CN115842077B - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，所述发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1‑x超晶格层和In_yAl_zGa_1‑y‑zN填平层，其中，x的取值范围为0.1‑0.3，y的取值范围为0‑0.2，z的取值范围为0‑0.2。本发明提供的发光二极管外延片，能够提高电子与空穴辐射复合效率，最终提高发光二极管外延片的光电转换效率。

Description

发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

背景技术

目前，GaN基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引着越来越多的人关注。GaN基发光二极管已经实现工业化生产，在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。

外延片是发光二极管中的主要构成部分，外延层在生长完高浓度掺杂、高温高长速生长的N型半导体层后，翘曲达到最大值，外延片的应力也累积到极大值，并且高浓度N型掺杂会造成晶格质量下降，此时的外延层缺陷也非常多。如果在N型半导层后直接生长多量子阱层，则会导致多量子阱内存在严重的压电极化，造成电子空穴波函数分离，多量子阱内缺陷较多，形成非辐射复合中心，俄歇复合现象严重，这样严重影响了发光二极管的发光效率，尤其是小电流密度下的发光效率，受俄歇复合带来的负面影响更大。现阶段，为了释放底层的应力，缓解多量子阱内部压电极化，增加发光效率，会通过再多量子阱和N型半导体层中间插入应力释放层。但是其主要使用低温生长方式释放应力，导致晶格质量相对较差，容易使得缺陷延伸至多量子阱区，形成俄歇复合，影响发光效率，小电流下的发光效率依然不高。

不仅如此，发光二极管中，电子移动速率高，空穴移动速率低，从而多量子阱中电子空穴浓度不平衡也是影响发光二极管的发光效率，尤其是小电流密度下的发光效率低的重要原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片，其能够有效提升发光二极管的发光效率，尤其能够提升小电流密度的发光二极管的发光效率。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得上述性能良好的发光二极管外延片。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层，其中，x的取值范围为0.1-0.3，y的取值范围为0-0.2，z的取值范围为0-0.2。

在一种实施方式中，所述SiGaN纳米柱层中包括若干个SiGaN纳米柱，所述SiGaN纳米柱的直径为50nm-300nm，所述SiGaN纳米柱的高度为300nm-500nm；

所述SiGaN纳米柱层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁷cm^-3。

在一种实施方式中，所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括交叠设置的SiGaN层和Al_xN_1-x层，交叠周期为3-8；

所述SiGaN层的厚度为10nm-20nm，所述Al_xN_1-x层的厚度为2nm-10nm；

所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层的厚度为50nm-100nm。

在一种实施方式中，所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁶cm^-3。

在一种实施方式中，所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层的厚度为100nm-400nm；

所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层中，由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.1-0.2，z从0.1-0.2渐变减少至0。

为解决上述问题，本发明提供了一种所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，

S1、准备衬底；

S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层。

在一种实施方式中，在所述N型GaN层上沉积所述SiGaN纳米柱层包括以下步骤：

将反应室温度控制在1000℃-1020℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N₂和H₂作载气，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN外延层沉积；

再对所述SiGaN外延层进行刻蚀，得到若干个SiGaN纳米柱，完成所述SiGaN纳米柱层的沉积。

在一种实施方式中，在所述SiGaN纳米柱层上沉积所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括以下步骤：

先将反应室温度控制在950℃-1000℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN层沉积，再将Ga源和Si源关闭，继续通入N源和Al源完成Al_xN_1-x层沉积，交叠周期3-8。

在一种实施方式中，在所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层上沉积所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层包括以下步骤：

将反应室压力控制在100Torr-300Torr，温度由950℃-1000℃渐变降低至850℃-900℃，通入N₂和H₂作载气，通入Ga源、In源和Al源完成沉积；

所述Al源的流量由200sccm-300sccm渐变减少至0；

所述In源的流量由0渐变增加至900sccm-1100sccm。

相应地，本发明还提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上文所述的发光二极管外延片。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明在所述多量子阱层前生长复合插入层，所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层。所述复合插入层能够释放底层应力，避免应力累计到多量子阱区，减少了多量子阱内部缺陷，减少俄歇复合，减少多量子阱内部的压电极化，增加与多量子阱的晶格匹配，增加空穴和电子波函数的重合，并且减缓了电子的移动速率，增加电子的扩展面积，有效提升了发光效率，尤其是有效提升了小电流密度下的发光效率。

