CN116759500A - 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，该外延片包括外延片，包括衬底及层叠于衬底上的外延片，外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。本发明可有效提升发光二极管的发光效率，增加外延片的表面平整度，提升抗静电能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，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
现有技术中，氮化镓基发光二极管外延片的结构一般是在衬底上依次层叠形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层及P型半导体层，一方面，现有的P型半导体层中Mg的活化率很低，并且空穴的迁移率低，加之电子阻挡层较高的势垒高度也会对空穴造成一定的阻挡，导致多量子阱层中空穴不足，影响发光效率；另一方面，从底层累积的缺陷延伸至P型半导体层，会捕捉部分空穴，对空穴进行消耗，影响空穴浓度，同样会对发光效率造成影响，并且会影响外延的表面平整度，还会成为漏电通道，造成发光二极管抗静电能力的下降。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，本发明通过***层的设置，能够大大增加了进入多量子阱层中的空穴浓度，减少了传统结构中电子阻挡层对空穴的阻挡作用，并且提升了P型层的生长质量，减少了缺陷对空穴的消耗，从而有效提升发光二极管的发光效率，并且增加外延片的表面平整度，提升抗静电能力。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种发光二极管外延片，包括衬底及层叠于所述衬底上的外延片，所述外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，所述电子阻挡层与所述P型层之间设有***层；
所述***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
所述第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，所述中间缓冲层为石墨烯层，所述第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
在一些实施例中，所述AlInGaN子层中，Al含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加而递减，In含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加而递增。
在一些实施例中，所述AlInGaN子层中，Al含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加，自a递减至b，其中，0.1≤a≤0.4，0.01≤b≤0.05。
在一些实施例中，所述AlInGaN子层中，In含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加，自c递增至d，其中，0＜c＜0.05，0.05≤d≤0.1。
在一些实施例中，所述InGaN子层中，In含量为0.05~0.1。
在一些实施例中，所述第一空穴加速层中，单个所述第一MgN子层的厚度为0.1nm~5nm，单个所述AlInGaN子层的厚度为0.1nm~5nm；所述第二空穴加速层中，单个所述第二MgN子层的厚度为0.1nm~5nm，单个所述InGaN子层的厚度为0.1nm~5nm。
在一些实施例中，所述第一空穴加速层的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃；所述第二空穴加速层的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃。
在一些实施例中，所述石墨烯层的厚度为1nm~10nm，且所述石墨烯层采用物理气相沉积法制得。
另一方面，本发明提供一种发光二极管外延片的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上沉积外延层；
所述外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，所述电子阻挡层与所述P型层之间设有***层；
所述***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
所述第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，所述中间缓冲层为石墨烯层，所述第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
再者，本发明提供一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
本发明的有益效果在于：
