CN116072784B - 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、led - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、LED，所述深紫外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层。本发明提供的深紫外发光二极管外延片能够增加深紫外LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、LED。
背景技术
紫外发光二极管（UVLED）在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面有着广阔的市场应用前景。
AlGaN材料中的施主和受主杂质能级均较GaN更深，而且随着Al组分的增大，AlGaN材料的禁带宽度增大，施主/受主能级不断加深，激活能持续能增加，导致载流子激活效率和浓度降低，发光效率低制约着深紫外发光二极管进一步的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种深紫外发光二极管外延片，其能够增加深紫外LED的发光效率。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，能够稳定制得发光效率良好的深紫外发光二极管外延片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；
所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x的取值范围为0.1~0.6，y的取值范围为0.1~0.6；
所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a的取值范围为0.1~0.6，b的取值范围为0.1~0.6。
在一种实施方式中，所述第一MgN三维层的厚度为3nm~10nm；
所述第二MgN三维层的厚度为3nm~10nm。
在一种实施方式中，所述AlxGa1-xN层和N型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；
所述AlxGa1-xN层的厚度为1nm~10nm；
所述N型GaN层的厚度为1nm~10nm；
所述N型GaN层的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述第一InN层和N型AlyGa1-yN层的交替层叠的周期数为1~6；
所述第一InN层的厚度为0.1nm~3nm；
所述N型AlyGa1-yN层的厚度为10nm~20nm；
所述N型AlyGa1-yN层的掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1016atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层和P型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；
所述AlaGa1-aN层的厚度为1nm~5nm；
所述P型GaN层的厚度为1nm~5nm；
所述P型GaN层的掺杂浓度为1×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。
在一种实施方式中，所述第二InN层和P型AlbGa1-bN层的交替层叠的周期数为1~6；
所述第二InN层的厚度为0.1nm~3nm；
所述P型AlbGa1-bN层的厚度为10nm~20nm；
所述P型AlbGa1-bN层的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。
为解决上述问题，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；
在所述N型AlGaN层上沉积第一***层，包括以下步骤：
在所述N型AlGaN层上依次沉积第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x的取值范围为0.1~0.6，y的取值范围为0.1~0.6；
在所述多量子阱层上沉积第二***层，包括以下步骤：
在所述多量子阱层上依次沉积第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a的取值范围为0.1~0.6，b的取值范围为0.1~0.6。
在一种实施方式中，在所述N型AlGaN层上依次沉积第一MgN三维层或在所述多量子阱层上依次沉积第二MgN三维层，包括以下步骤：
控制反应室的温度为700℃~800℃，通入N2作为载气，通入Mg源和N源，其中Mg源的通入方式为脉冲通入，完成沉积。
在一种实施方式中，所述N型三维合并层的生长温度为1030℃~1070℃；
所述P型三维合并层的生长温度为1030℃~1070℃；
所述第一InN层的生长温度为900℃~1000℃；
所述N型AlyGa1-yN层为1100℃~1200℃；
所述第二InN层的生长温度为1000℃~1050℃；
所述P型AlbGa1-bN层的生长温度为1100℃~1200℃。
相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括所述的深紫外发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明提供的深紫外发光二极管外延片，其在多量子阱层的前后分别设置有第一***层和第二***层，所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层。所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层。
