具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法

摘要

本发明公开了一种具有四元InAlGaN的LED外延结构及其制备方法，该LED外延结构包括：衬底，衬底上，由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、n型掺杂的GaN层、多量子阱发光层、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层和p型掺杂的GaN层，n型掺杂的GaN层及多量子阱发光层之间设置有InAlGaN应力释放层。本发明在n型掺杂的GaN层及多量子阱发光层之间插入InAlGaN应力释放层，可以释放多量子阱的应力，提高内部量子效率，使得单位面积的多量子阱发光层的发光效率更高，且其生产方便，适于工业化应用。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别地，涉及一种具有四元InAlGaN的LED外延结构及其 制备方法。

背景技术

LED照明光源与传统照明光源相比具有节约能源、体积小、发光效率高、寿命长、无污染 以及色彩丰富等优点。作为照明光源，白光LED的能耗是白炽灯的1/8、荧光灯的1/2，且其 寿命长达10万个小时，并可实现无汞，对能源节约以及环境保护均具有重要意义。

虽然GaN基大功率型LED已经取得很大的进步（cree公司已经报道大功率白光LED的光 效实验研发水平达到231lm/w、日亚也有报道达到150lm/w、国内三安小功率也报道研发最高 水平在180lm/w）,但是离理论值还是有一段距离，主要原因是由于InGaN、GaN、AlGaN三者 之间存在较大的晶格匹配和极化应力，产生很强的压电场，引起电子和空穴波函数分离，降 低了量子效率。

为了提高电子和空穴复合概率，提高内部量子效率，人们在外延结构上也作出许多方案， 比如Polarization-matched InGaN/InGaN量子阱，即InGaN代替GaN作为量子阱的垒层；不 对称量子阱；Polarization-matched InAlGaN/InGaN量子阱，即InAlGaN代替GaN作为量子 阱的垒层等。目前未见有在多量子阱之前插入InAlGaN应力释放层以提高量子效率的报道。

发明内容

本发明目的在于提供一种能降低量子阱中的压电场、提高内部量子效率的具有四元 InAlGaN的LED外延结构及其制备方法。以解决由于LED外延结构各层之间产生的压电场引 起电子和空穴波函数分离，降低了量子效率的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有四元InAlGaN的LED外延结构，包括：衬底， 所述衬底上，由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、n型掺杂的GaN层、多量子 阱发光层、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层和p型掺杂的GaN层，所述n型掺杂的GaN层及所 述多量子阱发光层之间设置有InAlGaN应力释放层。

作为本发明的LED外延结构进一步改进：

优选地，所述InAlGaN应力释放层由自下而上依次分布的第一InAlGaN层和第二InAlGaN层 组成，所述第一InAlGaN层的分子式为In_aAl_（0.15-a）Ga_0.75N，所述第二InAlGaN层的分子式为In_bAl _（0.15-b）Ga_0.75N，其中，所述a的取值范围为0.03～0.05，所述b的取值范围为0.10～0.12。

优选地，所述GaN缓冲层的厚度为20nm～30nm；

所述未掺杂的GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述n型掺杂的GaN层的厚度为2μm～2.5μm；

所述InAlGaN应力释放层的厚度为40nm～50nm；

所述多量子阱发光层的厚度为230nm～250nm；

所述p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层的厚度为50nm～60nm；

所述p型掺杂的GaN层的厚度为200nm～250nm。

优选地，所述第一InAlGaN层的厚度为20nm～25nm；所述第二InAlGaN层的厚度为20 nm～25nm。

优选地，所述n型掺杂的GaN层与所述InAlGaN应力释放层之间设置有组分为未掺杂的 GaN的量子阱垒层，所述量子阱垒层的厚度为60nm～80nm。

优选地，所述多量子阱发光层由15～16个周期的间隔布置的InGaN阱层和InAlGaN垒层 叠加组成；所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN阱层的厚度为2.8nm～3nm；单 个周期的所述InAlGaN垒层的厚度为12nm～13nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种LED外延结构的制备方法，包括以下步骤：

S1：选择衬底；

S2：H₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述衬底上生长厚度 为20nm～30nm的GaN缓冲层；再使所述GaN缓冲层重结晶；

S3：H₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述GaN缓冲层上生长 厚度为2μm～2.5μm的未掺杂的GaN层；

