CN116387420A - 深紫外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
本发明公开了一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。深紫外发光二极管外延片包括衬底和依次设于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层，所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3‑10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm‑3。实施本发明，可提升深紫外发光二极管的光效，降低工作电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。
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。外延片是发光二极管的主要构成部分，外延片生长中欧姆接触层对发光二极管的发光效率和工作电压有最直接的影响。欧姆接触层采用Mg作为P型掺杂，其激活能高，激活效率不到1%，低的空穴浓度使其很难形成欧姆接触。深紫外LED主要采用AlGaN作为主要生长材料，高Al组分的AlGaN材料禁带宽度大，施主/受主能级深，尤其是P型掺杂的Mg，其激活能更大，因此空穴浓度和载流子的迁移率都非常低，导致发光效率低。
现阶段常用的方法是用高Mg掺杂的AlGaN或AlInGaN结构作为欧姆接触层，但是高的Mg掺杂会带来表面平整度的下降，并且对Mg的激活和空穴增加也有限，发光效率不高。并且，由于深紫外高的Al含量，导致原子的迁移率和载流子的迁移率都非常低，所以会有欧姆接触不够、工作电压高的问题。
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及其制备方法，其可提升深紫外发光二极管的发光效率，降低工作电压。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种深紫外发光二极管，其发光效率高、工作电压低。
为了解决上述问题，本发明公开了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底和依次设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AlGaN层和欧姆接触层；所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；
其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；
所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm-3。
作为上述技术方案的改进，单个所述MgGaN层的厚度为3nm-10nm；单个所述SiAlGaN层的厚度为0.1nm-3nm；
所述MgAlGaN层的厚度为5nm-100nm。
作为上述技术方案的改进，所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3-5×1020cm-3；
所述SiAlGaN层中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-1×1018cm-3，Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3；
所述MgAlGaN层中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3-8×1020cm-3，Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述第二子层还包括MgInN层，其设于所述第一子层和所述MgAlGaN层之间。
作为上述技术方案的改进，所述MgInN层中Mg的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1019cm-3，In的掺杂浓度为1×104cm-3-1×106cm-3，厚度为0.1nm-30nm。
作为上述技术方案的改进，所述第二子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgInN层和MgAlGaN层；
单个所述MgInN层的厚度为0.1nm-3nm，单个所述MgAlGaN层的厚度为3nm-10nm。
相应的，本发明还公开了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外发光二极管外延片，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型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；
其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；
所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述MgGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr；
所述SiAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr；
所述MgAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr。
作为上述技术方案的改进，所述第二子层还包括MgInN层，所述MgInN层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-300torr。
相应的，本发明还公开了一种深紫外发光二极管，其包括上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：
1. 本发明的深紫外发光二极管外延片中，欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层。其中，第一子层为MgGaN层和SiAlGaN层交替层叠形成的超晶格结构。超晶格材料产生极化电场，受极化电场诱导的能带弯曲能够降低受主层级，使得发光二极管具有优越的电流-电压特性，降低工作电压。另一方面，Si的电负性比Ga原子大，Mg的电负性比Ga原子小，Si掺杂周围的电荷密度明显减小，同时Mg掺杂周围的电荷密度增加，导致Mg和Si共掺杂超晶格内电场及能带弯曲增大，所以Mg/Si共掺杂的超晶格结构极大的增强了Mg原子的激活，增加了空穴浓度。此外，异质超晶格间产生二维空穴气，增加了载流子的迁移率，从而增加发光效率。
