CN116344695A - 发光二极管外延片及其制备方法、led - 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备方法，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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。本发明提供的发光二极管外延片能够提升发光亮度波长分布的均匀性，并且释放底层应力，提升发光二级管的抗静电能力，提升发光效率。
Description
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、LED。
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。
现有发光二极管外延片结构包括：衬底、以及在所述衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层。发明人发现有以下问题：
传统的N型半导体层具有高浓度Si掺杂，生长温度和转速都相对很高，并且由于前面形核层和本征GaN层生长时累积的翘曲和应力，在N型半导体层生长时，翘曲应力很大，导致Si掺杂分布不均匀，晶格质量差等问题，从而引起工作电压分布不均匀和抗静电能力差的问题。并且缺陷和应力累积到多量子阱区，会成为非辐射复合中心，影响发光效率；
而且，电子移动速度过快，扩展能力差，而空穴相对移动速度慢，也导致电压分布不均匀，抗静电能差，发光效率和发光亮度均匀性受影响，并且容易发生电子溢流的问题。
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，其能够解决上述相关技术中的不足。
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，能够稳定制得发光效率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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。
在一种实施方式中，所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度；
所述第一SiInGaN层的In掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层的In掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层的In掺杂浓度；
所述第二SiInAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第三SiInAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第四SiAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第五SiAlGaN层的Al掺杂浓度。
优选地，所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-1×1021atoms/cm3；
所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1016atoms/cm3-1×1017atoms/cm3。
优选地，所述第一SiInGaN层的In掺杂浓度为1×102atoms/cm3-5×102atoms/cm3；
所述第二SiInAlGaN层的In掺杂浓度为5×10atoms/cm3-1×102atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的In掺杂浓度为1×10atoms/cm3-5×10atoms/cm3。
优选地，所述第二SiInAlGaN层的Al掺杂浓度为1×102atoms/cm3-1×103atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的Al掺杂浓度为1×103atoms/cm3-1×104atoms/cm3；
所述第四SiAlGaN层的Al掺杂浓度为1×104atoms/cm3-1×105atoms/cm3；
所述第五SiAlGaN层的Al掺杂浓度为1×105atoms/cm3-1×106atoms/cm3。
为解决上述问题，本发明提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
在所述本征GaN层上沉积N型半导体层，包括：
在所述本征GaN层上依次沉积第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层，得到所述N型半导体层。
在一种实施方式中，所述第一SiInGaN层的生长温度＜所述第二SiInAlGaN层的生长温度＜所述第三SiInAlGaN层的生长温度＜所述第四SiAlGaN层的生长温度＜所述第五SiAlGaN层的生长温度；
所述第一SiInGaN层的生长压力＞所述第二SiInAlGaN层的生长压力或所述第三SiInAlGaN层的生长压力或所述第四SiAlGaN层的生长压力或所述第五SiAlGaN层的生长压力。
优选地，所述第一SiInGaN层的生长温度为1000℃-1050℃；
所述第二SiInAlGaN层或所述第三SiInAlGaN层或所述第四SiAlGaN层的生长温度为1050℃-1100℃；
所述第五SiAlGaN层的生长温度为1100℃-1150℃。
优选地，所述第一SiInGaN层的生长压力为200torr-250torr；
所述第二SiInAlGaN层或所述第三SiInAlGaN层或所述第四SiAlGaN层或所述第五SiAlGaN层的生长压力为100torr-200torr。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的发光二极管外延片，其N型半导体层包括第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。所述N型半导体层能够通过势垒高度的变化，N型掺杂浓度的变化，减缓电流的流速并且保证电流的均匀传递，载流子也更容易扩展开来，从而降低二级管的工作电压，降低能耗，有效降低因载流子分布不均匀导致的抗静电能力差、提高发光二极管发光器件的抗静电能力，有效改善进入多量子阱层的电子扩展不好导致的发光亮度和波长不均匀的问题，提升发光亮度波长分布的均匀性；并且释放了底层应力，提升了底层的晶格质量，提升发光二级管的抗静电能力，提升了发光效率。
