CN116014043A - 深紫外发光二极管外延片及其制备方法、led - Google Patents

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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1‑a‑bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1‑dN超晶格层和P型Al_eGa_1‑eN盖层。本发明提供的深紫外发光二极管外延片能够增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少P型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，最终增加了深紫外LED的发光效率。

Description

深紫外发光二极管外延片及其制备方法、LED

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。但是由于AlGaN材料本身的禁带宽度较大，带隙间的施主/受主能级加深，掺杂剂的电离能也随之增大，导致掺杂元素激活率和载流子浓度相对很低。且P型半导体层中掺杂的Mg受主的激活能较高，这导致P型半导体层中Mg的激活率非常低，Mg的激活率非常低则会直接影响P型半导体层中空穴量，并且高浓度Mg掺杂的P型半导体层晶格质量相对较差，缺陷会成为捕获载流子的中心，消耗部分空穴，并且空穴本身迁移速率也不高，这导致得到的紫外发光二极管的发光效率较低。

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，其能够增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少P型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，最终增加了深紫外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，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。

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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；

所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

在一种实施方式中，所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层中包括若干个纳米柱，所述纳米柱的高度为5nm-100nm，直径为10nm-50nm；

所述纳米柱的密度为10⁶个/cm²-10⁹个/cm²。

在一种实施方式中，所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层的P型掺杂浓度为1×10¹⁶atoms/cm³-5×10¹⁷atoms/cm³。

在一种实施方式中，所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层包括周期性交替层叠的Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，层叠周期数为2-6；

所述Mg_cN层的厚度为1nm-3nm；

所述In_dGa_1-dN层的厚度为3nm-5nm。

在一种实施方式中，所述P型Al_eGa_1-eN盖层的Mg掺杂浓度为1×10¹⁹atoms/cm³-5×10²⁰atoms/cm³。

为解决上述问题，本发明还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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；

在所述电子阻挡层上沉积P型半导体层，包括以下步骤：

在所述电子阻挡层上依次沉积P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

在一种实施方式中，在所述电子阻挡层上沉积所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Ga源、Al源、In源、Mg源和N源，生长P型In_aAl_bGa_1-a-bN层；

在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN层上刻蚀出纳米柱阵列，得到所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层。

在一种实施方式中，在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层上沉积所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源和N源，生长Mg_cN层；

停止通入Mg源，通入Ga源、In源和N源，生长In_dGa_1-dN层；

重复周期性层叠所述Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，得到所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层。

在一种实施方式中，在所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层上沉积所述P型Al_eGa_1-eN盖层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

关闭所述Mg源、Ga源、N源和Al源，停止通入N₂和H₂混合气作为载气，通入NH₃和N₂对已沉积的部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层进行退火处理10s-60s；

再停止通入NH₃和N₂，继续通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

重复上述步骤直至完成所述P型Al_eGa_1-eN盖层的沉积。

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P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层。

空穴通过所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层后进入多量子阱区，接触面积增加，可以增加空穴的注入量和空穴扩展；对比二维结构，纳米柱结构可以增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，增加发光效率；并且InAlGaN材料的能阶相对较低，使得空穴更容易通过，增加了载流子进入多量子阱层的浓度。

所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层包覆在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层上，由于MgN和InGaN异质结的界面自发极化和压电极化不连续性形成剩余极化电荷从而在界面形成高浓度的二维电子气，可以大幅增加空穴的迁移率。所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层包括若干个纳米柱，二者的接触面积比起二维平面更大，大大增加了空穴的注入，并且MgN本身可以提供空穴，InGaN中的In原子扩散后，可以作为催化剂降低Mg原子的激活能，增加所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和所述P型Al_eGa_1-eN盖层提供的空穴浓度。

所述P型Al_eGa_1-eN盖层通过特定的制备工艺处理后，能够增加空穴浓度、增加空穴的扩展。

综上，使用本发明提出的具有特定结构和组成的所述P型半导体层，能够增加深紫外发光二极管的Mg的激活，增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少P型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，最终增加了深紫外的发光效率。

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P型半导体层对的结构示意图；

图3为本发明提供的深紫外发光二极管外延片的制备方法的流程图；

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、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7、欧姆接触层8、P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72和P型Al_eGa_1-eN盖层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。

传统P型半导体层采用高Mg掺杂的AlGaN层，存在Mg激活率低，空穴浓度低，空穴迁移率低，P型半导体层缺陷密度大等问题，严重影响深紫外发光二极管的发光效率。

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所示，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片，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、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7和欧姆接触层8；

如图2所示，所述P型半导体层7包括依次层叠于所述电子阻挡层6上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72和P型Al_eGa_1-eN盖层73，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