2. 本发明的深紫外发光二极管外延片中，第二子层为依次层叠的MgInN层和MgAlGaN层，In-N键不稳定，InN一部分用作催化剂，降低P型掺杂的激活能，增加MgGaN层和MgAlGaN层中Mg的激活，提高空穴浓度，提高发光效率；In原子可降低AlGaN材料的表面能，增加原子的扩散，提高Al原子和Mg原子的迁移率，增加欧姆接触，降低工作电压。
3. 本发明的深紫外发光二极管外延片中，第二子层为交替生长的周期性结构。第二子层中的超晶格结构可以提高晶格中Mg的激活，且InN作为催化剂，可进一步提高Mg的激活，增加空穴浓度，提高发光效率；同时，第二子层的超晶格结构产生极化电场，降低受主层级，在第一子层的基础上，进一步降低二极管的工作电压。
附图说明
图1是本发明一实施例中深紫外发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中第一子层的结构示意图；
图3是本发明另一实施例中第二子层的结构示意图；
图4是本发明又一实施例中第二子层的结构示意图；
图5是本发明一实施例中深紫外发光二极管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-图3，本发明公开了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底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AlGaN层7和欧姆接触层8；其中，欧姆接触层8包括依次层叠的第一子层81和第二子层82。
其中，第一子层81为MgGaN层811和SiAlGaN层812交替层叠的周期性结构。第一子层81的超晶格材料产生极化电场，受极化电场诱导的能带弯曲能够降低受主层级，使得发光二极管具有优越的电流-电压特性，降低工作电压。另一方面，Si的电负性比Ga原子大，Mg的电负性比Ga原子小，Si掺杂周围的电荷密度明显减小，同时Mg掺杂周围的电荷密度增加，导致Mg和Si共掺杂超晶格内电场及能带弯曲增大，所以Mg/Si共掺杂的超晶格结构极大的增强了Mg原子的激活，增加了空穴浓度，使得MgGaN层811中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm-3）。此外，异质超晶格间产生二维空穴气，增加了载流子的迁移率，从而增加发光效率。
其中，MgGaN层811中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1021cm-3，Mg的掺杂浓度在这个范围内，可以保证较高的空穴浓度，同时不会引起晶格质量下降。优选的，MgGaN层811中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-5×1020cm-3，示例性的为1×1020cm-3、2×1020cm-3、3×1020cm-3或4×1020cm-3，但不限于此。
具体的，MgGaN层811的厚度为3nm-10nm，示例性的为4nm、5nm、6nm、7nm、8nm或9nm，但不限于此。
其中，SiAlGaN层812中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-1×1018cm-3，Si的掺杂浓度过高会造成空穴的消耗，Si的掺杂浓度太低则无法形成良好的极化电场。示例性的，Si的掺杂浓度为3×1016cm-3、5×1016cm-3、7×1016cm-3、9×1016cm-3、1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3、7×1017cm-3或9×1017cm-3，但不限于此。SiAlGaN层812中Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3，示例性的为3×105cm-3、5×105cm-3、7×105cm-3、9×105cm-3、1×106cm-3、3×106cm-3、5×106cm-3、7×106cm-3或9×106cm-3，但不限于此。
具体的，SiAlGaN层812的厚度为0.1nm-3nm，示例性的为0.5nm、1nm、1.5nm、2nm或2.5nm，但不限于此。第一子层81的周期数为3-10。
其中，第二子层82包括MgAlGaN层821。MgAlGaN层821中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-7×1020cm-3，Al的掺杂浓度为5×104cm-3-5×107cm-3，Mg和Al的掺杂浓度在这个范围时，二极管具有良好的欧姆接触。优选的，MgAlGaN层821中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3-5×1020cm-3，示例性的为7×1019cm-3、8×1019cm-3、9×1019cm-3、1×1020cm-3、2×1020cm-3、3×1020cm-3或4×1020cm-3，但不限于此。优选的，MgAlGaN层821中Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3，示例性的为3×105cm-3、5×105cm-3、7×105cm-3、9×105cm-3、1×106cm-3、3×106cm-3、5×106cm-3、7×106cm-3或9×106cm-3，但不限于此。
具体的，MgAlGaN层821的厚度为3nm-110nm。优选的为5nm-100nm，示例性的为10nm、15nm、20nm、30nm、40nm、50nm、70nm或90nm，但不限于此。
优选的，参考图3，在本发明的一个实施例之中，第二子层为依次层叠的MgInN层822和MgAlGaN层821。In-N键不稳定，InN一部分用作催化剂，降低P型掺杂的激活能，增加MgAlGaN层821中Mg的激活，提高空穴浓度，提高发光效率；In原子可降低AlGaN材料的表面能，增加原子的扩散，提高Al原子和Mg原子的迁移率，增加欧姆接触，降低工作电压。
具体的，MgInN层822中Mg的掺杂浓度为5×1016cm-3-5×1019cm-3，In的掺杂浓度为5×103cm-3-5×106cm-3，Mg和In的掺杂浓度在这个范围内，可以保证较高的空穴浓度，同时不会造成In团簇引起晶格质量下降。优选的，MgInN层822中Mg的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1019cm-3，示例性的为3×1017cm-3、5×1017cm-3、7×1017cm-3、9×1017cm-3、1×1018cm-3、3×1018cm-3、5×1018cm-3、7×1018cm-3或9×1018cm-3，但不限于此。优选的，MgInN层822中In的掺杂浓度为1×104cm-3-1×106cm-3，示例性的为3×104cm-3、5×104cm-3、7×104cm-3、9×104cm-3、1×105cm-3、3×105cm-3、5×105cm-3、7×105cm-3或9×105cm-3，但不限于此。
