CN115377263B - 用于深紫外led的外延片及其制备方法、深紫外led - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于深紫外LED的外延片及其制备方法、深紫外LED，涉及半导体光电器件领域。其中，用于深紫外LED的外延片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、P‑AlGaN层和P型接触层；其中，所述P型接触层包括依次沉积于所述P‑AlGaN层上的P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层。实施本发明，可有效提升深紫外LED的发光效率。

Description

用于深紫外LED的外延片及其制备方法、深紫外LED
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的外延片及其制备方法、深紫外LED。
背景技术
目前常用的紫外LED为AlGaN基半导体材料。在其P型半导体层（P-AlGaN层、P型接触层）中，由于掺杂元素（一般为Mg）受主的激活能随着Al组分增加而线性增大，使得其激活效率变低，低的空穴浓度使其很难形成P-型欧姆接触，降低了紫外LED的发光效率。目前常用的方法是重掺杂，但是由于其掺杂浓度过高会导致P型AlGaN层的晶体质量较差，同时掺杂元素的禁带宽度较窄会增加光的吸收，降低紫外发光二极管的外量子效率。然而掺杂浓度较低则不能形成良好的欧姆接触，导致紫外发光二极管的工作电压升高，光效下降。
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的外延片及其制备方法，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，提供一种深紫外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的外延片，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、P-AlGaN层和P型接触层；
其中，所述P型接触层包括依次沉积于所述P-AlGaN层上的P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层中Al组分的占比大于所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比，所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比大于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比；
所述P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比小于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层中Al组分的占比为0.3-0.8，所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比为0.2-0.7，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比为0.1-0.6；
所述P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比为0.05-0.5，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比为0.1-0.6。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层中掺杂元素的掺杂浓度小于所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度，所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度小于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1018-1×1019atoms/cm3，所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1019-1×1020atoms/cm3，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1020-1×1021atoms/cm3。
相应的，本发明还公开了一种用于深紫外LED的外延片的制备方法，用于制备上述的用于深紫外LED的外延片，其包括：
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、P-AlGaN层和P型接触层；
其中，所述P型接触层包括依次沉积于所述P-AlGaN层上的P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层的生长温度为750-950℃，生长压力为300-600torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，且H2的体积比≤20%；
所述Mg量子点层的生长温度为850-1050℃，生长压力为100-500torr，生长气氛为N2或Ar；
所述P型AlInGaN纳米团簇层的生长温度为800-1000℃，生长压力为100-500torr；
所述三维P型AlInGaN纳米团簇层的生长温度为800-1000℃，生长压力为100-500torr。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlGaN粗化层的生长气氛中，N2、H2和NH3的体积比为（1-5）:1:（1-2）。
作为上述技术方案的改进，所述P型AlInGaN纳米团簇层、三维P型AlInGaN纳米团簇层的生长气氛均为N2、H2和NH3的混合气体，且N2、H2和NH3的体积比为1:（5-10）:（1-5）。
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的外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1. 本发明的用于深紫外LED的外延片的P型接触层包括P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层。其中，P型AlGaN粗化层可提高深紫外LED的出光，提高外量子效率；同时为Mg量子电子层沉积提供空位。Mg量子点层可提高电流扩展，降低电流的集聚效应。P型AlInGaN纳米团簇层降低了沉积三维P型AlInGaN纳米团簇层的晶格失配，提高了晶体质量，减少对光的吸收，同时提高电流扩展能力；三维P型AlInGaN纳米团簇层具有较高的导电性能，可改善与电极的欧姆接触，改善P型电流的扩展能力，减少电流的积聚效应。几者综合，有效提升了深紫外LED的发光效率。
2. 本发明的用于深紫外LED的外延片中，P型AlGaN粗化层中Al组分的占比＞P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比＞三维P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比；P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比＜三维P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比。即P型接触层中Al沿外延层方向降低，In组分沿外延层方向升高。基于这种组分控制，一者减少了P型接触层吸光，二者减少因高Al组分导致Mg的激活能升高未活化的Mg，同时In组分上升降低Mg的激活能，提高活化Mg的浓度，三者，P型AlInGaN纳米团簇层在合适组分比例可以形成与电极类似功函数的材料，降低接触电阻。
