CN115360277A - 一种深紫外发光二极管外延片、制备方法及led - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片、制备方法及LED，外延片包括：衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层、势垒调变层以及第二半导体层，所述势垒调变层包括依次沉积在所述多量子阱层上的非掺杂层、N型层以及P型层；所述非掺杂层包括依次沉积在所述多量子阱层上的U‑GaN层、U‑AlGaN层和U‑BGaN层，所述N型层包括依次沉积在所述非掺杂层上的N‑AlGaN层和N‑BGaN层，所述P型层包括依次沉积在所述N型层上的P‑AlGaN层和P‑BGaN层，本发明能够增加阻挡电子的势垒高度，抑制电子的溢流现象，同时增加了空穴的注入效率，提高了内量子效率并提高了发光效率。

Description

一种深紫外发光二极管外延片、制备方法及LED
技术领域
本发明属于LED外延片的技术领域，具体地涉及一种深紫外发光二极管外延片、制备方法及LED。
背景技术
近年来，基于以氮化镓(GaN)为代表的氮化物发光二极管(LED)在实际中得到了越来越多的应用，深紫外波段(UVC)的LED，其体积小、耗能低、寿命长、环保无毒，特别是发光波长在200nm-280nm的深紫外LED具有传统的光源所没有的特性而受到了人们的普遍关注，在生物杀毒、紫外固化、护照验证等方面有广泛的应用，具有广阔的市场前景。
目前深紫外LED主要采用AlGaN作为主要生长材料，利用金属有机气象沉积(MOCVD)外延生长方法生长出所需要的外延结构包含AlN缓冲层，非掺AlGaN层，N型AlGaN层，AlGaN量子阱层，P型AlGaN电子阻挡层，以及P型GaN层，目前深紫外AlGaN LED应用广泛，但AlGaN深紫外发光二极管因以下两大问题严重限制其发光效率的提升：
一方面，高Al组分的AlGaN材料外延生长P型掺杂困难，导致P层空穴浓度较低且电阻率较高；
另一方面，AlGaN材料还具有很强的极化效应，从而引起量子限制斯塔克效应，降低了LED有源区的辐射复合率，由于传统的AlGaN基深紫外LED中的电子阻挡层和P-GaN接触层的带隙宽度小，它们强烈吸收从发光区发出的深紫外光，使LED器件光提取效率降低，高浓度的P型掺杂是提升紫外LED发光效率的关键，但随Al组分增加，Mg受主激活能呈线性增加，P型AlGaN空穴激活能越来越大，使LED的P型掺杂十分困难，从而发光二极管的内量子效率大幅降低，严重降低紫外LED发光效率。
现有的深紫外发光二极管的主要是通过电子阻挡层的势垒高度来阻挡电子溢流，但在阻挡电子溢流的过程中，也同样阻挡了空穴的注入，减少了电子与空穴复合效率，致使量子阱发光效率降低，降低深紫外发光二极管的发光效率。
发明内容
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、制备方法及LED，用于解决现有技术中存在的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供以下技术方案，一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层、势垒调变层以及第二半导体层，所述势垒调变层包括依次沉积在所述多量子阱层上的非掺杂层、N型层以及P型层；
所述非掺杂层包括依次沉积在所述多量子阱层上的U-GaN层、U-AlGaN层和U-BGaN层，所述N型层包括依次沉积在所述非掺杂层上的N-AlGaN层和N-BGaN层，所述P型层包括依次沉积在所述N型层上的P-AlGaN层和P-BGaN层，所述U-AlGaN层、所述N-AlGaN层、所述P-AlGaN层中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低。
相比现有技术，本申请的有益效果为：通过控制势垒调变层中Al与B的组分含量，减少与量子垒层的晶格失配，势垒调变层与多量子阱层中的垒层之间是晶格匹配的，由于与量子垒层没有晶格失配，势垒调变层/多量子阱层界面不会由于压电极化发生能带弯曲，使异质结界面更加陡峭，可以形成浓度更高的二维电子气，大幅提升发光二极管的内量子效率；势垒调变层通过采用高温、低压生长方式，能够消除生长势垒调变层时表面出现的六角形缺陷，改善表面形貌，并减少势垒调变层薄膜表面的张应力和热驱动对流和气相中的寄生反应在较低的压力中，会得到抑制，有利于改善势垒调变层的界面的陡峭程度，进而提高晶体质量，因此使得势垒调变层薄膜表面原子台阶更加清晰，晶体质量更好；势垒调变层能够减弱多量子阱层中阱垒晶格失配所产生的压电极化效应，提高电子和波函数的重叠程度，发光二极管的发光效率得到提高；非掺杂层中三层结构的生长，U-GaN层、U-AlGaN层增加阻挡电子的势垒高度，抑制了电子的溢流现象，减少droop效应的产生和U-BGaN层提高了生长的晶体质量，通过N型层和P型层中共四层结构的生长增加空穴的注入效率，增加空穴的均匀注入，从而提高了电子与空穴的复合效率，同时N型层的结构能降低对空穴的阻挡，使空穴更容易遂穿，在一定程度上避免了波函数的空间分离，提高了电子空穴复合几率，从而有效提高内量子效率，进而提高发光效率。