本发明中，在电子阻挡层与P型层之间设置***层，其中，***层在靠近P型层的一侧设有第二空穴加速层，且第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，第二MgN子层与InGaN子层组成的异质超晶格结构会产生极大的极化电场，从而产生二维空穴气，有助于载流子的迁移率提升，由此使得P型层产生的空穴，在第二空穴加速层的作用下，迁移率和扩展能力得到了提升；同时，第二MgN子层会产生空穴，而InGaN子层中的In可以降低Mg的激活能，进一步增加空穴浓度。
其次，本发明的***层在第二空穴加速层与第一空穴加速层之间采用采用石墨烯层作为中间缓冲层，一方面，石墨烯层能够使得材料可以根据范德瓦尔斯力结合，大大提升了晶格质量，避免了从底层延升的缺陷进一步向上延伸，提升发光二极管的抗静电能力，并且避免缺陷累积至P型层捕捉空穴造成空穴的消耗，从而增加了有效进入多量子阱层中的空穴，提升发光效率；另一方面，石墨烯层可以增加P型层与电子阻挡层之间的匹配度，避免由于电子阻挡层高的势垒高度造成的对空穴的阻挡作用，并且载流子在石墨烯层的迁移率较高，也有利于增加通过电子阻挡层进入到多量子阱层的空穴浓度。
再者，本发明的***层在靠近电子阻挡层的一侧设有第一空穴加速层，且第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，一方面，第一MgN子层与AlInGaN子层组成的异质超晶格结构会产生极大的极化电场，进一步提升空闲的迁移率，同时，通过第一MgN子层和AlInGaN子层可进一步增加空穴浓度；另一方面，由于禁带宽度上，InGaN＜AlInGaN＜AlGaN，能够增加与电子阻挡层的势垒和晶格匹配度，使得更多的空穴能通过电子阻挡层而进入到多量子阱层中。
综上，本发明通过***层的设置，能够大大增加了进入多量子阱层中的空穴浓度，减少了传统结构中电子阻挡层对空穴的阻挡作用，并且提升了P型层的生长质量，减少了缺陷对空穴的消耗，从而有效提升发光二极管的发光效率，并且增加外延片的表面平整度，提升抗静电能力。
附图说明
图1为本发明的发光二极管外延片的结构示意图。
图2为本发明的***层的结构示意图。
图3为本发明的发光二极管外延片的制备方法的流程图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
一方面，参见图1至图2所示，本发明公开一种发光二极管外延片，包括衬底1及层叠于衬底1上的外延片，外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层6及P型层8，电子阻挡层6与P型层8之间设有***层7；
***层7包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层71、中间缓冲层72及第二空穴加速层73；
第一空穴加速层71为由第一MgN子层711与AlInGaN子层712周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层72为石墨烯层，第二空穴加速层73为由第二MgN子层731与InGaN子层732周期***替生长而成的超晶格结构。
本发明中，在电子阻挡层6与P型层8之间设置***层7，其中，***层7在靠近P型层8的一侧设有第二空穴加速层73，且第二空穴加速层73为由第二MgN子层731与InGaN子层732周期***替生长而成的超晶格结构，第二MgN子层731与InGaN子层732组成的异质超晶格结构会产生极大的极化电场，从而产生二维空穴气，有助于载流子的迁移率提升，由此使得P型层8产生的空穴，在第二空穴加速层73的作用下，迁移率和扩展能力得到了提升；同时，第二MgN子层731会产生空穴，而InGaN子层732中的In可以降低Mg的激活能，进一步增加空穴浓度。
其次，本发明的***层7在第二空穴加速层73与第一空穴加速层71之间采用采用石墨烯层作为中间缓冲层72，一方面，石墨烯层能够使得材料可以根据范德瓦尔斯力结合，大大提升了晶格质量，避免了从底层延升的缺陷进一步向上延伸，提升发光二极管的抗静电能力，并且避免缺陷累积至P型层8捕捉空穴造成空穴的消耗，从而增加了有效进入多量子阱层5中的空穴，提升发光效率；另一方面，石墨烯层可以增加P型层8与电子阻挡层6之间的匹配度，避免由于电子阻挡层6高的势垒高度造成的对空穴的阻挡作用，并且载流子在石墨烯层的迁移率较高，也有利于增加通过电子阻挡层6进入到多量子阱层5的空穴浓度。
再者，本发明的***层7在靠近电子阻挡层6的一侧设有第一空穴加速层71，且第一空穴加速层71为由第一MgN子层711与AlInGaN子层712周期***替生长而成的超晶格结构，一方面，第一MgN子层711与AlInGaN子层712组成的异质超晶格结构会产生极大的极化电场，进一步提升空闲的迁移率，同时，通过第一MgN子层711和AlInGaN子层712可进一步增加空穴浓度；另一方面，由于禁带宽度上，InGaN＜AlInGaN＜AlGaN，能够增加与电子阻挡层6的势垒和晶格匹配度，使得更多的空穴能通过电子阻挡层6而进入到多量子阱层5中。
综上，本发明通过***层7的设置，能够大大增加了进入多量子阱层5中的空穴浓度，减少了传统结构中电子阻挡层6对空穴的阻挡作用，并且提升了P型层8的生长质量，减少了缺陷对空穴的消耗，从而有效提升发光二极管的发光效率，并且增加外延片的表面平整度，提升抗静电能力。
