《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》是華燦光電股份有限公司於2013年7月31日申請的專利，該專利的申請號為2013103297123，公布號為CN103441197A，授權公布日為2013年12月11日，發明人是吳克敏、魏世禎。
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》公開了一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法，屬於半導體技術領域。外延片包括襯底、以及在襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層、多量子阱層以及p型層，多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層，多周期結構之與n型層接觸的周期為第一周期，第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層。該發明通過上述方案，可以降低多量子阱層中的位錯，禁止極化電場的影響，提高晶體質量，Si不會擴散到InGaN層中，可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的複合效率高，發光效率高。
2018年12月20日，《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法
- 公布號：CN103441197A
- 授權日：2013年12月11日
- 申請號：2013103297123
- 申請日：2013年7月31日
- 申請人：華燦光電股份有限公司
- 地址：湖北省武漢市東湖新技術開發區濱湖路8號
- 發明人：吳克敏、魏世禎
- Int.Cl.：H01L33/06(2010.01)I; H01L33/32(2010.01)I; H01L33/00(2010.01)I
- 代理機構：北京三高永信智慧財產權代理有限責任公司
- 代理人：徐立
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
GaN（氮化鎵）是第三代寬禁帶半導體材料中的典型代表，其優異的物理和化學特性使其在微電子器件和光電子器件等領域有著很重大的套用前景。在微電子器件方面，GaN憑藉其穩定的物理化學性質被廣泛套用於製作高電子遷移率電晶體、聲表面波器件和耿氏效應微波器件等微電子器件。
截至2013年7月，GaN基發光二極體外延片一般包括襯底、以及依次層疊在襯底上的GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層、多量子阱層以及p型層，其中，多量子阱層一般是由InGaN層和GaN層依次交替層疊而成。在生長多量子阱層時，一般是採用低溫生長GaN層，GaN層較低的生長溫度，使得GaN層和InGaN層之間會產生位錯，導致GaN層和InGaN層的界面不夠平整，降低了多量子阱層的晶體質量。2013年7月之前技術中，為了降低位錯，一般會在整個GaN層摻雜Si。
在實現《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》的過程中，發明人技術至少存在以下問題：
2013年7月之前技術中在整個GaN層中摻雜Si，雖然在一定程度上能提高晶體質量，但是Si會從GaN層擴展到InGaN層，使得多量子阱層形成點缺陷，進而降低了電子和空穴的複合效率，致使發光二極體的發光效率低下。
發明內容
專利目的
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》提供了一種GaN基發光二極體及其製作方法。
技術方案
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》所述技術方案如下：
一方面，《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供了一種發光二極體外延片，所述外延片包括：襯底、以及在所述襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層、多量子阱層以及p型層，所述多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層，所述多周期結構之與所述n型層接觸的周期為第一周期，所述第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層。
優選地，與所述第一周期連續的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
進一步地，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
進一步地，在所述多周期結構中，至少一個周期的GaN層不摻雜Si。
進一步地，在所述連續周期中，各InGaN層的In組分的含量從下至上遞增。
優選地，在所述連續周期中，每個周期的GaN層的Si的厚度為1～5納米。
優選地，在所述連續周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為0～1×10/立方厘米。
另一方面，《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例還提供了一種GaN基發光二極體外延片的製作方法，所述方法包括：
提供一襯底；
在所述襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層；
在所述n型層上生長多量子阱層，所述多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層；所述多周期結構之與所述n型層接觸的周期為第一周期，在生長所述第一周期的GaN層時，在所述第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層；
