CN117810329B - 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。外延片依次包括衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；V坑控制层包括依次层叠的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1‑w‑xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1‑y‑zN层和B_αIn_βGa_1‑α‑βN层交替层叠形成的周期性结构，第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1‑γ‑δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构。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

氮化镓材料作为第三代半导体的典型代表，由于其具有禁带宽度大，电子迁移率高等特点，已经成为未来半导体领域最有可能的材料。尤其是氮化镓基器件在微波、毫米波频段广泛应用于无线通信、雷达等电子系统，在光电子和微电子领域具有十分广阔的发展前景。

现在通常采用外延结构为衬底，缓冲层，n型层，发光层，电子阻挡层和P型层，主要发光来源为发光层。但随着工作电流密度相应的增加，由俄歇复合和载流子泄露效应产生的droop效应会严重的影响LED的载流子注入效率，从而进一步影响光输出功率。目前提出通过对电子阻挡层(EBL)进行结构设计，利用极化效应进行能带结构调制，以来增加空穴的注入效率，同时减少电子泄露造成的droop效应影响。然而，由于空穴和电子有效质量的差异，空穴和电子在GaN材料中的迁移能力有着很大的差别，空穴的迁移率远小于电子；调节电子阻挡层结构，往往会降低空穴的注入效率，导致发光效率下降。

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，其可提升发光二极管的发光效率。

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、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述V坑控制层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

所述第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构；

其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。

作为上述技术方案的改进，所述第一阶梯层的周期数为5～10，所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层的厚度为3nm～5nm，w为0.01～0.06，x为0.01～0.05，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；

所述BN层的厚度为3nm～5nm。

作为上述技术方案的改进，所述第二阶梯层的周期数为3～12，所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的厚度为2nm～4nm，y为0.03～0.08，z为0.02～0.07，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；

所述B_αIn_βGa_1-α-βN层的厚度为2nm～4nm，α为0.2～0.6，β为0.03～0.08。

作为上述技术方案的改进，所述第三阶梯层的周期数为2～4，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的厚度为3nm～5nm，γ为0.05～0.09，δ为0.04～0.09，其掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3；

所述Si₃N₄层的厚度为3nm～5nm。

作为上述技术方案的改进，沿外延片生长方向，所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化。

作为上述技术方案的改进，所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层的掺杂浓度大于所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度；

所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的掺杂浓度大于所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度；

所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层的掺杂浓度与所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的掺杂浓度相同或不同。

作为上述技术方案的改进，沿外延片生长方向，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度呈递减变化。

作为上述技术方案的改进，所述多量子阱层为InGaN量子阱层与AlGaN量子垒层交替层叠形成的周期性结构，其周期数为6～12；

所述InGaN量子阱层的厚度为2nm～5nm，其In组分占比为0.15～0.25；

所述AlGaN量子垒层的厚度为5nm～15nm，其Al组分占比为0.01～0.1。

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、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述V坑控制层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

所述第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构；

其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β；

其中，所述V坑控制层的生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

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：

本发明的发光二极管外延片中，在N型GaN层和多量子阱层之间设置了V坑控制层，其包括依次层叠的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层交替层叠形成的周期性结构，第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构；且0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。上述的外延片中，第一阶梯层中的BN层的能带较高，可以减少电子流进多量子阱层中，减少过多的电子发生溢流，同时，BN层与N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层交替层叠组成的周期性结构可以不断地释放底层的压应力，提高晶体质量，减少缺陷的产生。第二阶梯层的B_αIn_βGa_1-α-βN层中掺杂的B/In调制能带促进参与有效复合电子流入多量子阱层中，加强电子的注入效率，降低工作电压，此外，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层的晶格差异较小，可进一步的释放压应力，提高晶体质量。第三阶梯层中周期生长的Si₃N₄层可以不断有效的阻挡缺陷的延伸，从而控制V型坑的产生，减少V型坑的密度和深度，从而弱化Efficiency Droop效应。此外，第一阶梯层、第二阶梯层、第三阶梯层均引入了N型掺杂，这可以增加电流扩展能力，降低电阻率，第三阶梯层中n型掺杂浓度较低，是为了防止n型掺杂延伸到发光层以至P型层中，减少非有效性复合和发光层的晶体质量。