附图说明
图1是本发明一实施例中用于深紫外LED的外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中P型接触层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中用于深紫外LED的外延片的制备方法流程图。
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的外延片，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、P-AlGaN层7和P型接触层8。其中，P型接触层8包括依次沉积于P-AlGaN层7上的P型AlGaN粗化层81、Mg量子点层82、P型AlInGaN纳米团簇层83和三维P型AlInGaN纳米团簇层84。基于上述设置，一者提升了出光效率，提升了外量子效率；二者提升了电极与外延片的欧姆接触；三者提高了电流的扩展能力；三者综合，有效提升了深紫外LED的发光效率，降低了其工作电压。
其中，P型AlGaN粗化层81可提高深紫外LED的出光，提高外量子效率；同时为Mg量子点层82的沉积提供空位。具体的，粗化结构可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，P型AlGaN粗化层81通过MOCVD生长，其生长温度为750-950℃，生长压力为300-600torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，且H2的体积比≤20%。通过低温、高压、低H2气氛的生长条件，可使得纵向外延生长速率高于横向外延生长速率，进而形成粗化结构。优选的，P型AlGaN粗化层81的生长气氛中，N2、H2和NH3的体积比为（1-5）:1:（1-2），示例性的为2:1:2、3:1:1.5、4:1:1.6、3:1:1.2、4:1:1.3，但不限于此。
具体的，P型AlGaN粗化层81的厚度为1-10nm，当其厚度＜1nm时，所形成的沉积空位较小，后期形成的Mg量子点层82的量子点小，分布不均匀，对于提升发光效率不利；当其厚度＞10nm时，P型接触层8整体的导电性能较差，对提升发光效率的作用较差。示例性的，P型AlGaN粗化层81的厚度为1.5nm、3nm、4.5nm、6nm、7.5nm或9nm，但不限于此。
具体的，P型AlGaN粗化层81的掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlGaN粗化层81的掺杂浓度为1×1018-1×1020atoms/cm3，示例性的为5×1018atoms/cm3、7×1018atoms/cm3、2×1019atoms/cm3或7×1019atoms/cm3，但不限于此。P型AlGaN粗化层81中Al组分的占比为0.3-0.8，示例性的为0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。
其中，Mg量子点层82可提高电流扩展，降低电流的集聚效应，降低深紫外LED的工作电压，提升其发光效率。具体的，量子点可通过本领域常见的液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，Mg量子点层82通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr，生长气氛为N2和/或Ar。基于上述控制以及在前序P型AlGaN粗化层81的基础上，即可生长得到Mg量子点层82。
具体的，Mg量子点层82的厚度为0.5-5nm，当其厚度＜0.5nm时，其所形成的形核较小，后期难以生长出P型AlInGaN纳米团簇层83，且电流扩展作用较差；当其厚度＞5nm时，其整体电阻过小，反而不利于电流的扩展。示例性的，Mg量子点层82的厚度为1nm、2nm、3nm或4nm，但不限于此。
其中，P型AlInGaN纳米团簇层83降低沉积三维P型AlInGaN纳米团簇层84时的晶格失配，提高其晶体质量。同时，P型AlInGaN纳米团簇层83也可减少对光的吸收，提高电流扩展能力。具体的，纳米团簇结构可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，P型AlInGaN纳米团簇层83通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr。通过低压条件下的生长，可以Mg量子点层82为成核中心，生长得到纳米团簇结构。
具体的，P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为1-10nm，当其厚度＜1nm时，电流扩展效率差；当其厚度＞10nm时，P型接触层8整体的吸光较多，发光效率较差。示例性的，P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为1.5nm、3nm、4.5nm、6nm、7.5nm或9nm，但不限于此。
具体的，P型AlInGaN纳米团簇层83的掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlInGaN纳米团簇层83的掺杂浓度为1×1018-1×1020atoms/cm3，示例性的为4×1018atoms/cm3、8×1018atoms/cm3、3×1019atoms/cm3或5×1019atoms/cm3，但不限于此。P型AlInGaN纳米团簇层83中Al组分的占比为0.2-0.8，示例性的为0.25、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。P型AlInGaN纳米团簇层83中In组分的占比为0.05-0.5，示例性的为0.09、0.12、0.2、0.3或0.4，但不限于此。
其中，三维P型AlInGaN纳米团簇层84具有较高的导电性能，可改善与电极的欧姆接触，改善P型电流的扩展能力，减少电流的积聚效应。三维纳米团簇结构可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，三维P型AlInGaN纳米团簇层84通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr。一者，由于引入了In，其原子半径大，迁移率低，容易团聚形成In滴，进而作为成核中心与其他原子成键，形成三维纳米簇结构；二者低压条件的生长也促进了三维纳米簇结构的形成。两者综合，即形成了三维P型AlInGaN纳米团簇层84。
具体的，三维P型AlInGaN纳米团簇层84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。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的掺杂元素为Mg，但不限于此。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的掺杂浓度为1×1018-1×1021atoms/cm3，示例性的为5×1018atoms/cm3、9×1018atoms/cm3、5×1019atoms/cm3、1×1020atoms/cm3或8×1020atoms/cm3，但不限于此。三维P型AlInGaN纳米团簇层84中Al组分的占比为0.1-0.8，示例性的为0.2、0.25、0.3、0.4、0.5、0.6或0.7，但不限于此。三维P型AlInGaN纳米团簇层84中In组分的占比为0.1-0.6，示例性的为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35或0.4，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，本发明的用于深紫外LED的外延片中，P型AlGaN粗化层81中Al组分的占比（0.3-0.8）＞P型AlInGaN纳米团簇层83中Al组分的占比（0.2-0.7）＞三维P型AlInGaN纳米团簇层84中Al组分的占比（0.1-0.6）；P型AlInGaN纳米团簇层83中In组分的占比（0.05-0.5）＜三维P型AlInGaN纳米团簇层84中In组分的占比（0.1-0.6）。即P型接触层中Al沿外延层方向降低，In组分沿外延层方向升高。基于这种组分控制，一者减少了P型接触层吸光，二者减少因高Al组分导致Mg的激活能升高未活化的Mg，同时In组分上升降低Mg的激活能，提高活化Mg的浓度，三者，P型AlInGaN纳米团簇层在合适组分比例可以形成与电极类似功函数的材料，降低接触电阻。
