CN103441197B - 一种GaN基发光二极管外延片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、以及在衬底上依次生长的GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层以及p型层，多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层，多周期结构之与n型层接触的周期为第一周期，第一周期的GaN层δ掺杂有Si，且第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期的GaN层接触的InGaN层。本发明通过上述方案，可以降低多量子阱层中的位错，屏蔽极化电场的影响，提高晶体质量，Si不会扩散到InGaN层中，可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子和空穴的复合效率高，发光效率高。

Description

一种GaN基发光二极管外延片及其制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制作方法。

背景技术

GaN(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料中的典型代表，其优异的物理和化学特性使其在微电子器件和光电子器件等领域有着很重大的应用前景。在微电子器件方面，GaN凭借其稳定的物理化学性质被广泛应用于制作高电子迁移率晶体管、声表面波器件和耿氏效应微波器件等微电子器件。

现有的GaN基发光二极管外延片一般包括衬底、以及依次层叠在衬底上的GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层以及p型层，其中，多量子阱层一般是由InGaN层和GaN层依次交替层叠而成。在生长多量子阱层时，一般是采用低温生长GaN层，GaN层较低的生长温度，使得GaN层和InGaN层之间会产生位错，导致GaN层和InGaN层的界面不够平整，降低了多量子阱层的晶体质量。现有技术中，为了降低位错，一般会在整个GaN层掺杂Si。

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：

现有技术中在整个GaN层中掺杂Si，虽然在一定程度上能提高晶体质量，但是Si会从GaN层扩展到InGaN层，使得多量子阱层形成点缺陷，进而降低了电子和空穴的复合效率，致使发光二极管的发光效率低下。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管及其制作方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述外延片包括：衬底、以及在所述衬底上依次生长的GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层以及p型层，所述多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层，所述多周期结构之与所述n型层接触的周期为第一周期，所述第一周期的GaN层δ掺杂有Si，且所述第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，所述第一相邻层为与所述第一周期的GaN层接触的InGaN层。

优选地，与所述第一周期连续的若干个周期的GaN层均δ掺杂有Si，且所述若干个周期的GaN层的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，所述第二相邻层为与所述若干个周期中每个周期的GaN层接触的InGaN层。

进一步地，所述第一周期和所述若干个周期组成的连续周期中，各GaN层的Si含量从下至上递减。

进一步地，在所述多周期结构中，至少一个周期的GaN层不掺杂Si。

进一步地，在所述连续周期中，各InGaN层的In组分的含量从下至上递增。

优选地，在所述连续周期中，每个周期的GaN层的Si的厚度为1～5nm。

优选地，在所述连续周期中，每个周期的GaN层的Si的掺杂浓度为0～1×10²⁰/cm³。

另一方面，本发明实施例还提供了一种GaN基发光二极管外延片的制作方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次生长GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层；

在所述n型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层；所述多周期结构之与所述n型层接触的周期为第一周期，在生长所述第一周期的GaN层时，在所述第一周期的GaN层中进行元素Si的δ掺杂，且所述第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，所述第一相邻层为与所述第一周期的GaN层接触的InGaN层；

在所述多量子阱层上生长p型层。

优选地，在生长与所述第一周期连续的若干个周期的GaN层时，在所述若干个周期的GaN层中分别进行元素Si的δ掺杂，且所述若干个周期的GaN层的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，所述第二相邻层为与所述若干个周期中每个周期的GaN层接触的InGaN层。

进一步地，所述第一周期和所述若干个周期组成的连续周期中，各GaN层的Si含量从下至上递减。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

多量子阱层多周期结构中，与n型层接触的第一周期的GaN层δ掺杂有Si，掺杂的Si可以降低多量子阱层中的位错，屏蔽极化电场的影响，提高晶体质量，且由于第一周期中的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期的GaN层接触的InGaN层，因此Si不会扩散到InGaN层中，这可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子和空穴的复合效率高，发光二极管的发光效率高。

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是本发明实施例一提供的一种GaN基发光二极管外延片的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的多量子阱层的第一种组成的能带图；