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。
其中：衬底1、形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7、第一SiInGaN层41、第二SiInAlGaN层42、第三SiInAlGaN层43、第四SiAlGaN层44和第五SiAlGaN层45。
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，“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。
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所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7；
所述N型半导体层4包括依次层叠于所述本征GaN层3上的第一SiInGaN层41、第二SiInAlGaN层42、第三SiInAlGaN层43、第四SiAlGaN层44和第五SiAlGaN层45。
在一种实施方式中，所述第一SiInGaN层41的Si掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层42的Si掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层43的Si掺杂浓度＞所述第四SiAlGaN层44的Si掺杂浓度＞所述第五SiAlGaN层45的Si掺杂浓度；优选地，所述第一SiInGaN层41的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-1×1021atoms/cm3；所述第二SiInAlGaN层42的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；所述第三SiInAlGaN层43的Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；所述第四SiAlGaN层44的Si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；所述第五SiAlGaN层45的Si掺杂浓度为1×1016atoms/cm3-1×1017atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述第一SiInGaN层41的In掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层42的In掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层43的In掺杂浓度；优选地，所述第一SiInGaN层41的In掺杂浓度为1×102atoms/cm3-5×102atoms/cm3；所述第二SiInAlGaN层42的In掺杂浓度为5×10atoms/cm3-1×102atoms/cm3；所述第三SiInAlGaN层43的In掺杂浓度为1×10atoms/cm3-5×10atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述第二SiInAlGaN层42的Al掺杂浓度＜所述第三SiInAlGaN层43的Al掺杂浓度＜所述第四SiAlGaN层44的Al掺杂浓度＜所述第五SiAlGaN层45的Al掺杂浓度。优选地，所述第二SiInAlGaN层42的Al掺杂浓度为1×102atoms/cm3-1×103atoms/cm3；所述第三SiInAlGaN层43的Al掺杂浓度为1×103atoms/cm3-1×104atoms/cm3；所述第四SiAlGaN层44的Al掺杂浓度为1×104atoms/cm3-1×105atoms/cm3；所述第五SiAlGaN层45的Al掺杂浓度为1×105atoms/cm3-1×106atoms/cm3。
需要说明的是，本发明提出的所述N型半岛体层的五个子层势垒梯度升高，越靠近所述多量子阱层5的子层的Al含量越高且In含量低，从而势垒越高；越远离所述多量子阱层5的子层的Al含量低且In含量高，从而势垒越低。这样梯度的势垒变化，使得电子从低势垒流向高势垒层迁移，减缓电流的迁移率并且保证电流的均匀传递，载流子也更容易扩展开来，从而降低二级管的工作电压，降低能耗，有效降低因载流子分布不均匀导致的抗静电能力差、提高发光二极管发光器件的抗静电能力，有效改善进入多量子阱层5的电子扩展不好导致的发光亮度和波长不均匀的问题，提升发光亮度波长分布的均匀性。并且，Si浓度的梯度减少，也有利于电子的扩展。
并且，在Si掺杂浓度越高的子层，In组分相对较多，In原子较大，可以提供张应力，缓解底层翘曲，避免因为N型半导体层4翘曲过大而导致的Si分布不均匀现象。越靠近所述多量子阱层5的子层的Al组分越高，Al原子的晶格常数越小，Al原子和N原子之间共价键的强度远大于Ga原子和N原子之间共价键的强度，维持GaN晶格的完整性，减少缺陷的产生，所以使得越靠近所述多量子阱层5的子层的晶格质量越好。前期生长所产生的位错缺陷在逐层的晶格变小过程中逐渐湮灭和扭曲。
所述N型半导体层4除掺杂梯度特点之外，本发明提供的发光二极管外延片还有如下特点：
优选地，所述形核层2的厚度为20nm-100nm；所述本征GaN层3的厚度为300nm-800nm；所述N型半导体层4的厚度为1μm-3μm；所述多量子阱层5为量子阱层和量子垒层组成的周期性复合结构，所述单个量子阱层的厚度为2nm-5nm，所述单个量子垒层的厚度为6nm-15nm；所述电子阻挡层6为AlaGa1-aN和InbGa1-bN交替生长的周期性结构，a的取值范围为0.05-0.2，b的取值范围为0.1-0.5，电子阻挡层6厚度为20nm-100nm；P型半导体层7的厚度为200nm-300nm，Mg的掺杂浓度为5×1017atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。
综上，本发明提供的所述N型半导体层4能够通过势垒高度的变化，N型掺杂浓度的变化，减缓电流的流速并且保证电流的均匀传递，载流子也更容易扩展开来，从而降低二级管的工作电压，降低能耗，有效降低因载流子分布不均匀导致的抗静电能力差、提高发光二极管发光器件的抗静电能力，有效改善进入多量子阱层5的电子扩展不好导致的发光亮度和波长不均匀的问题，提升发光亮度波长分布的均匀性；并且释放了底层应力，提升了底层的晶格质量，提升发光二级管的抗静电能力，提升了发光效率。
