CN109802020B - 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
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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缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个所述GaN垒层之间设有InGaN阱层，所述BInGaN层为BxIn1.5xGa1‑2.5xN层，0.1≤x≤0.3。
Description
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缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)层、电子阻挡层、P型GaN层和接触层。当有电流注入GaN基LED时，N型GaN层等N型区的电子和P型GaN层等P型区的空穴进入MQW有源区并且复合，发出可见光。其中，MQW层一般是采用InGaN阱层和GaN垒层交替生长的周期结构。
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：当注入GaN基LED的电流密度超过一定值(低于LED的额定电流)时，GaN基LED将发生量子效率随着注入电流的增大，从上升转为下降的现象，即droop效应。
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，能够降低电子的溢流，增强空穴的注入，改善LED器件在大电流密度下的droop效应。
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缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个所述GaN垒层之间设有InGaN阱层，所述BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3。
可选地，所述BInGaN层为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，P型掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。
可选地，所述BInGaN层中的B组分含量自所述低温应力释放层到所述多量子阱层的方向逐渐增大。
可选地，所述BInGaN层的厚度为6～12nm。
可选地，所述发光二极管外延片还包括BInAlN层，所述BInAlN层位于所述多量子阱层和所述低温P型GaN层之间，所述BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。
可选地，所述BInAlN层中的B组分含量自所述多量子阱层到所述低温P型GaN层的方向逐渐减小。
可选地，所述BInAlN层的厚度为6～12nm。
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缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个所述GaN垒层之间设有InGaN阱层，所述BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3。
可选地，所述发光二极管外延片还包括BInAlN层，所述BInAlN层位于所述多量子阱层和所述低温P型GaN层之间，所述BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。
可选地，所述GaN垒层的生长温度为850～950℃，所述BInGaN层的生长温度逐渐降低，所述BInAlN层的生长温度逐渐升高，所述BInGaN层和所述BInAlN层的生长温度分别为900～1100℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在低温应力释放层与多量子阱层之间增设BInGaN层，当BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层且0.1≤x≤0.3时，这时BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配；由于MQW附近的内建电场主要是由于InGaN阱层和GaN垒层之间晶格不匹配导致极化电荷产生的极化电场，极化电场能使能带弯曲，而在BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配后，BInGaN层与GaN垒层之间的能带较为平坦，应力较小，因此，BInGaN层能够调整MQW附近的内建电场，降低极化效应，以提高最靠近N型层的阱区的空穴的注入效率，进而改善了droop效应，提高电子和空穴的辐射复合效率。
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BInGaN层与BInAlN层分别对应的电子势垒的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的BInGaN层的结构示意图；