较佳的，所述非掺杂层的厚度为30nm ~75nm，所述N型层的厚度为20nm ~50nm，所述P型层的厚度为20nm ~50nm。
较佳的，所述U-GaN层、所述U-AlGaN层和所述U-BGaN层厚度比为1：1：1，所述U-AlGaN层的Al组分含量为0.3~0.4，所述U-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1。
较佳的，所述N-AlGaN层和N-BGaN层的厚度比为1：1，所述N-AlGaN层的Al组分含量为0.2~0.3，所述N-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1，所述N型层中掺杂有Si，所述N型层中Si的掺杂浓度范围为5E17atoms/cm3~1E19 atoms/cm3。
较佳的，所述P-AlGaN层和所述P-BGaN层的厚度比为1：1，所述P-AlGaN层的Al组分含量为0.1~0.2，所述P-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1，所述P型层中掺杂有Mg，所述P型层中Mg的掺杂浓度范围为5E17atoms/cm3~1E19 atoms/cm3。
较佳的，所述第一半导体层包括依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层，所述第二半导体层包括依次沉积在所述势垒调变层上的P型AlGaN层和P型接触层。
第二方面，本发明实施例还提供以下技术方案，一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积第一半导体层；
在所述第一半导体层上沉积多量子阱层；
在所述多量子阱层上沉积势垒调变层，所述势垒调变层包括依次沉积在所述多量子阱层上的非掺杂层、N型层以及P型层，其中，在所述多量子阱层上依次沉积U-GaN层、U-AlGaN层和U-BGaN层以形成所述非掺杂层，在所述非掺杂层依次沉积N-AlGaN层和N-BGaN层以形成所述N型层，在所述N型层依次沉积P-AlGaN层和P-BGaN层以形成所述P型层，所述U-AlGaN层、所述N-AlGaN层、所述P-AlGaN层中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低；
在所述势垒调变层上沉积第二半导体层。
较佳的，所述势垒调变层的生长温度范围为1000℃~1100℃，生长压力范围为100torr~300torr，生长气氛为在N2和/或H2的环境中生长。
较佳的，在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层以形成所述第一半导体层，在所述势垒调变层上依次沉积P型AlGaN层和P型接触层以形成所述第二半导体层。
第三方面，本发明实施例提供以下技术方案，一种LED，包括上述深紫外发光二极管外延片。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的对照例的深紫外发光二极管外延片的结构图；
图2为本发明各实施例提供的深紫外发光二极管外延片的结构图；
图3为本发明实施例一提供的深紫外发光二极管外延片的制备方法的流程图。
附图标记说明：
衬底 1 缓冲层 2
非掺杂AlGaN层 3 N型AlGaN层 4
多量子阱层 5 势垒调变层 6
电子阻挡层 60 非掺杂层 61
U-GaN层 611 U-AlGaN层 612
U-BGaN层 613 N型层 62
N-AlGaN层 621 N-BGaN层 622
P型层 63 P-AlGaN层 631
P-BGaN层 632 P型AlGaN层 7
P型接触层 8
以下将结合附图说明对本发明实施例作进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明的实施例，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
对照例
如图1所示，本对照例采用现有技术中的深紫外发光二极管外延片，其包括衬底1以及依次沉积在衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层60、P型AlGaN层7和P型接触层8，其中，电子阻挡层60为现有技术中常用的常规电子阻挡层，其厚度为30nm，将本对照例的深紫外发光二极管外延片采用芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，具体如表1所示。