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的详细描述。

参考图1，本发明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、非掺杂GaN层300、N型GaN层400、V坑控制层500、多量子阱层600、电子阻挡层700和P型半导体层800。其中，V坑控制层500包括依次层叠于N型GaN层400上的第一阶梯层510、第二阶梯层520和第三阶梯层530。第一阶梯层510为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511和BN层512交替层叠形成的周期性结构，第二阶梯层520为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521和B_αIn_βGa_1-α-βN层522交替层叠形成的周期性结构，第三阶梯层530为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531和Si₃N₄层532交替层叠形成的周期性结构；且0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。基于上述的结构，可调制电子进入多量子阱层的数量，速度，减少电子泄露，弱化efficiency Droop效应。同时可有效减少压应力积累，优化多量子阱层中电子、空穴的复合效率，提升发光效率。

其中，第一阶梯层510的周期数为3～10，优选的为5～10，更优选的为6～9。N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511的厚度为2nm～5nm，优选的为3nm～5nm，更优选的为3.5nm～5nm。其中，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中Al组分占比(即w)为0.01～0.07，优选的为0.01～0.06，更优选的为0.01～0.04。N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中In组分占比(即x)为0.02～0.1，优选的为0.03～0.08，更优选的为0.03～0.05。N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中Si的掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；优选的为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3。

其中，BN层的厚度为2nm～5nm，优选的为3nm～5nm，更优选的为3.5nm～5nm。

其中，第二阶梯层520的周期数为3～15，优选的为3～12，更优选的为4～10。其中，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521的厚度为2nm～5nm，优选的为2nm～4nm。N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中Al组分占比(即y)0.02～0.08，优选的为0.03～0.08，更优选的为0.04～0.07。N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中In组分的占比(即z)为0.02～0.08，优选的为0.02～0.07。N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中Si掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；优选的为1×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁸cm^-3。

其中，B_αIn_βGa_1-α-βN层522的厚度为2nm～5nm，优选的为2nm～4nm。B_αIn_βGa_1-α-βN层522中B组分的占比(即α)为0.15～0.65，优选的为0.2～0.6，更优选的为0.2～0.3。B_αIn_βGa_1-α-βN层522中In组分的占比(即β)为0.03～0.1，优选的为0.03～0.08。

其中，第三阶梯层530的周期数为2～8，优选的为2～4。其中，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531的厚度为2nm～5nm，优选的为3nm～5nm。N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中Al组分占比(即γ)为0.05～0.1，优选的为0.05～0.09。N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中In组分的占比(即δ)为0.04～0.1，优选的为0.04～0.09，更优选的为0.05～0.09。N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中Si掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～5×10¹⁷cm^-3，优选的为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3。

其中，Si₃N₄层532的厚度为2nm～5nm，优选的为3nm～5nm。

优选的，在本发明的一些实施例中，w＜y＜γ，x＜z＜δ，α＜y，z＜β，基于上述组分的控制，可进一步提升发光效率。

优选的，在本发明的一些实施方式中，沿外延片生长方向，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，基于这种组分控制，不仅可以更好地释放压应力，提升发光效率，而且还形成电子陷阱，降低电子的迁移速度，进一步弱化Efficiency Droop效应。需要说明的是，当采用In组分、Al组分渐变的技术方案时，各层中Al组分、In组分的占比等均是指该层中的平均占比。

优选的，在本发明的一些实施方式中，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511的掺杂浓度大于N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531的掺杂浓度；N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521的掺杂浓度大于所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531的掺杂浓度；N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511的掺杂浓度与N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521的掺杂浓度相同或不同。基于上述的控制，可在提升电流扩展能力的同时防止过多的多余电子进入多量子阱层600，提升发光效率，弱化Efficiency Droop效应。更优选的，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511的掺杂浓度与N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521的掺杂浓度相同。

优选的，在本发明的一些实施方式中，沿外延片生长方向，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531的掺杂浓度呈递减变化。

其中，多量子阱层600可为本领域常见的InGaN-GaN型多量子阱层，但不限于此。优选的，在本发明的一些实施方式中，多量子阱层600为InGaN量子阱层610与AlGaN量子垒层620交替层叠形成的周期性结构，其周期数为6～12。本发明的V坑控制层500大幅弱化了来自底层的压应力，阻挡了缺陷延伸，使得多量子阱层600可采用晶格差异较大的InGaN-AlGaN结构，提升了对电子的限域能力，提升了发光效率。具体的，InGaN量子阱层610的厚度为2nm～5nm，其In组分占比为0.15～0.25；AlGaN量子垒层620的厚度为5nm～15nm，其Al组分占比为0.01～0.1。