图4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5是本发明实施例提供的BInAlN层的结构示意图；
图6和图7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。
为了便于理解本发明实施例提供的技术方案，首先介绍一下LED的droop效应。LED的droop效应是指向LED芯片输入较大电力时LED的光效反而会降低的现象。产生droop效应的原因有很多，主要有饿歇复合、非平衡载流子复合、线位错、载流子局域化效应、电子溢出、以及极化效应(内建电场)引起的载流子(电子和空穴)不对称迁移。其中，在极化效应引起的载流子不对称迁移中，尤其是靠近P型层的最后几个阱中的电子浓度不足和靠近N型层前几个阱的空穴浓度不足，从而导致了电子和空穴的不对称分布注入，降低了电子和空穴的辐射复合，导致droop效应。基于此，本发明实施例提供的技术方案将改善极化效应引起的载流子不对称迁移，从而改善droop效应。
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上顺次沉积的缓冲层2、非掺杂GaN层3、N型掺杂GaN层4、低温应力释放层5、BInGaN层6、多量子阱层7、低温P型GaN层9、电子阻挡层10、高温P型GaN层11和P型接触层12。多量子阱层7包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个GaN垒层之间设有InGaN阱层。BInGaN层6为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3。
具体地，BInGaN层6与多量子阱层7中的一个GaN垒层接触。通过在低温应力释放层5与多量子阱层7之间增设BInGaN层6，当BInGaN层6为BxIn1.5xGa1-2.5xN层且0.1≤x≤0.3时，这时BInGaN层6与GaN垒层的晶格相匹配；由于MQW附近的内建电场主要是由于InGaN阱层和GaN垒层之间晶格不匹配导致极化电荷产生的极化电场，极化电场能使能带弯曲，而在BInGaN层6与GaN垒层的晶格相匹配后，BInGaN层6与GaN垒层之间的能带较为平坦，应力较小，因此，BInGaN层6能够调整MQW附近的内建电场，降低极化效应，以提高最靠近N型层的阱区的空穴的注入效率，进而改善了droop效应，提高了电子和空穴的辐射复合效率。同时，在此B/In配比下，BInGaN层6相对GaN垒层形成了新的电子势垒，减缓了电子在量子阱有源区的快速传输，有利于多量子阱捕获电子，减少了电子往N型区的溢出，进一步提高电子和空穴的辐射复合效率。
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，缓冲层2可以是AlN缓冲层，厚度可以是15至35nm。
示例性地，非掺杂GaN层3的厚度为1至3微米。
示例性地，N型掺杂GaN层4的厚度为1至2微米。
示例性地，低温应力释放层5包括若干交替层叠的InGaN子层和GaN子层，其整层厚度为100至120nm。
示例性地，BInGaN层6为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，P型掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。其中，P型掺杂剂可以是Mg，Mg掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。
通过BInGaN层6为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，这一P型新结构提供了另一种电子的消耗与重组的方式，随着P型掺杂的引入，BInGaN层6可以提供空穴消耗部分电子，延长电子注入有源层的时间，由于空穴的迁移率远低于电子的迁移率，因而这将为P型层提供的空穴注入到有源层争取时间，从而提高电子与空穴的复合效率。同时，传统LED为PIN结，而P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层为PIPN结，PIPN结内建电场的强度小于PIN结内建电场的强度，而LED内建电场与载流子迁移方向相反，内建电场强度的减少将有利于减轻内建电场对载流子迁移的阻碍作用，因此比传统LED更有利于空穴的注入，改善droop效应。
示例性地，BInGaN层6中的B组分含量自低温应力释放层5到多量子阱层7的方向逐渐增大。通过BInGaN层6中的B组分含量逐级递增的方式，参见图2，在N型层和多量子阱层7之间形成了一种逐级递增的电子势垒，这大大减缓了电子的传输热速率，有利于提高电子在量子阱有源区被捕获的概率，从而减少了电子溢出到P层。
基于BInGaN层6中的B组分含量逐级递增的方式，示例性地，BInGaN层6包括3～6个层叠的、且B组分含量逐层递增的BInGaN子层，各个BInGaN子层的厚度可以为2nm。优选地，参见图2和图3，BInGaN层6包括5个层叠的、且B组分含量逐层递增的BInGaN子层：B0.1In0.15Ga0.75N子层61、B0.15In0.225Ga0.625N子层62、B0.2In0.3Ga0.5N子层63、B0.25In0.375Ga0.375N子层64、以及B0.3In0.45Ga0.25N子层65。其中，B0.3In0.45Ga0.25N子层65与多量子阱层7中的第一个GaN垒层71的晶格最匹配，这样，在B0.3In0.45Ga0.25N子层65与多量子阱层7中的第一个GaN垒层71接触时，BInGaN层6与第一个GaN垒层71之间的能带较为平坦，应力较小。