在所述多量子阱層上生長p型層。
優選地，在生長與所述第一周期連續的若干個周期的GaN層時，在所述若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
進一步地，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
有益效果
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
多量子阱層多周期結構中，與n型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，禁止極化電場的影響，提高晶體質量，且由於第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的複合效率高，發光二極體的發光效率高。
附圖說明
圖1是《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例一提供的一種GaN基發光二極體外延片的結構示意圖；
圖2是《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例一提供的多量子阱層的第一種組成的能帶圖；
圖3是《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例一提供的多量子阱層的第二種組成的能帶圖；
圖4是《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例二提供的一種GaN基發光二極體外延片的製作方法的流程圖。
技術領域
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》涉及半導體技術領域，特別涉及一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法。
權利要求
1.一種GaN基發光二極體外延片，所述外延片包括襯底、以及在所述襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層、多量子阱層以及p型層，所述多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層，其特徵在於，所述多周期結構之與所述n型層接觸的周期為第一周期，所述第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層。
2.根據權利要求1所述的外延片，其特徵在於，與所述第一周期連續的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
3.根據權利要求2所述的外延片，其特徵在於，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
4.根據權利要求3所述的外延片，其特徵在於，在所述多周期結構中，至少一個周期的GaN層不摻雜Si。
5.根據權利要求4所述的外延片，其特徵在於，在所述連續周期中，各InGaN層的In組分的含量從下至上遞增。
6.根據權利要求5所述的外延片，其特徵在於，在所述連續周期中，每個周期的GaN層的Si的厚度為1～5納米。
7.根據權利要求3-6任一項所述的外延片，其特徵在於，在所述連續周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為0～1×10/立方厘米。
8.一種GaN基發光二極體外延片的製作方法，所述方法包括：提供一襯底；在所述襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層；在所述n型層上生長多量子阱層，所述多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層；在所述多量子阱層上生長p型層，其特徵在於，所述多周期結構之與所述n型層接觸的周期為第一周期，在生長所述第一周期的GaN層時，在所述第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，在生長與所述第一周期連續的若干個周期的GaN層時，在所述若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
實施方式
- 實施例一
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供了一種GaN基發光二極體外延片，該外延片尤其適用於製作藍綠光的發光二極體。
如圖1所示，該外延片包括：襯底11、以及在襯底11上依次生長的GaN成核層12、不摻雜的GaN層13、n型層14、多量子阱層以及p型層16，多量子阱層為多周期結構，在該實施例中，多周期結構包括n個周期，分別為第一周期51、第二周期52、第三周期53、……、第n周期5n。每個周期包括InGaN層5a和GaN層5b。多周期結構之與n型層14接觸的周期為第一周期51，第一周期51的GaN層5bδ摻雜有Si，且第一周期51的GaN層5b的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期51的GaN層5b接觸的InGaN層，即第一相鄰層為第一周期51的InGaN層5a和第二周期52的InGaN層5a。
具體地，多量子阱層的每個周期中，可以是GaN層設於InGaN層上，也可以是InGaN層設於GaN層上。
另外，Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，因此Si不會擴散到InGaN層5a中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子或空穴的非輻射複合幾率大大減小，電子和空穴的複合效率高，發光二極體的發光效率高。
