CN115207176B - 用于深紫外led的外延结构及其制备方法、led - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于深紫外LED的外延结构及其制备方法、LED，涉及半导体光电器件领域。其中，用于深紫外LED的外延结构包括衬底和依次沉积于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N‑AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P‑AlxGa1‑xN气氛转变层、非掺P‑AlyGa1‑yN层、重掺P‑AlzGa1‑zN层和P型接触层；其中，x为0.2‑0.8，y为0.2‑0.8，z为0.2‑0.8，且x≥y，x≤z。实施本发明，可有效提升深紫外LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种用于深紫外LED的外延结构及其制备方法、LED。
背景技术
传统的紫外光源一般是采用汞蒸气放电产生紫外线，新型AlGaN基紫外发光二极管相对于传统的汞灯紫外光源拥有诸多的优点。首先，紫外发光二极管结构简单，不含易碎的玻璃外壳，便携耐冲击，工作电压仅为几伏，且无需复杂的驱动电路。其次，紫外发光二极管开启迅速，无需预热，非常适合快速检测、高速通信等应用场合。相对于传统的汞灯多谱线发光的特点，紫外发光二极管发光峰单一，且发光波长连续可调。在环保与节能方面，紫外发光二极管材料中不含对环境有害的物质，环境友好，且相对于传统的紫外光源可节约高达70%的能源。
传统的紫外发光二极管中，P型AlGaN层中Mg掺杂受主的激活能大，掺杂剂Mg的激活效率低下。并且为了获得表面光滑紫外发光片，P型AlGaN层生长厚度较厚（100-200nm），特别是深紫外发光二极管，由于发光波长较短，并且受制于深紫外发二极管的外量子效率较低，因此P型AlGaN层的厚度及掺杂浓度对深紫外发光二极管的外量子效率影响更大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于深紫外LED的外延结构及其制备方法，其可有效提升深紫外LED的发光效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种LED，其发光效率高。
为了解决上述问题，本发明公开了一种用于深紫外LED的外延结构，其包括衬底和依次沉积于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N-AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层和P型接触层；其中，x为0.2-0.8，y为0.2-0.8，z为0.2-0.8，且x≥y，x≤z。
作为上述技术方案的改进，所述电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3的混合气体，所述非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长气氛均为N2、NH3和H2的混合气体；
所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的生长气氛由N2和NH3的混合气体渐变为N2、NH3和H2的混合气体。
作为上述技术方案的改进，所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度为所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的厚度的1-2倍，所述重掺P-AlzGa1-zN层的厚度为所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度的2-5倍。
作为上述技术方案的改进，所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的厚度为1-10nm，所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度为2-20nm，所述重掺P-AlzGa1-zN层的厚度为5-100nm。
作为上述技术方案的改进，所述重掺P-AlzGa1-zN层中Mg的掺杂浓度为5×1019-8×1020cm-3。
作为上述技术方案的改进，x=y＜z，且x+y＜1.5z。
相应的，本发明还公开了一种用于深紫外LED的外延结构的制备方法，用于制备上述的用于深紫外LED的外延结构，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N-AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层和P型接触层；
其中，x为0.2-0.8，y为0.2-0.8，z为0.2-0.8，且x≥y，x≤z。
作为上述技术方案的改进，所述电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3的混合气体，N2与NH3的体积比为1:（1-5）；
所述非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长气氛均为N2、NH3和H2的混合气体，N2、NH3和H2的体积比为1:（2-5）:10；
所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的生长气氛由N2和NH3的混合气体渐变为H2、N2和NH3的混合气体。
作为上述技术方案的改进，所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长温度为1000-1300℃，生长压力为100-500torr。
相应的，本发明还公开了一种深紫外LED，其包括上述的用于深紫外LED的外延结构。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明的用于深紫外LED的外延结构，在电子阻挡层上分别生长了非掺P-AlxGa1- xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层和重掺P-AlzGa1-zN层。其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层可以将电子阻挡层的磊晶方式逐渐转变为重掺P-AlzGa1-zN层的磊晶方式，提高重掺P-AlzGa1-zN层的晶体质量，减少缺陷对光的吸收。非掺P-AlyGa1-yN层可填平外延层，减少对光的吸收。重掺P-AlzGa1-zN层主要呈侧向生长，形成了光滑的外延表面，减少了对深紫外光的吸收，提升了基于该外延结构的深紫外LED的外量子效率、发光效率。
附图说明
图1是本发明一实施例中用于深紫外LED的外延结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法流程图。
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地详细描述。