示例性地，BInGaN层6的厚度为6～12nm。优选地，BInGaN层6的厚度为10nm。BInGaN层6的厚度较薄，有利于减小整个LED芯片的厚度，使得LED芯片适用更多的场景。
示例性地，多量子阱层7中，InGaN阱层的厚度为2至4nm，GaN垒层的厚度为10至20nm。
示例性地，参见图4，发光二极管外延片还包括BInAlN层8，BInAlN层8位于多量子阱层7和低温P型GaN层9之间，BInAlN层8为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。
具体地，BInAlN层8与多量子阱中最后一个GaN垒层72接触。通过在多量子阱层7与低温P型GaN层9之间增设BInAlN层8，当BInAlN层8为ByIn1.5yAl1-2.5yN层且0.05≤y≤0.15时，此时的B/In/Al之间的摩尔比可以形成一种导带带隙较高的电子势垒，同时价带带隙较低的空穴势垒，这种异质结势垒有利于更好的阻挡电子溢出至P型区和提高空穴注入至有源区，从而进一步改善了droop效应，提高电子和空穴的注入效率。
示例性地，BInAlN层8中的B组分含量自多量子阱层7到低温P型GaN层9的方向逐渐减小。通过BInAlN层8中B组分含量逐渐减小的方式，参见图2，能够在多量子阱层7和低温P型GaN层9之间形成了一种逐级递减的电子势垒，这大大减小了空穴从P层传输至多量子阱的障碍。
基于BInAlN层8中B组分含量逐渐减小的方式，示例性地，BInAlN层8包括3～6个层叠、且B组分含量逐层减小的BAlInN子层，各个BAlInN子层的厚度可以为2nm。优选地，参见图2和图5，BInAlN层8包括5个层叠、且B组分含量逐层减小的BAlInN子层：B0.15Al0.225Ga0.625N子层81、B0.125Al0.1875Ga0.6875N子层82、B0.1Al0.15Ga0.75N子层83、B0.075Al0.1125Ga0.8125N子层84、以及B0.05In0.075Al0.875N子层85。其中，B0.15Al0.225Ga0.625N子层81和多量子阱层7的最后一个GaN垒层72接触，两者之间能够形成更高的电子有效势垒和较低的空穴有效势垒，这不仅增强了阻挡电子的能力而且有利于空穴注入到多量子阱有源区。
示例性地，BInAlN层8的厚度为6～12nm。优选地，BInAlN层8的厚度为10nm。BInAlN层8的厚度较薄，有利于减小整个LED芯片的厚度，使得LED芯片适用更多的场景。
示例性地，低温P型GaN层9的厚度为200-400nm；电子阻挡层10为AlGaN层，厚度可以是20nm至100nm；高温P型GaN层11的厚度为100nm～300nm；P型接触层12为GaN或者InGaN层，其厚度为50nm至100nm。
图6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6，该方法流程包括如下步骤。
步骤101、提供衬底。
步骤102、在衬底上顺次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层。
其中，多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个GaN垒层之间设有InGaN阱层，BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3
其中，可以采用图6示出的方法制备得到图1或图4示出的发光二极管外延片。
本发明实施例通过在低温应力释放层与多量子阱层之间增设BInGaN层，当BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层且0.1≤x≤0.3时，这时BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配；由于MQW附近的内建电场主要是由于InGaN阱层和GaN垒层之间晶格不匹配导致极化电荷产生的极化电场，极化电场能使能带弯曲，而在BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配后，BInGaN层与GaN垒层之间的能带较为平坦，应力较小，因此，BInGaN层能够调整MQW附近的内建电场，降低极化效应，以提高最靠近N型层的阱区的空穴的注入效率，进而改善了droop效应，提高电子和空穴的辐射复合效率。
图7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7示出的方法制备得到图1或图4示出的发光二极管外延片。参见图7，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。
其中，退火处理方式取决于缓冲层的生长方式。当采用PVD(Physical VaporDeposition，物理气相沉积)方法沉积缓冲层时，退火处理方式包括：将衬底放置到PVD设备的反应腔内，并对反应腔进行抽真空，抽真空的同时开始对蓝宝石衬底进行加热升温。当本底真空抽至低于1*10-7Torr时，将加热温度稳定在350～750℃，对蓝宝石衬底进行烘烤，烘烤时间为2～12分钟。当采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法沉积缓冲层时，退火处理方式包括：将衬底放置到MOCVD设备的反应腔内，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1100℃之间，压力在200torr-500torr之间，然后进行氮化处理。