在一种实施方式中，所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71中包括若干个纳米柱，所述纳米柱的高度为5nm-100nm，直径为10nm-50nm。示例性的所述纳米柱的高度为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm，但不限于此。示例性的所述纳米柱的直径为15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm，但不限于此。在一种实施方式中，所述纳米柱的密度为10⁶个/cm²-10⁹个/cm²；优选地，所述纳米柱的密度为10⁷个/cm²-10⁸个/cm²；所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层的P型掺杂浓度为1×10¹⁶atoms/cm³-5×10¹⁷atoms/cm³。空穴通过所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层后进入多量子阱区，接触面积增加，可以增加空穴的注入量和空穴扩展；对比二维结构，纳米柱结构可以增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，增加发光效率；并且InAlGaN材料的能阶相对较低，使得空穴更容易通过，增加了载流子进入多量子阱层的浓度。

在一种实施方式中，所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72包括周期性交替层叠的Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，层叠周期数为2-6；示例性的层叠周期数为3、4、5，但不限于此。所述Mg_cN层的厚度为1nm-3nm；所述In_dGa_1-dN层的厚度为3nm-5nm。示例性的所述Mg_cN层的厚度为1.5nm、2nm、2.5nm，但不限于此。示例性的所述In_dGa_1-dN层的厚度为3.5nm、4nm、4.5nm，但不限于此。所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72包覆在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71上，由于MgN和InGaN异质结的界面自发极化和压电极化不连续性形成剩余极化电荷从而在界面形成高浓度的二维电子气，可以大幅增加空穴的迁移率。所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71包括若干个纳米柱，二者的接触面积比起二维平面更大，大大增加了空穴的注入，并且MgN本身可以提供空穴，InGaN中的In原子扩散后，可以作为催化剂降低Mg原子的激活能，增加所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72和所述P型Al_eGa_1-eN盖层73提供的空穴浓度。

在一种实施方式中，所述P型Al_eGa_1-eN盖层73的Mg掺杂浓度为1×10¹⁹atoms/cm³-5×10²⁰atoms/cm³。所述P型Al_eGa_1-eN盖层73将P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71填平，并通过特定的制备工艺处理后，能够增加空穴浓度、增加空穴的扩展。

综上，使用本发明提出的具有特定结构和组成的所述P型半导体层，能够增加深紫外发光二极管的Mg的激活，增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少P型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，最终增加了深紫外的发光效率。

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3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。

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、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型半导体层7和欧姆接触层8。

如图4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3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上沉积多量子阱层5。

在一种实施方式中，所述多量子阱层5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。所述多量子阱层5为交替堆叠的Al_xGa_1-xN量子阱层和Al_yGa_1-yN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Al_xGa_1-xN量子阱层的厚度为2nm-5nm，x的取值范围为0.2-0.6；所述Al_yGa_1-yN量子垒层的厚度为5nm-15nm，y的取值范围为0.4-0.8。

优选地，堆叠周期数为9，所述Al_xGa_1-xN量子阱层的厚度为3nm，所述Al_yGa_1-yN量子垒层的厚度为10nm，生长压力为200torr，生长温度为1100℃。

S25、在多量子阱层5上沉积电子阻挡层6。

在一种实施方式中，所述电子阻挡层6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。

S26、在电子阻挡层6上沉积P型半导体层7，包括以下步骤：

在所述电子阻挡层6上依次沉积P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72和P型Al_eGa_1-eN盖层73，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

在一种实施方式中，在所述电子阻挡层6上沉积所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Ga源、Al源、In源、Mg源和N源，生长P型In_aAl_bGa_1-a-bN层；优选地，控制反应室的温度为980℃-1020℃，压力为200torr-400torr；示例性a的取值为0.15、0.2、0.25，但不限于此；示例性b的取值为0.25、0.3、0.35、0.4、0.45，但不限于此；

在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN层上刻蚀出纳米柱阵列，得到所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层。所述在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN层上刻蚀出纳米柱阵列可通过电感耦合离子体刻蚀方法或/和湿法腐蚀方法实现，本发明不作限定。

在一种实施方式中，在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层71上沉积所述Mg_cN/In_dGa_{1- d}N超晶格层72，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源和N源，生长Mg_cN层；优选地，控制反应室的温度为980℃-1020℃，压力为200torr-400torr；

停止通入Mg源，通入Ga源、In源和N源，生长In_dGa_1-dN层；

重复周期性层叠所述Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，得到所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层。

在一种实施方式中，在所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层72上沉积所述P型Al_eGa_1-eN盖层73，包括以下步骤：

控制反应室的温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

关闭所述Mg源、Ga源、N源和Al源，停止通入N₂和H₂混合气作为载气，通入NH₃和N₂对已沉积的部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层进行退火处理10s-60s；