相应地，本发明提供了一种发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底1；
在一种实施方式中，所述衬底1选用蓝宝石衬底1；控制反应室温度为1000℃-1200℃，控制反应室压力为200torr-600torr，在H2气氛下对衬底1进行5min-8min的高温退火。上述操作对衬底1表面的颗粒和氧化物进行清洁。
S2、在所述衬底1上依次沉积形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7。
在一种实施方式中，步骤S2包括以下步骤：
S21、在衬底1上生长形核层2。
优选地，所述形核层2的材料为AlGaN或AlN。本层主要用于提供晶种，缓解衬底1和外延层的晶格失配，提升外延片晶格质量；控制反应室温度为500℃-700℃，反应室压力为200torr-400torr，通入NH3提供N源，N2和H2做载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，生长AlGaN作为形核层2。
S22、在形核层2上生长本征GaN层3。
优选地，将反应室的温度控制在1100℃-1150℃，压力为100torr-500torr；通入NH3作为N源，N2和H2做载气，通入TMGa作为Ga源，生长本征GaN层3。
S23、在本征GaN层3上沉积N型半导体层4，包括：
在所述本征GaN层3上依次沉积第一SiInGaN层41、第二SiInAlGaN层42、第三SiInAlGaN层43、第四SiAlGaN层44和第五SiAlGaN层45，得到所述N型半导体层4。
在一种实施方式中，所述第一SiInGaN层41的生长温度＜所述第二SiInAlGaN层42的生长温度＜所述第三SiInAlGaN层43的生长温度＜所述第四SiAlGaN层44的生长温度＜所述第五SiAlGaN层45的生长温度；所述第一SiInGaN层41的生长压力＞所述第二SiInAlGaN层42的生长压力或所述第三SiInAlGaN层43的生长压力或所述第四SiAlGaN层44的生长压力或所述第五SiAlGaN层45的生长压力。优选地，所述第一SiInGaN层41的生长温度为1000℃-1050℃；所述第二SiInAlGaN层42或所述第三SiInAlGaN层43或所述第四SiAlGaN层44的生长温度为1050℃-1100℃；所述第五SiAlGaN层45的生长温度为1100℃-1150℃。优选地，所述第一SiInGaN层41的生长压力为200torr-250torr；所述第二SiInAlGaN层42或所述第三SiInAlGaN层43或所述第四SiAlGaN层44或所述第五SiAlGaN层45的生长压力为100torr-200torr。
需要说明的是，所述N型半导体层4的五个子层中，越靠近多量子阱层5的子层的生长温度越高，越靠近多量子阱层5的子层的生长压力较低，并且靠近多量子阱层5的子层的Al组分相对较高，生长压力较低，低压可以降低Al元素预反应，保证Al元素与N元素以及N元素之间的稳定反应，提升N型半导体层4的晶格质量，提升发光二级管的抗静电能力，并且减少缺陷进入多量子阱区，成为非辐射复合中心，影响发光效率。
更佳地，上述五个子层由下述方法制得：
(1)生长第一SiInGaN层41：控制反应室温度为1060℃，生长压力控制为200Torr，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，SiH4作为Si源，生长厚度为0.6μm的第一SiInGaN层41。
(2)生长第二SiInAlGaN层42：控制反应室温度为1080℃，生长压力控制为100Torr，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入TMAl作为Al源，SiH4作为Si源，生长厚度为0.6μm的第二SiInAlGaN层42；
(3)生长第三SiInAlGaN层43：控制反应室温度为1100℃，生长压力控制为100Torr，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMIn作为In源，通入TMAl作为Al源，SiH4作为Si源，生长厚度为0.6μm的第三SiInAlGaN层43；
(4)生长第四SiAlGaN层44：控制反应室温度为1120℃，生长压力控制为100Torr，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，SiH4作为Si源，生长厚度为0.6μm的第四SiAlGaN层44；
(5)生长第五SiAlGaN层45：控制反应室温度为1140℃，生长压力控制为100Torr，通入NH3作为N源，N2和H2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源，SiH4作为Si源，生长厚度为0.6μm的第五SiAlGaN层45。
S24、在N型半导体层4上生长的多量子阱层5。
多量子阱层5为发光二极管发光的核心结构。优选地，所述多量子阱层5是由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构，所述多量子阱层5的周期数为3-15；
多量子阱层5生长过程中，控制反应室压力为100torr-500torr；先生长所述量子阱层，控制反应室温度为700℃-800℃，载气为N2，H2关闭，NH3提供N源，通入TEGa作为Ga源，通入TMIn作为In源；再生长所述量子垒层，控制反应室温度为800℃-900℃，关闭In源，用H2和N2做载气，通入TEGa作为Ga源；量子阱层和量子垒层重复层叠周期性生长。
S25、在多量子阱层5上生长电子阻挡层6。
优选地，所述电子阻挡层6为AlaGa1-aN和InbGa1-bN交替生长的周期性结构，a的取值范围为0.05-0.2，b的取值范围为0.1-0.5，周期数为3-15。
首先，控制反应室生长温度为900℃-1000℃，压力为100torr-500torr，其中，N源为NH3，Ga源可为TMGa，Al源可为TMAl，沉积AlaGa1-aN层；然后，关闭Al源，继续通入Ga源，打开In源，沉积InbGa1-bN层；AlaGa1-aN层和InbGa1-bN层重复层叠生长。
S26、在电子阻挡层6上生长P型半导体层7。