步骤203、在衬底上沉积缓冲层。
其中，缓冲层可以是GaN缓冲层，也可以是AlN缓冲层。
当缓冲层是GaN缓冲层时，采用MOCVD方法生长缓冲层，包括：首先，将MOCVD设备的反应腔内温度调整至400℃-600℃，生长15至35nm厚的GaN缓冲层，生长压力区间为200Torr-600Torr。其次，缓冲层原位退火处理，温度在1000℃-1200℃，时间在5分钟至10分钟之间，压力为400Torr-600Torr。
当缓冲层是AlN缓冲层时，采用PVD方法生长缓冲层，包括：将PVD设备的反应腔内温度调整至400-700℃，调整溅射功率为3000～5000W，调整压力为1～10torr，生长15至35nm厚的AlN缓冲层。
需要说明的是，外延层中的非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、BInAlN层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层均可以采用MOCVD方法生长。在具体实现时，通常是将衬底放在石墨托盘上送入MOCVD设备的反应腔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腔内的温度和压力。具体地，采用三甲基镓或三甲基乙作为镓源，高纯氮气作为氮源，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204、在缓冲层上沉积非掺杂GaN层。
示例性地，非掺杂GaN层的生长温度为1000℃-1150℃，生长厚度在1至3微米之间，生长压力在100Torr至200Torr之间。
步骤205、在非掺杂GaN层上沉积N型掺杂GaN层。
示例性地，N型GaN层的厚度在1-2微米之间，生长温度在1100℃-1150℃，生长压力在200Torr左右，Si掺杂浓度在1×1018cm-3-5×1019cm-3之间。
步骤206、在N型掺杂GaN层上沉积低温应力释放层。
示例性地，低温应力释放层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、2～10个周期的InGaN/GaN周期性结构、以及第二N型GaN子层的厚度依次为50nm、2nm/20nm、40nm。生长温度为800-900℃，生长压力为100-500Torr。
步骤207、在低温应力释放层上沉积BInGaN层。
其中，BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3。具体地，BInGaN层与多量子阱层中的一个GaN垒层接触。通过在低温应力释放层与多量子阱层7之间增设BInGaN层，当BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层且0.1≤x≤0.3时，这时BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配；由于MQW附近的内建电场主要是由于InGaN阱层和GaN垒层之间晶格不匹配导致极化电荷产生的极化电场，极化电场能使能带弯曲，而在BInGaN层与GaN垒层的晶格相匹配后，BInGaN层与GaN垒层之间的能带较为平坦，应力较小，因此，BInGaN层能够调整MQW附近的内建电场，降低极化效应，以提高最靠近N型层的阱区的空穴的注入效率，进而改善了droop效应，提高了电子和空穴的辐射复合效率。同时，在此B/In配比下，BInGaN层相对GaN垒层形成了新的电子势垒，减缓了电子在量子阱有源区的快速传输，有利于多量子阱捕获电子，减少了电子往N型区的溢出，进一步提高电子和空穴的辐射复合效率。
其中，BInGaN层的生长温度逐渐降低，BInGaN层的生长温度为900～1100℃。示例性地，BInGaN层的最低生长温度与多量子阱中第一个GaN垒层的生长温度相同。例如，在生长过程中，多量子阱中第一个GaN垒层的生长温度为900℃，BInGaN层的生长温度顺次为1100℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃。这时，最后一部分BInGaN层的生长温度与多量子阱中第一个GaN垒层的生长温度相同，一方面，这种由高到低的生长模式一方面有利于保证BInGaN层的晶体质量，不会因为温度过低而导致晶体质量较差，另一方面，最后一部分BInGaN层需要在较低的温度下形成一定的B/In配比，进而形成与多量子阱中第一个GaN垒层晶格相匹配的异质结结构，而逐渐降低的生长温度且最后一个子层与多量子阱中第一个GaN垒层的生长温度相同有利于这一晶格匹配的异质结结构的形成。
示例性地，BInGaN层的生长压力逐渐升高，BInGaN层的生长压力为200～500torr。例如，BInGaN层的生长压力从200torr逐渐升高至500torr。BInGaN层的生长压力逐渐升高，有利于B的逐渐并入，压力越高，B的并入量越大。