实施例一
如图2所示，本发明第一实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底1及依次沉积在所述衬底1上的第一半导体层、多量子阱层5、势垒调变层6以及第二半导体层，所述势垒调变层6包括依次沉积在所述多量子阱层5上的非掺杂层61、N型层62以及P型层63；
具体的，所述第一半导体层包括依次沉积在所述衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4，所述第二半导体层包括依次沉积在所述势垒调变层6上的P型AlGaN层7和P型接触层8；
其中，衬底1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；
缓冲层2采用AlN缓冲层，采用AlN缓冲层提供了与衬底取向相同的成核中心，释放了AlGaN层和衬底1之间的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，缓冲层2的进一步的生长，为AlGaN层提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，使AlGaN层由三维外延生长转变为二维外延生长，提高后续沉积AlGaN层晶体质量，降低位错密度，提高多量子阱层辐射复合效率；
N型AlGaN层4为N型掺杂的AlGaN层，为LED发光提供充足电子与空穴发生复合，其次N型掺杂的AlGaN的电阻率要比P型GaN层上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效的降低n型GaN层电阻率，最后N型掺杂的AlGaN层足够的厚度可以有效释放应力并提升发光二极管的发光效率。
所述非掺杂层61包括依次沉积在所述多量子阱层上的U-GaN层611、U-AlGaN层612和U-BGaN层613，所述N型层62包括依次沉积在所述非掺杂层61上的N-AlGaN层621和N-BGaN层622，所述P型层63包括依次沉积在所述N型层62上的P-AlGaN层631和P-BGaN层632；
具体的，所述非掺杂层61的厚度为30nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为10nm，所述U-AlGaN层612的Al组分含量为0.3，所述N型层62的厚度为20nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为10nm，所述N-AlGaN层621的Al组分含量为0.2，所述P型层的厚度为20nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为10nm，所述P-AlGaN层631的Al组分含量为0.1；
同时，所述U-BGaN层613、所述N-BGaN层622以及所述P-BGaN层632中B的组分含量均为0.05，所述N型层62中Si的掺杂浓度为5E17atoms/cm3，所述P型层63中Mg的掺杂浓度为5E17atoms/cm3；
值得说明的是，在非掺杂层61、N型层62以及P型层63中均掺有B元素，由于B原子体积较小，可以插入或填充位错造成的空白位置，B原子减少晶格失配，避免更多的位错产生，从而提高了势垒调配层6的晶格质量，增强了空穴的注入效率，进一步的，B可以换成Zn、Mo，相应掺杂源为DMZn、Mo(CO)6。
在本实施例中，所述U-AlGaN层612、所述N-AlGaN层621、所述P-AlGaN层631中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低，通过U-AlGaN层612、所述N-AlGaN层621、所述P-AlGaN层631的Al组分阶梯式渐变递减，势垒沿生长方向逐级降低，可提供一种空穴注入阶梯式注入通道，减少能量的损耗，降低工作电压，提高了空穴注入效率，增加发光效率。
综上所述，本发明通过控制势垒调变层6中Al与B的组分含量，减少与量子垒层的晶格失配，势垒调变层6与多量子阱层5中的垒层之间是晶格匹配的，由于与量子垒层没有晶格失配，势垒调变层6/多量子阱层5界面不会由于压电极化发生能带弯曲，使异质结界面更加陡峭，可以形成浓度更高的二维电子气，大幅提升发光二极管的内量子效率；势垒调变层6能够减弱多量子阱层5中阱垒晶格失配所产生的压电极化效应，提高电子和波函数的重叠程度，发光二极管的发光效率得到提高；非掺杂层61中三层结构的生长，U-GaN层611、U-AlGaN层612增加阻挡电子的势垒高度，抑制了电子的溢流现象，减少droop效应的产生和U-BGaN层613提高了生长的晶体质量，通过N型层62和P型层63中共四层结构的生长增加空穴的注入效率，增加空穴的均匀注入，从而提高了电子与空穴的复合效率，同时N型层62的结构能降低对空穴的阻挡，使空穴更容易遂穿，在一定程度上避免了波函数的空间分离，提高了电子空穴复合几率，从而有效提高内量子效率，进而提高发光效率。
