CN118782704B - 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，涉及半导体光电器件领域。其中，外延片依次包括衬底、缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；P型半导体层包括依次包括第一阶梯层和第二阶梯层；第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1‑x1‑y1N层和P型GaN层；第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1‑x2‑y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；其中，x1≥x2，y1≤y2，P型GaN层的掺杂浓度小于P型InGaN层的掺杂浓度。实施本发明，可提升发光二极管的发光效率。

Description

发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，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

GaN基发光二极管的发光效率会受到众多因素的影响，严重制约了GaN半导体发光二极管作为高亮度、高功率器件在照明领域的商业应用。具体的，GaN的P型掺杂相对困难，P型掺杂浓度远低于N型掺杂浓度。同时，空穴的有效质量远大于电子的有效质量，导致空穴的迁移率远小于电子的迁移率。这两方面因素使得空穴向多量子阱区域的注入率远小于电子的注入率，造成了电子与空穴注入的不匹配，会影响发光二极管的发光效率。

另一方面，现有常用的GaN基发光二极管的外延结构一般依次包括：设置在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。电子阻挡层一般采用宽禁带的AlGaN材料，其虽然可以有效阻挡电子溢出，但也会影响空穴注入，进一步降低了空穴注入多量子阱层的效率，降低了发光二极管的发光效率。

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及其制备方法，其可有效提升发光效率。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高。

为了解决上述问题，本发明公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第一阶梯层和第二阶梯层；

所述第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；

所述第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；

其中，x1≥x2，y1≤y2，所述P型GaN层的掺杂浓度小于所述P型InGaN层的掺杂浓度。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层的周期数为3~8；和/或

所述MgN层的厚度为1nm~10nm；和/或

所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中x1的取值范围为0.02~0.15，y1的取值范围为0.01~0.1，其厚度为1nm~10nm；和/或

所述P型GaN层的厚度为5nm~10nm，其掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~1×10¹⁹cm^-3。

作为上述技术方案的改进，所述第二阶梯层的周期数为5~20；和/或

所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中x2的取值范围为0.01~0.1，y2的取值范围为0.02~0.15，其厚度为5nm~10nm；和/或

所述P型InGaN层中In组分的占比为0.01~0.05，其掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3~1×10²¹cm^-3，厚度为1nm~10nm；和/或

所述非掺杂GaN层的厚度为3nm~12nm。

作为上述技术方案的改进，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层为镓极性Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层；和/或

所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层为氮极性Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层中，随着其周期数的增加，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中x1呈递增变化，y1呈递减变化；和/或

所述第二阶梯层中，随着其周期数的增加，所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中x2呈递减变化，y2呈递增变化。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层中，随着其周期数的增加，所述P型GaN层中掺杂浓度呈递减变化；和/或

所述第二阶梯层中，随着其周期数的增加，所述P型InGaN层中掺杂浓度呈递增变化。

相应的，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：

提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第一阶梯层和第二阶梯层；

所述第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；

所述第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；

其中，x1≥x2，y1≤y2。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层的生长温度为800℃~950℃，生长压力为50torr~500torr；和/或

所述第二阶梯层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为50torr~500torr。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层的生长气氛为H₂；和/或

所述第二阶梯层的生长气氛为N₂。

相应的，本发明还公开了一种发光二极管，其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：

1. 本发明一实施例中的发光二极管外延片中，P型半导体层包括依次层叠的第一阶梯层和第二阶梯层；第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；其中，MgN层可通过扩散的方式进入P型GaN层，使得P型GaN层中的P型掺杂元素Mg更好地取代Ga位，减少Mg-H键的形成，从而提升P型GaN层的空穴浓度。Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层可形成电子陷阱，减少电子溢流，避免电子在P型半导体层中形成过多非辐射复合。Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层可降低第一阶梯层与第二阶梯层之间的晶格失配，使得P型InGaN层可采用较高的掺杂浓度，提升了P型半导体层整体的空穴浓度。此外，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层也可进一步防止电子溢流。P型InGaN层中引入的In也可以降低掺杂元素Mg的激活能，提升空穴浓度，此外，In的引入也可以降低Mg掺入带来的粗糙结构，便于形成平整的平面。其中，非掺杂GaN层可进一步填充P型InGaN层表面的缺陷，形成平整、光滑的表面，为后续与电极形成良好的欧姆接触奠定了基础。综合而言，本实施例中的P型半导体层可有效地阻挡电子溢流，提升了空穴的注入效率。且提升了空穴浓度，提升了多量子阱层中空穴与电子的匹配度，进而有效提升了发光效率。