其中，AlInGaN子层712中，Al含量随第一空穴加速层71的周期数的增加而递减，In含量随第一空穴加速层71的周期数的增加而递增。
也即，在第i周期中，AlInGaN子层712中的Al含量为k，In含量为m，在第i+1周期中，AlInGaN子层712中的Al含量为j，In含量为n，k＞j，n＞m。
由于禁带宽度上，InGaN＜AlInGaN＜AlGaN，因此，通过AlInGaN子层712的Al含量及In含量的渐变设置，使得第一空穴加速层71中，自P型层8向电子阻挡层6的方向，AlInGaN子层712的势垒由低向高渐变，越靠近电子阻挡层6的AlInGaN子层712与电子阻挡层6的势垒和晶格的匹配度越高，有效减少传统结构中电子阻挡层6势垒过高对空穴的阻挡，使得更多的空穴能通过电子阻挡层6而进入到多量子阱层5中。
其中，AlInGaN子层712中，Al含量随第一空穴加速层71的周期数的增加，自a递减至b，其中，0.1≤a≤0.4，0.01≤b≤0.05，示例性的，a为0.1、0.2、0.25、0.3、0.35或0.4，但不限于此，b为0.01、0.02、0.03、0.04或0.05，但不限于此，Al含量过高容易造成势垒过高，并影响晶体质量，Al含量过低，会降低与电子阻挡层6的势垒和晶格的匹配度。
示例性的，第一空穴加速层71的周期数为2，在第一周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.1，在第二周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.05，但不限于此。
示例性的，第一空穴加速层71的周期数为4，在第一周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.4，在第二周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.1，在第三周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.08，在第四周期中，AlInGaN子层712的Al含量为0.01，但不限于此。
其中，AlInGaN子层712中，In含量随第一空穴加速层71的周期数的增加，自c递增至d，其中，0＜c＜0.05，0.05≤d≤0.1，示例性的，c为0.01、0.02、0.028、0.03、0.035、0.04或0.049，但不限于此，d为0.05、0.06、0.07、0.075、0.08、0.09或0.1，但不限由此，In含量过高会造成晶格质量明显下降，In含量过低不利于降低Mg的激活能。
示例性的，第一空穴加速层71的周期数为2，在第一周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.049，在第二周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.1，但不限于此。
示例性的，第一空穴加速层71的周期数为4，在第一周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.01，在第二周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.03，在第三周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.05，在第四周期中，AlInGaN子层712的In含量为0.08，但不限于此。
其中，InGaN子层732中，In含量为0.05~0.1，示例性的，In含量为0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1，但不限于此，In含量过高会造成晶格质量明显下降，In含量过低不利于降低Mg的激活能。
其中，第一空穴加速层71中，单个第一MgN子层711的厚度为0.1nm~5nm，单个AlInGaN子层712的厚度为0.1nm~5nm；第二空穴加速层73中，单个第二MgN子层731的厚度为0.1nm~5nm，单个InGaN子层732的厚度为0.1nm~5nm，示例性的，单个第一MgN子层711的厚度为0.1nm、0.5nm、2nm、2.5nm、3.5nm、4.5nm或5nm，单个AlInGaN子层712的厚度为0.1nm、0.5nm、0.8nm、1.2nm、2.5nm、3.5nm、4.8nm或5nm，但不限于此；示例性的，单个第二MgN子层731的厚度为0.1nm、0.5nm、1nm、2.8nm、3nm、4.8nm或5nm，单个InGaN子层732的厚度为0.1nm、0.5nm、0.8nm、1.2nm、2.5nm、3.5nm、4.8nm或5nm，但不限于此。
其中，第一空穴加速层71的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃；第二空穴加速层73的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃，温度过高不利于In的并入，温度过低容易造成晶格质量下降。
