CN116525735A - 一种发光二极管外延片及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管外延片及制备方法，所述发光二极管外延片包括包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、第一N型AlGaN层、有源层及电子阻挡层；所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次设置的第一量子阱子层、第二量子阱子层、以及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层和所述第三量子阱子层均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层为Ga2O3层，所述复合量子阱层的禁带宽度呈V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化及厚度对称，提高发光二极管发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体地涉及一种发光二极管外延片及制备方法。
背景技术
AlGaN基深紫外发光二极管(LED)是一种新型的固态紫外光源。相对于传统的紫外汞灯，AlGaN基紫外LED具有体积小、重量轻、功耗低、寿命长、环境友好、发光波长连续可调等诸多方面的优点。因此，在紫外相关应用领域获得了广泛关注并开始渗透到汞灯的一些传统应用领域。
目前紫外LED通常采用高Al组分AlGaN材料作为量子阱层，但是由于高Al组分材料中缺陷密度高、量子阱区极化效应较强、空穴注入效率低以及C面AlGaN材料出光困难等问题，AlGaN基紫外LED的外量子效率仍然远远低于己经商业化的InGaN基蓝光。发光功率不足和量子效率偏低严重阻碍了紫外的应用。
AlGaN量子阱结构发光效率较低的原因主要有以下几个方面。首先高Al组分AlGaN基材料的位错密度较高，导致量子阱层晶体质量较差，形成大量的非辐射复合中心和电流泄露通道，导致在载流子在量子讲中发生非辖射复合而被消耗。其次，由于AlGaN材料较强的自发极化效应和与型层晶格失配带来的压电极化效应将会在量子讲中产生非常强的极化电场，该电场会导致能带倾斜而在空间上对电子空穴的波函数产生分离，大大降低了辐射复合几率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管外延片及制备方法，用于解决AlGaN量子阱结构发光效率较低的的技术问题。
一方面，该发明提供以下技术方案，一种发光二极管外延片，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、第一N型AlGaN层、有源层及电子阻挡层；
所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次设置的第一量子阱子层、第二量子阱子层、以及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层和所述第三量子阱子层均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层为Ga2O3层，所述复合量子阱层的禁带宽度呈V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化及厚度对称，所述复合量子阱层的禁带宽度为V字型变化由所述复合量子阱层的禁带宽度从所述第一量子阱子层逐渐下降至所述第二量子阱子层，并逐渐上升至所述第三量子阱子层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：第一，一般来说发光二极管要发出紫外光，其量子阱层通常为AlGaN材料，然而AlGaN晶体质量较差，极化效应较强，严重影响量子阱层的发光效率，Ga2O3的禁带宽度大于GaN，因此不需要掺杂Al，其禁带宽度就可以发出紫外光，因此Ga2O3作为量子阱层的晶体质量也较好，降低量子阱层的非辐射复合。第二，沉积的第二N型AlGaN层可以有效屏蔽由于失配应力导致的压电场，缓解QCSE效应的不良影响，提高辐射复合效率。第三，沉积AlGaO层减少AlGaN与Ga2O3的晶格失配，提高整个复合量子阱的晶体质量，提高量子辐射复合效率。第四，复合量子阱的禁带宽度为V字型变化，第一/第三量子阱禁带变化对称，厚度对称，提高了复合量子阱层的量子阱局域化效应，提升电子与空穴空间波函数的重叠度，提高量子阱层发光效率。以上，提高量子阱层晶体质量，降低量子阱极化效应，提高量子阱局域化效应，提高发光二极管发光效率。
进一步的，所述复合量子阱层的厚度范围为1 nm ~10 nm，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、与所述第三量子阱子层之间厚度比的范围为1:1:1~1:10:1，所述AlGaO层与所述第二N型AlGaN层的厚度比的范围为1:1~1:10。
进一步的，所述第二N型AlGaN层中Al组分范围为0.2~0.6，所述AlGaO层中Al组分范围为0.01~0.2。
进一步的，所述有源层的交替层叠周期数范围为1~20，所述量子垒层为AlGaN，所述AlGaN中Al组分范围为0.6~1，所述量子垒层的厚度范围为1nm ~50 nm。