2. 本发明一实施例中的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层为镓极性Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层，其可减少生长过程中的O杂质的并入，减少缺陷的产生，增强了对电子的阻挡能力，提升了抗静电能力。Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层为氮极性Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层，其可增加In的并入效率，进一步降低Mg的激活能，提升空穴浓度。

3. 本发明的一实施例中，随着第一阶梯层的周期数的增加，P型GaN层中掺杂浓度呈递减变化，其可使得空穴在表面分布均匀，减少电流拥堵效应，提高了空穴扩展效率，减少缺陷俘获空穴，降低非辐射复合。

4. 本发明的一实施例中，随着第二阶梯层的周期数的增加，P型InGaN层中掺杂浓度呈递增变化，其可以提升较多的空穴，而且可降低电阻，降低工作电压。

附图说明

图1是本发明一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；

图2是本发明一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。

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，下面对本发明作进一步地详细描述。

参考图1，本发明的一实施例公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底100，依次层叠于衬底100上的缓冲层200、本征GaN层300、N型GaN层400、多量子阱层500和P型半导体层600；P型半导体层600包括依次层叠于多量子阱层500上的第一阶梯层610和第二阶梯层620；第一阶梯层610为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层611、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612和P型GaN层613；第二阶梯层620为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621、P型InGaN层622和非掺杂GaN层623；其中，MgN层611可通过扩散的方式进入P型GaN层613，使得P型GaN层中的P型掺杂元素Mg更好地取代Ga位，减少Mg-H键的形成，从而提升P型GaN层613的空穴浓度。Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612可形成电子陷阱，减少电子溢流，避免电子在P型半导体层600中形成过多非辐射复合。其中，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621可降低第一阶梯层610与第二阶梯层620之间的晶格失配，使得P型InGaN层622可采用较高的掺杂浓度，提升了P型半导体层整体的空穴浓度。此外，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621也可进一步防止电子溢流。为了较好地缓冲晶格失配及阻挡电子，控制x1≥x2，且y1≤y2。P型InGaN层622中引入的In也可以降低掺杂元素Mg的激活能，提升空穴浓度，此外，In的引入也可以降低Mg掺入带来的粗糙结构，便于形成平整的平面，进一步的，采用非掺杂GaN层623进行缺陷填补，进一步提升了P型半导体层的平整、光滑程度，为后续与电极形成良好的欧姆接触奠定了基础。此外，本实施例中还控制P型GaN层613的掺杂浓度小于P型InGaN层622的掺杂浓度，以优化空穴的分布，提升空穴注入多量子阱层500的效率。此外，基于本实施例的P型半导体层600，可取消传统的电子阻挡层，降低对空穴的阻挡作用。小结而言，本实施例中的P型半导体层600可有效地阻挡电子溢流，提升了空穴的注入效率。且提升了空穴浓度，提升了多量子阱层中空穴与电子的匹配度，进而有效提升了发光效率。

其中，第一阶梯层610的周期数为3~10，示例性的为4、6、8或9，但不限于此。优选的为3~8。

其中，MgN层611的厚度为1nm~12nm，示例性的为2nm、4nm、6nm、8nm或11nm，但不限于此。优选的为1nm~10nm。

其中，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612中Al组分的占比（即x1）为0.02~0.2，示例性的为0.07、0.12、0.14或0.18，但不限于此。优选的为0.02~0.15。Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612中In组分的占比（即y1）为0.01~0.12，示例性的为0.02、0.04、0.06、0.08或0.1，但不限于此。优选的为0.01~0.1。Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612的厚度为1nm~15nm，示例性的为3nm、5nm、7nm、9nm、11nm或13nm，但不限于此。优选的为1nm~10nm。

其中，P型GaN层613中的掺杂元素为Be或Mg，但不限于此。优选的为Mg。P型GaN层613中掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3，示例性的为3×10¹⁸cm^-3、5×10¹⁸cm^-3、7×10¹⁸cm^-3、9×10¹⁸cm^-3、1×10¹⁹cm^-3或3×10¹⁹cm^-3，但不限于此。优选的，P型GaN层613的掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~1×10¹⁹cm^-3。具体的，通过本实施例中前序的MgN层611以及Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612的作用，P型GaN层613中掺杂元素Mg的激活能降低，因此，当采用1×10¹⁸cm^-3~1×10¹⁹cm^-3的掺杂浓度时，空穴浓度可达到4×10¹⁷cm^-3~1×10¹⁸cm^-3。需要说明的是，在传统的外延结构中，P-GaN层中，Mg掺杂元素为1×10²⁰cm^-3时，空穴浓度可达到5×10¹⁷cm^-3左右。本实施例显著提升了在低掺杂浓度下的空穴浓度，低掺杂浓度也降低了对P型GaN层613的晶格损伤，提升了其晶体质量。