更优选的，第一空穴加速层71的周期数为2个至5个，第二空穴加速层73的周期数为2个至5个。
其中，石墨烯层的厚度为1nm~10nm，且石墨烯层采用物理气相沉积（PVD）法制得，示例性的，石墨烯层的厚度为1nm、2nm、5nm、7nm、9nm或10nm，但不限于此，石墨烯层的厚度过小难以减少自底层向上延伸的晶格缺陷。
其中，石墨烯层的制备步骤如下：
首先，利用PVD法，生长基体为电子束沉积的300nm的Ni膜，碳源为CH4，生长温度为1000℃，载气为H2和Ar的混合气，生长石墨烯层，再转移至第一空穴加速层71上。
其中，外延片还包括依次沉积于衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型层4、多量子阱层5，电子阻挡层6沉积于多量子阱层5上。
其中，多量子阱层5为由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构，所述多量子阱层5的周期数为3个~15个。
其中，电子阻挡层6为由AlyGa1-yN材料层和InzGa1-zN材料层交替生长的周期性结构，其中，0.05≤y≤0.2，0.1≤z≤0.5。
另一方面，参见图1至图3所示，本发明公开一种发光二极管外延片的制备方法，包括：
S100.提供衬底1；
S200.在衬底1上沉积外延层；
外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层6及P型层8，电子阻挡层6与P型层8之间设有***层7；
***层7包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层71、中间缓冲层72及第二空穴加速层73；
第一空穴加速层71为由第一MgN子层711与AlInGaN子层712周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层72为石墨烯层，第二空穴加速层73为由第二MgN子层731与InGaN子层732周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、Si衬底、SiC衬底等，但不限于此。
其中，步骤S200在衬底1上沉积外延层的具体步骤如下：
S210.在衬底1上沉积形核层2：
形核层2可为AlGaN材料层或AlN材料层，以AlGaN材料层为例，采用MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）法，控制反应室温度为500℃~700℃，反应室压力为200torr~400torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源，TMAl作为Al源。
S220.在形核层2上沉积本征GaN层3：
采用MOCVD法，控制反应室温度为1100℃~1150℃，反应室压力为100torr~500torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源。
S230.在本征GaN层3上沉积N型层4：
采用MOCVD法，控制反应室温度为1100℃~1150℃，反应室压力为100torr~500torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源，SiH4作为N型掺杂剂，生长出掺杂Si的N型GaN层。
S240.在N型层4上沉积多量子阱层5：
多量子阱层5为由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构，所述多量子阱层5的周期数为3个~15个，其中，InGaN量子阱层的生长过程中，采用MOCVD法，控制反应室温度为700℃~800℃，反应室压力为100torr~500torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源，TMIn作为In源，GaN量子垒层的生长过程中，控制反应室温度为800℃~900℃，反应室压力为100torr~500torr，关闭In源，N2和H2作为载气，TEGa作为Ga源，NH3作为N源。
S250.在多量子阱层5上沉积电子阻挡层6：
电子阻挡层6为由AlyGa1-yN材料层和InzGa1-zN材料层交替生长的周期性结构，其中，0.05≤y≤0.2，0.1≤z≤0.5，采用MOCVD法，控制反应室温度为900℃~1000℃，反应室压力为100torr~300torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源，TMAl作为Al源，TMIn作为In源。
S260.在电子阻挡层6上沉积***层7：
S261.在电子阻挡层6上沉积第一空穴加速层71：
具体的，交替生长第一MgN子层711与AlInGaN子层712，周期数为1个~5个，第一空穴加速层71可采用MOCVD法、PVD法或分子束外延（MBE）法生长，以MOCVD法为例，将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力为100torr~500torr，N2和H2作为载气，NH3作为N源，CP2Mg作为Mg源，生长第一MgN子层711，厚度为0.1nm~5nm；然后保持生长温度和压力不变，继续通入NH3/N2/H2，关闭CP2Mg，TEGa作为Ga源，TMIn作为In源，TMAl作为Al源，生长AlInGaN子层712，厚度为0.1nm~5nm。