附图说明

图1为本发明提供的发光二极管外延片的结构示意图；

图2为本发明提供的发光二极管外延片中复合插入层的结构示意图。

其中：衬底为1、缓冲层为2、本征GaN层为3、N型GaN层为4、复合插入层为5、多量子阱层为6、电子阻挡层为7、P型GaN层为8、SiGaN纳米柱层为51、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层为52、In_yAl_zGa_1-y-zN填平层为53。

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，下面对本发明作进一步地详细描述。

除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：

本发明中，所使用的“其组合”、“其任意组合”、“其任意组合方式”等中包括所列项目中任两个或任两个以上项目的所有合适的组合方式。

本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。

本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。

发明人发现现有技术存在以下缺陷：（1）高浓度掺杂、高温高长速生长的N型半导体累积的应力和缺陷都比较多，使得多量子阱区的极化效应和缺陷较多，影响发光二极管的发光效率，尤其是小电流下的发光效率。（2）发光二极管中，电子移动速率高，空穴移动速率低，从而多量子阱中电子空穴浓度不平衡也是影响发光二极管的发光效率，尤其是小电流密度下的发光效率低的重要原因。

为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管外延片，如图1-图2所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、本征GaN层3、N型GaN层4、复合插入层5、多量子阱层6、电子阻挡层7、P型GaN层8；

所述复合插入层5包括依次层叠于所述N型GaN层4上的SiGaN纳米柱层51、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层52和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层53，其中，x的取值范围为0.1-0.3，y的取值范围为0-0.2，z的取值范围为0-0.2。

本发明提出的所述复合插入层能够释放底层应力，避免应力累计到多量子阱区，减少了多量子阱内部缺陷，减少俄歇复合，减少多量子阱内部的压电极化，增加与多量子阱的晶格匹配，增加空穴和电子波函数的重合，并且减缓了电子的移动速率，增加电子的扩展面积，有效提升了发光效率，尤其是有效提升了小电流密度下的发光效率。

具体地，在一种实施方式中，所述SiGaN纳米柱层中包括若干个SiGaN纳米柱，所述SiGaN纳米柱的直径为50nm-300nm，所述SiGaN纳米柱的高度为300nm-500nm；

所述SiGaN纳米柱层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁷cm^-3。

在一种实施方式中，所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括交叠设置的SiGaN层和Al_xN_1-x层，交叠周期为3-8；

所述SiGaN层的厚度为10nm-20nm，所述Al_xN_1-x层的厚度为2nm-10nm，所述Al_xN_1-x层的厚度太厚，容易发生产生裂纹；

所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层的厚度为50nm-100nm。

所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁶cm^-3，x的取值范围为0.1-0.3。

在一种实施方式中，所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层的厚度为100nm-400nm；

所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层中，由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.1-0.2，z从0.1-0.2渐变减少至0。

需要说明的是，所述复合插入层中的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层相互配合，最终实现了有效提升发光二极管的发光效率，尤其能够提升小电流密度的发光二极管的发光效率。所述复合插入层的具体作用如下：

（1）释放底层应力，避免应力累计到多量子阱区，造成缺陷增多。由于N型GaN层在生长过程中的高生长速度、高生长温度和高N型掺杂，导致长完N型GaN层后，翘曲和应力累计都达到最大值。本发明在N型GaN层上首先生长所述SiGaN纳米柱层，相比于二维生长的外延层，所述SiGaN纳米柱可以在三个维度上释放应力，避免应力持续累计到多量子阱区，造成缺陷增多。然后再生长SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层，由于Al原子较小，AlN层的晶格质量好，超晶格可以有效阻断缺陷，避免缺陷延伸至多量子阱区，形成非辐射复合中心。

（2）增加电子的扩展。首先，在N型GaN层生长后，生长较低Si掺杂的SiGaN纳米柱层，然后再生长SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层，其中的Si掺杂浓度相对更低。一方面，高低Si掺杂本身形成一个势垒高度，使得电流更容易扩展开来；另一方面，三维的所述SiGaN纳米柱增加了电流扩展的接触面积，使得电流扩展能力更好。

（3）减少多量子阱内部的压电极化，增加与多量子阱的晶格匹配，增加空穴和电子波函数的重合，增加发光效率。在所述复合插入层在离所述多量子阱层最近的一层中使用InAlGaN四元材料，与多量子阱具有更好的晶格匹配，有效减少多量子阱中的缺陷。并且使用In组分渐变增加，Al组分渐变减少的设计，可以使得所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层与前后晶格形成良好过渡，晶格质量更好。