優選地，在該實施例中，與第一周期51連續的若干個周期的GaN層5b均δ摻雜有Si，且該若干個周期的GaN層5b的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，第二相鄰層為與該若干個周期中每個周期的GaN層5b接觸的InGaN層5a。例如，參見圖1，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均δ摻雜有Si，則第二相鄰層為第二周期52的InGaN層5a、第三周期53的InGaN層5a、第四周期54的InGaN層5a、第五周期55的InGaN層5a和第六周期56的InGaN層5a。通過在與第一周期51連續的若干個周期的GaN層5b均δ摻雜有Si，可以降低連續的若干個周期中的InGaN層5a和GaN層5b之間的位錯，進一步提高晶體質量。
進一步地，在該實施例中，第一周期51與該若干個周期組成的連續周期中，各GaN層5b的Si含量從下至上遞減。在該實施例中，從下至上的方向，是指從n型層14至p型層16的方向。例如，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均δ摻雜有Si，且第一周期51到第五周期55的GaN層5b的Si含量從下至上遞減。在該連續的周期中，各GaN層5b摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內形成電子勢阱，當電子從n型層14躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層16的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上遞減，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性。
進一步地，在多周期結構中，至少一個周期的GaN層5b不摻雜Si。具體地，不摻雜Si的周期位於摻雜Si的周期上方臨近p型層16處，這樣，多量子阱層的多周期結構中，各GaN層5b的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，例如，多量子阱層中第一周期51到第五周期55的GaN層5b均摻雜Si，第六周期56、第七周期57、第八周期58、……、第n周期5n的GaN層5b均不摻雜Si。該結構有利於空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子複合，電子和空穴的複合效率高。需要說明的是，該不摻雜Si的周期可以為一個或多個。
可選地，在上述連續周期（即多周期結構之摻雜Si的周期）中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
優選地，在上述連續周期中，各InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增。通過使In組分的含量從下至上遞增，這樣可以減小InGaN層5a和GaN層5b的晶格失配度，從而可以提高晶體的質量。
進一步地，在多周期結構之不摻雜Si的周期中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
進一步地，在多周期結構中，摻雜Si的周期中InGaN層5a的In組分的含量不大於不摻雜Si的周期中的InGaN層5a的In組分的含量（即摻雜Si的周期的InGaN層表示為InxGa1-xN層，摻雜Si的周期的InGaN層表示為InyGa1-yN層時，x≦y）。例如，多量子阱層中的周期數為8，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均摻雜Si，且第一周期51到第五周期55中的InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增，第六周期56、第七周期57和第八周期58的GaN層5b均不摻雜Si，第六周期56到第八周期58中的InGaN層5a的In組分的含量相等，且第五周期中的InGaN層5a的In組分的含量與第六周期中的InGaN層5a的In組分的含量相等。
具體地，在該實施例中，多量子阱層可以是如下結構：周期數為9，每個周期的具體包括In0.16Ga0.84N層和GaN層，其中，每個周期的In0.16Ga0.84N層的厚度為2.5納米，N與Ga的摩爾比為4500；每個周期的GaN層的厚度為12納米，N與Ga的摩爾比為4500；從下至上，前5個周期中的GaN層有效摻雜Si的濃度依次為1×10/立方厘米、2×10/立方厘米、5×10/立方厘米、5×10/立方厘米、1×10/立方厘米，摻雜的厚度都為1納米；後四個周期中的GaN層中摻雜Si的量為0。這種結構的多量子阱層的能帶圖如圖2所示（能帶是由導帶和價帶組成，圖2中，上面是導帶，下面的是價帶）。該結構的外延片經過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導體加工工藝製程後，分割成尺寸大小為10×8mil的LED晶片。LED晶片經過測試，在測試電流為20毫安的情況下，單顆小晶片光輸出功率為5.6兆瓦，藍移量為3～4納米。而傳統的外延片，相同晶片製程的單顆小晶片光的輸出功率為5兆瓦，藍移量為8～12納米。因此，該實施例具有該多量子阱層的外延片相比於傳統傳統的外延片而言，多量子阱層應力小，電子與空穴複合效率高，製成的LED晶片亮度大。