图3是本发明实施例一提供的多量子阱层的第二种组成的能带图；

图4是本发明实施例二提供的一种GaN基发光二极管外延片的制作方法的流程图。

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。

实施例一

本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片，该外延片尤其适用于制作蓝绿光的发光二极管。

如图1所示，该外延片包括：衬底11、以及在衬底11上依次生长的GaN成核层12、不掺杂的GaN层13、n型层14、多量子阱层以及p型层16，多量子阱层为多周期结构，在本实施例中，多周期结构包括n个周期，分别为第一周期51、第二周期52、第三周期53、……、第n周期5n。每个周期包括InGaN层5a和GaN层5b。多周期结构之与n型层14接触的周期为第一周期51，第一周期51的GaN层5bδ掺杂有Si，且第一周期51的GaN层5b的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期51的GaN层5b接触的InGaN层，即第一相邻层为第一周期51的InGaN层5a和第二周期52的InGaN层5a。

具体地，多量子阱层的每个周期中，可以是GaN层设于InGaN层上，也可以是InGaN层设于GaN层上。

另外，Si掺杂在远离第一相邻层的位置，因此Si不会扩散到InGaN层5a中，这可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子或空穴的非辐射复合几率大大减小，电子和空穴的复合效率高，发光二极管的发光效率高。

优选地，在本实施例中，与第一周期51连续的若干个周期的GaN层5b均δ掺杂有Si，且该若干个周期的GaN层5b的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，第二相邻层为与该若干个周期中每个周期的GaN层5b接触的InGaN层5a。例如，参见图1，第一周期51到第五周期55的GaN层5b均δ掺杂有Si，则第二相邻层为第二周期52的InGaN层5a、第三周期53的InGaN层5a、第四周期54的InGaN层5a、第五周期55的InGaN层5a和第六周期56的InGaN层5a。通过在与第一周期51连续的若干个周期的GaN层5b均δ掺杂有Si，可以降低连续的若干个周期中的InGaN层5a和GaN层5b之间的位错，进一步提高晶体质量。

进一步地，在本实施例中，第一周期51与该若干个周期组成的连续周期中，各GaN层5b的Si含量从下至上递减。在本实施例中，从下至上的方向，是指从n型层14至p型层16的方向。例如，第一周期51到第五周期55的GaN层5b均δ掺杂有Si，且第一周期51到第五周期55的GaN层5b的Si含量从下至上递减。在该连续的周期中，各GaN层5b掺杂Si的量从下至上递减，能够在多量子阱层内形成电子势阱，当电子从n型层14跃迁时，该电子势阱可以降低电子的速度，将电子聚集在多量子阱层中，有效增加了注入到多量子阱层的电子浓度，减少电子溢流到P型层16的几率；同时，掺杂Si的量从下至上递减，可以提高电子在多量子阱层中分布的均匀性。

进一步地，在多周期结构中，至少一个周期的GaN层5b不掺杂Si。具体地，不掺杂Si的周期位于掺杂Si的周期上方临近p型层16处，这样，多量子阱层的多周期结构中，各GaN层5b的Si含量从下至上递减，直至减小至0，例如，多量子阱层中第一周期51到第五周期55的GaN层5b均掺杂Si，第六周期56、第七周期57、第八周期58、……、第n周期5n的GaN层5b均不掺杂Si。该结构有利于空穴通过不掺杂Si的周期，更多地与进入多量子阱层的电子复合，电子和空穴的复合效率高。需要说明的是，该不掺杂Si的周期可以为一个或多个。

可选地，在上述连续周期(即多周期结构之掺杂Si的周期)中，各InGaN层5a的In组分的含量相等。

优选地，在上述连续周期中，各InGaN层5a的In组分的含量从下至上递增。通过使In组分的含量从下至上递增，这样可以减小InGaN层5a和GaN层5b的晶格失配度，从而可以提高晶体的质量。

进一步地，在多周期结构之不掺杂Si的周期中，各InGaN层5a的In组分的含量相等。

进一步地，在多周期结构中，掺杂Si的周期中InGaN层5a的In组分的含量不大于不掺杂Si的周期中的InGaN层5a的In组分的含量(即掺杂Si的周期的InGaN层表示为In_xGa_1-xN层，掺杂Si的周期的InGaN层表示为In_yGa_1-yN层时，x≦y)。例如，多量子阱层中的周期数为8，第一周期51到第五周期55的GaN层5b均掺杂Si，且第一周期51到第五周期55中的InGaN层5a的In组分的含量从下至上递增，第六周期56、第七周期57和第八周期58的GaN层5b均不掺杂Si，第六周期56到第八周期58中的InGaN层5a的In组分的含量相等，且第五周期中的InGaN层5a的In组分的含量与第六周期中的InGaN层5a的In组分的含量相等。