S262.在第一空穴加速层71上沉积中间缓冲层72：
具体的，中间缓冲层72为石墨烯层，石墨烯层可采用PVD法生长，利用PVD法，生长基体为电子束沉积的300nm的Ni膜，碳源为CH4，生长温度为1000℃，载气为H2和Ar的混合气，生长石墨烯层，厚度为1nm~10nm，再转移至第一空穴加速层71上。
S263.在中间缓冲层72上沉积第二空穴加速层73：
具体的，交替生长第二MgN子层731与InGaN子层732，周期数为1个~5个，第二空穴加速层73可采用MOCVD法、PVD法或分子束外延（MBE）法生长，以MOCVD法为例，将反应室温度控制在800℃~1000℃，压力为100torr~500torr，N2和H2作为载气，NH3作为N源，CP2Mg作为Mg源，生长第二MgN子层731，厚度为0.1nm~5nm；然后保持生长温度和压力不变，继续通入NH3/N2/H2，关闭CP2Mg，TEGa作为Ga源，TMIn作为In源，生长InGaN子层732，厚度为0.1nm~5nm。
其中，步骤S261中，在AlInGaN子层712的生长过程中，在各周期之间，调节Al的通入量及In的通入量，以使Al含量随第一空穴加速层71的周期数的增加而递减，In含量随第一空穴加速层71的周期数的增加而递增。
S270.在***层7上沉积P型层8：
采用MOCVD法，控制反应室温度为800℃~1000℃，反应室压力为100torr~300torr，NH3作为N源，N2和H2作为载气，TMGa作为Ga源，CP2Mg作为P型掺杂剂，Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3~1×1020cm-3，生长出P型层8，P型层8为掺杂Mg的P型GaN层。
再者，本发明公开一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
本发明公开一种发光二极管外延片，包括衬底及层叠于衬底上的外延片，外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，AlInGaN子层中，Al含量随第一空穴加速层的周期数的增加而递减，In含量随第一空穴加速层的周期数的增加而递增。
其中，AlInGaN子层中，Al含量随第一空穴加速层的周期数的增加，自0.2递减至0.03。
其中，AlInGaN子层中，In含量随第一空穴加速层的周期数的增加，自0.001递增至0.08。
其中，InGaN子层中，In含量为0.08。
其中，第一空穴加速层中，单个第一MgN子层的厚度为2nm，单个AlInGaN子层的厚度为3nm；第二空穴加速层中，单个第二MgN子层的厚度为3nm，单个InGaN子层的厚度为4nm。
其中，第一空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃；第二空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃。
其中，石墨烯层的厚度为6nm，且石墨烯层采用物理气相沉积（PVD）法制得。
其中，外延片还包括依次沉积于衬底上的形核层、本征GaN层、N型层、多量子阱层，电子阻挡层沉积于多量子阱层上。
其中，电子阻挡层为由AlyGa1-yN材料层和InzGa1-zN材料层交替生长的周期性结构，其中，y为0.2，z为0.1。
本发明公开一种发光二极管外延片的制备方法，包括：
S100.提供衬底；
S200.在衬底上沉积外延层；
外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，步骤S200在衬底上沉积外延层的具体步骤如下：
S210.在衬底上沉积形核层：形核层为AlGaN材料层；
S220.在形核层上沉积本征GaN层；
S230.在本征GaN层上沉积N型层；
S240.在N型层上沉积多量子阱层：多量子阱层为由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构；
S250.在多量子阱层上沉积电子阻挡层；
S260.在电子阻挡层上沉积***层：
S261.在电子阻挡层上沉积第一空穴加速层：
具体的，交替生长第一MgN子层与AlInGaN子层；
S262.在第一空穴加速层上沉积中间缓冲层：
具体的，中间缓冲层为石墨烯层；
S263.在中间缓冲层上沉积第二空穴加速层：
具体的，交替生长第二MgN子层与InGaN子层。
S270.在***层上沉积P型层。
再者，本发明公开一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
实施例2
本发明公开一种发光二极管外延片，包括衬底及层叠于衬底上的外延片，外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，AlInGaN子层中，Al含量随第一空穴加速层的周期数的增加而递减，In含量随第一空穴加速层的周期数的增加而递增。
