层822为B_zAl_1.5zN层，此时第二插入层822的晶格常数与GaN量子垒层83的晶格常数相匹配。当z＝0.4时，第二插入层822为B_zAl_1.5zN层，此时第二插入层822的晶格常数与BAlInN的晶格常数相匹配。

可选地，B_zAl_1.5zN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐减少，可以使得B_zAl_1.5zN层的晶格常数由与第一插入层821的晶格常数相匹配逐渐变化至与GaN量子垒层83的晶格常数相匹配，从而可以进一步提高第一插入层821与GaN量子垒层83之间的晶格匹配度。

进一步地，第二插入层822的厚度为1.5～4nm。若第二插入层822的厚度小于1.5nm，则起不到改善第一插入层821与GaN量子垒层83之间的晶格匹配度的作用，若第二插入层822的厚度大于4nm，又会导致空穴的迁移率降低，不利于空穴的传输。

示例性地，第二插入层822的厚度为3nm。

可选地，第二插入层822的厚度每增加10％，第二插入层822中的B含量减少2.5％。

可选地，第二插入层822可以包括多个子层，多个子层中的B含量沿外延片的层叠方向逐层减少，每个子层的厚度均相等，以使得第二插入层822中的B含量均匀变化。

示例性地，第二插入层822包括依次层叠的B_0.4Al_0.6N、B_0.3Al_0.7N、B_0.2Al_0.8N三个子层，每个子层的厚度均为0.5nm。

可选地，量子阱层81的厚度可以为1～5nm，量子垒层83的厚度可以为5～10nm。

示例性地，量子阱层81的厚度为3nm，量子垒层83的厚度为6nm。

可选地，衬底1可以为蓝宝石衬底。

可选地，低温缓冲层2可以为GaN缓冲层。

可选地，三维成核层3可以为GaN层，厚度为400～600nm。

可选地，二维恢复层4可以为GaN层，厚度为500～800nm。

可选地，未掺杂的GaN层5的厚度为1～2um。

可选地，N型层6可以为掺Si的GaN层，厚度为1～2um。

可选地，发光二极管外延片还可以包括设置在N型层6和多量子阱层8之间的应力释放层7，应力释放层7可以包括依次生长的第一N型GaN子层、2～10个周期的InGaN/GaN周期性结构、以及第二N型GaN子层。其中，第一N型GaN子层可以储存电子。2～10个周期的InGaN/GaN周期性结构，可以释放外延生长过程中产生的应力和缺陷，提高多量子阱层的生长质量，进而提高LED的发光效率。第二N型GaN子层不仅可以存储电子，还可以阻挡多量子阱层中In的析出，进一步提高多量子阱层的生长质量。

可选地，第一N型GaN子层的厚度可以为50nm，InGaN/GaN周期性结构中的InGaN层的厚度可以为2nm，InGaN/GaN周期性结构中的GaN层的厚度可以为20nm，第二N型GaN子层的厚度可以为40nm。

可选地，电子阻挡层9可以为P型AlGaN层，厚度为30～100nm。

可选地，P型层10可以为GaN层，厚度为100～300nm。

可选地，发光二极管外延片还可以包括设置在P型层10上的P型接触层11。P型接触层11可以为重掺Mg的GaN层，厚度为50～100nm。

图3是本发明实施例提供的一种氮化镓基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。

其中，衬底可采用[0001]晶向的Al₂O₃蓝宝石衬底。

进一步地，步骤301还可以包括：

将衬底在氢气气氛中退火1～10min，以清洁衬底表面，然后对衬底进行氮化处理，将衬底放置到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，然后在氢气气氛中退火处理10分钟，清洁衬底表面，退火温度在1000℃与1200℃之间，压力在200torr～500torr之间。

需要说明的是，外延层中的低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型层以及P型接触层均可以采用MOCVD法生长。在具体实现时，通常是将衬底放在石墨托盘上送入MOCVD设备的反应室中进行外延材料的生长，因此上述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，采用三甲基镓或三甲基乙作为镓源，三乙基硼作为硼源，高纯氨气作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，N型掺杂剂选用硅烷，P型掺杂剂选用二茂镁。