具体地，在本实施例中，多量子阱层可以是如下结构：周期数为9，每个周期的具体包括In_0.16Ga_0.84N层和GaN层，其中，每个周期的In_0.16Ga_0.84N层的厚度为2.5nm，N与Ga的摩尔比为4500；每个周期的GaN层的厚度为12nm，N与Ga的摩尔比为4500；从下至上，前5个周期中的GaN层有效掺杂Si的浓度依次为1×10²⁰/cm³、2×10¹⁹/cm³、5×10¹⁸/cm³、5×10¹⁷/cm³、1×10¹⁷/cm³，掺杂的厚度都为1nm；后四个周期中的GaN层中掺杂Si的量为0。这种结构的多量子阱层的能带图如图2所示(能带是由导带和价带组成，图2中，上面是导带，下面的是价带)。该结构的外延片经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制程后，分割成尺寸大小为10×8mil的LED芯片。LED芯片经过测试，在测试电流为20mA的情况下，单颗小芯片光输出功率为5.6mW，蓝移量为3～4nm。而传统的外延片，相同芯片制程的单颗小芯片光的输出功率为5mW，蓝移量为8～12nm。因此，本实施例具有该多量子阱层的外延片相比于传统传统的外延片而言，多量子阱层应力小，电子与空穴复合效率高，制成的LED芯片亮度大。

具体地，在本实施例中，多量子阱层也可以是如下结构：其周期数为8，从下至上，前3个周期每个周期包括In_0.12Ga_0.88N层和GaN层，前三个周期中每个周期的In_0.12Ga_0.88N层的厚度为2.5nm，N与Ga的摩尔比为4500；前三个周期中每个周期的GaN层的厚度为12nm，N与Ga的摩尔比为4500，前三个周期中的GaN层有效掺杂Si的浓度都为1×10¹⁹/cm³，Si掺杂的厚度分别为3nm、2nm、1nm；后5个周期每个周期包括In_0.16Ga_0.84N层和GaN层，后五个周期中的每个周期的In_0.16Ga_0.84N层的厚度为2.5nm，N与Ga的摩尔比为4500；后五个周期中的每个周期的GaN层的厚度为12nm，N与Ga的摩尔比为4500，后五个周期中的GaN层掺杂Si的量都为0。这种结构的多量子阱层的能带图如图3所示(能带是由导带和价带组成，图3中，上面是导带，下面的是价带)。该结构的外延片经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制程后，分割成尺寸大小为10×8mil的LED芯片。经LED芯片测试，测试电流20mA，单颗小芯片光输出功率为5.3mW，蓝移量为3～4nm。而传统的外延片，相同芯片制程的单颗小芯片光的输出功率为5mW，蓝移量为8～12nm。因此，本实施例具有该多量子阱层的外延片相比于传统传统的外延片而言，多量子阱层应力小，电子与空穴复合效率高，制成的LED芯片亮度大。

优选地，在多周期结构中，每个周期的InGaN层5a的厚度为2～5nm，每个周期的GaN层5b的厚度为8～20nm。通过限制InGaN层5a和GaN层5b的厚度，以控制多量子阱层的厚度，以将多量子阱层的厚度控制在合适的范围内，从而在保证多量子阱层发光效率的同时不会影响其生长质量。

优选地，在上述连续周期中，每个周期的GaN层5b的Si的厚度为1～5nm。通过控制Si掺杂的厚度，从而控制掺杂Si的量，以保证掺杂的Si的量在适量的范围内,一方面可以减少位错密度，另一方面又不至于Si扩散到InGaN层5a中，引起非辐射复合。