优选地，所述掺杂Mg的P型半导体层7生长温度为800℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr，通入NH3做为N源，Ga源可以为TMGa，通入CP2Mg作为P型掺杂剂，生长出掺Mg的GaN层。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的发光二极管外延片。所述LED的光电效率得到有效提升，且其他项电学性能良好。
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。
所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度为5×1020atoms/cm3，In掺杂浓度为3×102atoms/cm3；生长温度为1060℃；生长压力为200torr。
所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为5×1019atoms/cm3，In掺杂浓度为8×10atoms/cm3，Al掺杂浓度为5×102atoms/cm3；生长温度为1080℃；生长压力为100torr。
所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为5×1018atoms/cm3，In掺杂浓度为3×10atoms/cm3，Al掺杂浓度为5×103atoms/cm3；生长温度为1100℃；生长压力为100torr。
所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度为5×1017atoms/cm3，Al掺杂浓度为5×104atoms/cm3；生长温度为1120℃；生长压力为100torr。
所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度为5×1016atoms/cm3，Al掺杂浓度为5×105atoms/cm3；生长温度为1140℃；生长压力为100torr。
实施例2
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。
所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，In掺杂浓度为1×102atoms/cm3；生长温度为1060℃；生长压力为200torr。
所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3，In掺杂浓度为1×10atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×102atoms/cm3；生长温度为1080℃；生长压力为100torr。
所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，In掺杂浓度为1×10atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×103atoms/cm3；生长温度为1100℃；生长压力为100torr。
所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×104atoms/cm3；生长温度为1120℃；生长压力为100torr。
所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1016atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×105atoms/cm3；生长温度为1140℃；生长压力为100torr。
实施例3
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。
所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度为1×1021atoms/cm3，In掺杂浓度为5×102atoms/cm3；生长温度为1060℃；生长压力为200torr。
所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，In掺杂浓度为100atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×103atoms/cm3；生长温度为1080℃；生长压力为100torr。
所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3，In掺杂浓度为5×10atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×104atoms/cm3；生长温度为1100℃；生长压力为100torr。
所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×105atoms/cm3；生长温度为1120℃；生长压力为100torr。
所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3，Al掺杂浓度为1×106atoms/cm3；生长温度为1140℃；生长压力为100torr。
对比例1
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N型半导体层不设有第一SiInGaN层。其余均与实施例1相同。
对比例2
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N型半导体层不设有第二SiInAlGaN层。其余均与实施例1相同。
对比例3
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于所述N型半导体层不设有第三SiInAlGaN层。其余均与实施例1相同。
对比例4
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N型半导体层不设有第四SiAlGaN层。其余均与实施例1相同。
对比例5
本实施例提供一种发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：所述N型半导体层不设有第五SiAlGaN层。其余均与实施例1相同。
对比例6