具体的，MgInN层822的厚度为0.1nm-50nm，其厚度在这个范围内，可以有效提高Mg的激活，同时不会造成晶格质量下降。优选的，MgInN层822的厚度为0.1nm-30nm，示例性的为1nm、5nm、10nm、15nm、20nm或25nm，但不限于此。
优选的，参考图3，在本发明的另一个实施例中，第二子层82为MgInN层822和MgAlGaN层821交替层叠形成的超晶格结构。第二子层82中的超晶格结构可以提高晶格中Mg的激活，且InN作为催化剂，可进一步提高Mg的激活，增加空穴浓度，提高发光效率；同时，第二子层82的超晶格结构产生极化电场，降低受主层级，在第一子层81的基础上，进一步降低二极管的工作电压。
具体的，单个MgInN层822的厚度为0.1nm-3nm，示例性的为0.5nm、1nm、1.5nm、2nm或2.5nm，但不限于此；单个MgAlGaN层821的厚度为3nm-10nm，示例性的为4nm、5nm、6nm、7nm、8nm或9nm，但不限于此。第二子层82的周期数为3-10。
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。
其中，缓冲层2可为AlN层和/或AlGaN层，但不限于此。缓冲层2的厚度为20nm-100nm，示例性的为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm，但不限于此。
其中，非掺杂AlGaN层3的厚度1μm-5μm，示例性的为1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或4.5μm，但不限于此。
其中，N型AlGaN层4的掺杂元素为Si，但不限于此。N型AlGaN层4的掺杂浓度为1×1019cm-3-5×1019cm-3，厚度为1μm-5μm。
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。单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为2nm-5nm，x为0.2-0.6。单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为5nm-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，提高深紫外发光二极管的发光效率。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10nm-100nm，z为0.4-0.7。
其中，P型AlGaN层7中的掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlGaN层7中Mg的掺杂浓度为1×1019cm-3-1×1020cm-3。P型AlGaN层7的厚度为10nm-100nm。
相应的，参考图5，本发明还公开了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，其用于制备上述的深紫外发光二极管外延片，其包括以下步骤：
S100：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。
优选的，在本发明的一个实施例之中，将衬底加载至MOCVD中，在1000℃-1200℃、200torr-600torr、氢气气氛下退火5min-8min，以去除衬底表面的颗粒、氧化物等杂质。
S200：在衬底上生长缓冲层；
具体的，可采用MOCVD生长AlGaN层作为缓冲层，或采用PVD生长AlN层作为缓冲层，但不限于此。优选的，采用PVD生长AlN层，PVD设备溅射温度为400℃-700℃，功率为3000W-5000W，压力为1torr-10torr。
S300：在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，在MOCVD中生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S400：在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体的，在MOCVD中生长N型AlGaN层，生长温度为1000℃-1350℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S500：在N型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。多量子阱层的生长温度为900℃-1200℃，生长压力为50torr-300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S600：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1000℃-1200℃，生长压力150torr-300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S700：在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，在MOCVD中生长P型AlGaN层，生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-600torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入Cp2Mg作为P型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
S800：在P型AlGaN层上生长欧姆接触层；
具体的，在本发明的一个实施例之中，S800包括：
S810：在P型AlGaN层上生长第一子层；
具体的，在本发明的一个实施例中，在MOCVD中周期性生长MgGaN层和SiAlGaN层，作为第一子层。第一子层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr。具体的，生长MgGaN层时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。生长SiAlGaN层时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为Si源，通入TMAl作为Al源，以H2和N2作为载气。
S820：在第一子层上生长第二子层；
具体的，在本发明的一个实施例中，在MOCVD中生长MgAlGaN层，作为第二子层。在本发明的另一个实施例之中，在MOCVD中依次生长MgInN层和MgAlGaN层，作为第二子层。在本发明的又一个实施例之中，在MOCVD中周期性生长MgInN层和MgAlGaN层，作为第二子层。