优选地，在上述连续周期中，每个周期的GaN层5b的Si的掺杂浓度为0～1×10²⁰/cm³。掺杂Si的量过低，不能提高晶体质量，而掺杂Si的量过高则会带来额外的掺杂导致的缺陷，通过限制掺杂Si的浓度，以控制掺杂Si的量。

进一步地，通过限制InGaN层5a中In组分的含量，可以控制外延片制作成芯片后发出的光的颜色，优选地，在本实施例中InGaN层5a的In组分的含量在0～0.5范围内(即InGaN层5a为In_xGa_1-xN层，0<x<0.5)，此时芯片发出的光为蓝绿光。需要说明的是，本发明实施例提供的外延片，尤其适合用于制作蓝绿光的芯片。在本实施例中，掺杂的Si可以屏蔽极化电场的影响，减小波长的蓝移量。

可选地，在本实施例中，衬底11可以为蓝宝石衬底。

可选地，在本实施例中，n型层14可以为掺杂Si的GaN层。

可选地，在本实施例中，多量子阱层的周期数为n，4<n<12。周期数过小，影响外延片的发光效率，周期数过大，会影响多量子阱层的生长质量，加大了外延片长坏的风险。

可选地，在本实施例中，p型层16包括p型Al_yGa_1-yN层和设于Al_yGa_1-yN层上的p型GaN层，其中，0<y<0.3。具体地，p型Al_yGa_1-yN层可以为厚度为100nm的掺杂Mg的Al_0.15Ga_0.85N层，其中，p型Al_yGa_1-yN层中N与Ga的摩尔比为12000，掺杂的Mg与p型Al_yGa_1-yN层中的Ga的摩尔比为1/4。p型GaN层可以为厚度为0.4μm的掺杂Mg的GaN层，其中，GaN层中N与Ga的摩尔比为8000，掺杂的Mg与GaN层中的Ga的摩尔比为1/80。通过将p型层16包括p型Al_yGa_1-yN层和p型GaN层，p型Al_yGa_1-yN层可以阻挡电子，从而防止电子溢流。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

多量子阱层多周期结构中，与n型层接触的第一周期的GaN层δ掺杂有Si，掺杂的Si可以降低多量子阱层中的位错，屏蔽极化电场的影响，提高晶体质量，且由于第一周期中的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期的GaN层接触的InGaN层，因此Si不会扩散到InGaN层中，这可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子和空穴的复合效率高，发光二极管的发光效率高；并且当发光二极管发出的是蓝绿光时，掺Si可以屏蔽极化电场的影响，减少波长的蓝移量；

多量子阱层的多周期结构中，各GaN层掺杂Si的量从下至上递减，能够在多量子阱层内形成电子势阱，当电子从n型层跃迁时，该电子势阱可以降低电子的速度，将电子聚集在多量子阱层中，有效增加了注入到多量子阱层的电子浓度，减少电子溢流到P型层的几率；同时，掺杂Si的量从下至上逐渐减小，可以提高电子在多量子阱层中分布的均匀性；

多量子阱层的多周期结构中，各GaN层的Si含量从下至上递减，直至减小至0，此时有利于空穴通过不掺杂Si的周期，更多地与进入多量子阱层的电子复合，电子和空穴的复合效率高。

实施例二

本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的制作方法，可以用来制作实施例一中的GaN基发光二极管外延片，参见图4，该方法包括：

步骤201：提供一衬底；

可选地，在本实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底。

步骤202：在衬底上依次生长GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层；

可选地，在本实施例中，GaN成核层是在低温条件下生长，不掺杂的GaN层可以在高温条件下生长，n型层可以为掺杂Si的GaN层。

步骤203：在n型层上生长多量子阱层，多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层；多周期结构之与n型层接触的周期为第一周期，在生长第一周期的GaN层时，在第一周期的GaN层中进行元素Si的δ掺杂，且第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期的GaN层接触的InGaN层；

具体地，多量子阱层的每个周期中，可以是GaN层设于InGaN层上，也可以是InGaN层设于GaN层上。

具体地，由于第一周期的GaN层掺杂有Si，并且该掺杂为δ掺杂，δ掺杂为局部重掺杂，局部是指部分掺杂，即在被掺杂物质的部分进行掺杂，在本实施例中，即指一层GaN层中的部分掺杂Si，剩下的部分不掺杂Si，即不是整个GaN层掺杂Si；重掺杂是指掺入半导体材料中的杂质量比较多，如Si单晶中杂质浓度达到大于每立方厘米存有10¹⁸个原子。通过将Si的掺杂设为δ掺杂可以提高晶体质量。