（4）起到电子限制作用。所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层的AlN能阶较高，对电子有阻挡作用，减少了电子的迁移率，使得所述多量子阱层中电子空穴分布更平衡，提升发光效率。

除了上述复合插入层外，本发明的其它层状结构的特点如下：

在一种实施方式中，所述衬底选用蓝宝石衬底、SiO₂蓝宝石复合衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、氧化锌衬底中的一种。

优选地，衬底选用蓝宝石衬底，蓝宝石是目前最常用的GaN基LED衬底材料，市场上大部分GaN基LED都是使用蓝宝石作为衬底材料。蓝宝石衬底的最大优点是技术成熟，稳定性好，生产成本低。

在一种实施方式中，所述缓冲层为AlGaN缓冲层或AlN缓冲层。优选地，所述缓冲层为AlN缓冲层，采用AlN缓冲层控制晶体缺陷，能够改善后续生长晶体的质量，缓解衬底与外延层之间由于晶格失配和热失配引起的应力。在一种实施方式中，所述缓冲层的厚度为20nm-100nm。

所述本征GaN层为未掺杂的GaN层，在一种实施方式中，所述本征GaN层的厚度为300nm-800nm。

在一种实施方式中，所述N型GaN层的厚度为1μm-3μm，所述N型GaN层为Si掺杂，所述Si的掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3-1×10¹⁹cm^-3。

在一种实施方式中，所述多量子阱层是由InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层交替层叠的周期性结构，所述多量子阱层的周期数为3-15；所述InGaN量子阱层的厚度为2nm-5nm；所述AlGaN量子垒的厚度为3nm-15nm。多量子阱有源区为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴波函数交叠程度，从而提高LED器件发光效率。

在一种实施方式中，所述电子阻挡层为Al_aGa_1-aN层和In_bGa_1-bN层交替生长的周期性结构；其中，a的取值范围为0.05-0.2，b的取值范围为0.1-0.5；所述电子阻挡层的厚度为20nm-100nm。

在一种实施方式中，所述P型GaN层的厚度200nm-300nm；所述N型GaN层为Mg掺杂，所述Mg的掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

相应地，本发明还提供了上述发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备衬底；

在一种实施方式中，所述衬底选用蓝宝石衬底。

S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层，其中，x的取值范围为0.1-0.3，y的取值范围为0-0.2，z的取值范围为0-0.2。

在一种实施方式中，所述步骤S2包含以下步骤：

S21、在所述衬底的正面沉积所述缓冲层：

在一种实施方式中，对所述衬底进行预处理，包括以下步骤：

控制反应室温度为1000℃-1200℃，控制压力为200Torr-600Torr，在H₂气氛下对衬底进行5min-8min的高温退火，对衬底表面的颗粒和氧化物进行清洁。

然后，在衬底上生长缓冲层，选择缓冲层材料为AlGaN或AlN。本层主要用于提供晶种，缓解衬底和外延层的晶格失配，提升外延片晶格质量。在一种实施方式中，控制反应室温度为500℃-700℃，反应室压力为200Torr-400Torr，通入N源、Ga源和Al源，沉积AlGaN缓冲层。

S22、在所述缓冲层上沉积所述本征GaN层：

将反应室温度控制在1100℃-1150℃，压力100Torr-500Torr，通入N源、Ga源，完成沉积。

S23、在所述本征GaN层上沉积所述N型GaN层：

将反应室温度控制在1100℃-1150℃，压力100Torr-500Torr，通入Si源、N源、Ga源，完成沉积。

S24、在所述N型GaN层上沉积所述复合插入层：

在一种实施方式中，在所述N型GaN层上依次沉积所述SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层。

在一种实施方式中，在所述N型GaN层上沉积所述SiGaN纳米柱层包括以下步骤：

将反应室温度控制在1000℃-1020℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N₂和H₂作载气，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN外延层沉积；

再对所述SiGaN外延层进行刻蚀，得到若干个SiGaN纳米柱，完成所述SiGaN纳米柱层的沉积。

本发明采用物理干法刻蚀制备SiGaN纳米柱。所述SiGaN纳米柱可以使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术、电子束曝光(EBL)系统、电子束蒸镀系统、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统和湿法腐蚀(AZ400K腐蚀液)设备中的多种设备或系统组合而制得。

在一种实施方式中，在所述SiGaN纳米柱层上沉积所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括以下步骤：

先将反应室温度控制在950℃-1000℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN层沉积，再将Ga源和Si源关闭，继续通入N源和Al源完成Al_xN_1-x层沉积，交叠周期为3-8。