进一步的，如图3所示为制备本实施例深紫外发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
值得说明的是，在本实施例中，采用PVD，高纯N2为氮源，Al靶材为Al源进行溅射，采用MOCVD设备，高纯H2 (氢气)、高纯N2(氮气)、高纯H2和高纯N2的混合气体中的一种作为载气，高纯NH3作为N源，BCl3为B源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂进行外延生长。
S01、提供一衬底1；
其中，衬底1可选用衬底选自C面蓝宝石衬底、AlN衬底、Si (111)衬底、SiC(0001)衬底等均可，具体的，衬底1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。
S02、在所述衬底1上沉积缓冲层2；
其中，缓冲层2为AlN缓冲层，其厚度为20~200nm，具体的，选用在PVD中沉积AlN缓冲层，其厚度为100 nm，采用AlN缓冲层提供了与衬底1取向相同的成核中心，释放了AlGaN层和衬底1之间的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，缓冲层2的进一步的生长，为AlGaN层提供了平整的成核表面，减少其成核生长的接触角使岛状生长的GaN晶粒在较小的厚度内能连成面，使AlGaN层由三维外延生长转变为二维外延生长，提高后续沉积AlGaN层晶体质量，降低位错密度，提高多量子阱层5辐射复合效率。
S03、在所述缓冲层2上沉积非掺杂AlGaN层3；
其中，在AlN缓冲层上采用金属有机物气相沉积法 (MOCVD)沉积非故意掺杂的AlGaN层，即非掺杂AlGaN层3，生长温度为1000-1300℃，生长压力50~500 torr，厚度为1~5um，具体的，非掺杂AlGaN层3生长温度1200℃，生长压力100 torr，生长厚度2~3 um，非掺杂AlGaN层3生长温度较高，压力较低，制备的到GaN的晶体质量较优，同时厚度随着AlGaN厚度的增加，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，晶体质量提高，反向漏电降低。
S04、在所述非掺杂AlGaN层3上沉积N型AlGaN层4；
其中，N型AlGaN层4生长温度为1200℃，生长压力100 torr，生长厚度为2~3um，Si掺杂浓度为2.5E19 atoms/cm3，首先N型AlGaN层4为LED发光提供充足电子与空穴发生复合，其次N型AlGaN层4的电阻率要比P型GaN层上的透明电极的电阻率高，因此足够的Si掺杂，可以有效的降低N型GaN层电阻率，最后N型AlGaN层4的足够的厚度可以有效释放应力并提升发光二极管的发光效率。
S05、在所述N型AlGaN层4上沉积多量子阱层5；
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，堆叠周期数6~12个，其中AlxGa1-xN量子阱层生长温度为950~1050℃，厚度为2~5nm，生长压力50~300 torr，Al组分为0.2~0.6，AlyGa1-yN量子垒层生长温度为850-950℃，厚度为5~15nm，生长压力50~300 torr，Al组分为0.4~0.8；
具体的，多量子阱层5为交替堆叠周期数为9个，其中AlxGa1-xN量子阱层生长温度为1000℃，厚度为3.5nm，压力200torr，In组分为0.45，AlyGa1-yN量子垒层生长温度为900℃，厚度为11nm，生长压力为200torr，Al组分为0.55，多量子阱层5为电子和空穴复合的区域，合理的结构设计可以显著增加电子和空穴波函数交叠程度，从而提高LED器件发光效率；
S06、在所述多量子阱层5上沉积势垒调变层6；
具体的，所述非掺杂层61包括依次沉积在所述多量子阱层上的U-GaN层611、U-AlGaN层612和U-BGaN层613，所述N型层62包括依次沉积在所述非掺杂层61上的N-AlGaN层621和N-BGaN层622，所述P型层63包括依次沉积在所述N型层62上的P-AlGaN层631和P-BGaN层632；所述非掺杂层61的厚度为30nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为10nm，所述U-AlGaN层612的Al组分含量为0.3，所述N型层62的厚度为20nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为10nm，所述N-AlGaN层621的Al组分含量为0.2，所述P型层的厚度为20nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为10nm，所述P-AlGaN层631的Al组分含量为0.1；同时，所述U-BGaN层613、所述N-BGaN层622以及所述P-BGaN层632中B的组分含量均为0.05，所述N型层62中Si的掺杂浓度为5E17atoms/cm3，所述P型层63中Mg的掺杂浓度为5E17atoms/cm3；