其中，MgAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。其中，MgInN层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-300torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMIn作为In源，以H2和N2作为载气。MgInN层采用较低的生长温度，有利于In组分的并入。其中，MgAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，参考图1和图2，其包括衬底1和依次设于衬底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AlGaN层7和欧姆接触层8。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；缓冲层2为AlN层，其厚度为30nm；非掺杂AlGaN层3的厚度3μm；N型AlGaN层4中Si的掺杂浓度为2.6×1019cm-3，其厚度为3μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.4）和AlyGa1-yN（y=0.6）量子垒层，堆叠周期数为9个，单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.6），厚度为40nm。P型AlGaN层7的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为50nm。
其中，第一子层81为周期性层叠的MgGaN层811和SiAlGaN层812，周期数为5，MgGaN层811中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为7nm；SiAlGaN层812中Si的掺杂浓度为1×1017cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为2nm。其中，第二子层为MgAlGaN层821，MgAlGaN层821中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为50nm。
本实施例中深紫外发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1120℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，采用PVD生长AlN层作为缓冲层，PVD设备溅射温度为500℃，功率为4000W，压力为5torr。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长N型AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力为150torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长量子阱层和量子垒层，得到多量子阱层；多量子阱层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，在MOCVD中生长P型AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入Cp2Mg作为P型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（8）在P型AlGaN层上生长欧姆接触层；
每个欧姆接触层的制备方法包括：
（Ⅰ）在P型AlGaN层上生长第一子层；
具体的，具体的，在MOCVD中周期性生长MgGaN层和SiAlGaN层，作为第一子层。其中，MgGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。其中，SiAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为Si源，通入TMAl作为Al源，以H2和N2作为载气。
（Ⅱ）在第一子层上生长第二子层；
具体的，在MOCVD中生长MgAlGaN层，作为第二子层。其中，MgAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。
实施例2
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，参考图1、图2和图3，其包括衬底1和依次设于衬底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AlGaN层7和欧姆接触层8。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；缓冲层2为AlN层，其厚度为30nm；非掺杂AlGaN层3的厚度3μm；N型AlGaN层4中Si的掺杂浓度为2.6×1019cm-3，其厚度为3μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.4）和AlyGa1-yN（y=0.6）量子垒层，堆叠周期数为9个，单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.6），厚度为40nm。P型AlGaN层7的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为50nm。
其中，第一子层81为周期性层叠的MgGaN层811和SiAlGaN层812，周期数为5，MgGaN层811中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为7nm；SiAlGaN层812中Si的掺杂浓度为1×1017cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为2nm。其中，第二子层82为依次层叠的MgInN层821和MgAlGaN层822。MgInN层821中Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3，In的掺杂浓度为1×105cm-3，其厚度为10nm；MgAlGaN层822中Mg的掺杂浓度为2×1020cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为50nm。