S4：H₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD方法在 所述未掺杂的GaN层上生长厚度为2μm～2.5μm的n型掺杂的GaN层；

制得GaN模板；

S5：N₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD 方法在所述GaN模板上生长厚度为40nm～50nm的InAlGaN应力释放层；

S6：以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述 InAlGaN应力释放层上生长厚度为230nm～250nm的多量子阱发光层；

S7：以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，以Cp₂Mg为p型掺杂剂， 在所述多量子阱发光层上生长厚度为50nm～60nm的p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层；

S8：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，以Cp₂Mg为p型掺杂剂，在所述p型掺杂的InAlGaN电子阻 挡层上生长厚度为200nm～250nm的p型掺杂的GaN层。

作为本发明的方法进一步改进：

优选地，所述步骤S5包括以下步骤：

S501：N₂气氛、反应室压力为250mbar～350mbar条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源， 以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述GaN模板上生长厚度为20nm～25nm的第 一InAlGaN层；所述第一InAlGaN层的分子式为In_aAl_（0.15-a）Ga_0.75N，其中，所述a的取值范围为 0.03～0.05；

S502：N₂气氛、反应室压力为250mbar～350mbar条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源， 以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述第一InAlGaN层上生长厚度为20nm～25nm 的第二InAlGaN层；所述第二InAlGaN层的分子式为In_bAl_(0.15-b）Ga_0.75N，其中，所述b的取值范 围为0.10～0.12。

优选地，所述步骤S6包括以下步骤：在所述InAlGaN应力释放层上进行15～16个周期 的以下操作：

S601：在N₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法外 延生长厚度为2.8nm～3nm的InGaN阱层；

S602：在N₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，在 所述InGaN阱层上利用MOCVD方法外延生长厚度为12nm～13nm的InAlGaN垒层。

优选地，所述制备方法各步骤的工艺参数如下：

所述步骤S2中，在温度为530℃～570℃，所述TMGa的流量为55mL/min～65mL/min， 所述NH₃的流量为1.1×10⁴mL/min～1.3×10⁴mL/min的工艺条件下生长厚度为20nm～30nm 的GaN缓冲层；然后升温至1030℃～1100℃，并保持180s～210s，使所述GaN缓冲层重结晶；

所述步骤S3中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为180mL/min～200mL/min， 所述NH₃的流量为2×10⁴mL/min～2.4×10⁴mL/min；

所述步骤S4中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为200mL/min～250mL/min， 所述NH₃的流量为2.5×10⁴mL/min～3×10⁴mL/min，所述SiH₄的流量为14mL/min～18mL /min；

所述步骤S501中，温度为820℃～840℃，所述TMGa的流量为10mL/min～20mL/min， 所述TMIn的流量为100mL/min～150mL/min，所述TMAl的流量为80mL/min～100mL/min， 所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min；持续时长30s～60s；

所述步骤S502中，温度为780℃～820℃，所述TMGa的流量为10mL/min～20mL/min， 所述TMIn的流量为350mL/min～450mL/min，所述TMAl的流量为30mL/min～40mL/min， 所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min；

所述步骤S601中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～15mL/min， 所述TMIn的流量为650mL/min～750mL/min，所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min；持续时长30s～60s；

所述步骤S602中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～20mL/min， 所述TMIn的流量为30mL/min～50mL/min，所述TMAl的流量为20mL/min～30mL/min， 所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min；

所述步骤S7中，温度为950℃～1050℃，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min， 所述TMIn的流量为150mL/min～250mL/min，所述TMAl的流量为50mL/min～70mL/min， 所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min，所述Cp₂Mg的流量为600mL/min～ 800mL/min；

所述步骤S8中，温度为950℃～1050℃，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min， 所述NH₃的流量为3×10⁴mL/min～3.3×10⁴mL/min，所述Cp₂Mg的流量为600mL/min～ 800mL/min。

优选地，所述步骤S4完成后，所述方法还包括步骤：

S4A：以TMGa为Ga源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在所述n型掺杂的GaN层上生长厚度为2 μm～2.5μm的组分为未掺杂的GaN的量子阱垒层；

完成步骤S4A后，制得所述GaN模板。

优选地，所述步骤S4A的工艺参数如下：

温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为180mL/min～200mL/min，所述NH₃的流量 为2×10⁴mL/min～2.4×10⁴mL/min。