步骤302、在衬底上生长低温缓冲层。

其中，低温缓冲层可以是GaN缓冲层。

示例性地，将反应室内温度调整至400℃～600℃，压力调整至100～400torr，生长30～50nm的低温缓冲层。

步骤303、在低温缓冲层上生长三维成核层。

在本实施例中，三维成核层可以为GaN层。

示例性地，将反应室温度调节至1000～1050℃，反应室压力控制在300～600torr，生长厚度为400～600nm的三维成核层，生长时间为10～20min。

步骤304、在三维成核层上生长二维恢复层。

在本实施例中，二维恢复层可以为GaN层。

示例性地，将反应室温度调节至1050～1150℃，反应室压力控制在100～300torr，生长厚度为500～800nm的二维恢复层，生长时间为20～40min。

步骤305、在二维恢复层上生长未掺杂的GaN层。

示例性地，将反应室温度调节至1050～1200℃，反应室压力控制在100～500torr，生长厚度为1～2um的未掺杂的GaN层。

步骤306、在未掺杂的GaN层上生长N型层。

在本实施例中，N型层可以为掺Si的GaN层，Si掺杂浓度可以为10¹⁸cm^-3～10²⁰cm^-3。

示例性地，将反应室温度调节至1050～1200℃，反应室压力控制在100～500torr，生长厚度为1～3um的N型层。

步骤307、在N型层上生长应力释放层。

在本实施例中，应力释放层可以包括依次生长的第一N型GaN子层、2～10个周期的InGaN/GaN周期性结构、以及第二N型GaN子层。

示例性地，将反应室温度调节至800～900℃，反应室压力控制在100～500torr，生长应力释放层。

其中，第一N型GaN子层的厚度为50nm，InGaN/GaN周期性结构中的InGaN层的厚度为2nm，InGaN/GaN周期性结构中的GaN层的厚度为20nm，第二N型GaN子层的厚度为40nm。

步骤308、在应力释放层上生长多量子阱层。

其中，多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，量子阱层为InGaN层，量子垒层为GaN层。插入层包括依次层叠在量子阱层上的第一插入层和第二插入层，第一插入层为BAlInN层，第二插入层为BAlN层。

可选地，多量子阱层包括5～10个周期的超晶格结构。

示例性地，多量子阱层包括8个周期的超晶格结构。

进一步地，第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，0.2≤y≤0.4。

在本实施例中，当y＝0.2时，第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，此时第一插入层的晶格常数与InGaN量子阱层的晶格常数相匹配。当y＝0.4时，第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，此时第一插入层的晶格常数与BAlN第二插入层的晶格常数相匹配。

可选地，B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的In含量沿外延片的层叠方向逐渐减少。

进一步地，第一插入层的厚度为1.5～4nm。

示例性地，第一插入层的厚度为3nm。

可选地，第一插入层的厚度每增加10％，第一插入层中的B含量增加5％。

可选地，第一插入层可以包括多个子层，多个子层中的B含量沿外延片的层叠方向逐层增加，每个子层的厚度均相等，以使得第一插入层中的B含量均匀变化。

示例性地，第一插入层包括依次层叠的B_0.2Al_0.3In_0.5N、B_0.3Al_0.45In_0.25N、B_0.4Al_0.6N三个子层，每个子层的厚度均为0.5nm。

进一步地，量子阱层为In_xGa_1-xN层，0.5≤x≤1.0。

示例性地，x＝0.8，即量子阱层为In_0.8Ga_0.2N层。

进一步地，第一插入层中的In含量小于量子阱层中的In含量。

进一步地，第二插入层为B_zAl_1.5zN层，0.2≤z≤0.4。

在本实施例中，当z＝0.2时，第二插入层为B_zAl_1.5zN层，此时第二插入层的晶格常数与GaN量子垒层的晶格常数相匹配。当z＝0.4时，第二插入层为B_zAl_1.5zN层，此时第二插入层的晶格常数与BAlInN的晶格常数相匹配。

可选地，B_zAl_1.5zN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐减少，可以使得B_zAl_1.5zN层的晶格常数由与第一插入层的晶格常数相匹配逐渐变化至与GaN量子垒层的晶格常数相匹配，从而可以进一步提高第一插入层与GaN量子垒层之间的晶格匹配度。