优选的，在本发明的一个实施例之中，P型AlGaN粗化层81的掺杂浓度（1×1018-1×1019atoms/cm3）＜P型AlInGaN纳米团簇层83的掺杂浓度（1×1019-1×1020atoms/cm3）＜三维P型AlInGaN纳米团簇层84的掺杂浓度（1×1020-1×1021atoms/cm3）。基于这种掺杂浓度的设置，不仅可提升发光效率，还可有效提升深紫外LED芯片的抗老化性能。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化铝衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。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。
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1×1019-5×1020atoms/cm-3。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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，堆叠周期数3-15个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为2-5nm，x为0.2-0.6。单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为5-15nm，y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，提高深紫外LED的发光效率。具体的，电子阻挡层6为AlzGa1-zN层，但不限于此。具体的，电子阻挡层6的厚度为10-100nm，z为0.4-0.8。
其中，P-AlGaN层7主要作用是提供空穴，同时也可有效填平外延层。P-AlGaN层7的掺杂元素为Mg，但不限于此。P-AlGaN层7的掺杂浓度为1×1019-5×1020atoms/cm3，厚度为20-200nm。
相应的，参考图3，本发明还公开了一种用于深紫外LED的外延片的制备方法，其用于制备上述的用于深紫外LED的外延片，其包括以下步骤：
S1：提供衬底；
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、P-AlGaN层和P型接触层；
具体的，S2包括：
S21：在衬底上生长缓冲层；
其中，采用PVD沉积AlN层，作为缓冲层。
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层上生长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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层，即得到多量子阱层。其中，AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为950-1050℃，生长压力为50-300torr。AlyGa1-yN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。
S26：在电子阻挡层上生长P-AlGaN层；
其中，采用MOCVD生长P-AlGaN层，生长温度为1000-1100℃，生长压力100-600torr。
S27：在P-AlGaN层上生长P型接触层；
具体的，S27包括以下步骤：
S271：在P-AlGaN层上生长P型AlGaN粗化层；
具体的，P型AlGaN粗化层可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，P型AlGaN粗化层通过MOCVD生长，其生长温度为750-950℃，生长压力为300-600torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，且H2的体积比≤20%。通过低温、高压、低H2气氛的生长条件，可使得纵向外延生长速率高于横向外延生长速率，进而形成粗化结构。优选的，P型AlGaN粗化层的生长气氛中，N2、H2和NH3的体积比为（1-5）:1:（1-2），示例性的为2:1:2、3:1:1.5、4:1:1.6、3:1:1.2、4:1:1.3，但不限于此。
S272：在P型AlGaN粗化层上生长Mg量子点层；
具体的，Mg量子点层可通过本领域常见的液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，Mg量子点层通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr，生长气氛为N2和/或Ar。基于上述控制以及在前序P型AlGaN粗化层的基础上，即可生长得到Mg量子点层。
S273：在Mg量子点层上生长P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，P型AlInGaN纳米团簇层可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，P型AlInGaN纳米团簇层通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr。通过低压条件下的生长，可以Mg量子点层为成核中心，生长得到纳米团簇结构。
优选的，P型AlInGaN纳米团簇层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:（5-10）:（1-5）（体积比）。基于这种生长气氛，可以加强P型AlInGaN纳米团簇层三维结构生长，使纳米团簇层的尺寸增加。
S274：在P型AlInGaN纳米团簇层上生长三维P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，三维P型AlInGaN纳米团簇层可通过本领域常见的光刻刻蚀、液滴外延技术等生长，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，三维P型AlInGaN纳米团簇层通过MOCVD生长，其生长温度为850-1050℃，生长压力为100-300torr。
优选的，三维P型AlInGaN纳米团簇层的生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:（5-10）:（1-5）（体积比）。基于这种生长气氛，可以加强三维P型AlInGaN纳米团簇层三维结构生长，使纳米团簇层的尺寸增加。
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的外延片，参考图1和图2，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、P-AlGaN层7和P型接触层8。其中，P型AlGaN粗化层81、Mg量子点层82、P型AlInGaN纳米团簇层83和三维P型AlInGaN纳米团簇层84。