P型GaN层613的厚度为4nm~12nm，示例性的为5nm、7nm、9nm或11nm，但不限于此。优选的为5nm~10nm。

其中，第二阶梯层620的周期数3~20，示例性的为4、8、12或16，但不限于此。优选的为5~20。

其中，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621中Al组分的占比（x2）为0.01~0.1，示例性的为0.02、0.04、0.06或0.08。Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621中In组分的占比（y2）为0.02~0.2，示例性的为0.05、0.08、0.11、0.14或0.17，但不限于此。优选的为0.02~0.15。Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621的厚度为2nm~10nm，示例性的为3nm、5nm、7nm或9nm，但不限于此。优选的为5nm~10nm。

其中，P型InGaN层622中In组分的占比为0.01~0.08，示例性的为0.02、0.04或0.06，但不限于此。优选的为0.01~0.05。P型InGaN层622的掺杂元素为Be或Mg，但不限于此。优选的为Mg。P型InGaN层622的掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3~5×10²¹cm^-3，示例性的为3×10¹⁹cm^-3、7×10¹⁹cm^-3、2×10²⁰cm^-3、6×10²⁰cm^-3、8×10²⁰cm^-3、1×10²¹cm^-3或4×10²¹cm^-3，但不限于此。优选的为1×10¹⁹cm^-3~1×10²¹cm^-3。

P型InGaN层622的厚度为1nm~12nm，示例性的为3nm、5nm、7nm或11nm，但不限于此。优选的为1nm~10nm。

其中，非掺杂GaN层623的厚度为3nm~15nm，示例性的为5nm、7nm、9nm、11nm或13nm，但不限于此。优选的为3nm~12nm。

其中，衬底100为蓝宝石衬底、硅衬底或SiC衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。

其中，缓冲层200可为AlN层或AlGaN层，但不限于此。优选的为AlN层。缓冲层200的厚度为30nm~80nm。

其中，本征GaN层300的厚度为1μm~3μm。

其中，N型GaN层400为Si掺杂GaN层，其Si掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3~5×10¹⁹cm^-3，厚度为1μm~3μm。

其中，多量子阱层500为InGaN-GaN型多量子阱结构或InGaN-AlGaN型多量子阱结构，但不限于此。优选的，多量子阱层500为周期性结构，其周期数为3~15，每个周期均包括依次层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其中，InGaN量子阱层中In组分的占比为0.1~0.3，其厚度为3nm~5nm，GaN量子垒层的厚度为8nm~15nm。

优选的，在一个实施例中，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612为镓极性Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层，其可减少生长过程中的O杂质的并入，减少缺陷的产生，增强了对电子的阻挡能力，提升了抗静电能力。

优选的，在一个实施例之中，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621为氮极性Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层，其可增加In的并入效率，进一步降低Mg的激活能，提升空穴浓度。

优选的，在一个实施例之中，在第一阶梯层610中，随着其周期数的增加，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612中Al组分的占比（即x1）呈递增变化，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612中In组分的占比（即y1）呈递减变化。并且，在同一周期的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层612中，x1、y1维持恒定。基于上述实施例，可进一步提升对电子的阻挡作用，提升抗静电能力。同时也优化MgN层611中Mg的扩散，提升P型GaN层613的空穴浓度，提升发光效率。

优选的，在一个实施例之中，在第二阶梯层620中，随着其周期数的增加，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621中Al组分的占比（即x2）呈递减变化，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621中In组分的占比（即y2）呈递增变化。并且，在同一周期的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层621中，x2、y2维持恒定。基于上述实施例，可进一步提升P型InGaN层622的空穴浓度，提升发光效率。

优选的，在一个实施例之中，在第一阶梯层610中，随着其周期数的增加，P型GaN层613中掺杂浓度呈递减变化，并且，在同一周期的P型GaN层613中，掺杂浓度维持恒定。基于上述实施例，可使得空穴在表面分布均匀，减少电流拥堵效应，提高了空穴扩展效率，减少缺陷俘获空穴，降低非辐射复合。

优选的，在一个实施例之中，在第二阶梯层620中，随着其周期数的增加，P型InGaN层622中掺杂浓度呈递增变化，并且，在同一周期的P型InGaN层622中，掺杂浓度维持恒定。基于上述实施例，可提升空穴浓度，而且可降低P型半导体层的整体电阻，降低工作电压。