另外，Si掺杂在远离第一相邻层的位置，因此Si不会扩散到InGaN层，这可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子和空穴的非辐射复合几率大大减小，电子和空穴的复合效率高，发光二极管的发光效率高。

优选地，在生长与第一周期连续的若干个周期的GaN层时，在该若干个周期的GaN层中分别进行元素Si的δ掺杂，且该若干个周期的GaN层的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，第二相邻层为与该若干个周期中每个周期的GaN层接触的InGaN层，例如，在生长与第一周期连续的第二周期到第五周期时，第一周期到第五周期的GaN层均δ掺杂有Si，则第二相邻层为第二周期的InGaN层、第三周期的InGaN层、第四周期的InGaN层、第五周期的InGaN层和第六周期的InGaN层。通过在与第一周期连续的若干个周期的GaN层均δ掺杂有Si，可以降低连续的若干个周期中的InGaN层和GaN层之间的位错，进一步提高晶体质量。

进一步地，第一周期和该若干个周期组成的连续周期中，各GaN层的Si含量从下至上递减。在本实施例中，从下至上的方向，是指从n型层至p型层的方向。例如，在生长第一周期到第五周期时，第一周期到第五周期的GaN层的Si含量从下至上递减。在该连续的周期中，各GaN层掺杂Si的量从下至上递减，能够在多量子阱层内形成电子势阱，当电子从n型层跃迁时，该电子势阱可以降低电子的速度，将电子聚集在多量子阱层中，有效增加了注入到多量子阱层的电子浓度，减少电子溢流到P型层的几率；同时，掺杂Si的量从下至上递减，可以提高电子在多量子阱层中分布的均匀性。

进一步地，在多周期结构中，至少一个周期的GaN层不掺杂Si。具体地，不掺杂Si的周期位于掺杂Si的周期上方临近p型层处，这样，多量子阱层的多周期结构中，各GaN层的Si含量从下至上递减，直至减小至0，例如，多量子阱层中的周期数为8，第一周期到第五周期的GaN层均掺杂Si，第六周期到第八周期的GaN层均不掺杂Si。该结构有利于空穴通过不掺杂Si的周期，更多地与进入多量子阱层的电子复合，电子和空穴的复合效率高。需要说明的是，该不掺杂Si的周期可以为一个或多个。

可选地，在上述连续周期(即多周期结构之掺杂Si的周期)中，各InGaN层5a的In组分的含量相等。

优选地，在上述连续周期中，各InGaN层5a的In组分的含量从下至上递增。通过使In组分的含量从下至上递增，这样可以减小InGaN层5a和GaN层5b的晶格失配度，从而可以提高晶体的质量。

进一步地，在多周期结构之不掺杂Si的周期中，各InGaN层5a的In组分的含量相等。

进一步地，在多周期结构中，掺杂Si的周期中InGaN层5a的In组分的含量不大于不掺杂Si的周期中的InGaN层5a的In组分的含量(即掺杂Si的周期的InGaN层表示为In_xGa_1-xN层，掺杂Si的周期的InGaN层表示为In_yGa_1-yN层时，x≦y)。例如，多量子阱层中的周期数为8，第一周期到第五周期的GaN层均掺杂Si，且第一周期到第五周期中的InGaN层的In组分的含量从下至上递增，第六周期、第七周期和第八周期的GaN层均不掺杂Si，第六周期到第八周期中的InGaN层的In组分的含量不变，且第五周期中的InGaN层的In组分的含量与第六周期中的InGaN层的In组分的含量相等。

优选地，在多周期结构中，每个周期的InGaN层的厚度为2～5nm，每个周期的GaN层的厚度为8～20nm。通过限制InGaN层和GaN层的厚度，以控制多量子阱层的厚度，以将多量子阱层的厚度控制在合适的范围内，从而在保证多量子阱层发光效率的同时不会影响其生长质量。