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2.8μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.55）和AlyGa1-yN量子垒层（y=0.75），堆叠周期数9个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3.5nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为11nm。电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.75），厚度为30nm。P-AlGaN层7的厚度为100nm，Mg掺杂浓度为5×1019atoms/cm-3。
其中，P型AlGaN粗化层81的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.3。Mg量子点层82的厚度为1.5nm。P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.2。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的厚度为5nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.2。
本实施例中用于深紫外LED的外延片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1200℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层。其中，AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlyGa1-yN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AlzGa1-zN层，作为电子阻挡层。生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（7）在电子阻挡层上生长P-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长P-AlGaN层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（8）在P-AlGaN层上生长P型AlGaN粗化层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlGaN粗化层，生长温度为800℃，生长压力为500torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，N2、H2和NH3的体积比为3:1:2。
（9）在P型AlGaN粗化层上生长Mg量子点层；
具体的，采用MOCVD生长Mg量子点层，生长温度为950℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2。
（10）在Mg量子点层上生长P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
（11）在P型AlInGaN纳米团簇层上生长三维P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长三维P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
实施例2
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延片，参考图1和图2，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、P-AlGaN层和P型接触层8。其中，P型AlGaN粗化层81、Mg量子点层82、P型AlInGaN纳米团簇层83和三维P型AlInGaN纳米团簇层84。
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2.8μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.55）和AlyGa1-yN量子垒层（y=0.75），堆叠周期数9个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3.5nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为11nm。电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.75），厚度为30nm。P-AlGaN层7的厚度为100nm，Mg掺杂浓度为5×1019atoms/cm-3。
其中，P型AlGaN粗化层81的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.55。Mg量子点层82的厚度为1.5nm。P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.4，In组分占比为0.1。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的厚度为5nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为9×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.25。
本实施例中用于深紫外LED的外延片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1200℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层。其中，AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlyGa1-yN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AlzGa1-zN层，作为电子阻挡层。生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（7）在电子阻挡层上生长P-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长P-AlGaN层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（8）在P-AlGaN层上生长P型AlGaN粗化层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlGaN粗化层，生长温度为800℃，生长压力为500torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，N2、H2和NH3的体积比为3:1:2。
（9）在P型AlGaN粗化层上生长Mg量子点层；
具体的，采用MOCVD生长Mg量子点层，生长温度为950℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2。
（10）在Mg量子点层上生长P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
（11）在P型AlInGaN纳米团簇层上生长三维P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长三维P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
实施例3