参考图1，本发明公开了一种用于深紫外LED的外延结构，包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10，其中，x为0.2-0.8，y为0.2-0.8，z为0.2-0.8。本申请以非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8和重掺P-AlzGa1-zN层9共同代替了现有外延结构中的P-AlGaN层（厚度一般为100nm-200nm），三者的总厚度降低至80nm以下，减少了对紫外光的吸收，提升了发光效率。其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7可以将电子阻挡层的磊晶方式逐渐转变为重掺P-AlzGa1-zN层9的磊晶方式，提高重掺P-AlzGa1-zN层9的晶体质量，减少缺陷对光的吸收。非掺P-AlyGa1-yN层8可填平外延层，减少对光的吸收。重掺P-AlzGa1-zN层9主要呈侧向生长，形成了光滑的外延表面，减少了对深紫外光的吸收。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7设置在电子阻挡层6之上，其主要作用是将电子阻挡层5的生长气氛转变为非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9的生长气氛，进而将电子阻挡层6的磊晶方式逐渐转变为重掺P-AlzGa1-zN层9的磊晶方式，提高重掺P-AlzGa1-zN层9的晶体质量，减少缺陷对光的吸收。其中，电子阻挡层5的生长气氛为N2和NH3的混合气体，且N2:NH3=1:（1-5）（体积比）。非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体，且N2:NH3:H2=1:（2-5）:10（体积比）。
具体的，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7的气氛气体渐变形式为线性变化、梯度变化，但不限于此。示例性的，在本发明的一个实施例中，可维持气氛中N2、NH3不变，以线性递增的方式增加H2的体积比，以使得非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7生长结束后，生长气氛转变为非掺P-AlyGa1-yN层8的气氛。在本发明的另一个实施例之中，可维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增，使得非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7生长结束后，生长气氛转变为非掺P-AlyGa1-yN层8的气氛，但不限于此。
具体的，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7中Al组分的占比（即x）为0.2-0.8。示例性的为0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7的厚度为1-10nm，示例性的为1.5nm、3nm、4.5nm、6nm、7.5nm或9nm，但不限于此。
其中，非掺P-AlyGa1-yN层8可横向生长，填平外延层，减少对深紫外光的吸收。优选的，非掺P-AlyGa1-yN层8的生长气氛中加入H2，其进一步增加了非掺P-AlyGa1-yN层8的横向扩展能力，从而使得其可以较薄的厚度填平外延层。具体的，非掺P-AlyGa1-yN层8的厚度为2-20nm，示例性的为4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm或18nm，但不限于此。
具体的，非掺P-AlyGa1-yN层8中Al组分的占比（即y）为0.2-0.8，示例性的为0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。优选的，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7中Al组分的占比（即x）与非掺P-AlyGa1-yN层8中Al组分的占比（即y）相同，即x=y，即控制非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7与非掺P-AlyGa1-yN层8的组成相同，基于这种控制，可进一步提升外延结构的发光效率。
其中，重掺P-AlzGa1-zN层9主要呈侧向生长，可形成光滑的表面，减少对深紫外光的吸收。进一步的，重掺P-AlzGa1-zN层9生长气氛中的H2有利于Mg原子掺杂重掺P-AlzGa1-zN层9中。此外，Mg-H的键能较低，有利于Mg-H断裂，促使Mg原子活化。几者结合，减少了对深紫外光的吸收，提高了外量子效率。具体的，重掺P-AlzGa1-zN层9中的掺杂元素为Mg，但不限于此。Mg的掺杂浓度为5×1019-8×1020cm-3，示例性的为6×1019cm-3、7×1019cm-3、8×1019cm-3、1×1020cm-3、2.5×1020cm-3、5.8×1020cm-3、6.7×1020cm-3、7.5×1020cm-3，但不限于此。
具体的，重掺P-AlzGa1-zN层9中Al组分的占比（即z）为0.2-0.8，示例性的为0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。进一步的，控制x≥y且x≤z。由于紫外发光二极管的电子阻挡层的Al组分较高，控制x≥y，一者可以减少因电子阻挡层6的晶格失配产生的缺陷，提高非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7的晶体质量，促进磊晶方式的转变；二者降低势垒高度，减少对空穴的阻挡，提高空穴向量子阱注入效率。此外，重掺P-AlzGa1-zN层9的掺杂Mg浓度较高，因此对深紫外光吸收较强，故控制x≤z，可提升重掺P-AlzGa1-zN层9的禁带宽度，有效减少对深紫外光的吸收，提高深紫外发光二极管的外量子效率。进一步优选的，在本发明的一个实施例之中，控制x=y，且x+y＜1.5z，发明人意外的发现，当将Al组分的范围控制到该关系时，可大幅度提升发光效率。更优选的，x+y=（1.1-1.4）z。
具体的，重掺P-AlzGa1-zN层9的厚度为5-100nm，示例性的为10nm、18nm、26nm、32nm、38nm、50nm、66nm、75nm、83nm或99nm，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例中，控制非掺P-AlyGa1-yN层8的厚度为非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7的厚度的1-2倍，重掺P-AlzGa1-zN层9的厚度为非掺P-AlyGa1-yN层8的厚度的2-5倍，基于上述控制，可更好的填平外延结构，进一步降低三者的总厚度（＜50nm）。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。