进一步地，第二插入层的厚度为1.5～4nm。

示例性地，第二插入层的厚度为3nm。

可选地，第二插入层的厚度每增加10％，第二插入层中的B含量减少2.5％。

可选地，第二插入层可以包括多个子层，多个子层中的B含量沿外延片的层叠方向逐层减少，每个子层的厚度均相等，以使得第二插入层中的B含量均匀变化。

示例性地，第二插入层包括依次层叠的B_0.4Al_0.6N、B_0.3Al_0.7N、B_0.2Al₀.N三个子层，每个子层的厚度均为0.5nm。

可选地，量子阱层的厚度可以为1～5nm，量子垒层的厚度可以为5～10nm。

示例性地，量子阱层的厚度为3nm，量子垒层的厚度为6nm。

示例性地，步骤308可以包括：

在混合了氮气和氨气的气体氛围下，控制反应室温度为750～850℃，反应室压力为300～500torr，生长量子阱层，然后将反应室温度升高至800～900℃，反应室压力升高至500～700torr，在量子阱层上生长第一插入层。

向反应室通入氢气，在混合了氮气、氨气和氢气的气体氛围下，控制反应室温度为850～900℃，反应室压力为500～700torr，在第一插入层上生长第二插入层，然后将反应室温度降至825～875℃，反应室压力降至300～500torr，在第二插入层上生长量子垒层。

在生长完第一插入层后，向反应室通入氢气，一方面可以去除量子阱层和第一插入层之间异质结界面处形成的In团簇，改善量子阱层和第一插入层间的晶体质量。另一方面，可以防止In渗透进入量子垒层中，影响量子垒层的结晶质量。

可选地，第一插入层和第二插入层的生长压力均高于量子垒层的生长压力。若第一插入层或第二插入层的生长压力低于量子垒层的生长压力，则无法有效形成BAlInN和BAlN合金，因为纤锌矿稳定态BAlInN和BAlN需要在较高的压力条件下由其他非稳定态的石墨层状和六方相转变而成。

进一步地，生长第一插入层时，通入反应室内的氨气的流速与第一插入层中的B含量呈负相关。生长第二插入层时，通入反应室内的氨气的流速与第二插入层中的B含量呈负相关。由于三乙基硼与氨气具有较强的寄生反应发生，所以需要控制好通入反应室内氨气的流速，以控制寄生反应的发生。B含量越高，需要控制氨气流速越低。

可选地，生长第一插入层和第二插入层时，通入反应室内的氨气的流速均在3×10^-3～5×10^-3mol/min。

示例性地，当第一插入层中的B含量逐渐增加(即y的取值由0.2逐渐变为0.4)时，通入反应室内氨气的流速由5×10^-3mol/min逐渐降低至3×10^-3mol/min。

当第二插入层中的B含量逐渐减少(即z的取值由0.4逐渐变为0.2)时，通入反应室内氨气的流速由3×10^-3mol/min逐渐升高至5×10^-3mol/min。

进一步地，生长第一插入层时，第一插入层的生长压力与第一插入层中的B含量呈正相关。生长第二插入层时，第二插入层的生长压力与第二插入层中的B含量呈正相关。由于纤锌矿稳定态BAlInN需要在高压条件下由石墨层状和六方相BAlInN转变而成，因此高压有利于B的掺入。B含量越高，所需的生长压力越高。

示例性地，当第一插入层中的B含量逐渐增加(即y的取值由0.2逐渐变为0.4)时，第一子层的生长压力由500torr逐渐升高至700torr。

当第二插入层中的B含量逐渐减少(即z的取值由0.4逐渐变为0.2)时，第二子层的生长压力由700torr逐渐降低至500torr。

进一步地，第一插入层的生长温度与第一插入层中的B含量呈正相关，第二插入层的生长温度与第二插入层中的B含量呈正相关。由于B-N的结合能相对较高，需要较高的温度来增强B原子的表面迁移率，因此高温有利于B的掺入。B含量越高，所需的生长温度越高。

示例性地，当第一插入层中的B含量逐渐增加(即y的取值由0.2逐渐变为0.4)时，第一子层的生长温度由800℃逐渐升高至900℃。

当第二插入层中的B含量逐渐减少(即z的取值由0.4逐渐变为0.2)时，第二子层的生长温度由900℃逐渐降低至850℃。

示例性地，当第一插入层包括B_0.2Al_0.3In_0.5N、B_0.3Al_0.45In_0.25N、B_0.4Al_0.6N三个子层时，各个子层的生长温度依次为800℃、850℃、900℃，各个子层的生长压力依次为500torr、600torr、700torr。