示例性地，BInGaN层为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，P型掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。其中，P型掺杂剂可以是Mg，Mg掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3。
通过BInGaN层为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，这一P型新结构提供了另一种电子的消耗与重组的方式，随着P型掺杂的引入，BInGaN层可以提供空穴消耗部分电子，延长电子注入有源层的时间，由于空穴的迁移率远低于电子的迁移率，因而这将为P型层提供的空穴注入到有源层争取时间，从而提高电子与空穴的复合效率。同时，传统LED为PIN结，而P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层为PIPN结，PIPN结内建电场的强度小于PIN结内建电场的强度，而LED内建电场与载流子迁移方向相反，内建电场强度的减少将有利于减轻内建电场对载流子迁移的阻碍作用，因此比传统LED更有利于空穴的注入，改善droop效应。
示例性地，BInGaN层中的B组分含量自低温应力释放层到多量子阱层的方向逐渐增大。通过BInGaN层中的B组分含量逐级递增的方式，在N型层和多量子阱层之间形成了一种逐级递增的电子势垒，这大大减缓了电子的传输热速率，有利于提高电子在量子阱有源区被捕获的概率，从而减少了电子溢出到P层。
基于BInGaN层中的B组分含量逐级递增的方式，示例性地，参见图3，BInGaN层6包括3～6个层叠的、且B组分含量逐层递增的BInGaN子层，各个BInGaN子层的厚度可以为2nm。优选地，BInGaN层6包括5个层叠的、且B组分含量逐层递增的BInGaN子层：B0.1In0.15Ga0.75N子层61、B0.15In0.225Ga0.625N子层62、B0.2In0.3Ga0.5N子层63、B0.25In0.375Ga0.375N子层64、以及B0.3In0.45Ga0.25N子层65。其中，B0.3In0.45Ga0.25N子层65与多量子阱层7中的第一个GaN垒层71的晶格最匹配，这样，在B0.3In0.45Ga0.25N子层65与多量子阱层7中的第一个GaN垒层71接触时，BInGaN层6与第一个GaN垒层71之间的能带较为平坦，应力较小。
示例性地，BInGaN层的厚度为6～12nm。优选地，BInGaN层的厚度为10nm。BInGaN层的厚度较薄，有利于减小整个LED芯片的厚度，使得LED芯片适用更多的场景。
步骤208、在BInGaN层上生长多量子阱层。
其中，多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个GaN垒层之间设有InGaN阱层。示例性地，多量子阱层包括5～12个InGaN阱层和5～12个GaN垒层。其中，InGaN阱层的厚度为2-4nm，生长温度为740-840℃，生长压力为100-500Torr；GaN垒层的厚度为10～20nm，生长温度为850-950℃，生长压力为100-500Torr。
步骤209、在多量子阱层上生长BInAlN层。
其中，BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。具体地，BInAlN层与多量子阱中最后一个GaN垒层接触。通过在多量子阱层与低温P型GaN层之间增设BInAlN层，当BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层且0.05≤y≤0.15时，此时的B/In/Al之间的摩尔比可以形成一种导带带隙较高的电子势垒，同时价带带隙较低的空穴势垒，这种异质结势垒有利于更好的阻挡电子溢出至P型区和提高空穴注入至有源区，从而进一步改善了droop效应，提高电子和空穴的注入效率。
其中，BInAlN层的生长温度逐渐升高，BInAlN层的生长温度为900～1100℃。示例性地，BInAlN层的最低生长温度与多量子阱中最后一个GaN垒层的生长温度相同。例如，在生长过程中，多量子阱中最后一个GaN垒层的生长温度为900℃，BInAlN层的生长温度顺次为900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃。这种由低到高的生长模式一方面有利于减少高温生长对多量子阱有源区的破坏，且与多量子阱中最后一个GaN垒层相结合的BInAlN层同样需要一定的B/Al/In比形成较高的电子势垒和空穴势垒，温度较高不利于这一结构的形成，另一方面，BInAlN层由低到高的生长方式也有利于保证BInAlN层的晶体质量。
其中，BInAlN层的生长压力逐渐降低，BInAlN层的生长压力为200～500torr。例如，BInAlN层的生长压力从500torr逐渐下降到200torr。
示例性地，BInAlN层中的B组分含量自多量子阱层到低温P型GaN层的方向逐渐减小。通过BInAlN层中B组分含量逐渐减小的方式，能够在多量子阱层和低温P型GaN层之间形成了一种逐级递减的电子势垒，这大大减小了空穴从P层传输至多量子阱的障碍。