其中，AlInGaN子层中，Al含量随第一空穴加速层的周期数的增加，自0.4递减至0.01。
其中，AlInGaN子层中，In含量随第一空穴加速层的周期数的增加，自0.01递增至0.1。
其中，InGaN子层中，In含量为0.05。
其中，第一空穴加速层中，单个第一MgN子层的厚度为2nm，单个AlInGaN子层的厚度为3nm；第二空穴加速层中，单个第二MgN子层的厚度为3nm，单个InGaN子层的厚度为4nm。
其中，第一空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃；第二空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃。
其中，石墨烯层的厚度为6nm，且石墨烯层采用物理气相沉积（PVD）法制得。
其中，外延片还包括依次沉积于衬底上的形核层、本征GaN层、N型层、多量子阱层，电子阻挡层沉积于多量子阱层上。
其中，电子阻挡层为由AlyGa1-yN材料层和InzGa1-zN材料层交替生长的周期性结构，其中，y为0.2，z为0.1。
本发明公开一种发光二极管外延片的制备方法，包括：
S100.提供衬底；
S200.在衬底上沉积外延层；
外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，步骤S200在衬底上沉积外延层的具体步骤如下：
S210.在衬底上沉积形核层：形核层为AlGaN材料层；
S220.在形核层上沉积本征GaN层；
S230.在本征GaN层上沉积N型层；
S240.在N型层上沉积多量子阱层：多量子阱层为由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构；
S250.在多量子阱层上沉积电子阻挡层；
S260.在电子阻挡层上沉积***层：
S261.在电子阻挡层上沉积第一空穴加速层：
具体的，交替生长第一MgN子层与AlInGaN子层；
S262.在第一空穴加速层上沉积中间缓冲层：
具体的，中间缓冲层为石墨烯层；
S263.在中间缓冲层上沉积第二空穴加速层：
具体的，交替生长第二MgN子层与InGaN子层。
S270.在***层上沉积P型层。
再者，本发明公开一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
实施例3
本发明公开一种发光二极管外延片，包括衬底及层叠于衬底上的外延片，外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，AlInGaN子层中，Al含量保持恒定，Al含量为0.2。
其中，AlInGaN子层中，In含量保持恒定，In含量为0.001。
其中，InGaN子层中，In含量为0.08。
其中，第一空穴加速层中，单个第一MgN子层的厚度为2nm，单个AlInGaN子层的厚度为3nm；第二空穴加速层中，单个第二MgN子层的厚度为3nm，单个InGaN子层的厚度为4nm。
其中，第一空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃；第二空穴加速层的周期数为4个，生长温度为850℃。
其中，石墨烯层的厚度为6nm，且石墨烯层采用物理气相沉积（PVD）法制得。
其中，外延片还包括依次沉积于衬底上的形核层、本征GaN层、N型层、多量子阱层，电子阻挡层沉积于多量子阱层上。
其中，电子阻挡层为由AlyGa1-yN材料层和InzGa1-zN材料层交替生长的周期性结构，其中，y为0.2，z为0.1。
本发明公开一种发光二极管外延片的制备方法，包括：
S100.提供衬底；
S200.在衬底上沉积外延层；
外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，电子阻挡层与P型层之间设有***层；
***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，中间缓冲层为石墨烯层，第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
其中，步骤S200在衬底上沉积外延层的具体步骤如下：
S210.在衬底上沉积形核层：形核层为AlGaN材料层；
S220.在形核层上沉积本征GaN层；
S230.在本征GaN层上沉积N型层；
S240.在N型层上沉积多量子阱层：多量子阱层为由InGaN量子阱层和GaN量子垒层交替层叠的周期性结构；
S250.在多量子阱层上沉积电子阻挡层；
S260.在电子阻挡层上沉积***层：
S261.在电子阻挡层上沉积第一空穴加速层：
具体的，交替生长第一MgN子层与AlInGaN子层；
S262.在第一空穴加速层上沉积中间缓冲层：
具体的，中间缓冲层为石墨烯层；
S263.在中间缓冲层上沉积第二空穴加速层：
具体的，交替生长第二MgN子层与InGaN子层。
S270.在***层上沉积P型层。
再者，本发明公开一种发光二极管，包括上述的发光二极管外延片。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于，本对比例的***层不含有中间缓冲层，外延片的制备方法相应不设置中间缓冲层的生长步骤。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于，本对比例的***层的第一空穴加速层采用与第二空穴加速层一样的结构，具体的：