在一种实施方式中，在所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层上沉积所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层包括以下步骤：

将反应室压力控制在100Torr-300Torr，温度由950℃-1000℃渐变降低至850℃-900℃，通入N₂和H₂作载气，通入Ga源、In源和Al源完成沉积；

所述Al源的流量由200sccm-300sccm渐变减少至0；

所述In源的流量由0渐变增加至900sccm-1100sccm。

需要说明的是，本发明所述SiGaN纳米柱层的生长温度为1000℃-1020℃，较高的生长温度，可以得到缺陷少的纳米柱；所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层的生长温度为950℃-1000℃，如果生长温度太高，AlN容易出现裂纹；所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层的生长温度由950℃-1000℃渐变降低至850℃-900℃，温度渐变降低主要是由于低温有利于In原子的并入。

S25、在所述复合插入层上沉积所述多量子阱层：

在一种实施方式中，在所述复合插入层上依次重复层叠InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数3-15个。其中，所述InGaN量子阱层生长温度为700℃-800℃；所述AlGaN量子垒层生长温度为800℃-900℃。

S26、在所述多量子阱层上沉积所述电子阻挡层：

在一种实施方式中，所述电子阻挡层为Al_aGa_1-aN层和In_bGa_1-bN层交替生长的周期性结构。首先，控制反应室生长温度为900℃-1000℃，压力为100Torr-500Torr，通入N源、Ga源、Al源，完成沉积Al_aGa_1-aN层；

然后，关闭Al源，继续通入Ga源、N源，打开In源，完成沉积In_bGa_1-bN层。重复层叠生长3-15个周期完成电子阻挡层的沉积。

S27、在所述电子阻挡层上沉积所述P型GaN层：

在一种实施方式中，所述P型GaN层生长温度800℃-1000℃，生长压力100Torr-300Torr，Mg掺杂浓度5×10¹⁷cm^-3-1×10²⁰cm^-3。

相应地、本发明还提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上文所述的发光二极管外延片。

以上采用MOCVD设备、CVD设备或PVD设备完成沉积过程，本发明对沉积方法不作限定。

下面以具体实施例进一步说明本发明：

实施例1

本实施例提供一种发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层。

上述发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

S1、准备衬底；

S21、在所述衬底的正面沉积所述缓冲层：

控制反应室温度为1100℃，控制压力为400Torr，在H₂气氛下对衬底进行6min的高温退火，对衬底表面的颗粒和氧化物进行清洁。

然后，控制反应室温度为600℃，反应室压力为300Torr，通入N源、Ga源和Al源，沉积AlGaN缓冲层并控制厚度为30nm。

S22、在所述缓冲层上沉积所述本征GaN层：

将反应室温度控制在1100℃，压力300Torr，通入N源、Ga源，完成沉积并控制沉积厚度为400nm。

S23、在所述本征GaN层上沉积所述N型GaN层：

将反应室温度控制在1120℃，压力300Torr，通入Si源、N源、Ga源，完成沉积并控制沉积厚度为2μm，Si掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3；

S24、在所述N型GaN层上沉积所述复合插入层：

首先，在所述N型GaN层上沉积所述SiGaN纳米柱层，包括以下步骤：

将反应室温度控制在1020℃，压力控制在200Torr，通入N₂和H₂作载气，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN外延层沉积；再采用物理干法刻蚀对所述SiGaN外延层进行刻蚀，得到若干个SiGaN纳米柱，完成所述SiGaN纳米柱层的沉积。

所述SiGaN纳米柱直径为100nm，所述SiGaN纳米柱的高度为400nm；所述SiGaN纳米柱层中，Si掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3。

然后，在所述SiGaN纳米柱层上沉积所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括以下步骤：

先将反应室温度控制在1000℃，压力控制在200Torr，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN层沉积，再将Ga源和Si源关闭，继续通入N源和Al源完成Al_xN_1-x层沉积，重复层叠5个周期。

所述SiGaN层的厚度为15nm，所述Al_xN_1-x层的厚度为6nm，Si掺杂浓度为1×10¹⁶cm^-3，x为0.2。

最后，在所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层上沉积所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层，包括以下步骤：

将反应室压力控制在200Torr，温度由1000℃渐变降低至900℃，通入N₂和H₂作载气，通入Ga源、In源和Al源完成沉积；所述Al源的流量由200sccm渐变减少至0，所述In源的流量由0渐变增加至1000sccm。

所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层的厚度为300nm，且由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.2，z从0.2渐变减少至0。