再停止通入NH₃和N₂，继续通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

重复上述步骤直至完成所述P型Al_eGa_1-eN盖层的沉积。优选地，重复上述步骤的此时为10次-100次。

需要说明的是，本发明中所述P型Al_eGa_1-eN盖层73采用高H₂/N₂生长，H₂通入量高有利于减少缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，但是H₂通入量过高容易形成较多的Mg-H络合物。为此，本发明所述P型Al_eGa_1-eN盖层在制备过程中间断通入MO源，并且在MO源未通入时，关闭H₂，对所述P型Al_eGa_1-eN盖层进行间断退火处理，第一，NH₃退火处理可以打开Mg-H键，增加Mg的激活率，增加空穴浓度；第二，退火处理可以使得Mg和Al原子重新排布，使得Mg和Al原子分布更均匀，增加空穴的扩展；第三，退火处理过程，可以修复部分缺陷，补充N空位，减少缺陷对空穴的捕获，增加空穴浓度。

S27、在P型半导体层7上沉积欧姆接触层8。

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、氨气，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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；

所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a为0.2，b为0.3，c为0.2，d为0.1，e为0.4。

所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层中包括若干个纳米柱，所述纳米柱的高度为20nm，直径为30nm；所述纳米柱的密度为10⁸个/cm²；P型掺杂浓度为5×10¹⁶atoms/cm³。所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层由Mg_cN层和In_dGa_1-dN层重复周期性层叠组成，层叠周期数为5；所述Mg_cN层的厚度为2nm；所述In_dGa_1-dN层的厚度为4nm。所述P型Al_eGa_1-eN盖层的Mg掺杂浓度为1×10²⁰atoms/cm³。

所述P型Al_eGa_1-eN盖层的沉积方法，包括以下步骤：

控制反应室的温度为1050℃，压力为200torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

关闭所述Mg源、Ga源、N源和Al源，停止通入N₂和H₂混合气作为载气，通入NH₃和N₂对已沉积的部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层进行退火处理20s；

再停止通入NH₃和N₂，继续通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

重复上述步骤20次完成所述P型Al_eGa_1-eN盖层的沉积。

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：所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a为0.1，b为0.2，c为0.1，d为0.05，e为0.3。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：所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a为0.3，b为0.5，c为0.4，d为0.2，e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，所述P型半导体层为P型AlGaN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制得LED的性能测试结果

由上述结果可知，使用本发明提出的具有特定结构和组成的所述P型半导体层，能够增加深紫外发光二极管的Mg的激活，增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少P型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在LED内部的全反射，最终增加了深紫外的发光效率。

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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；

所述P型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

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P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层中包括若干个纳米柱，所述纳米柱的高度为5nm-100nm，直径为10nm-50nm；

所述纳米柱的密度为10⁶个/cm²-10⁹个/cm²。

3.如权利要求1或2所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述P型In_aAl_bGa_{1-a- b}N纳米柱层的P型掺杂浓度为1×10¹⁶atoms/cm³-5×10¹⁷atoms/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Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层包括周期性交替层叠的Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，层叠周期数为2-6；

所述Mg_cN层的厚度为1nm-3nm；

所述In_dGa_1-dN层的厚度为3nm-5nm。

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P型Al_eGa_1-eN盖层的Mg掺杂浓度为1×10¹⁹atoms/cm³-5×10²⁰atoms/cm³。

6.一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、多量子阱层、电子阻挡层、P型半导体层和欧姆接触层；

其中，在所述电子阻挡层上沉积P型半导体层，包括以下步骤：

在所述电子阻挡层上依次沉积P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层、Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层和P型Al_eGa_1-eN盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

7.如权利要求6所述的深紫外发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在所述电子阻挡层上沉积所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Ga源、Al源、In源、Mg源和N源，生长P型In_aAl_bGa_1-a-bN层；

在所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN层上刻蚀出纳米柱阵列，得到所述P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层。

8.如权利要求6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P型In_aAl_bGa_1-a-bN纳米柱层上沉积所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源和N源，生长Mg_cN层；

停止通入Mg源，通入Ga源、In源和N源，生长In_dGa_1-dN层；

重复周期性层叠所述Mg_cN层和In_dGa_1-dN层，得到所述Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层。

9.如权利要求6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Mg_cN/In_dGa_1-dN超晶格层上沉积所述P型Al_eGa_1-eN盖层，包括以下步骤：

控制反应室的温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-500torr，通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

关闭所述Mg源、Ga源、N源和Al源，停止通入N₂和H₂混合气作为载气，通入NH₃和N₂对已沉积的部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层进行退火处理10s-60s；

再停止通入NH₃和N₂，继续通入N₂和H₂混合气作为载气，通入Mg源、Ga源、N源和Al源，生长部分所述P型Al_eGa_1-eN盖层；

重复上述步骤直至完成所述P型Al_eGa_1-eN盖层的沉积。

10.一种LED，其特征在于，所述LED包括如权利要求1-5任一项所述的深紫外发光二极管外延片。

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