所述第一MgN三维层和第二MgN三维层能够造成表面粗化，减少了光线的全反射严重，增加在MgN粗化界面的漫反射，增加光提取效率。所述第一***层和第二***层能够增加进入多量子阱区的空穴浓度，空穴迁移率和空穴的扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，平衡多量子阱区的电子和空穴浓度，从而增加了深紫外发光二极管的发光效率。
附图说明
图1为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的结构示意图；
图2为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的第一***层的结构示意图；
图3为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的第二***层的结构示意图；
图4为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的制备方法的流程图；
图5为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的制备方法的步骤S2的流程图。
其中：衬底1、缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、第一***层5、多量子阱层6、第二***层7、电子阻挡层8、P型AlGaN层9、欧姆接触层10、第一MgN三维层51、N型三维合并层52和N型缺陷愈合层53、第二MgN三维层71、P型三维合并层72和P型缺陷愈合层73。
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。
除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：
本发明中，“优选”仅为描述效果更好的实施方式或实施例，应当理解，并不构成对本发明保护范围的限制。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，则包括数值区间的两个端点。
由于AlGaN材料的禁带宽度增大，施主/受主能级不断加深，激活能持续能增加，导致载流子激活效率和浓度降低，现阶段传统外延结构深紫外发光二极管的效率较低。
为解决上述问题，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片，如图1-图3所示，包括衬底1及依次层叠于所述衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、第一***层5、多量子阱层6、第二***层7、电子阻挡层8、P型AlGaN层9和欧姆接触层10；
所述第一***层5包括依次层叠于所述N型AlGaN层4上的第一MgN三维层51、N型三维合并层52和N型缺陷愈合层53，所述N型三维合并层52包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层53包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x的取值范围为0.1~0.6，y的取值范围为0.1~0.6；示例性的所述x的取值为0.2、0.3、0.4、0.5，但不限于此。示例性的所述y的取值为0.2、0.3、0.4、0.5，但不限于此。
所述第二***层7包括依次层叠于所述多量子阱层6上的第二MgN三维层71、P型三维合并层72和P型缺陷愈合层73，所述P型三维合并层72包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层73包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a的取值范围为0.1~0.6，b的取值范围为0.1~0.6。示例性的所述a的取值为0.2、0.3、0.4、0.5，但不限于此。示例性的所述b的取值为0.2、0.3、0.4、0.5，但不限于此。
在一种实施方式中，所述第一MgN三维层51的厚度为3nm~10nm；所述第二MgN三维层71的厚度为3nm~10nm。示例性的所述第一MgN三维层51的厚度为4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm，但不限于此。示例性的所述第二MgN三维层71的厚度为4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm，但不限于此。所述第一MgN三维层51和所述第二MgN三维层71造成的粗化表面，减少了光线的全反射严重，增加在MgN粗化界面的漫反射。光提取效率由于氮化物材料较高的折射率，量子阱发出的大量的光以限制在LED内部并被外延材料吸收掉，造成光提取效率非常低，所以在所述多量子阱层6的两端设置所述第一MgN三维层51和所述第二MgN三维层71相当于在所述多量子阱层6的两端设置了光的反射镜，大大增加了出光效率。