其中，缓冲层2可为AlN层或AlGaN层，但不限于此。优选的，缓冲层2为AlN层，AlN层可提供与衬底1取向相同的成核中心，释放了AlGaN和衬底1之间因晶格失配产生的应力以及热膨胀系数失配所产生的热应力，提升了发光效率。具体的，缓冲层2的厚度为20-200nm，示例性的为30nm、60nm、90nm、120nm、150nm或180nm，但不限于此。
其中，非掺杂AlGaN层可为后续层转为二维生长提供良好的基础，也可释放压应力，提高晶体质量。具体的，非掺杂AlGaN层3的厚度为1-5μm，示例性的为1.4μm、1.8μm、2.2μm、2.6μm、3μm、3.5μm、4μm、4.2μm或4.6μm，但不限于此。
其中，N-AlGaN层4可提供电子，进而与空穴在多量子阱层5中复合发光。具体的，N-AlGaN层4中的掺杂元素为Si，但不限于此。N-AlGaN层4中Si的掺杂浓度为1×1019-5×1020cm-3，示例性的为3.5×1019cm-3、8×1019cm-3、1.2×1020cm-3、2.4×1020cm-3、3.5×1020cm-3或4.3×1020cm-3，但不限于此。具体的，N-AlGaN层4的厚度为1-5μm，示例性的为1.2μm、1.6μm、2.1μm、2.4μm、3μm、3.3μm、4μm、4.2μm或4.6μm，但不限于此。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层，堆叠周期数3-15个。单个AlαGa1-αN量子阱层的厚度为2-5nm，α为0.2-0.6。单个AlβGa1-βN量子垒层的厚度为5-15nm，β为0.4-0.8。
其中，电子阻挡层6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LED的发光效率。具体的，电子阻挡层6为AlγGa1-γN层，但不限于此。具体的，电子阻挡层6的厚度为10-100nm，AlγGa1-γN层中γ为0.4-0.8。
其中，P型接触层10为掺杂AlGaN层。具体的，P型接触层10中Mg的掺杂浓度为5×1019-5×1020cm-3，P型接触层10的厚度为5-50nm。
相应的，参考图2，本发明还公开了一种用于深紫外LED的外延结构的制备方法，其用于制备上述的用于深紫外LED的外延结构，其包括以下步骤：
S1：提供衬底；
具体的，该衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底，蓝宝石衬底应用广泛，成本低，易于清洗处理，在高温下具有良好的稳定性。
S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N-AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层和P型接触层；
具体的，S2包括：
S21：在衬底上生长缓冲层；
S22：在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
其中，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1000-1300℃，生长压力50-500torr。
S23：在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
其中，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1000-1300℃，生长压力50-150torr。
S24：在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
其中，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层，即得到多量子阱层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为950-1050℃，生长压力为50-300torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1000-1300℃，生长压力50-300torr。
S25：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
其中，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1000-1100℃，生长压力100-300torr。
具体的，电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3的混合气体。其中，N2与NH3的体积比为1:（1-5），示例性的为1:2、1:3.5、1:4或1:4.5，但不限于此。
S26：在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
其中，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层，生长温度为1000-1300℃，生长压力100-500torr。
具体的，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的生长气氛为N2、NH3的混合气体逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体。其中，N2、NH3的混合气体中，N2:NH3=1:（1-5）（体积比）；N2、NH3和H2的混合气体中，N2:NH3:H2=1:（2-5）:10（体积比）。
具体的，气氛气体渐变形式为线性变化、梯度变化，但不限于此。示例性的，在本发明的一个实施例中，可维持气氛中N2、NH3不变，以线性递增的方式增加H2的体积比。在本发明的另一个实施例之中，可维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增，但不限于此。
S27：在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
其中，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层，生长温度为1000-1300℃，生长压力100-500torr。
具体的，非掺P-AlyGa1-yN层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。其中，N2、NH3和H2的体积比为1:（2-5）:10，示例性的为1:2:10、1:3:10、1:4:10或1:5:10，但不限于此。
S28：在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
其中，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层，生长温度为1000-1300℃，生长压力100-500torr。
具体的，重掺P-AlzGa1-zN层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。其中，N2、NH3和H2的体积比为1:（2-5）:10，示例性的为1:2:10、1:3:10、1:4:10或1:5:10，但不限于此。