所述U-AlGaN层612、所述N-AlGaN层621、所述P-AlGaN层631中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低，通过U-AlGaN层612、所述N-AlGaN层621、所述P-AlGaN层631的Al组分阶梯式渐变递减，势垒沿生长方向逐级降低，可提供一种空穴注入阶梯式注入通道，减少能量的损耗，降低工作电压，提高了空穴注入效率，增加发光效率；
同时，所述势垒调变层6的生长温度范围为1000℃~1100℃，生长压力范围为100torr ~300torr，生长气氛为在N2和/或H2的环境中生长，势垒调变层6通过采用高温、低压生长方式，能够消除生长势垒调变层6时表面出现的六角形缺陷，改善表面形貌，并减少势垒调变层6薄膜表面的张应力，使得热驱动对流和气相中的寄生反应在较低的压力中得到抑制，有利于改善势垒调变层6的界面的陡峭程度，进而提高晶体质量，因此使得势垒调变层6薄膜表面原子台阶更加清晰，晶体质量更好；同时，热驱动对流和气相中的寄生反应在较低的压力中，会得到抑制，有利于改善势垒调变层6的界面的陡峭程度，进而提高晶体质量。
S07、在所述势垒调变层6上沉积P型AlGaN层7；
其中，P型AlGaN层7生长温度1000-1100℃，厚度100~200 nm，生长压力100~600torr，Mg掺杂浓度1E19 atoms/cm3~5E20 atoms/cm3；
具体的，P型AlGaN层7生长温度1050℃，厚度150nm，生长压力200 torr，Mg掺杂浓度为5E19atoms/cm3，Mg掺杂浓度过高会破坏晶体质量，而掺杂浓度较低则会影响空穴浓度，同时，P型AlGaN层7可以有效填平外延层，得到表面光滑的深紫外发光二极管外延片。
S08、在所述P型AlGaN层7上沉积P型接触层8；
其中，P型接触层8生长温度1000-1100℃，厚度10~50 nm，生长压力100~600 torr，Mg掺杂浓度5E19 atoms/cm3~5E20 atoms/cm3；
具体的，P型接触层8生长温度1050℃，厚度20nm，生长压力200torr，Mg掺杂浓度1E20 atoms/cm3，高掺杂浓度的P型接触层8可降低接触电阻。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例一制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.4%，具体如表1所示；
进一步的，本实施例还提出一种LED，包括上述深紫外发光二极管外延片。
实施例二
本发明第二实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，本发明实施例二提供的深紫外发光二极管外延片与实施例一不同之处在于：
所述非掺杂层61的厚度为60nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为20nm，所述N型层62的厚度为40nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为20nm，所述P型层的厚度为40nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为20nm。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例二制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.28%，具体如表1所示。
实施例三
本发明第三实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，本发明实施例三提供的深紫外发光二极管外延片与实施例一不同之处在于：
所述非掺杂层61的厚度为75nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为25nm，所述N型层62的厚度为50nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为25nm，所述P型层的厚度为50nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为25nm。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例三制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.27%，具体如表1所示。