如图2所示，所述第一***层5除上述第一MgN三维层51外，还包括N型三维合并层52和N型缺陷愈合层53，所述N型三维合并层52和N型缺陷愈合层53的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述N型三维合并层52的所述AlxGa1-xN层和N型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；示例性的周期数为8、10、12、15、18、19，但不限于此。在一种实施方式中，所述AlxGa1-xN层的厚度为1nm~10nm，示例性的所述AlxGa1-xN层的厚度为2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述N型GaN层的厚度为1nm~10nm，示例性的所述N型GaN层的厚度为2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述N型GaN层的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3，示例性的所述N型GaN层的掺杂浓度为2×1016atoms/cm3、4×1016atoms/cm3、6×1016atoms/cm3、8×1016atoms/cm3，但不限于此。
在一种实施方式中，所述N型缺陷愈合层53的所述第一InN层和N型AlyGa1-yN层的交替层叠的周期数为1~6，示例性的周期数为2、3、4、5，但不限于此；所述第一InN层的厚度为0.1nm~3nm，示例性的所述第一InN层的厚度为0.2nm、0.5nm、0.8nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm，但不限于此；所述N型AlyGa1-yN层的厚度为10nm~20nm，示例性的所述N型AlyGa1-yN层为12nm、14nm、16nm、18nm，但不限于此；所述N型AlyGa1-yN层的掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1016atoms/cm3，示例性的所述N型AlyGa1-yN层的掺杂浓度为2×1015atoms/cm3、4×1015atoms/cm3、6×1015atoms/cm3、8×1015atoms/cm3，但不限于此。
需要说明的是，所述第一***层5的设置能够增加进入所述多量子阱层6的电子扩展，平衡所述多量子阱层6的电子和空穴浓度。所述N型AlGaN层4产生的电子经过所述第一***层5中的三维层时，三维结构增加了电子扩展的面积，有利于增加电子扩展；所述N型三维合并层52凭借其特定层叠结构搭配低Si掺杂的所述N型GaN层，有利于增加导电性，增加电子扩展的作用。所述N型缺陷愈合层53中，所述第一InN层能够降低材料的表面能，增加Al原子的迁移率，修复三维填平合并时产生的缺陷，提升晶格质量。并且InN能阶较低，能够成为电子“陷阱”，减缓电子移动速度，防止电子溢流，使得电子能得到更好的扩展。综上，所述第一***层5的设置能够增加进入所述多量子阱层6的电子扩展，平衡所述多量子阱层6的电子和空穴浓度。
进一步地，如图3所示，所述第二***层7除上述第二MgN三维层71外，还包括P型三维合并层72和P型缺陷愈合层73，所述P型三维合并层72和P型缺陷愈合层73的具体结构如下：
在一种实施方式中，所述P型三维合并层72的所述AlaGa1-aN层和P型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；示例性的周期数为8、10、12、15、18、19，但不限于此。在一种实施方式中，所述AlaGa1-aN层的厚度为1nm~5nm，示例性的所述AlaGa1-aN层的厚度为2nm、3nm、4nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述P型GaN层的厚度为1nm~5nm，示例性的所述P型GaN层的厚度为2nm、3nm、4nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述P型GaN层的掺杂浓度为1×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3，示例性的所述P型GaN层的掺杂浓度为2×1017atoms/cm3、4×1017atoms/cm3、6×1017atoms/cm3、8×1017atoms/cm3，但不限于此。
在一种实施方式中，所述P型缺陷愈合层73的所述第二InN层和P型AlbGa1-bN层的交替层叠的周期数为1~6，示例性的周期数为2、3、4、5，但不限于此；所述第二InN层的厚度为0.1nm~3nm，示例性的所述第二InN层的厚度为0.2nm、0.5nm、0.8nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm，但不限于此；所述P型AlbGa1-bN层的厚度为10nm~20nm，示例性的所述P型AlbGa1-bN层为12nm、14nm、16nm、18nm，但不限于此；所述P型AlbGa1-bN的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3，示例性的所述P型AlbGa1-bN的掺杂浓度为2×1016atoms/cm3、4×1016atoms/cm3、6×1016atoms/cm3、8×1016atoms/cm3，但不限于此。
需要说明的是，所述第二***层7能够增加进入多量子阱区的空穴浓度，空穴迁移率和空穴的扩展。深紫外AlGaN材料中的受主杂质能级均较GaN更深，而且随着Al组分的增大，AlGaN材料的禁带宽度增大，受主能级不断加深，激活能持续能增加，导致载流子激活效率和浓度降低。本发明的所述第二***层7采用超晶格材料作为三维合并层和三维愈合层，异质超晶格材料中形成了极化电场，受极化电场诱导的能带弯曲能够降低施主能级，能够增加Mg原子的激活率，从而增加空穴浓度。并且，所述第二***层7异质超晶格材料形成的三维合并层和三维愈合层会形成二维空穴气，大大提升了空穴迁移率。这里的三维合并层是指所述P型三维合并层72，三维愈合层是指所述P型缺陷愈合层73。进一步地，所述P型缺陷愈合层73中，P型掺杂AlGaN会产生空穴，但是Mg的激活率很低，并且由于Al原子的粘滞效应，导致空穴扩展很差，InN材料中，In原子可以增加Mg原子的激活率，大大增加空穴浓度，并且InN由于稳定性较差，能够降低材料的表面能，增加Al原子的迁移率，修复三维填平合并时产生的缺陷，提升晶格质量，减少缺陷对载流子的消耗，提升发光效率。在所述第二***层7的各子层中，都含有Mg原子，增加了进入多量子阱区的空穴浓度。