其中，衬底100为蓝宝石衬底、硅衬底或碳化衬底，但不限于此。

其中，缓冲层200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20nm～80nm。

其中，非掺杂GaN层300的厚度为1μm～3μm。N型GaN层400的厚度为1μm～3μm，其Si掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～5×10¹⁹cm^-3。

其中，电子阻挡层700为AlGaN层，其Al组分占比为0.05～0.2，厚度为10nm～40nm，但不限于此。

其中，P型半导体层800为P型GaN层，其厚度为100nm～500nm，其Mg掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3～1×10²¹cm^-3。

相应的，参考图2，本发明还提供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，其具体包括以下步骤：

S1：提供衬底；

S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；

优选的，在本发明的一些实施方式中，步骤S2包括：

S21：在衬底上生长缓冲层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层。

S22：在缓冲层上生长非掺杂GaN层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1050℃～1200℃，生长压力为100torr～500torr。

S23：在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1050℃～1200℃，生长压力为100torr～500torr。

S24：在N型GaN层上生长V坑控制层；

具体的，步骤S24包括：

S241：在N型GaN层上生长第一阶梯层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层，直至得到第一阶梯层。其生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

S242：在第一阶梯层上生长第二阶梯层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层，直至得到第二阶梯层。其生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

S243：在第二阶梯层上生长第三阶梯层，得到V坑控制层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD周期性生长N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层，直至得到第三阶梯层。其生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

S25：在V坑控制层上生长多量子阱层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD在V坑控制层上周期性生长InGaN量子阱层与AlGaN量子垒层，直至得到多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为760℃～820℃，生长压力为100torr～300torr。AlGaN量子垒层的生长温度为800℃～950℃，生长压力为100torr～300torr。

S26：在多量子阱层上生长电子阻挡层；

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层，其生长温度为900℃～1000℃，生长压力为100torr～300torr。

S27：在电子阻挡层上生长P型半导体层；

具体的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长P型GaN层，作为P型半导体层，其生长温度为900℃～1050℃，生长压力为100torr～500torr。

下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1

参考图1，本实施例提供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、非掺杂GaN层300、N型GaN层400、V坑控制层500、多量子阱层600、电子阻挡层700和P型半导体层800。

其中，衬底100为蓝宝石衬底，缓冲层200为AlN层，其厚度为40nm。非掺杂GaN层300的厚度为1.5μm。N型GaN层400的掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3，其厚度为2.5μm。

其中，V坑控制层500包括依次层叠于N型GaN层400上的第一阶梯层510、第二阶梯层520和第三阶梯层530；第一阶梯层510为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511(w＝0.03，x＝0.03)和BN层交替层叠形成的周期性结构，周期数为8。N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中Si掺杂浓度为4×10¹⁷cm^-3，厚度为4nm，BN层512的厚度为4nm。第二阶梯层520为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521(y＝0.05，z＝0.04)和B_αIn_βGa_1-α-βN层522(α＝0.35，β＝0.06)交替层叠形成的周期性结构，周期数为10，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中Si掺杂浓度为6×10¹⁷cm^-3，厚度为3nm，B_αIn_βGa_1-α-βN层522的厚度为3nm。第三阶梯层530为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531(γ＝0.08，δ＝0.08)和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构，周期数为3，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中Si掺杂浓度为4×10¹⁷cm^-3，厚度为4nm，Si₃N₄层的厚度为4nm。沿外延片生长方向，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中的Al组分、In组分、Si掺杂浓度均维持恒定，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中的Al组分、In组分、Si掺杂浓度均维持恒定，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中Al组分、In组分、Si掺杂浓度均维持恒定。

其中，多量子阱层600为交替层叠的InGaN量子阱层610和AlGaN量子垒层620形成的周期性结构，周期数为10，其中，InGaN量子阱层610的In组分占比为0.22，厚度为3.5nm，AlGaN量子垒层620中Al组分占比为0.08，其厚度为10nm。

其中，电子阻挡层700为AlGaN层，其Al组分占比为0.18，厚度为35nm。P型半导体层800为P型GaN层，其Mg掺杂浓度为2×10²⁰cm^-3，厚度为220nm。