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；所述N型半导体层为Mg掺杂的GaN层。
以实施例1-实施例3和对比例1-对比例6制得发光二极管外延片使用相同芯片工艺条件制备成10*24mil的芯片，分别抽取300颗LED芯片，测试芯片的光电性能，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-对比例6制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，使用本发明提出的外延结构制备得到的发光二极管的发光效率、工作电压、抗静电能力、电压和亮度分布均匀性，都明显优于对比例。本发明提供的发光二极管外延片，其N型半导体层包括第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。所述N型半导体层能够通过势垒高度的变化，N型掺杂浓度的变化，减缓电流的流速并且保证电流的均匀传递，载流子也更容易扩展开来，从而降低二级管的工作电压，降低能耗，有效降低因载流子分布不均匀导致的抗静电能力差、提高发光二极管发光器件的抗静电能力，有效改善进入多量子阱层的电子扩展不好导致的发光亮度和波长不均匀的问题，提升发光亮度波长分布的均匀性；并且释放了底层应力，提升了底层的晶格质量，提升发光二级管的抗静电能力，提升了发光效率。
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
所述N型半导体层包括依次层叠于所述本征GaN层上的第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层。
2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度＞所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度；
所述第一SiInGaN层的In掺杂浓度＞所述第二SiInAlGaN层的In掺杂浓度＞所述第三SiInAlGaN层的In掺杂浓度；
所述第二SiInAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第三SiInAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第四SiAlGaN层的Al掺杂浓度＜所述第五SiAlGaN层的Al掺杂浓度。
3.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一SiInGaN层的Si掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-1×1021atoms/cm3；
所述第二SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3；
所述第四SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1017atoms/cm3-1×1018atoms/cm3；
所述第五SiAlGaN层的Si掺杂浓度为1×1016atoms/cm3-1×1017atoms/cm3。
4.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一SiInGaN层的In掺杂浓度为1×102atoms/cm3-5×102atoms/cm3；
所述第二SiInAlGaN层的In掺杂浓度为5×10atoms/cm3-1×102atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的In掺杂浓度为1×10atoms/cm3-5×10atoms/cm3。
5.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二SiInAlGaN层的Al掺杂浓度为1×102atoms/cm3-1×103atoms/cm3；
所述第三SiInAlGaN层的Al掺杂浓度为1×103atoms/cm3-1×104atoms/cm3；
所述第四SiAlGaN层的Al掺杂浓度为1×104atoms/cm3-1×105atoms/cm3；
所述第五SiAlGaN层的Al掺杂浓度为1×105atoms/cm3-1×106atoms/cm3。
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形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层；
在所述本征GaN层上沉积N型半导体层，包括：
在所述本征GaN层上依次沉积第一SiInGaN层、第二SiInAlGaN层、第三SiInAlGaN层、第四SiAlGaN层和第五SiAlGaN层，得到所述N型半导体层。
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，所述第一SiInGaN层的生长温度＜所述第二SiInAlGaN层的生长温度＜所述第三SiInAlGaN层的生长温度＜所述第四SiAlGaN层的生长温度＜所述第五SiAlGaN层的生长温度；
所述第一SiInGaN层的生长压力＞所述第二SiInAlGaN层的生长压力或所述第三SiInAlGaN层的生长压力或所述第四SiAlGaN层的生长压力或所述第五SiAlGaN层的生长压力。
8.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一SiInGaN层的生长温度为1000℃-1050℃；
所述第二SiInAlGaN层或所述第三SiInAlGaN层或所述第四SiAlGaN层的生长温度为1050℃-1100℃；
所述第五SiAlGaN层的生长温度为1100℃-1150℃。
9.如权利要求7所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一SiInGaN层的生长压力为200torr-250torr；
所述第二SiInAlGaN层或所述第三SiInAlGaN层或所述第四SiAlGaN层或所述第五SiAlGaN层的生长压力为100torr-200torr。
10.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1-5任一项所述的发光二极管外延片。
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