实施例四
本发明第四实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，本发明实施例四提供的深紫外发光二极管外延片与实施例一不同之处在于：
所述U-AlGaN层612的Al组分含量为0.35，所述N-AlGaN层621的Al组分含量为0.25，所述P-AlGaN层631的Al组分含量为0.15。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例四制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.28%，具体如表1所示。
实施例五
本发明第五实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，本发明实施例五提供的深紫外发光二极管外延片与实施例一不同之处在于：
所述非掺杂层61的厚度为60nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为20nm，所述U-AlGaN层612的Al组分含量为0.35，所述N型层62的厚度为40nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为20nm，所述N-AlGaN层621的Al组分含量为0.2，所述P型层的厚度为40nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为20nm，所述P-AlGaN层631的Al组分含量为0.15。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例五制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.35%，具体如表1所示。
实施例六
本发明第六实施例提供了一种深紫外发光二极管外延片，本发明实施例，六提供的深紫外发光二极管外延片与实施例一不同之处在于：
所述非掺杂层61的厚度为75nm，所述U-GaN层611、所述U-AlGaN层612和所述U-BGaN层613的厚度均为25nm，所述U-AlGaN层612的Al组分含量为0.3，所述N型层62的厚度为50nm，所述N-AlGaN层621和所述N-BGaN层622的厚度均为25nm，所述N-AlGaN层621的Al组分含量为0.3，所述P型层的厚度为50nm，所述P-AlGaN层631和所述P-BGaN层632的厚度均为25nm，所述P-AlGaN层631的Al组分含量为0.15。
根据本实施例制备方法制备的深紫外发光二极管外延片采用与对照例相同的芯片制造工艺制成10mil*24mil规格的芯片，并经测试仪器测试，实施例六制备的深紫外发光二极管外延片的提升光效较对照例相比，提升了0.32%，具体如表1所示。
表1
Figure 831753DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，本发明通过控制势垒调变层6中Al与B的组分含量，减少与量子垒层的晶格失配，势垒调变层6与多量子阱层5中的垒层之间是晶格匹配的，由于与量子垒层没有晶格失配，势垒调变层6/多量子阱层5界面不会由于压电极化发生能带弯曲，使异质结界面更加陡峭，可以形成浓度更高的二维电子气，大幅提升发光二极管的内量子效率，且通过U-AlGaN层612、所述N-AlGaN层621、所述P-AlGaN层631的Al组分阶梯式渐变递减，势垒沿生长方向逐级降低，可提供一种空穴注入阶梯式注入通道，减少能量的损耗，降低工作电压，提高了空穴注入效率，增加发光效率；
势垒调变层6通过采用高温、低压生长方式，能够消除生长势垒调变层6时表面出现的六角形缺陷，改善表面形貌，并减少势垒调变层6薄膜表面的张应力和热驱动对流和气相中的寄生反应在较低的压力中，会得到抑制，有利于改善势垒调变层6的界面的陡峭程度，进而提高晶体质量，因此使得势垒调变层6薄膜表面原子台阶更加清晰，晶体质量更好；
势垒调变层6能够减弱多量子阱层5中阱垒晶格失配所产生的压电极化效应，提高电子和波函数的重叠程度，发光二极管的发光效率得到提高；
厚度为30nm~75nm的非掺杂层61中三层结构的生长，U-GaN层611、U-AlGaN层612增加阻挡电子的势垒高度，抑制了电子的溢流现象，减少droop效应的产生和U-BGaN层613提高了生长的晶体质量，通过厚度为20nm~50nmN型层62和厚度为20nm~50nm的P型层63中共四层结构的生长增加空穴的注入效率，增加空穴的均匀注入，从而提高了电子与空穴的复合效率，同时N型层62的结构能降低对空穴的阻挡，使空穴更容易遂穿，在一定程度上避免了波函数的空间分离，提高了电子空穴复合几率，从而有效提高内量子效率，进而提高发光效率；