本实施例中深紫外发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1120℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，采用PVD生长AlN层作为缓冲层，PVD设备溅射温度为500℃，功率为4000W，压力为5torr。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长N型AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力为150torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长量子阱层和量子垒层，得到多量子阱层；多量子阱层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，在MOCVD中生长P型AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入Cp2Mg作为P型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（8）在P型AlGaN层上生长欧姆接触层；
每个欧姆接触层的制备方法包括：
（Ⅰ）在P型AlGaN层上生长第一子层；
具体的，具体的，在MOCVD中周期性生长MgGaN层和SiAlGaN层，作为第一子层。其中，MgGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。其中，SiAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为Si源，通入TMAl作为Al源，以H2和N2作为载气。
（Ⅱ）在第一子层上生长第二子层；
具体的，在MOCVD中生长MgInN层和MgAlGaN层，作为第二子层。其中，MgInN层的生长温度为850℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMIn作为In源，以H2和N2作为载气。其中，MgAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。
实施例3
本实施例提供一种深紫外发光二极管外延片，参考图1、图2和图4，其包括衬底1和依次设于衬底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AlGaN层7和欧姆接触层8。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；缓冲层2为AlN层，其厚度为30nm；非掺杂AlGaN层3的厚度3μm；N型AlGaN层4中Si的掺杂浓度为2.6×1019cm-3，其厚度为3μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的AlxGa1-xN量子阱层（x=0.4）和AlyGa1-yN（y=0.6）量子垒层，堆叠周期数为9个，单个AlxGa1-xN量子阱层的厚度为3nm，单个AlyGa1-yN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlzGa1-zN层（z=0.6），厚度为40nm。P型AlGaN层7的掺杂元素为Mg，掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为50nm。
其中，第一子层81为周期性层叠的MgGaN层811和SiAlGaN层812，周期数为5，MgGaN层811中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为7nm；SiAlGaN层812中Si的掺杂浓度为1×1017cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为2nm。其中，第二子层为周期性层叠的MgInN层821和MgAlGaN层822，周期数为5。MgInN层821中Mg的掺杂浓度为1×1018cm-3，In的掺杂浓度为1×105cm-3，其厚度为1nm；MgAlGaN层822中Mg的掺杂浓度为4×1020cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3，其厚度为6nm。
本实施例中深紫外发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1120℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
（2）在衬底上生长缓冲层；
具体的，采用PVD生长AlN层作为缓冲层，PVD设备溅射温度为500℃，功率为4000W，压力为5torr。
（3）在缓冲层上生长非掺杂AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长非掺杂AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；
具体地，采用MOCVD生长N型AlGaN层，生长温度为1250℃，生长压力为150torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长量子阱层和量子垒层，得到多量子阱层；多量子阱层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，采用MOCVD生长电子阻挡层，生长温度为1050℃，生长压力200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；
具体的，在MOCVD中生长P型AlGaN层，生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入Cp2Mg作为P型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源，通入TMAl作为Al源。
（8）在P型AlGaN层上生长欧姆接触层；
每个欧姆接触层的制备方法包括：
（Ⅰ）在P型AlGaN层上生长第一子层；
具体的，具体的，在MOCVD中周期性生长MgGaN层和SiAlGaN层，作为第一子层。其中，MgGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。其中，SiAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入TMGa作为Ga源，通入SiH4作为Si源，通入TMAl作为Al源，以H2和N2作为载气。
（Ⅱ）在第一子层上生长第二子层；
具体的，在MOCVD中周期性生长MgInN层和MgAlGaN层，作为第二子层。其中，MgInN层的生长温度为850℃，生长压力为200torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMIn作为In源，以H2和N2作为载气。其中，MgAlGaN层的生长温度为1100℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入CP2Mg作为Mg源，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源，以H2和N2作为载气。