相应的，参考图2，本发明还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：

S1：提供衬底；

S2：在衬底上依次生长缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；

具体的，步骤S2包括：

S21：在衬底上生长缓冲层；

具体的，在一个实施例之中，可通过PVD或MOCVD生长AlN层，作为缓冲层，但不限于此。

S22：在缓冲层上生长本征GaN层；

具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD生长本征GaN层，其生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~500torr。

S23：在本征GaN层上生长N型GaN层；

具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~500torr。

S24：在N型GaN层上生长多量子阱层；

具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为750℃~850℃，生长压力为50torr~500torr，GaN量子垒层的生长温度为850℃~950℃，生长压力为50torr~500torr。

S25：在多量子阱层上生长P型半导体层；

具体的，在一个实施例之中，步骤S25包括：

S251：在N型GaN层上生长第一阶梯层；

具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层，直至得到第一阶梯层。

其中，第一阶梯层的生长温度为800℃~950℃，生长压力为50torr~500torr。

优选的，在一个实施例之中，在H₂气氛中生长第一阶梯层，以使得Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层呈镓极性。

S252：在第一阶梯层上生长第二阶梯层，得到P型半导体层；

具体的，在一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层，直至得到第二阶梯层。

其中，第二阶梯层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为50torr~500torr。

优选的，在一个实施例之中，在N₂气氛中生长第二阶梯层，以使得Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层呈氮极性。

下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1

本实施例提供一种发光二极管外延片，其包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层。其中，衬底为蓝宝石衬底。缓冲层为AlN层，其厚度为50nm。本征GaN层的厚度为2.5μm。N型GaN层的Si掺杂浓度为9×10¹⁸cm^-3，厚度为2μm。多量子阱层为周期性结构，每个周期均包括In_0.2Ga_0.8N量子阱层和GaN量子垒层，In_0.2Ga_0.8N量子阱层的厚度为3.5nm，GaN量子垒层的厚度为10nm。

其中，P型半导体层包括依次层叠于多量子阱层上的第一阶梯层和第二阶梯层；第一阶梯层为周期性结构，周期数为5，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；MgN层的厚度为3nm，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层（x1=0.05，y1=0.03）为氮极性，其厚度为5nm，P型GaN层中Mg掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3，其厚度为8nm。第二阶梯层为周期性结构，周期数为10，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层（x2=0.03，y2=0.08）为镓极性，其厚度为5nm，P型InGaN层中In组分的占比为0.03，掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3，厚度为5nm；非掺杂GaN层的厚度为10nm。

本实施例中发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：

（1）提供衬底；

（2）在衬底上生长缓冲层；

具体的，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层。

（3）在缓冲层上生长本征GaN层；

具体的，通过MOCVD生长本征GaN层，其生长温度为1050℃，生长压力为300torr。

（4）在本征GaN层上生长N型GaN层；

具体的，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1100℃，生长压力为300torr。

（5）在N型GaN层上生长多量子阱层；

具体的，通过MOCVD周期性生长In_0.2Ga_0.8N量子阱层和GaN量子垒层，直至得到多量子阱层。其中，In_0.2Ga_0.8N量子阱层的生长温度为760℃，生长压力为200torr；GaN量子垒层的生长温度为860℃，生长压力为200torr。

（6）在多量子阱层上生长第一阶梯层；

具体的，通过MOCVD周期性生长MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层，直至得到第一阶梯层。其中，第一阶梯层的生长温度为920℃，生长压力为300torr；生长气氛为N₂。

（7）在第一阶梯层上生长第二阶梯层，得到P型半导体层；

其中，通过MOCVD周期性生长Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层，直至得到第二阶梯层。其中，第二阶梯层的生长温度为850℃，生长气氛为H₂。

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的区别在于：

Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层为镓极性，第一阶梯层制备过程中气氛为H₂。

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2的区别在于：

Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层为氮极性，第二阶梯层制备过程中的气氛为N₂。且P型InGaN层的掺杂浓度为3×10²⁰cm^-3。

其余均与实施例2相同。

实施例4

本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例3的区别在于：

在第一阶梯层中，随着其周期数的增加，Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中Al组分的占比呈递增变化，In组分的占比呈递减变化。并且，在同一周期的Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中，x1、y1维持恒定。具体的，在各周期中，x1分别为0.03、0.04、0.05、0.06和0.07，y1分别为0.05、0.04、0.03、0.02、0.01。

在第二阶梯层中，随着其周期数的增加，Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中Al组分的占比呈递减变化，In组分的占比呈递增变化。并且，在同一周期的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中，x2、y2维持恒定。具体的，在各周期中，x2分别为0.05、0.046、0.042、0.038、0.034、0.03、0.026、0.022、0.018和0.014；y2分别为0.05、0.055、0.06、0.065、0.07、0.075、0.08、0.085、0.09和0.095。