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延片，参考图1和图2，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、P-AlGaN层和P型接触层8。其中，P型AlGaN粗化层81、Mg量子点层82、P型AlInGaN纳米团簇层83和三维P型AlInGaN纳米团簇层84。
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2.8μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.55）和AlyGa1-yN量子垒层（y=0.75），堆叠周期数9个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3.5nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为11nm。电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.75），厚度为30nm。P-AlGaN层7的厚度为100nm，Mg掺杂浓度为5×1019atoms/cm-3。
其中，P型AlGaN粗化层81的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为4.5×1018atoms/cm3，Al组分占比为0.3。Mg量子点层82的厚度为1.5nm。P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为7.5×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.2。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的厚度为5nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1020atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.2。
本实施例中用于深紫外LED的外延片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1200℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层。其中，AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlyGa1-yN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AlzGa1-zN层，作为电子阻挡层。生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（7）在电子阻挡层上生长P-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长P-AlGaN层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（8）在P-AlGaN层上生长P型AlGaN粗化层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlGaN粗化层，生长温度为800℃，生长压力为500torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，N2、H2和NH3的体积比为3:1:2。
（9）在P型AlGaN粗化层上生长Mg量子点层；
具体的，采用MOCVD生长Mg量子点层，生长温度为950℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2。
（10）在Mg量子点层上生长P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
（11）在P型AlInGaN纳米团簇层上生长三维P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长三维P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
实施例4
本实施例提供一种用于深紫外LED的外延片，参考图1和图2，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、P-AlGaN层和P型接触层8。其中，P型AlGaN粗化层81、Mg量子点层82、P型AlInGaN纳米团簇层83和三维P型AlInGaN纳米团簇层84。
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2.8μm，N-AlGaN层4的厚度为2.5μm，Si掺杂浓度为2.5×1019atoms/cm-3。
其中，多量子阱层为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.55）和AlyGa1-yN量子垒层（y=0.75），堆叠周期数9个。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3.5nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为11nm。电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.75），厚度为30nm。P-AlGaN层7的厚度为100nm，Mg掺杂浓度为5×1019atoms/cm-3。
其中，P型AlGaN粗化层81的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为4.5×1018atoms/cm3，Al组分占比为0.55。Mg量子点层82的厚度为1.5nm。P型AlInGaN纳米团簇层83的厚度为3nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为7.5×1019atoms/cm3，Al组分占比为0.4，In组分占比为0.1。三维P型AlInGaN纳米团簇层84的厚度为5nm，掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1020atoms/cm3，Al组分占比为0.3，In组分占比为0.25。
本实施例中用于深紫外LED的外延片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1200℃，生长压力100torr。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长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AlxGa1-xN量子阱层和AlyGa1-yN量子垒层。其中，AlxGa1-xN量子阱层的生长温度为1050℃，生长压力为200torr。AlyGa1-yN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AlzGa1-zN层，作为电子阻挡层。生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（7）在电子阻挡层上生长P-AlGaN层；
具体的，采用MOCVD生长P-AlGaN层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。
（8）在P-AlGaN层上生长P型AlGaN粗化层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlGaN粗化层，生长温度为800℃，生长压力为500torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，N2、H2和NH3的体积比为3:1:2。