综上，使用本发明在所述多量子阱层6的前后加入所述第一***层5和第二***层7，其中，所述第一MgN三维层51和第二MgN三维层71能够造成表面粗化，减少了光线的全反射严重，增加在MgN粗化界面的漫反射，增加光提取效率。所述第一***层5和第二***层7能够增加进入多量子阱区的空穴浓度，空穴迁移率和空穴的扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，平衡多量子阱区的电子和空穴浓度，从而增加了深紫外发光二极管的发光效率。
相应地，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，如图4所示，包括以下步骤：
S1、准备衬底1；
在一种实施方式中，所述衬底选用蓝宝石衬底。蓝宝石是目前最常用的衬底材料，蓝宝石衬底具有制备工艺成熟、价格较低、易于清洗和处理，高温下有很好的稳定性。
S2、在所述衬底1上依次沉积缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、第一***层5、多量子阱层6、第二***层7、电子阻挡层8、P型AlGaN层9和欧姆接触层10。
如图5所示，步骤S2包括以下步骤：
S21、在衬底1上生长缓冲层2，包括：
在一种实施方式中，采用AlN材料作为缓冲层。优选地，AlN缓冲层可通过磁控溅射法得到。控制PVD设备溅射温度为400℃~700℃，功率为3000W~5000W，压力为1torr~10torr，能够得到质量较好的AlN缓冲层。
S22、在缓冲层2上沉积非掺杂AlGaN层3。
在一种实施方式中，将镀有AlN缓冲层的外延片转移至MOCVD设备中，控制反应腔的生长温度为1000℃~1200℃，生长压力为100torr~500torr，H2和N2混合气作为载气的条件下，通入NH3、Al源和Ga源，生长厚度为1μm~5μm。优选地，生长温度为1100℃，生长压力为200torr，生长厚度为3μm。非掺杂AlGaN层的生长温度较高，压力较低，制备的到的晶体质量较优。
S23、在非掺杂AlGaN层3上沉积N型AlGaN层4。
在一种实施方式中，控制反应室生长温度为1000℃~1350℃，生长压力为100torr~500torr，N型掺杂为Si，Si的掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~5×1019atoms/cm3。H2和N2混合气作为载气，在反应室同时通入SiH4源、Ga源、Al源、氨气，生长厚度为1μm~5μm。
优选地，生长温度为1250℃，生长压力为150torr，生长厚度为3μm，Si掺杂浓度为2.6×1019atoms/cm3，这样能够为紫外LED发光提供足够的电子。
S24、在N型AlGaN层4上沉积第一***层5。
在一种实施方式中，包括以下步骤：
控制反应室的温度为700℃~800℃，通入N2作为载气，通入Mg源和N源，其中Mg源的通入方式为脉冲通入，完成所述第一MgN三维层51的沉积；
再控制反应室生长温度为1030℃~1070℃，生长压力为200torr~500torr，通入H2和N2混合气作为载气，通入N源、Al源、Ga源，生长所述AlxGa1-xN层，然后关闭Al源，继续通入N源、Ga源和掺杂源，生长所述N型GaN层，交替层叠所述AlxGa1-xN层和N型GaN层，得到所述N型三维合并层52；
然后，先控制反应室温度为900℃~1000℃，生长压力为50torr~200torr，通入H2和N2混合气作为载气，通入N源、In源，生长所述第一InN层；然后关闭In源，控制反应室温度为1100℃~1200℃，通入N源、Al源、Ga源和掺杂源，生长所述N型AlyGa1-yN层；交替层叠所述第一InN层和N型AlyGa1-yN层，得到所述N型缺陷愈合层53；
所述第一InN层的生长温度太高温会造成In原子很快脱附；所述N型AlyGa1-yN层的生长温度较高有利于提升晶格质量。低压有利于二维生长，晶格质量会更高。
S25、在第一***层5上沉积多量子阱层6。
所述多量子阱层6是深紫外发光二极管的有源区，为电子和空穴复合的区域，对发光二极管的发光效率影响很大。在一种实施方式中，所述多量子阱层为交替堆叠的AlmGa1- mN量子阱层和AlnGa1-nN量子垒层，堆叠周期数6~12个；H2和N2混合气作为载气，在反应室通入Ga源、Al源、氨气，控制生长压力为50torr~300torr，控制生长温度为900℃~1200℃，生长多量子阱层。其中，所述AlmGa1-mN量子阱层的厚度为2nm~5nm，m的取值范围为0.2~0.6；所述AlnGa1-nN量子垒层的厚度为5nm~15nm，n的取值范围为0.4~0.8。
优选地，堆叠周期数为9，所述AlmGa1-mN量子阱层的厚度为3nm，所述AlnGa1-nN量子垒层的厚度为10nm，生长压力为200torr，生长温度为1100℃。
S26、在多量子阱层6上沉积第二***层7。
在一种实施方式中，包括以下步骤：
控制反应室的温度为700℃~800℃，通入N2作为载气，通入Mg源和N源，其中Mg源的通入方式为脉冲通入，完成所述第二MgN三维层71的沉积；
再控制反应室生长温度为1030℃~1070℃，生长压力为200torr~500torr，通入H2和N2混合气作为载气，通入N源、Al源、Ga源，生长所述AlaGa1-aN层，然后关闭Al源，继续通入N源、Ga源和掺杂源，生长所述P型GaN层，交替层叠所述AlaGa1-aN层和P型GaN层，得到所述P型三维合并层72；