基于BInAlN层中B组分含量逐渐减小的方式，示例性地，参见图4，BInAlN层8包括3～6个层叠、且B组分含量逐层减小的BAlInN子层，各个BAlInN子层的厚度可以为2nm。优选地，BInAlN层8包括5个层叠、且B组分含量逐层减小的BAlInN子层：B0.15Al0.225Ga0.625N子层81、B0.125Al0.1875Ga0.6875N子层82、B0.1Al0.15Ga0.75N子层83、B0.075Al0.1125Ga0.8125N子层84、以及B0.05In0.075Al0.875N子层85。其中，B0.15Al0.225Ga0.625N子层81和多量子阱层7的最后一个GaN垒层72接触，两者之间能够形成更高的电子有效势垒和较低的空穴有效势垒，这不仅增强了阻挡电子的能力而且有利于空穴注入到多量子阱有源区。
示例性地，BInAlN层的厚度为6～12nm。优选地，BInAlN层的厚度为10nm。BInAlN层的厚度较薄，有利于减小整个LED芯片的厚度，使得LED芯片适用更多的场景。
步骤210、在BInAlN层上生长低温P型GaN层。
示例性地，低温P型GaN层的厚度为200-400nm，生长温度为700-800℃，生长压力在200Torr。
步骤211、在低温P型GaN层上沉积电子阻挡层。
示例性地，电子阻挡层为P型AlGaN层，电子阻挡层的生长温度在800℃与1000℃之间，生长压力为50Torr与500Torr之间。电子阻挡层的厚度在20nm至100nm之间。
步骤212、在电子阻挡层上沉积高温P型GaN层。
示例性地，高温P型GaN层的生长温度为950℃～1000℃，生长压力为200torr，高温P型GaN层9的厚度可以为100nm～300nm。
步骤213、在高温P型GaN层上沉积P型接触层。
示例性地，P型接触层为GaN或者InGaN层，其厚度为50nm至100nm之间，生长温度区间为850℃-950℃，生长压力区间为200Torr-500Torr。
示例性地，P型接触层生长结束后，将MOCVD设备的反应腔内温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间为650℃-850℃，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 (8)
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缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个所述GaN垒层之间设有InGaN阱层，所述BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3，所述BInGaN层中的B组分含量自所述低温应力释放层到所述多量子阱层的方向逐渐增大，所述BInGaN层为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，P型掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，P型掺杂剂是Mg。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述BInGaN层的厚度为6～12nm。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括BInAlN层，所述BInAlN层位于所述多量子阱层和所述低温P型GaN层之间，所述BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。
4.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述BInAlN层中的B组分含量自所述多量子阱层到所述低温P型GaN层的方向逐渐减小。
5.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述BInAlN层的厚度为6～12nm。
6.一种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缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、BInGaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型接触层，所述多量子阱层包括若干层叠的GaN垒层，相邻两个所述GaN垒层之间设有InGaN阱层，所述BInGaN层为BxIn1.5xGa1-2.5xN层，0.1≤x≤0.3，所述BInGaN层中的B组分含量自所述低温应力释放层到所述多量子阱层的方向逐渐增大，所述BInGaN层为P型掺杂BxIn1.5xGa1-2.5xN层，P型掺杂浓度为1×1017～1×1018cm-3，P型掺杂剂是Mg。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括BInAlN层，所述BInAlN层位于所述多量子阱层和所述低温P型GaN层之间，所述BInAlN层为ByIn1.5yAl1-2.5yN层，0.05≤y≤0.15。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述GaN垒层的生长温度为850～950℃，所述BInGaN层的生长温度逐渐降低，所述BInAlN层的生长温度逐渐升高，所述BInGaN层和所述BInAlN层的生长温度分别为900～1100℃。
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