具體地，在該實施例中，多量子阱層也可以是如下結構：其周期數為8，從下至上，前3個周期每個周期包括In0.12Ga0.88N層和GaN層，前三個周期中每個周期的In0.12Ga0.88N層的厚度為2.5納米，N與Ga的摩爾比為4500；前三個周期中每個周期的GaN層的厚度為12納米，N與Ga的摩爾比為4500，前三個周期中的GaN層有效摻雜Si的濃度都為1×10/立方厘米，Si摻雜的厚度分別為3納米、2納米、1納米；後5個周期每個周期包括In0.16Ga0.84N層和GaN層，後五個周期中的每個周期的In0.16Ga0.84N層的厚度為2.5納米，N與Ga的摩爾比為4500；後五個周期中的每個周期的GaN層的厚度為12納米，N與Ga的摩爾比為4500，後五個周期中的GaN層摻雜Si的量都為0。這種結構的多量子阱層的能帶圖如圖3所示（能帶是由導帶和價帶組成，圖3中，上面是導帶，下面的是價帶）。該結構的外延片經過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導體加工工藝製程後，分割成尺寸大小為10×8mil的LED晶片。經LED晶片測試，測試電流20毫安，單顆小晶片光輸出功率為5.3兆瓦，藍移量為3～4納米。而傳統的外延片，相同晶片製程的單顆小晶片光的輸出功率為5兆瓦，藍移量為8～12納米。因此，該實施例具有該多量子阱層的外延片相比於傳統傳統的外延片而言，多量子阱層應力小，電子與空穴複合效率高，製成的LED晶片亮度大。
優選地，在多周期結構中，每個周期的InGaN層5a的厚度為2～5納米，每個周期的GaN層5b的厚度為8～20納米。通過限制InGaN層5a和GaN層5b的厚度，以控制多量子阱層的厚度，以將多量子阱層的厚度控制在合適的範圍內，從而在保證多量子阱層發光效率的同時不會影響其生長質量。
優選地，在上述連續周期中，每個周期的GaN層5b的Si的厚度為1～5納米。通過控制Si摻雜的厚度，從而控制摻雜Si的量，以保證摻雜的Si的量在適量的範圍內，一方面可以減少位錯密度，另一方面又不至於Si擴散到InGaN層5a中，引起非輻射複合。
優選地，在上述連續周期中，每個周期的GaN層5b的Si的摻雜濃度為0～1×10/立方厘米。摻雜Si的量過低，不能提高晶體質量，而摻雜Si的量過高則會帶來額外的摻雜導致的缺陷，通過限制摻雜Si的濃度，以控制摻雜Si的量。
進一步地，通過限制InGaN層5a中In組分的含量，可以控制外延片製作成晶片後發出的光的顏色，優選地，在該實施例中InGaN層5a的In組分的含量在0～0.5範圍內（即InGaN層5a為InxGa1-xN層，0<x<0.5），此時晶片發出的光為藍綠光。需要說明的是，《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供的外延片，尤其適合用於製作藍綠光的晶片。在該實施例中，摻雜的Si可以禁止極化電場的影響，減小波長的藍移量。
可選地，在該實施例中，襯底11可以為藍寶石襯底。
可選地，在該實施例中，n型層14可以為摻雜Si的GaN層。
可選地，在該實施例中，多量子阱層的周期數為n，4<n<12。周期數過小，影響外延片的發光效率，周期數過大，會影響多量子阱層的生長質量，加大了外延片長壞的風險。
可選地，在該實施例中，p型層16包括p型AlyGa1-yN層和設於AlyGa1-yN層上的p型GaN層，其中，0<y<0.3。具體地，p型AlyGa1-yN層可以為厚度為100納米的摻雜Mg的Al0.15Ga0.85N層，其中，p型AlyGa1-yN層中N與Ga的摩爾比為12000，摻雜的Mg與p型AlyGa1-yN層中的Ga的摩爾比為1/4。p型GaN層可以為厚度為0.4微米的摻雜Mg的GaN層，其中，GaN層中N與Ga的摩爾比為8000，摻雜的Mg與GaN層中的Ga的摩爾比為1/80。通過將p型層16包括p型AlyGa1-yN層和p型GaN層，p型AlyGa1-yN層可以阻擋電子，從而防止電子溢流。
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：
多量子阱層多周期結構中，與n型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，禁止極化電場的影響，提高晶體質量，且由於第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的複合效率高，發光二極體的發光效率高；並且當發光二極體發出的是藍綠光時，摻Si可以禁止極化電場的影響，減少波長的藍移量；
多量子阱層的多周期結構中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內形成電子勢阱，當電子從n型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上逐漸減小，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性；
多量子阱層的多周期結構中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，此時有利於空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子複合，電子和空穴的複合效率高。
- 實施例二
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供了一種GaN基發光二極體外延片的製作方法，可以用來製作實施例一中的GaN基發光二極體外延片，參見圖4，該方法包括：
步驟201：提供一襯底；
可選地，在該實施例中，襯底可以為藍寶石襯底。
步驟202：在襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層；
可選地，在該實施例中，GaN成核層是在低溫條件下生長，不摻雜的GaN層可以在高溫條件下生長，n型層可以為摻雜Si的GaN層。
步驟203：在n型層上生長多量子阱層，多量子阱層為多周期結構，每個周期包括InGaN層和GaN層；多周期結構之與n型層接觸的周期為第一周期，在生長第一周期的GaN層時，在第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層；
具體地，多量子阱層的每個周期中，可以是GaN層設於InGaN層上，也可以是InGaN層設於GaN層上。