优选地，上述连续周期中，每个周期的GaN层的Si掺杂的厚度为1～5nm。通过控制Si掺杂的厚度，从而控制掺杂Si的量，以保证掺杂的Si在适量的范围内,一方面可以减少位错密度，另一方面又不至于Si扩散到InGaN层中，引起非辐射复合。

优选地，上述连续周期中，每个周期的GaN层的Si的掺杂浓度为0～1×10²⁰/cm³。掺杂Si的量过低，不能提高晶体质量，而掺杂Si的量过高则会带来额外的掺杂导致的缺陷。通过限制掺杂Si的浓度，以控制掺杂Si的量。

进一步地，通过限制InGaN层5a的In组分的含量，可以控制外延片制作成芯片后发出的光的颜色，优选地，在本实施例InGaN层5a中In组分的含量在0～0.5范围内(即InGaN层5a为In_xGa_1-xN层，0<x<0.5)，此时芯片发出的光为蓝绿光。需要说明的是本发明实施例提供的外延片结构，尤其适合用于制作蓝绿光的芯片。在本实施例中，掺杂的Si可以屏蔽极化电场的影响，减小波长的蓝移量。

可选地，在本实施例中，多量子阱层的周期数为n，4<n<12。周期数过小，影响外延片的发光效率，周期数过大，会影响多量子阱层的生长质量，加大了外延片长坏的风险。

步骤204：在多量子阱层上生长p型层；

可选地，在本实施例中，p型层包括p型Al_yGa_1-yN层和设于p型Al_yGa_1-yN层上的p型GaN层，其中，0<y<0.3。通过将p型层包括p型Al_yGa_1-yN层和p型GaN层，p型Al_yGa_1-yN层可以阻挡电子，从而防止电子溢流。

具体地，步骤201～204可以通过以下步骤实现：

(1)提供蓝宝石衬底，并将蓝宝石衬底在温度为1200℃，纯氢气气氛里进行退火，然后降温到600℃进行氮化处理；

(2)在600℃下，生长20nm厚的GaN成核层，此生长过程时，生长压力为420Torr，N与Ga的摩尔比为900；

(3)GaN成核层生长结束后，停止通入TMGa，将衬底温度升高1220℃，对GaN成核层在原位进行退火处理，退火时间为8分钟；退火之后，将温度调节到1220℃，在较低的N与Ga的摩尔比条件下外延生长厚度为3μm的不掺杂的GaN层，此生长过程中，生长压力在200Torr，N与Ga的摩尔比为1500；

(4)不掺杂的GaN层生长结束后，生长一层掺杂浓度1×10¹⁸/cm³的n型GaN层，厚度为2μm，生长温度为1220℃，生长压力为150Torr，N与Ga的摩尔比为1800；

(5)在n型GaN层上先生长5个周期的多量子阱，每个周期包括In_0.16Ga_0.84N层和GaN层，In_0.16Ga_0.84N层的厚度为2.5nm，生长温度为780℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500；GaN层的厚度12nm，生长温度为900℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500，GaN层中Si掺杂的厚度为1nm，Si的有效掺杂浓度为依次为1×10²⁰/cm³、2×10¹⁹/cm³、5×10¹⁸/cm³、5×10¹⁷/cm³、1×10¹⁷/cm³；再生长4个周期多量子阱层，每个周期包括In_0.16Ga_0.84N层和GaN多量子阱，In_0.16Ga_0.84N层的厚度为2.5nm，生长温度为780℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500；GaN层中掺杂Si的量为0，GaN层的厚度12nm，生长温度为900℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500。

(6)多量子阱层生长结束后，升高温，温度控制在1020℃，生长压力为300Torr，N与Ga的摩尔比为12000，生长厚度为100nm的P型Al_0.15Ga_0.85N层。该层Mg掺杂浓度较高，Mg与Ga的摩尔比为1/4。然后在P型Al_0.15Ga_0.85N上生长0.4μm厚的P型GaN层，其生长温度1000℃，生长压力200Torr，N与Ga的摩尔比8000，Mg与Ga摩尔比为1/80。