当第二插入层包括B_0.4Al_0.6N，B_0.3Al_0.7N，B_0.2Al_0.8N三个子层时，各个子层的生长温度依次为900℃、875℃、850℃，各个子层的生长压力依次为700torr、600torr、500torr。

步骤309、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P型AlGaN层。

示例性地，将反应室温度调节至900～1000℃，反应室压力控制在100～500torr，生长厚度为30～100nm的电子阻挡层。

步骤310、在电子阻挡层上生长P型层。

在本实施例中，P型层为掺Mg的GaN层，Mg的掺杂浓度可以为1×10¹⁹～1×10²⁰cm^-3。

示例性地，将反应室温度调节至850～950℃，反应室压力控制在100～300torr，生长厚度为100～300nm的P型层。

步骤311、在P型层上生长P型接触层。

在本实施例中，P型接触层可以为重掺Mg的GaN层。

示例性地，将反应室温度调节至850～1000℃，反应室压力控制在100～300torr，生长厚度为5～100nm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每个超晶格结构中的量子阱层和量子垒层之间设置插入层，插入层包括依次层叠在量子阱层上的第一插入层和第二插入层，则第一插入层与量子阱层接触，第二插入层与量子垒层接触。第一插入层为BAlInN层，通过调整BAlInN四元合金各元素的含量即可使得第一插入层的晶格常数分别与量子阱层和第二插入层的的晶格常数相匹配。第二插入层为BAlN层，通过调整BAlN三元合金各元素的含量即可使得第二插入层的晶格常数与量子垒层的晶格常数相匹配。因此通过设置插入层可以改善量子阱层与量子垒层之间由于晶格失配产生极化电场，造成多量子阱层的能带发生倾斜的情况，从而可以提高电子和空穴的波函数的交叠程度，最终提高LED的内量子效率。

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 (6)

1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和P型层，其特征在于，

所述多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子垒层为GaN层，所述插入层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层为BAlInN层，所述第二插入层为BAlN层；

所述第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，0.2≤y≤0.4，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，所述第一插入层的厚度每增加10％，所述第一插入层中的B含量增加5％，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的In含量沿外延片的层叠方向逐渐减少；所述第二插入层为B_zAl_1.5zN层，0.2≤z≤0.4，所述B_zAl_1.5zN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐减少，所述第二插入层的厚度每增加10％，所述第二插入层中的B含量减少2.5％。

2.一种氮化镓基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、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层；

在所述N型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括多个周期的超晶格结构，每个超晶格结构均包括依次层叠的量子阱层、插入层和量子垒层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子垒层为GaN层，所述插入层包括依次层叠在所述量子阱层上的第一插入层和第二插入层，所述第一插入层为BAlInN层，所述第二插入层为BAlN层，所述第一插入层为B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层，0.2≤y≤0.4，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐增加，所述第一插入层的厚度每增加10％，所述第一插入层中的B含量增加5％，所述B_yAl_1.5yIn_1-2.5yN层中的In含量沿外延片的层叠方向逐渐减少；所述第二插入层为B_zAl_1.5zN层，0.2≤z≤0.4，所述B_zAl_1.5zN层中的B含量沿外延片的层叠方向逐渐减少，所述第二插入层的厚度每增加10％，所述第二插入层中的B含量减少2.5％；

在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层和P型层。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述在所述N型层上生长多量子阱层，还包括：

在混合了氮气和氨气的气体氛围下，在所述量子阱层上生长所述第一插入层；

在混合了氮气、氨气和氢气的气体氛围下，在所述第一插入层上生长所述第二插入层。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，生长所述第一插入层时，所述氨气的流速与所述第一插入层中的B含量呈负相关；生长所述第二插入层时，所述氨气的流速与所述第二插入层中的B含量呈负相关。

5.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述第一插入层的生长压力与所述第一插入层中的B含量呈正相关；所述第二插入层的生长压力与所述第二插入层中的B含量呈正相关。

6.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述第一插入层的生长温度与所述第一插入层中的B含量呈正相关，所述第二插入层的生长温度与所述第二插入层中的B含量呈正相关。

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