然后，先控制反应室温度为1000℃~1050℃，生长压力为50torr~200torr，通入H2和N2混合气作为载气，通入N源、In源，生长所述第二InN层；然后关闭In源，控制反应室温度为1100℃~1200℃，通入N源、Al源、Ga源和掺杂源，生长所述P型AlbGa1-bN层；交替层叠所述第二InN层和P型AlbGa1-bN层，得到所述P型缺陷愈合层73。
所述第二InN层的生长温度太高温会造成In原子很快脱附；所述P型AlbGa1-bN层的生长温度较高有利于提升晶格质量。低压有利于二维生长，晶格质量会更高。
S27、在第二***层7上沉积电子阻挡层8。
在一种实施方式中，所述电子阻挡层为AlGaN电子阻挡层，厚度为10nm~100nm，生长温度为1000℃~1200℃，压力为150torr~300torr，其中Al组分为0.4~0.7。
优选地，AlGaN电子阻挡层厚度为40nm，其中Al组分为0.6，生长温度为1050℃，生长压力为200torr，这样制得的AlGaN电子阻挡层既可以有效地限制电子溢流，也可以减少对空穴的阻挡，提升空穴向量子阱的注入效率，减少载流子俄歇复合，提高发光二极管的发光效率。
S28、在电子阻挡层8上沉积P型AlGaN层9。
在一种实施方式中，控制反应室生长温度1000℃~1200℃，生长压力100torr~600torr，H2和N2混合气作为载气，通入Ga源、Al源、N源，生长P型AlGaN层，所述P型AlGaN层的厚度为10nm~100nm，P型掺杂Mg的掺杂浓度为1×1019atoms/cm3~1×1020atoms/cm3。
优选地，P型AlGaN层的生长温度为1100℃，厚度为50nm，生长压力为200torr，Mg掺杂浓度5×1019atoms/cm3，本层主要为深紫外发光二极管提供空穴。
S29、在P型AlGaN层9上沉积欧姆接触层10。
在一种实施方式中，控制反应室生长温度为1000℃~1100℃，生长压力为100torr~600torr，H2和N2混合气作为载气，在反应室通入Ga源、Al源、N源，生长厚度为10nm-50nm，P型掺杂Mg的掺杂浓度为5×1019atoms/cm3-5×1020atoms/cm3。
优选地，生长温度为1050℃，厚度为20nm，生长压力为200torr，Mg掺杂浓度为1×1020atoms/cm3，高掺杂浓度的P型接触层能够降低接触电阻。
综上，本发明提供的一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，采用特定的工艺能够稳定制得发光效率良好的深紫外发光二极管外延片。相应地，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的深紫外发光二极管外延片。所述LED的光电效率得到有效提升，且其他项电学性能良好。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；
所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠15个周期的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠5个周期的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x为0.3，y为0.3；
所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠15个周期的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠5个周期的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a为0.3，b为0.3。
实施例2
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于：a为0.1，b为0.1，x为0.1，y为0.1。其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，与实施例1不同之处在于a为0.6，b为0.6，x为0.6，y为0.6。其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处在于，不设有所述第一***层，其余皆与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处在于，不设有所述第二***层，其余皆与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1不同之处在于，不设有所述第一***层和第二***层，其余皆与实施例1相同。
以实施例1~实施例3和对比例1~对比例3制得深紫外发光二极管外延片使用相同芯片工艺条件制备成10×24mil的芯片，分别抽取300颗LED芯片，测试芯片的光电性能，具体测试结果如表1所示。
表1实施例1-实施例3和对比例1~对比例3制得LED的性能测试结果
由上述结果可知，本发明提供的深紫外发光二极管外延片，其在多量子阱层的前后分别设置有第一***层和第二***层，所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层。所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层。