优选地，所述步骤S1还包括步骤：将所述衬底置于H₂气氛下，加热到1050℃～1150℃并 保持300s～600s，以去除所述衬底表面的H₂O和O₂；再降温到500℃～700℃，并通入NH₃对衬 底进行100s～200s的氮化处理。

优选地，所述步骤S8完成后，所述方法还包括以下步骤：

S9：将所述步骤S8获得的产物置于650℃～700℃的N₂气氛下退火15min～20min。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构，在n型掺杂的GaN层及多量子阱发光层 之间插入InAlGaN应力释放层，可以释放多量子阱的应力，提高内部量子效率，使得单位面 积的多量子阱发光层的发光效率更高。

2、本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构的制备方法，工艺步骤简单、通过在n型 掺杂的GaN层上生长InAlGaN应力释放层，然后再生长多量子阱发光层，可制备出本发明的 具有四元InAlGaN的LED外延结构，且生产方便，适于工业化生产。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的LED外延结构的剖面结构示意图；

图2是本发明优选实施例1的LED外延结构的InAlGaN应力释放层的剖面结构示意图；

图3是本发明优选实施例1的LED外延结构与传统LED外延结构制成的芯片的光效测试 对比示意图；

图4是本发明优选实施例2的LED外延结构的剖面结构示意图。

图例说明：

1、衬底；2、GaN缓冲层；3、未掺杂的GaN层；4、n型掺杂的GaN层；5、InAlGaN应力 释放层；6、多量子阱发光层；7、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层；8、p型掺杂的GaN层；9、 量子阱垒层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖 的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1，本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构，包括：衬底1，衬底1上，由下 至上依次设置有GaN缓冲层2、未掺杂的GaN层3、n型掺杂的GaN层4、InAlGaN应力释放层 5、多量子阱发光层6、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7和p型掺杂的GaN层8。

其中，GaN缓冲层2的厚度为25nm；未掺杂的GaN层3的厚度为2.2μm；n型掺杂的 GaN层4的厚度为2.3μm；InAlGaN应力释放层5的厚度为50nm；多量子阱发光层6的厚 度为240nm；p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7的厚度为50nm；p型掺杂的GaN层8的厚度 为250nm。

上述的LED外延结构，是通过以下的LED外延结构的制备方法制备得到的，该制备方法， 包括以下步骤：

S1：选择蓝宝石衬底1（实际应用时，也可选用SiC衬底或Si衬底）；将蓝宝石衬底1置于 H₂气氛下，加热到1100℃并保持400s，以去除衬底1表面的H₂O和O₂。再降温到500℃，并通 入NH₃对衬底1进行200s的氮化处理。

S2：于H₂气氛条件下，将温度降至550℃，通入流量为60mL/min（sccm，标准状态下毫 升每分）的TMGa为Ga源，通入流量为1.2×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在衬底1 上生长厚度为25nm的GaN缓冲层2；然后升温至1070℃，并保持200s，使所述GaN缓冲层2 重结晶。

S3：H₂气氛条件下，控制温度为1100℃，通入流量为190mL/min的TMGa为Ga源，通入流 量为2.2×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在GaN缓冲层2上生长厚度为2.2μm的未 掺杂的GaN层3。

S4：H₂气氛条件下，保持温度为1150℃，通入流量为220mL/min的TMGa为Ga源，通入流 量为2.7×10⁴mL/min的NH₃为N源，通入流量为16mL/min6的SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD 方法在未掺杂的GaN层3上生长厚度为2.3μm的n型掺杂的GaN层4。n型掺杂的GaN层4中Si 的掺杂浓度为8.0×10¹⁸atom(原子个数)/cm³。

制得GaN模板；

S5：N₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD 方法在GaN模板上生长厚度为50nm的InAlGaN应力释放层5。

本实施例中，步骤S5优选采用以下方式制备：

S501：N₂气氛、反应室压力为250mbar（毫巴）条件下，降低温度至840℃，通入流量为 15mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为125mL/min的TMIn为In源，通入流量为90mL/min 的TMAl为Al源，通入流量为3.1×10⁴mL/min的NH₃为N源，持续时长50s；利用MOCVD方法在 步骤S4制得的GaN模板上生长厚度为25nm的第一InAlGaN层；第一InAlGaN层的分子式为 In_0.05Al_0.10Ga_0.75N。