值得说明的是，上述非掺杂层61、N型层62以及P型层63中的各层均有一定的厚度范围，如超出该范围，势垒调变层6过厚会释放了应力，从而产生更多的位错，影响空穴注入效率，过薄会起不到原有的阻挡电子溢流效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种深紫外发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的第一半导体层、多量子阱层、势垒调变层以及第二半导体层，所述势垒调变层包括依次沉积在所述多量子阱层上的非掺杂层、N型层以及P型层；
所述非掺杂层包括依次沉积在所述多量子阱层上的U-GaN层、U-AlGaN层和U-BGaN层，所述N型层包括依次沉积在所述非掺杂层上的N-AlGaN层和N-BGaN层，所述P型层包括依次沉积在所述N型层上的P-AlGaN层和P-BGaN层，所述U-AlGaN层、所述N-AlGaN层、所述P-AlGaN层中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述非掺杂层的厚度为30nm ~75nm，所述N型层的厚度为20nm ~50nm，所述P型层的厚度为20nm ~50nm。
3.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述U-GaN层、所述U-AlGaN层和所述U-BGaN层厚度比为1：1：1，所述U-AlGaN层的Al组分含量为0.3~0.4，所述U-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1。
4.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述N-AlGaN层和N-BGaN层的厚度比为1：1，所述N-AlGaN层的Al组分含量为0.2~0.3，所述N-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1，所述N型层中掺杂有Si，所述N型层中Si的掺杂浓度范围为5E17atoms/cm3~1E19 atoms/cm3。
5.根据权利要求1所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述P-AlGaN层和所述P-BGaN层的厚度比为1：1，所述P-AlGaN层的Al组分含量为0.1~0.2，所述P-BGaN层的B组分含量为0.01~0.1，所述P型层中掺杂有Mg，所述P型层中Mg的掺杂浓度范围为5E17atoms/cm3~1E19 atoms/cm3。
6.根据权利要求1-5任一项所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第一半导体层包括依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层，所述第二半导体层包括依次沉积在所述势垒调变层上的P型AlGaN层和P型接触层。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积第一半导体层；
在所述第一半导体层上沉积多量子阱层；
在所述多量子阱层上沉积势垒调变层，所述势垒调变层包括依次沉积在所述多量子阱层上的非掺杂层、N型层以及P型层，其中，在所述多量子阱层上依次沉积U-GaN层、U-AlGaN层和U-BGaN层以形成所述非掺杂层，在所述非掺杂层依次沉积N-AlGaN层和N-BGaN层以形成所述N型层，在所述N型层依次沉积P-AlGaN层和P-BGaN层以形成所述P型层，所述U-AlGaN层、所述N-AlGaN层、所述P-AlGaN层中的Al组分的含量沿所述深紫外发光二极管外延片的生长方向逐渐降低；
在所述势垒调变层上沉积第二半导体层。
8.根据权利要求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，所述势垒调变层的生长温度范围为1000℃~1100℃，生长压力范围为100torr~300torr，生长气氛为在N2和/或H2的环境中生长。
9.根据权利要求7或8所述的深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层以形成所述第一半导体层，在所述势垒调变层上依次沉积P型AlGaN层和P型接触层以形成所述第二半导体层。
10.一种LED，其特征在于，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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