所述第一MgN三维层和第二MgN三维层能够造成表面粗化，减少了光线的全反射严重，增加在MgN粗化界面的漫反射，增加光提取效率。所述第一***层和第二***层能够增加进入多量子阱区的空穴浓度，空穴迁移率和空穴的扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，增加进入多量子阱区的电子扩展，平衡多量子阱区的电子和空穴浓度，从而增加了深紫外发光二极管的发光效率。
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)
1.一种深紫外发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次层叠于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；
所述第一***层包括依次层叠于所述N型AlGaN层上的第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x的取值范围为0.1~0.6，y的取值范围为0.1~0.6；
所述第二***层包括依次层叠于所述多量子阱层上的第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a的取值范围为0.1~0.6，b的取值范围为0.1~0.6。
2.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第一MgN三维层的厚度为3nm~10nm；
所述第二MgN三维层的厚度为3nm~10nm。
3.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述AlxGa1-xN层和N型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；
所述AlxGa1-xN层的厚度为1nm~10nm；
所述N型GaN层的厚度为1nm~10nm；
所述N型GaN层的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。
4.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第一InN层和N型AlyGa1-yN层的交替层叠的周期数为1~6；
所述第一InN层的厚度为0.1nm~3nm；
所述N型AlyGa1-yN层的厚度为10nm~20nm；
所述N型AlyGa1-yN层的掺杂浓度为1×1015atoms/cm3~1×1016atoms/cm3。
5.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述AlaGa1-aN层和P型GaN层的交替层叠的周期数为5~20；
所述AlaGa1-aN层的厚度为1nm~5nm；
所述P型GaN层的厚度为1nm~5nm；
所述P型GaN层的掺杂浓度为1×1017atoms/cm3~1×1018atoms/cm3。
6.如权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第二InN层和P型AlbGa1-bN层的交替层叠的周期数为1~6；
所述第二InN层的厚度为0.1nm~3nm；
所述P型AlbGa1-bN层的厚度为10nm~20nm；
所述P型AlbGa1-bN层的掺杂浓度为1×1016atoms/cm3~1×1017atoms/cm3。
7.一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备衬底；
S2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、第一***层、多量子阱层、第二***层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；
在所述N型AlGaN层上沉积第一***层，包括以下步骤：
在所述N型AlGaN层上依次沉积第一MgN三维层、N型三维合并层和N型缺陷愈合层，所述N型三维合并层包括交替层叠的AlxGa1-xN层和N型GaN层，所述N型缺陷愈合层包括交替层叠的第一InN层和N型AlyGa1-yN层，其中，x的取值范围为0.1~0.6，y的取值范围为0.1~0.6；
在所述多量子阱层上沉积第二***层，包括以下步骤：
在所述多量子阱层上依次沉积第二MgN三维层、P型三维合并层和P型缺陷愈合层，所述P型三维合并层包括交替层叠的AlaGa1-aN层和P型GaN层，所述P型缺陷愈合层包括交替层叠的第二InN层和P型AlbGa1-bN层，其中，a的取值范围为0.1~0.6，b的取值范围为0.1~0.6。
8.如权利要求7所述的深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述N型AlGaN层上依次沉积第一MgN三维层或在所述多量子阱层上依次沉积第二MgN三维层，包括以下步骤：
控制反应室的温度为700℃~800℃，通入N2作为载气，通入Mg源和N源，其中Mg源的通入方式为脉冲通入，完成沉积。
9.如权利要求7所述的深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述N型三维合并层的生长温度为1030℃~1070℃；
所述P型三维合并层的生长温度为1030℃~1070℃；
所述第一InN层的生长温度为900℃~1000℃；
所述N型AlyGa1-yN层为1100℃~1200℃；
所述第二InN层的生长温度为1000℃~1050℃；
所述P型AlbGa1-bN层的生长温度为1100℃~1200℃。
10.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1~6任一项所述的深紫外发光二极管外延片。
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