S502：N₂气氛、反应室压力为250mbar条件下，升高温度至820℃，通入流量为20mL/min 的TMGa为Ga源，通入400mL/min的TMIn为In源，通入流量为35mL/min的TMAl为Al源，通 入流量为3.2×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在第一InAlGaN层上生长厚度为25nm 的第二InAlGaN层；第二InAlGaN层的分子式为In_0.10Al_0.05Ga_0.75N。

S6：以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在InAlGaN 应力释放层5上生长厚度为240nm的多量子阱发光层6。

本实施例中，步骤S6优选采用以下方式制备：

在InAlGaN应力释放层5上进行15个周期的以下操作：

S601：在N₂气氛条件下，保持温度为760℃，通入流量为12mL/min的TMGa为Ga源，通入 流量为700mL/min的TMIn为In源，通入流量为3.2×10⁴mL/min的NH₃为N源，持续时长50s； 利用MOCVD方法外延生长厚度为3nm的InGaN阱层。

S602：在N₂气氛条件下，温度为760℃，通入流量为13mL/min的TMGa为Ga源，通入流量 为40mL/min的TMIn为In源，通入流量为25mL/min的TMAl为Al源，通入流量为3.2×10⁴mL /min的NH₃为N源，在InGaN阱层上利用MOCVD方法外延生长厚度为13nm的InAlGaN垒层。

S7：保持温度为1000℃，通入流量为40mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为200mL/min 的TMIn为In源，通入流量为60mL/min的TMAl为Al源，通入流量为3×10⁴mL/min的NH₃为N 源，通入流量为800mL/min的Cp₂Mg为p型掺杂剂，在多量子阱发光层6上生长厚度为60nm的 p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7。

S8：保持温度为1000℃，通入流量为40mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为3×10⁴mL/min 的NH₃为N源，通入流量为700mL/min的Cp₂Mg为p型掺杂剂，在p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层 7上生长厚度为200nm～250nm的p型掺杂的GaN层8。该p型掺杂的GaN层8中Mg的掺杂浓度 为4.0×10¹⁸atom(原子个数)/cm³。

S9：将步骤S8获得的产物置于700℃的N₂气氛下退火15min，制得本发明的LED外延结构。

上述步骤完成后，如图2所示，制得的LED外延结构中，InAlGaN应力释放层5由自下而 上依次分布的第一InAlGaN层和第二InAlGaN层组成，第一InAlGaN层的分子式为 In_0.05Al_0.10Ga_0.75N，第二InAlGaN层的分子式为In_0.10Al_0.05Ga_0.75N。第一InAlGaN层和第二InAlGaN 层的厚度均为20nm。多量子阱发光层6由15个周期的间隔布置的InGaN阱层和InAlGaN垒层 叠加组成；多量子阱发光层6中：单个周期的InGaN阱层的厚度为3nm；单个周期的InAlGaN 垒层的厚度为13nm。

第一InAlGaN层为低In高Al的四元结构，能起到电子扩散和晶格过渡作用，其晶格较 接近GaN，并位于GaN与第二InAlGaN层的晶格之间，对第二InAlGaN层的生长能起到缓冲作 用；第二InAlGaN层为高In低Al的四元结构，主要起到释放量子阱应力作用，其晶格较接 近多量子阱发光层6的InGaN。采用这种二层结构的InAlGaN应力释放层5代替传统的浅量子 阱层（SW层），能使得应力大大的释放，能降低量子阱中的压电场，并能提高内部量子效率； 同时结合多量子阱发光层6中的垒层也设置为与阱层极化匹配的四元InAlGaN层，通过这两 者可大大的提高亮度，可降低大电流密度注入下发光效率降低的现象。

由上可知，本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构的制备方法，工艺步骤简单、通 过在n型掺杂的GaN层4上生长应力释放层InAlGaN层，然后再生长多量子阱发光层6，可制 备出本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构，且生产方便，适于工业化生产。且本发明 的具有四元InAlGaN的LED外延结构，在n型掺杂的GaN层4及多量子阱发光层6之间插入 InAlGaN应力释放层5，可以释放多量子阱的应力，提高内部量子效率，使得单位面积的多量 子阱发光层6的发光效率更高。