（9）在P型AlGaN粗化层上生长Mg量子点层；
具体的，采用MOCVD生长Mg量子点层，生长温度为950℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2。
（10）在Mg量子点层上生长P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
（11）在P型AlInGaN纳米团簇层上生长三维P型AlInGaN纳米团簇层；
具体的，采用MOCVD生长三维P型AlInGaN纳米团簇层，生长温度为890℃，生长压力为200torr，生长气氛为N2、NH3和H2的混合气体。且N2:H2:NH3=1:7:3（体积比）。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，P型接触层为重掺Mg的AlGaN层，其掺杂浓度为1×1020atoms/cm-3，厚度为25nm。P型接触层采用MOCVD制备，生长温度为1050℃，生长压力250torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体（N2:H2: NH3=1:7:3）。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，不设置P型AlGaN粗化层81。相应的，也不设置P型AlGaN粗化层的制备步骤（即步骤8）。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，不设置Mg量子点层82。相应的，也不设置Mg量子点层82的制备步骤（即步骤9）。其余均与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1的区别在于，不设置P型AlInGaN纳米团簇层83。相应的，也不设置P型AlInGaN纳米团簇层83的制备步骤（即步骤10）。其余均与实施例1相同。
对比例5
本对比例与实施例1的区别在于，不设置三维P型AlInGaN纳米团簇层84。相应的，也不设置三维P型AlInGaN纳米团簇层84的制备步骤（即步骤11）。其余均与实施例1相同。
将实施例1-4，对比例1-5所得的用于深紫外LED的外延片采用相同工艺制备成垂直结构的LED，并进行测试，具体包括：
（1）测试发光效率，并以对比例1的数据为基准，计算其他实施例、对比例的光效提升率；
（2）采用万用表测定工作电压；
（3）将LED芯片在900mA、80℃条件下老化1044h，计算老化前后发光效率的变化率。具体的，变化率=（老化前发光效率-老化后发光效率）/老化前发光效率。
具体结果如下：
Figure 305035DEST_PATH_IMAGE001
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 (9)

1.一种用于深紫外LED的外延片，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、P-AlGaN层和P型接触层；
其中，所述P型接触层包括依次沉积于所述P-AlGaN层上的P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层；
所述P型AlGaN粗化层中Al组分的占比为0.3-0.8，所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比为0.2-0.7，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比为0.1-0.6；
所述P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比为0.05-0.5，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比为0.1-0.6；
所述P型AlGaN粗化层的厚度为1-10nm，所述Mg量子点层的厚度为0.5-5nm，所述P型AlInGaN纳米团簇层的厚度为1-10nm，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层的厚度为1-10nm。
2.如权利要求1所述的用于深紫外LED的外延片，其特征在于，所述P型AlGaN粗化层中Al组分的占比大于所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比，所述P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比大于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中Al组分的占比；
所述P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比小于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中In组分的占比。
3.如权利要求1所述的用于深紫外LED的外延片，其特征在于，所述P型AlGaN粗化层中掺杂元素的掺杂浓度小于所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度，所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度小于所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度。
4.如权利要求1或3所述的用于深紫外LED的外延片，其特征在于，所述P型AlGaN粗化层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1018-1×1019atoms/cm3，所述P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1019-1×1020atoms/cm3，所述三维P型AlInGaN纳米团簇层中掺杂元素的掺杂浓度为1×1020-1×1021atoms/cm3。
5.一种用于深紫外LED的外延片的制备方法，用于制备如权利要求1-4任一项所述的用于深紫外LED的外延片，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、P-AlGaN层和P型接触层；
其中，所述P型接触层包括依次沉积于所述P-AlGaN层上的P型AlGaN粗化层、Mg量子点层、P型AlInGaN纳米团簇层和三维P型AlInGaN纳米团簇层。
6.如权利要求5所述的用于深紫外LED的外延片的制备方法，其特征在于，所述P型AlGaN粗化层的生长温度为750-950℃，生长压力为300-600torr，生长气氛为N2、H2和NH3的混合气体，且H2的体积比≤20%；
所述Mg量子点层的生长温度为850-1050℃，生长压力为100-500torr，生长气氛为N2或Ar；
所述P型AlInGaN纳米团簇层的生长温度为800-1000℃，生长压力为100-500torr；
所述三维P型AlInGaN纳米团簇层的生长温度为800-1000℃，生长压力为100-500torr。
7.如权利要求5所述的用于深紫外LED的外延片的制备方法，其特征在于，所述P型AlGaN粗化层的生长气氛中，N2、H2和NH3的体积比为（1-5）:1:（1-2）。
8.如权利要求5所述的用于深紫外LED的外延片的制备方法，其特征在于，所述P型AlInGaN纳米团簇层、三维P型AlInGaN纳米团簇层的生长气氛均为N2、H2和NH3的混合气体，且N2、H2和NH3的体积比为1:（5-10）:（1-5）。
9.一种深紫外LED，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的用于深紫外LED的外延片。
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