具體地，由於第一周期的GaN層摻雜有Si，並且該摻雜為δ摻雜，δ摻雜為局部重摻雜，局部是指部分摻雜，即在被摻雜物質的部分進行摻雜，在該實施例中，即指一層GaN層中的部分摻雜Si，剩下的部分不摻雜Si，即不是整個GaN層摻雜Si；重摻雜是指摻入半導體材料中的雜質量比較多，如Si單晶中雜質濃度達到大於每立方厘米存有10個原子。通過將Si的摻雜設為δ摻雜可以提高晶體質量。
另外，Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，因此Si不會擴散到InGaN層，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的非輻射複合幾率大大減小，電子和空穴的複合效率高，發光二極體的發光效率高。
優選地，在生長與第一周期連續的若干個周期的GaN層時，在該若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且該若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，第二相鄰層為與該若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層，例如，在生長與第一周期連續的第二周期到第五周期時，第一周期到第五周期的GaN層均δ摻雜有Si，則第二相鄰層為第二周期的InGaN層、第三周期的InGaN層、第四周期的InGaN層、第五周期的InGaN層和第六周期的InGaN層。通過在與第一周期連續的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，可以降低連續的若干個周期中的InGaN層和GaN層之間的位錯，進一步提高晶體質量。
進一步地，第一周期和該若干個周期組成的連續周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。在該實施例中，從下至上的方向，是指從n型層至p型層的方向。例如，在生長第一周期到第五周期時，第一周期到第五周期的GaN層的Si含量從下至上遞減。在該連續的周期中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內形成電子勢阱，當電子從n型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上遞減，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性。
進一步地，在多周期結構中，至少一個周期的GaN層不摻雜Si。具體地，不摻雜Si的周期位於摻雜Si的周期上方臨近p型層處，這樣，多量子阱層的多周期結構中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，例如，多量子阱層中的周期數為8，第一周期到第五周期的GaN層均摻雜Si，第六周期到第八周期的GaN層均不摻雜Si。該結構有利於空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子複合，電子和空穴的複合效率高。需要說明的是，該不摻雜Si的周期可以為一個或多個。
可選地，在上述連續周期（即多周期結構之摻雜Si的周期）中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
優選地，在上述連續周期中，各InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增。通過使In組分的含量從下至上遞增，這樣可以減小InGaN層5a和GaN層5b的晶格失配度，從而可以提高晶體的質量。
進一步地，在多周期結構之不摻雜Si的周期中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
進一步地，在多周期結構中，摻雜Si的周期中InGaN層5a的In組分的含量不大於不摻雜Si的周期中的InGaN層5a的In組分的含量（即摻雜Si的周期的InGaN層表示為InxGa1-xN層，摻雜Si的周期的InGaN層表示為InyGa1-yN層時，x≦y）。例如，多量子阱層中的周期數為8，第一周期到第五周期的GaN層均摻雜Si，且第一周期到第五周期中的InGaN層的In組分的含量從下至上遞增，第六周期、第七周期和第八周期的GaN層均不摻雜Si，第六周期到第八周期中的InGaN層的In組分的含量不變，且第五周期中的InGaN層的In組分的含量與第六周期中的InGaN層的In組分的含量相等。
優選地，在多周期結構中，每個周期的InGaN層的厚度為2～5納米，每個周期的GaN層的厚度為8～20納米。通過限制InGaN層和GaN層的厚度，以控制多量子阱層的厚度，以將多量子阱層的厚度控制在合適的範圍內，從而在保證多量子阱層發光效率的同時不會影響其生長質量。
優選地，上述連續周期中，每個周期的GaN層的Si摻雜的厚度為1～5納米。通過控制Si摻雜的厚度，從而控制摻雜Si的量，以保證摻雜的Si在適量的範圍內，一方面可以減少位錯密度，另一方面又不至於Si擴散到InGaN層中，引起非輻射複合。
優選地，上述連續周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為0～1×10/立方厘米。摻雜Si的量過低，不能提高晶體質量，而摻雜Si的量過高則會帶來額外的摻雜導致的缺陷。通過限制摻雜Si的濃度，以控制摻雜Si的量。
進一步地，通過限制InGaN層5a的In組分的含量，可以控制外延片製作成晶片後發出的光的顏色，優選地，在該實施例InGaN層5a中In組分的含量在0～0.5範圍內（即InGaN層5a為InxGa1-xN層，0<x<0.5），此時晶片發出的光為藍綠光。需要說明的是《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供的外延片結構，尤其適合用於製作藍綠光的晶片。在該實施例中，摻雜的Si可以禁止極化電場的影響，減小波長的藍移量。