将本实施例中的制得的LED外延结构（样品2）与传统的LED生长法制备的LED样品(样品 1)在同样的条件下蒸渡ITO，蒸渡Cr/Al/Pt电极，SiO₂保护层，将样品制备成1102μm*1102 μm（45mil*45mil）的芯片，各自选取150颗相同位置的芯片在相同条件下通过封装工艺固 晶打金线，在350mA的条件下，用远方积分球测试机点测光效，测试结果如图3所示（图3中 “▲”为样品1的光效，“■”为样品2的光效）。由图3可见通过样品比较，运用本专利方 法生长LED结构，在光效上比传统LED结构光效提高4-11%，并且光效达到越大提高的难度越大。 符合量子阱效率符合理论，本测试证明了，本发明提供的LED外延结构有利于提高LED内部量 子效率，至少提高4-11%。

实施例2：

参见图4，本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构，包括：衬底1，衬底1上，由下 至上依次设置有GaN缓冲层2、未掺杂的GaN层3、n型掺杂的GaN层4、未掺杂的GaN的量 子阱垒层9、InAlGaN应力释放层5、多量子阱发光层6、p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7和 p型掺杂的GaN层8。

其中，GaN缓冲层2的厚度为20nm；未掺杂的GaN层3的厚度为2μm；n型掺杂的GaN 层4的厚度为2μm；未掺杂的GaN的量子阱垒层9的厚度为2.5μm；InAlGaN应力释放层 5的厚度为40nm；多量子阱发光层6的厚度为245nm；p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7 的厚度为60nm；p型掺杂的GaN层8的厚度为200nm。

上述的LED外延结构，是通过以下的LED外延结构的制备方法制备得到的，该制备方法， 包括以下步骤：

S1：选择蓝宝石衬底1（实际应用时，也可选用SiC衬底或Si衬底）；将蓝宝石衬底1置于 H₂气氛下，加热到1150℃并保持300s，以去除衬底1表面的H₂O和O₂。再降温到700℃，并通 入NH₃对衬底1进行100s的氮化处理。

S2：于H₂气氛条件下，将温度降至530℃，通入流量为65mL/min（sccm）的TMGa为Ga 源，通入流量为1.3×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在衬底1上生长厚度为20nm的 GaN缓冲层2；然后升温至1100℃，并保持180s，使所述GaN缓冲层2重结晶。

S3：H₂气氛条件下，控制温度为1250℃，通入流量为180mL/min的TMGa为Ga源，通入流 量为2.4×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在GaN缓冲层2上生长厚度为2μm的未掺 杂的GaN层3。

S4：H₂气氛条件下，保持温度为1250℃，通入流量为200mL/min的TMGa为Ga源，通入 流量为3×10⁴mL/min的NH₃为N源，通入流量为18mL/min的SiH₄为n型掺杂剂，利用MOCVD 方法在未掺杂的GaN层3上生长厚度为2μm的n型掺杂的GaN层4。n型掺杂的GaN层4中Si的 掺杂浓度为8.0×10¹⁸atom(原子个数)/cm³。

S4A：保持温度为1250℃，通入流量为200mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为2.4×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在n型掺杂的GaN层4上生长厚度为2.5μm的组分为未 掺杂的GaN的量子阱垒层9。在此处制备未掺杂的GaN的量子阱垒层9，有利于后续InAlGaN应 力释放层5的生长，n型掺杂GaN层4在高温下生长，长速较快，得到的表面较粗糙，于是通 过降温控制长速生长表面非常平整的量子阱垒层9,量子阱垒层9的表面平整利于后续InAlGaN 应力释放层5的生长，原子堆垛更有序才能体现释放应力的功能，且量子阱垒层9能提高 InAlGaN应力释放层5的晶体质量，并为这一层提供好的生长表面。

完成步骤S4A后，制得GaN模板。

S5：N₂气氛条件下，以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD 方法在GaN模板上生长厚度为40nm的InAlGaN应力释放层5。

本实施例中，步骤S5优选采用以下方式制备：

S501：N₂气氛、反应室压力为350mbar条件下，降低温度至820℃，通入流量为10mL/min 的TMGa为Ga源，通入流量为100mL/min的TMIn为In源，通入流量为80mL/min的TMAl为Al 源，通入流量为3×10⁴mL/min的NH₃为N源，持续时长60s；利用MOCVD方法在步骤S4制得的 GaN模板上生长厚度为20nm的第一InAlGaN层；第一InAlGaN层的分子式为In_0.03Al_0.12Ga_0.75N。