S25、在所述复合插入层上沉积所述多量子阱层：

在所述复合插入层上依次重复层叠10个周期的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层。其中，所述InGaN量子阱层生长温度为795℃，厚度为3.5nm；所述AlGaN量子垒层生长温度为855℃，厚度为9.8nm。

S26、在所述多量子阱层上沉积所述电子阻挡层：

所述电子阻挡层为Al_aGa_1-aN层和In_bGa_1-bN层交替生长的周期性结构。控制反应室生长温度为900℃，压力为300Torr，通入N源、Ga源、Al源，完成沉积Al_aGa_1-aN层；然后，关闭Al源，继续通入Ga源、N源，打开In源，完成沉积In_bGa_1-bN层。a为0.1，b为0.3，重复层叠生长10个周期完成电子阻挡层的沉积并控制厚度为80nm。

S27、在所述电子阻挡层上沉积所述P型GaN层：

所述P型GaN层的生长温度为900℃；厚度250nm；生长压力200Torr；Mg掺杂浓度1×10²⁰cm^-3。

实施例2

本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1不同之处在于：所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层中x为0.1，所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.1，z从0.1渐变减少至0。其余均与实施例1相同。

实施例3

本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1不同之处在于：所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层中x为0.3，所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.15，z从0.15渐变减少至0。其余均与实施例1相同。

对比例1

本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1不同之处在于不设有复合插入层，其余均与实施例1相同。

以实施例1-实施例3和对比例1制得发光二极管外延片制作芯片进行性能测试，测试方法为使用相同芯片工艺条件将上述发光二极管外延片制备成10mil×24mil芯片，进行发光亮度测试，具体测试结果如表1所示。

表1为实施例1-实施例3和对比例1制得发光二极管外延片性能测试结果

由上述结果可知，所述复合插入层能够释放底层应力，避免应力累计到多量子阱区，减少了多量子阱内部缺陷，减少俄歇复合，减少多量子阱内部的压电极化，增加与多量子阱的晶格匹配，增加空穴和电子波函数的重合，并且减缓了电子的移动速率，增加电子的扩展面积，有效提升了发光效率，尤其是有效提升了小电流密度下的发光效率。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层，其中，x的取值范围为0.1-0.3，y的取值范围为0-0.2，z的取值范围为0-0.2。

2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述SiGaN纳米柱层中包括若干个SiGaN纳米柱，所述SiGaN纳米柱的直径为50nm-300nm，所述SiGaN纳米柱的高度为300nm-500nm；

所述SiGaN纳米柱层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁷cm^-3。

3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括交叠设置的SiGaN层和Al_xN_1-x层，交叠周期为3-8；

所述SiGaN层的厚度为10nm-20nm，所述Al_xN_1-x层的厚度为2nm-10nm；

所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层的厚度为50nm-100nm。

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层中，Si掺杂浓度为5×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁶cm^-3。

5.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层的厚度为100nm-400nm；

所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层中，由所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层至所述多量子阱层，y从0渐变增加至0.1-0.2，z从0.1-0.2渐变减少至0。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备衬底；

S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、复合插入层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层；

所述复合插入层包括依次层叠于所述N型GaN层上的SiGaN纳米柱层、SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层和In_yAl_zGa_1-y-zN填平层。

7.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述N型GaN层上沉积所述SiGaN纳米柱层包括以下步骤：

将反应室温度控制在1000℃-1020℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N₂和H₂作载气，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN外延层沉积；

再对所述SiGaN外延层进行刻蚀，得到若干个SiGaN纳米柱，完成所述SiGaN纳米柱层的沉积。

8.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述SiGaN纳米柱层上沉积所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层包括以下步骤：

先将反应室温度控制在950℃-1000℃，压力控制在100Torr-300Torr，通入N源、Ga源和Si源完成SiGaN层沉积，再将Ga源和Si源关闭，继续通入N源和Al源完成Al_xN_1-x层沉积，交叠周期3-8。

9.如权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述SiGaN/Al_xN_1-x超晶格层上沉积所述In_yAl_zGa_1-y-zN填平层包括以下步骤：

将反应室压力控制在100Torr-300Torr，温度由950℃-1000℃渐变降低至850℃-900℃，通入N₂和H₂作载气，通入Ga源、In源和Al源完成沉积；

所述Al源的流量由200sccm-300sccm渐变减少至0；

所述In源的流量由0渐变增加至900sccm-1100sccm。

10.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括如权利要求1-5中任一项所述的发光二极管外延片。

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