S29：在重掺P-AlzGa1-zN层上生长P型接触层；
其中，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为900-1100℃，生长压力100-600torr。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.6）的厚度为8nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.6）的厚度为10nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.6）的厚度为60nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构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；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
实施例2
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.6）的厚度为7nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.6）的厚度为19nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.6）的厚度为35nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法为：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
实施例3
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.6）的厚度为4nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.6）的厚度为6nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.6）的厚度为21nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法为：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
实施例4
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.4）的厚度为4nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.2）的厚度为6nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.5）的厚度为21nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法为：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
实施例5
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.4）的厚度为4nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.4）的厚度为6nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.5）的厚度为21nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法为：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
实施例6
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延结构，参考图1，其包括衬底1和依次沉积于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N-AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7、非掺P-AlyGa1-yN层8、重掺P-AlzGa1-zN层9和P型接触层10。
其中，衬底1为蓝宝石衬底。缓冲层2为AlN层，厚度为100nm。非掺杂AlGaN层3的厚度为2.2μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为3.5×1019cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlαGa1-αN量子阱层（α=0.55）和AlβGa1-βN量子垒层（β=0.75），堆叠周期数10个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3 nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。电子阻挡层6为AlγGa1-γN层（γ=0.6），厚度为30nm。
其中，非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层7（x=0.3）的厚度为4nm。非掺P-AlyGa1-yN层8（y=0.3）的厚度为6nm。重掺P-AlzGa1-zN层9（z=0.5）的厚度为21nm，Mg掺杂浓度为6.5×1019cm-3。
其中，P型接触层为Mg掺AlGaN层，Mg掺杂浓度为1.2×1020cm-3，厚度为10nm。
本实施例中用于深紫外LED的外延结构的制备方法为：
（1）提供衬底；
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，在PVD中溅射AlN层，作为缓冲层。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上N-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长N-AlGaN层，生长温度为1200℃，生长压力100torr。
（5）在N-AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，采用MOCVD周期性生长多个AlαGa1-αN量子阱层和AlβGa1-βN量子垒层。其中，AlαGa1-αN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlβGa1-βN量子垒层的生长温度为1150℃，生长压力200torr。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长AlγGa1-γN层（γ=0.6），作为电子阻挡层。生长温度为1080℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体，两者的体积比为1:3.5。