可選地，在該實施例中，多量子阱層的周期數為n，4<n<12。周期數過小，影響外延片的發光效率，周期數過大，會影響多量子阱層的生長質量，加大了外延片長壞的風險。
步驟204：在多量子阱層上生長p型層；
可選地，在該實施例中，p型層包括p型AlyGa1-yN層和設於p型AlyGa1-yN層上的p型GaN層，其中，0<y<0.3。通過將p型層包括p型AlyGa1-yN層和p型GaN層，p型AlyGa1-yN層可以阻擋電子，從而防止電子溢流。
具體地，步驟201～204可以通過以下步驟實現：
（1）提供藍寶石襯底，並將藍寶石襯底在溫度為1200℃，純氫氣氣氛里進行退火，然後降溫到600℃進行氮化處理；
（2）在600℃下，生長20納米厚的GaN成核層，此生長過程時，生長壓力為420Torr，N與Ga的摩爾比為900；
（3）GaN成核層生長結束後，停止通入TMGa，將襯底溫度升高1220℃，對GaN成核層在原位進行退火處理，退火時間為8分鐘；退火之後，將溫度調節到1220℃，在較低的N與Ga的摩爾比條件下外延生長厚度為3微米的不摻雜的GaN層，此生長過程中，生長壓力在200Torr，N與Ga的摩爾比為1500；
（4）不摻雜的GaN層生長結束後，生長一層摻雜濃度1×10/立方厘米的n型GaN層，厚度為2微米，生長溫度為1220℃，生長壓力為150Torr，N與Ga的摩爾比為1800；
（5）在n型GaN層上先生長5個周期的多量子阱，每個周期包括In0.16Ga0.84N層和GaN層，In0.16Ga0.84N層的厚度為2.5納米，生長溫度為780℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500；GaN層的厚度12納米，生長溫度為900℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500，GaN層中Si摻雜的厚度為1納米，Si的有效摻雜濃度為依次為1×10/立方厘米、2×10/立方厘米、5×10/立方厘米、5×10/立方厘米、1×10/立方厘米；再生長4個周期多量子阱層，每個周期包括In0.16Ga0.84N層和GaN多量子阱，In0.16Ga0.84N層的厚度為2.5納米，生長溫度為780℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500；GaN層中摻雜Si的量為0，GaN層的厚度12納米，生長溫度為900℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500。
（6）多量子阱層生長結束後，升高溫，溫度控制在1020℃，生長壓力為300Torr，N與Ga的摩爾比為12000，生長厚度為100納米的P型Al0.15Ga0.85N層。該層Mg摻雜濃度較高，Mg與Ga的摩爾比為1/4。然後在P型Al0.15Ga0.85N上生長0.4微米厚的P型GaN層，其生長溫度1000℃，生長壓力200Torr，N與Ga的摩爾比8000，Mg與Ga摩爾比為1/80。
所有外延生長結束後，將反應腔的溫度降至800℃，純氮氣氛圍進行退火處理10min，然後降至室溫，結束外延生長。
顯然地，上述步驟（5）也可以由以下步驟替換：
在n型GaN層上先生長3個周期的多量子阱層，每個周期包括In0.12Ga0.88N層和GaN層，In0.12Ga0.88N層的厚度為2.5納米，生長溫度為780℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500；GaN層的厚度12納米，生長溫度為900℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500，摻雜的厚度分別為3納米、2納米、1納米，Si的有效摻雜濃度為1×1019/立方厘米；再生長5個周期的多量子阱層，每個周期包括In0.16Ga0.84N層和未摻雜Si的GaN層，In0.16Ga0.84N的厚度為2.5納米，生長溫度為780℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500；未摻雜Si的GaN層的厚度12納米，生長溫度為900℃，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500。
《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：多量子阱層多周期結構中，與n型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，禁止極化電場的影響，提高晶體質量，且由於第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的複合效率高，發光二極體的發光效率高；並且當發光二極體發出的是藍綠光時，摻Si可以禁止極化電場的影響，減少波長的藍移量；
多量子阱層的多周期結構中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內形成電子勢阱，當電子從n型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上逐漸減小，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性；
多量子阱層的多周期結構中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，此時有利於空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子複合，電子和空穴的複合效率高。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種GaN基發光二極體外延片及其製作方法》獲得第二十屆中國專利優秀獎。