S502：N₂气氛、反应室压力为350mbar条件下，升高温度至780℃，通入流量为10mL/min 的TMGa为Ga源，通入350mL/min的TMIn为In源，通入流量为30mL/min的TMAl为Al源，通 入流量为3×10⁴mL/min的NH₃为N源，利用MOCVD方法在第一InAlGaN层上生长厚度为20nm 的第二InAlGaN层；第二InAlGaN层的分子式为In_0.12Al_0.03Ga_0.75N。

S6：以TMGa为Ga源，以TMIn为In源，以TMAl为Al源，以NH₃为N源，利用MOCVD方法在InAlGaN 应力释放层5上生长厚度为245nm的多量子阱发光层6。

本实施例中，步骤S6优选采用以下方式制备：

在InAlGaN应力释放层5上进行16个周期的以下操作：

S601：在N₂气氛条件下，保持温度为800℃，通入流量为15mL/min的TMGa为Ga源，通入 流量为750mL/min的TMIn为In源，通入流量为3.3×10⁴mL/min的NH₃为N源，持续时长30s； 利用MOCVD方法外延生长厚度为2.8nm的InGaN阱层。

S602：在N₂气氛条件下，温度为800℃，通入流量为20mL/min的TMGa为Ga源，通入流量 为40mL/min的TMIn为In源，通入流量为30mL/min的TMAl为Al源，通入流量为3.3×10⁴mL /min的NH₃为N源，在InGaN阱层上利用MOCVD方法外延生长厚度为12.5nm的InAlGaN垒层。

S7：保持温度为1050℃，通入流量为45mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为250mL/min 的TMIn为In源，通入流量为70mL/min的TMAl为Al源，通入流量为3.3×10⁴mL/min的NH₃为N源，通入流量为800mL/min的Cp₂Mg为p型掺杂剂，在多量子阱发光层6上生长厚度为60nm 的p型掺杂的InAlGaN电子阻挡层7。

S8：保持温度为1050℃，通入流量为45mL/min的TMGa为Ga源，通入流量为3.3×10⁴mL /min的NH₃为N源，通入流量为800mL/min的Cp₂Mg为p型掺杂剂，在p型掺杂的InAlGaN电子阻 挡层7上生长厚度为200nm的p型掺杂的GaN层8。该p型掺杂的GaN层8中Mg的掺杂浓度为4.0 ×10¹⁸atom(原子个数)/cm³。

S9：将步骤S8获得的产物置于650℃的N₂气氛下退火20min，制得本发明的LED外延结构。

上述步骤完成后，如图2所示，制得的LED外延结构中，InAlGaN应力释放层5由自下而 上依次分布的第一InAlGaN层和第二InAlGaN层组成，第一InAlGaN层的分子式为 In_0.03Al_0.12Ga_0.75N，第二InAlGaN层的分子式为In_0.12Al_0.03Ga_0.75N。第一InAlGaN层和第二InAlGaN 层的厚度均为20nm。本实施例中，多量子阱发光层6由15个周期的间隔布置的InGaN阱层和 InAlGaN垒层叠加组成；多量子阱发光层6中：单个周期的InGaN阱层的厚度为2.8nm；单个 周期的InAlGaN垒层的厚度为12.5nm。

第一InAlGaN层为低In高Al的四元结构，能起到电子扩散和晶格过渡作用，其晶格较 接近GaN；第二InAlGaN层为高In低Al的四元结构，主要起到释放量子阱应力作用，其晶格 较接近多量子阱发光层6的InGaN。采用这种二层结构的InAlGaN应力释放层5代替传统的浅 量子阱层（SW层），能使得应力大大的释放，能降低量子阱中的压电场，能提高内部量子效率； 同时结合多量子阱发光层6中的垒层也设置为与阱层极化匹配的四元InAlGaN层，通过这两 者大大的提高亮度，可降低大电流密度注入下发光效率降低的现象。

由上可知，本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构的制备方法，工艺步骤简单、通 过在n型掺杂的GaN层4上生长InAlGaN应力释放层5，然后再生长多量子阱发光层6，可制 备出本发明的具有四元InAlGaN的LED外延结构，且生产方便，适于工业化生产。且本发明 的具有四元InAlGaN的LED外延结构，在n型掺杂的GaN层4及多量子阱发光层6之间插入 应力释放层InAlGaN层，可以释放多量子阱的应力，提高内部量子效率，使得单位面积的多 量子阱发光层6的发光效率更高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。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。