（7）在电子阻挡层上生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2和NH3的混合气体（N2:NH3=1:3.5，体积比）逐渐转变为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。具体的，渐变方式为维持气氛中N2不变，NH3以线性递减的方式递减，H2以线性递增方式递增。
（8）在非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层上生长非掺P-AlyGa1-yN层；
具体的，采用MOCVD生长非掺P-AlyGa1-yN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（9）在非掺P-AlyGa1-yN层上生长重掺P-AlzGa1-zN层；
具体的，采用MOCVD生长重掺P-AlzGa1-zN层。生长温度为1100℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2:NH3:H2=1:3:8，体积比）。
（10）在P型AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，采用MOCVD生长P型接触层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，不设置非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层，仅设置P-AlGaN层。P-AlGaN层中Al组分占比为0.6，厚度为160nm，Mg掺杂浓度为5×1019cm-3。
相应的，在制备方法中也不设置非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的制备步骤。P-AlGaN层采用MOCVD制备，生长温度为1050℃，生长压力200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体（N2、NH3和H2的体积比为1：3:8）。
其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于，仅设置非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层和重掺P-AlzGa1-zN层，不设置非掺P-AlyGa1-yN层。相应的，也不设置非掺P-AlyGa1-yN层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1的区别在于，仅设置非掺P-AlyGa1-yN层和重掺P-AlzGa1-zN层，不设置非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层。相应的，也不设置非掺非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的制备步骤。其余均与实施例1相同。
将实施例1-6，对比例1-3所得的用于深紫外LED的外延结构进行亮度测试，并以对比例1中的外延片为基准，计算其他实施例、对比例的光效提升率，具体结果如下表所示：
具体结果如下：
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 (6)
1.一种用于深紫外LED的外延结构，其特征在于，包括衬底和依次沉积于所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N-AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层和P型接触层；其中，所述电子阻挡层为AlγGa1-γN层，γ为0.6-0.8，x为0.2-0.4，y为0.2-0.4，z为0.2-0.5，且x=y＜z，（x+y）=（1.1~1.4）z；所述重掺P-AlzGa1-zN层中Mg的掺杂浓度为5×1019-8×1020cm-3；
所述电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3的混合气体，N2与NH3的体积比为1:（1-5）；
所述非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体，N2、NH3和H2的体积比为1:（2-5）:10；
所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的生长气氛由N2和NH3的混合气体渐变为H2、N2和NH3的混合气体。
2.如权利要求1所述的用于深紫外LED的外延结构，其特征在于，所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的厚度为1-10nm，所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度为2-20nm，所述重掺P-AlzGa1-zN层的厚度为5-100nm。
3.如权利要求1所述的用于深紫外LED的外延结构，其特征在于，所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度为所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的厚度的1-2倍，所述重掺P-AlzGa1-zN层的厚度为所述非掺P-AlyGa1-yN层的厚度的2-5倍。
4.一种用于深紫外LED的外延结构的制备方法，用于制备如权利要求1-3任一项所述的用于深紫外LED的外延结构，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AlGaN层、N-AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层和P型接触层；
其中，所述电子阻挡层为AlγGa1-γN层，γ为0.6-0.8，x为0.2-0.4，y为0.2-0.4，z为0.2-0.4，且x=y＜z，（x+y）=（1.1~1.4）z；
所述电子阻挡层的生长气氛为N2和NH3的混合气体，N2与NH3的体积比为1:（1-5）；
所述非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体，N2、NH3和H2的体积比为1:（2-5）:10；
所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层的生长气氛由N2和NH3的混合气体渐变为H2、N2和NH3的混合气体。
5.如权利要求4所述的用于深紫外LED的外延结构的制备方法，其特征在于，所述非掺P-AlxGa1-xN气氛转变层、非掺P-AlyGa1-yN层、重掺P-AlzGa1-zN层的生长温度为1000-1300℃，生长压力为100-500torr。
6.一种深紫外LED，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的用于深紫外LED的外延结构。
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