所有外延生长结束后，将反应腔的温度降至800℃，纯氮气氛围进行退火处理10min，然后降至室温，结束外延生长。

显然地，上述步骤(5)也可以由以下步骤替换：

在n型GaN层上先生长3个周期的多量子阱层，每个周期包括In_0.12Ga_0.88N层和GaN层，In_0.12Ga_0.88N层的厚度为2.5nm，生长温度为780℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500；GaN层的厚度12nm，生长温度为900℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500，掺杂的厚度分别为3nm、2nm、1nm，Si的有效掺杂浓度为1×10¹⁹/cm³；再生长5个周期的多量子阱层，每个周期包括In_0.16Ga_0.84N层和未掺杂Si的GaN层，In_0.16Ga_0.84N的厚度为2.5nm，生长温度为780℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500；未掺杂Si的GaN层的厚度12nm，生长温度为900℃，生长压力为200Torr，N与Ga的摩尔比为4500。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：多量子阱层多周期结构中，与n型层接触的第一周期的GaN层δ掺杂有Si，掺杂的Si可以降低多量子阱层中的位错，屏蔽极化电场的影响，提高晶体质量，且由于第一周期中的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，第一相邻层为与第一周期的GaN层接触的InGaN层，因此Si不会扩散到InGaN层中，这可避免在多量子阱层中形成点缺陷，使得电子和空穴的复合效率高，发光二极管的发光效率高；并且当发光二极管发出的是蓝绿光时，掺Si可以屏蔽极化电场的影响，减少波长的蓝移量；

多量子阱层的多周期结构中，各GaN层掺杂Si的量从下至上递减，能够在多量子阱层内形成电子势阱，当电子从n型层跃迁时，该电子势阱可以降低电子的速度，将电子聚集在多量子阱层中，有效增加了注入到多量子阱层的电子浓度，减少电子溢流到P型层的几率；同时，掺杂Si的量从下至上逐渐减小，可以提高电子在多量子阱层中分布的均匀性；

多量子阱层的多周期结构中，各GaN层的Si含量从下至上递减，直至减小至0，此时有利于空穴通过不掺杂Si的周期，更多地与进入多量子阱层的电子复合，电子和空穴的复合效率高。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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 (10)

1.一种GaN基发光二极管外延片，所述外延片包括衬底、以及在所述衬底上依次生长的GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层以及p型层，所述多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层，其特征在于，所述多周期结构之与所述n型层接触的周期为第一周期，所述第一周期的GaN层δ掺杂有Si，且所述第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，所述第一相邻层为与所述第一周期的GaN层接触的InGaN层。

2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，与所述第一周期连续的若干个周期的GaN层均δ掺杂有Si，且所述若干个周期的GaN层的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，所述第二相邻层为与所述若干个周期中每个周期的GaN层接触的InGaN层。

3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述第一周期和所述若干个周期组成的连续周期中，各GaN层的Si含量从下至上递减。

4.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，在所述多周期结构中，至少一个周期的GaN层不掺杂Si。

5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，在所述连续周期中，各InGaN层的In组分的含量从下至上递增。

6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，在所述连续周期中，每个周期的GaN层的Si的厚度为1～5nm。

7.根据权利要求3-6任一项所述的外延片，其特征在于，在所述连续周期中，每个周期的GaN层的Si的掺杂浓度为0～1×10²⁰/cm³。

8.一种GaN基发光二极管外延片的制作方法，所述方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次生长GaN成核层、不掺杂的GaN层、n型层；

在所述n型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层为多周期结构，每个周期包括InGaN层和GaN层；

在所述多量子阱层上生长p型层，

其特征在于，所述多周期结构之与所述n型层接触的周期为第一周期，在生长所述第一周期的GaN层时，在所述第一周期的GaN层中进行元素Si的δ掺杂，且所述第一周期的GaN层的Si掺杂在远离第一相邻层的位置，所述第一相邻层为与所述第一周期的GaN层接触的InGaN层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在生长与所述第一周期连续的若干个周期的GaN层时，在所述若干个周期的GaN层中分别进行元素Si的δ掺杂，且所述若干个周期的GaN层的Si分别掺杂在远离第二相邻层的位置，所述第二相邻层为与所述若干个周期中每个周期的GaN层接触的InGaN层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一周期和所述若干个周期组成的连续周期中，各GaN层的Si含量从下至上递减。