第一空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，周期数为4个，第一空穴加速层中，单个第二MgN子层的厚度为3nm，单个InGaN子层的厚度为4nm。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于，本对比例的***层不含有第二空穴加速层，外延片的制备方法相应不设置第二空穴加速层的生长步骤。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于，本对比例不设置***层。
性能测试：
测试样品：实施例1~实施例3、对比例1~对比例4
测试方法：
（1）表面粗糙度测试：
采用AFM设备测试各实验组外延片的表面粗糙度（rms）；
（2）亮度及抗静电性能测试：
将各实验组的外延片加工制作成10×24mil具有垂直结构的LED芯片，测试其抗静电能力和发光亮度；
1)亮度测试：在通入电流120mA时，测试所得芯片的发光强度；
2)抗静电性能测试：在HBM（人体放电模型）模型下运用静电仪对基芯片的抗静电性能进行测试，测试芯片能承受反向8000V静电的通过比例。
测试结果如下表所示：
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片，包括衬底及层叠于所述衬底上的外延片，其特征在于，所述外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，所述电子阻挡层与所述P型层之间设有***层；
所述***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
所述第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，所述中间缓冲层为石墨烯层，所述第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlInGaN子层中，Al含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加而递减，In含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加而递增。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlInGaN子层中，Al含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加，自a递减至b，其中，0.1≤a≤0.4，0.01≤b≤0.05。
4.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlInGaN子层中，In含量随所述第一空穴加速层的周期数的增加，自c递增至d，其中，0＜c＜0.05，0.05≤d≤0.1。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InGaN子层中，In含量为0.05~0.1。
6.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一空穴加速层中，单个所述第一MgN子层的厚度为0.1nm~5nm，单个所述AlInGaN子层的厚度为0.1nm~5nm；所述第二空穴加速层中，单个所述第二MgN子层的厚度为0.1nm~5nm，单个所述InGaN子层的厚度为0.1nm~5nm。
7.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一空穴加速层的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃；所述第二空穴加速层的周期数为1个至5个，生长温度为800℃~1000℃。
8.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为1nm~10nm，且所述石墨烯层采用物理气相沉积法制得。
9.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上沉积外延层；
所述外延片包括沿外延方向依次层叠的电子阻挡层及P型层，所述电子阻挡层与所述P型层之间设有***层；
所述***层包括沿外延方向依次层叠的第一空穴加速层、中间缓冲层及第二空穴加速层；
所述第一空穴加速层为由第一MgN子层与AlInGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构，所述中间缓冲层为石墨烯层，所述第二空穴加速层为由第二MgN子层与InGaN子层周期***替生长而成的超晶格结构。
10.一种发光二极管，其特征在于，包括根据权利要求1至8任意一项所述的发光二极管外延片。
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