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；

其中，通过PVD生长AlN层，作为缓冲层；

(3)在缓冲层上生长非掺杂GaN层；

其中，通过MOCVD生长非掺杂GaN层。其生长温度为1100℃，生长压力为150torr。

(4)在非掺杂GaN层上生长N型GaN层；

其中，通过MOCVD生长N型GaN层，其生长温度为1120℃，生长压力为100torr。

(5)在N型半导体层上生长第一阶梯层；

其中，通过MOCVD周期性生长N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层，直至得到第一阶梯层，两者的生长温度均为900℃，生长压力为200torr。

(6)在第一阶梯层上生长第二阶梯层；

其中，通过MOCVD周期性生长N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层，直至得到第二阶梯层。其生长温度为950℃，生长压力为200torr。

(7)在第二阶梯层上生长第三阶梯层，得到V坑控制层；

其中，通过MOCVD周期性生长N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层，直至得到第三阶梯层。其生长温度为1020℃，生长压力为200torr。

(8)在V坑控制层上生长多量子阱层；

其中，通过MOCVD在V坑控制层上周期性生长InGaN量子阱层与AlGaN量子垒层，直至得到多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为780℃，生长压力为200torr。AlGaN量子垒层的生长温度为930℃，生长压力为200torr。

(9)在多量子阱层上生长电子阻挡层；

其中，通过MOCVD生长AlGaN层，作为电子阻挡层，其生长温度为980℃，生长压力为180torr。

(10)在电子阻挡层上生长P型半导体层；

具体的，通过MOCVD生长P型GaN层，作为P型半导体层，其生长温度为1020℃，生长压力为300torr。

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：

沿外延片生长方向，N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化。

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：

N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层511中Si掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层521中Si掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531中Si掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-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区别在于：

沿外延片生长方向，N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层531的掺杂浓度呈递减变化其余均与实施例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的区别在于：

不包括V坑控制层，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4，对比例1得到的发光二极管外延片进行测试，并以对比例1的数据为基准，计算发光效率提升率。

具体结果如下表所示：

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、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述V坑控制层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

所述第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构；

其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β。

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5～10，所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层的厚度为3nm～5nm，w为0.01～0.06，x为0.01～0.05，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；

所述BN层的厚度为3nm～5nm。

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3～12，所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的厚度为2nm～4nm，y为0.03～0.08，z为0.02～0.07，其掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3～5×10¹⁸cm^-3；

所述B_αIn_βGa_1-α-βN层的厚度为2nm～4nm，α为0.2～0.6，β为0.03～0.08。

4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第三阶梯层的周期数为2～4，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的厚度为3nm～5nm，γ为0.05～0.09，δ为0.04～0.09，其掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁷cm^-3；

所述Si₃N₄层的厚度为3nm～5nm。

5.如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，沿外延片生长方向，所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层中的Al组分呈递减变化，In组分呈递增变化。

6.如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述N型Al_wIn_xGa_{1-w- x}N层的掺杂浓度大于所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度；

所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的掺杂浓度大于所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度；

所述N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层的掺杂浓度与所述N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层的掺杂浓度相同或不同。

7.如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，沿外延片生长方向，所述N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层的掺杂浓度呈递减变化。

8.如权利要求1～4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述多量子阱层为InGaN量子阱层与AlGaN量子垒层交替层叠形成的周期性结构，其周期数为6～12；

所述InGaN量子阱层的厚度为2nm～5nm，其In组分占比为0.15～0.25；

所述AlGaN量子垒层的厚度为5nm～15nm，其Al组分占比为0.01～0.1。

9.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1～8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、非掺杂GaN层、N型GaN层、V坑控制层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述V坑控制层包括依次层叠于所述N型GaN层上的第一阶梯层、第二阶梯层和第三阶梯层；

所述第一阶梯层为N型Al_wIn_xGa_1-w-xN层和BN层交替层叠形成的周期性结构，所述第二阶梯层为N型Al_yIn_zGa_1-y-zN层和B_αIn_βGa_1-α-βN层交替层叠形成的周期性结构，所述第三阶梯层为N型Al_γIn_δGa_1-γ-δN层和Si₃N₄层交替层叠形成的周期性结构；

其中，0.01≤w≤y≤γ≤0.1，0.01≤x≤z≤δ≤0.1，α＜y，z≤β；

其中，所述V坑控制层的生长温度为850℃～1050℃，生长压力为100torr～300torr。

10.一种发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的发光二极管外延片。