对比例1
本对比例提供一种深紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，欧姆接触层8不包括第一子层81。相应的，在制备方法中，也不设置上述两层的制备步骤，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种深紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，欧姆接触层8的第一子层为MgGaN层，其厚度为45nm，Mg掺杂浓度为1×1020cm-3。相应的，制备方法中不包括制备SiAlGaN层的步骤，其余均相同。
对比例3
本对比例提供一种深紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，欧姆接触层8的第一子层为SiAlGaN层，其厚度为45nm，Si的掺杂浓度为1×1017cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3。相应的，在制备方法中，不包括制备MgGaN层的步骤，其余均相同。
对比例4
本对比例提供一种深紫外发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，欧姆接触层8的第一子层为依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层。其中，MgGaN层的厚度为35nm，Mg掺杂浓度为1×1020cm-3。SiAlGaN层的厚度为10nm，Si的掺杂浓度为1×1017cm-3，Al的掺杂浓度为1×106cm-3。该两层的制备方法与实施例1相同。
将实施例1-实施例3，对比例1-对比例4所得的发光二极管外延片进行光效和工作电压测试，具体测试方法如下：
（1）测试光效；
（2）使用Keithley2450型数字源表进行工作电压测试。
具体结果如下：
由表中可以看出，采用本发明中的欧姆接触层结构时，光效提升至11.3%，工作电压降低至6.54V，表明本发明中的欧姆接触层可有效提升光效、降低工作电压。此外，通过实施例1与对比例1-对比例4的对比可以看出，当变更本发明中的欧姆接触层结构时，难以有效起到提升光效、降低工作电压的效果。
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，包括衬底和依次设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AlGaN层和欧姆接触层；其特征在于，所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；
其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；
所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm-3。
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，单个所述MgGaN层的厚度为3nm-10nm；单个所述SiAlGaN层的厚度为0.1nm-3nm；
所述MgAlGaN层的厚度为5nm-100nm。
3.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MgGaN层中Mg的掺杂浓度为1×1020cm-3-5×1020cm-3；
所述SiAlGaN层中Si的掺杂浓度为1×1016cm-3-1×1018cm-3，Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3；
所述MgAlGaN层中Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3-8×1020cm-3，Al的掺杂浓度为1×105cm-3-1×107cm-3。
4.如权利要求1至3任一项所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层还包括MgInN层，其设于所述第一子层和所述MgAlGaN层之间。
5.如权利要求4所述的深紫外发光二极管外延片，其特征在于，所述MgInN层中Mg的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1019cm-3，In的掺杂浓度为1×104cm-3-1×106cm-3，厚度为0.1nm-30nm。
6.如权利要求1至3任一项所述的深在外发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgInN层和MgAlGaN层；
单个所述MgInN层的厚度为0.1nm-3nm，单个所述MgAlGaN层的厚度为3nm-10nm。
7.一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1-6任一项所述的深紫外发光二极管外延片，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型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和欧姆接触层；所述欧姆接触层包括依次层叠的第一子层和第二子层；
其中，所述第一子层为超晶格结构，其周期数为3-10，每个周期均包括依次层叠的MgGaN层和SiAlGaN层，所述第二子层包括MgAlGaN层；
所述MgGaN层中Mg的掺杂浓度≥8×1019cm-3。
8.如权利要求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MgGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr；
所述SiAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr；
所述MgAlGaN层的生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-300torr。
9.如权利要求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，所述第二子层还包括MgInN层，所述MgInN层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-300torr。
10.一种深紫外发光二极管，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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