其余均与实施例3相同。

实施例5

本实施例提供一种发光二极管外延片，其与实施例4的区别在于：

在第一阶梯层中，随着其周期数的增加，P型GaN层中掺杂浓度呈递减变化。并且，在同一周期内，P型GaN层中掺杂浓度维持恒定。具体的，在各周期中，掺杂浓度分别为：3×10¹⁸cm^-3、4×10¹⁸cm^-3、5×10¹⁸cm^-3、6×10¹⁸cm^-3和7×10¹⁸cm^-3。

在第二阶梯层中，随着其周期数的增加，P型InGaN层中掺杂浓度呈递增变化。并且，在同一周期内，P型InGaN层中掺杂浓度维持恒定。具体的，在各周期中，掺杂浓度分别为：5×10¹⁹cm^-3、6×10¹⁹cm^-3、7×10¹⁹cm^-3、8×10¹⁹cm^-3、9×10¹⁹cm^-3、1×10²⁰cm^-3、2×10²⁰cm^-3、3×10²⁰cm^-3、4×10²⁰cm^-3和5×10²⁰cm^-3。

其余均与实施例4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的区别在于：

P型半导体层为P-GaN层，其掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3，其厚度为200nm。且P型半导体层与多量子阱层之间还设有AlGaN电子阻挡层，其厚度为50nm。

P-GaN层的生长温度为950℃，生长压力为300torr，AlGaN电子阻挡层的生长温度为980℃，生长压力为300torr。

其余均与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：

P型半导体层不包括第一阶梯层，相应的制备方法中也不包括制备该层的步骤。

其余均与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供一种发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于：

P型半导体层不包括第二阶梯层，相应的制备方法中也不包括制备该层的步骤。

其余均与实施例1相同。

将实施例1~实施例5，对比例1~对比例3的发光二极管外延片制成10mil×24mil具有垂直结构的LED芯片，测试其发光亮度（120mA），并以对比例1的数据为基准，计算发光亮度提升率。具体结果如下表所示：

由表中可以看出，当采用本发明实施例中的P型半导体层之后，可有效提升发光亮度。

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，依次层叠于所述衬底上的缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第一阶梯层和第二阶梯层；

所述第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；

所述第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；

其中，x1≥x2，y1≤y2，所述P型GaN层的掺杂浓度小于所述P型InGaN层的掺杂浓度。

2. 如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一阶梯层的周期数为3~8；和/或

所述MgN层的厚度为1nm~10nm；和/或

所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中x1的取值范围为0.02~0.15，y1的取值范围为0.01~0.1，其厚度为1nm~10nm；和/或

所述P型GaN层的厚度为5nm~10nm，其掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3~1×10¹⁹cm^-3。

3. 如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二阶梯层的周期数为5~20；和/或

所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中x2的取值范围为0.01~0.1，y2的取值范围为0.02~0.15，其厚度为5nm~10nm；和/或

所述P型InGaN层中In组分的占比为0.01~0.05，其掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3~1×10²¹cm^-3，厚度为1nm~10nm；和/或

所述非掺杂GaN层的厚度为3nm~12nm。

4.如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层为镓极性Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层；和/或

所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层为氮极性Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层。

5.如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一阶梯层中，随着其周期数的增加，所述Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层中x1呈递增变化，y1呈递减变化；和/或

所述第二阶梯层中，随着其周期数的增加，所述Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层中x2呈递减变化，y2呈递增变化。

6.如权利要求1~3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一阶梯层中，随着其周期数的增加，所述P型GaN层中掺杂浓度呈递减变化；和/或

所述第二阶梯层中，随着其周期数的增加，所述P型InGaN层中掺杂浓度呈递增变化。

7.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1~6任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：

提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、本征GaN层、N型GaN层、多量子阱层和P型半导体层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第一阶梯层和第二阶梯层；

所述第一阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的MgN层、Al_x1In_y1Ga_1-x1-y1N层和P型GaN层；

所述第二阶梯层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al_x2In_y2Ga_1-x2-y2N层、P型InGaN层和非掺杂GaN层；

其中，x1≥x2，y1≤y2。

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，所述第一阶梯层的生长温度为800℃~950℃，生长压力为50torr~500torr；和/或

所述第二阶梯层的生长温度为800℃~900℃，生长压力为50torr~500torr。

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，所述第一阶梯层的生长气氛为H₂；和/或

所述第二阶梯层的生长气氛为N₂。

10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1~6任一项所述的发光二极管外延片。