进一步的，所述衬底上还沉积有P型AlGaN层及P型接触层，其中，所述缓冲层、所述非掺杂AlGaN层、所述第一N型AlGaN层、所述有源层、所述电子阻挡层、所述P型AlGaN层及所述P型接触层依次沉积在所述衬底上。
另一方面，本发明还提出一种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；
在所述衬底上沉积缓冲层；
在所述缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层；
在所述非掺杂AlGaN层上沉积第一N型AlGaN层；
在所述第一N型AlGaN层上沉积有源层，其中，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包含第一量子阱子层、第二量子阱子层、以及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层和所述第三量子阱子层均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层为Ga2O3层，所述复合量子阱层的禁带宽度为V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化及厚度对称；
在所述有源层上沉积电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上沉积P型AlGaN层；
在所述P型AlGaN层上沉积P型接触层。
进一步的，所述第二N型AlGaN层生长Si掺杂浓度范围为1E+16 atoms/cm3~1E+18atoms/cm3。
进一步的，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、以及所述第三量子阱子层生长气氛 N2/NH3的比例范围为1:10~10:1，生长温度的范围为900℃~1200℃，生长压力的范围为50 torr ~300 torr。
进一步的，所述量子垒层生长温度的范围为1000℃~1300℃，生长压力的范围为50torr ~500 torr。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的发光二极管外延片的结构示意图。
图2为本发明第二实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
主要元件符号说明：100、衬底；200、缓冲层；300、非掺杂AlGaN层；400、第一N型AlGaN层；500、有源层；600、电子阻挡层；700、P型AlGaN层；800、P型接触层；510、复合量子阱层；520、量子垒层；511、第一量子阱子层；512、第二量子阱子层；513、第三量子阱子层。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的发光二极管外延片，包括衬底100及依次沉积在所述衬底100上的缓冲层200、非掺杂AlGaN层300、第一N型AlGaN层400、有源层500、电子阻挡层600、P型AlGaN层700和P型接触层800；
所述有源层500包括多个交替层叠的复合量子阱层510和量子垒层520，所述复合量子阱层510包含第一量子阱子层511、第二量子阱子层512、以及第三量子阱子层513，所述第一量子阱子层511和所述第三量子阱子层513分别包括第二N型AlGaN层和AlGaO层，所述第二量子阱子层512为Ga2O3层，所述复合量子阱层510的禁带宽度为V字型变化，所述第一量子阱子层511与所述第三量子阱子层513的禁带变化对称，且厚度对称。其中，所述第一量子阱子层511由第二N型AlGaN层和AlGaO层组成，所述第三量子阱子层513由第二N型AlGaN层和AlGaO层组成。
具体的，所述复合量子阱层510的禁带宽度为V字型变化由所述复合量子阱层510的禁带宽度从所述第一量子阱子层511逐渐下降至所述第二量子阱子层512，再从所述第二量子阱子层512逐渐上升至第三量子阱子层513。
进一步的，所述复合量子阱层510的厚度范围为1 nm ~10 nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513之间厚度比的范围为1:1:1~1:10:1，所述AlGaO层与所述第二N型AlGaN层的厚度比的范围为1:1~1:10。例如，复合量子阱层510为5nm、或者8nm、或者12nm、或者15nm、或者30 nm、或者50 nm。例如，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比为1:1:1、或者1:3:1、或者1:5:1、或者1:10:1。例如，所述AlGaO层与所述第二N型AlGaN层的厚度比为1:1、或者1:2、或者1:4、或者1:6、或者1:7、或者1:10。
进一步的，所述第二N型AlGaN层中Al组分范围为0.2~0.6，所述AlGaO层中Al组分范围为0.01~0.2。例如，所述AlGaN层中Al组分为0.2、或者0.3、或者0.35、或者0.4、或者0.6，所述AlGaO层中Al组分为0.01、或者0.05、0.1、或者0.2、或者0.5， In组分为0.01、或者0.05、或者0.08、或者0.1、或者0.15、或者0.2。
进一步的，所述有源层500的交替层叠周期数范围为1~20，所述量子垒层为AlGaN，所述AlGaN中Al组分范围为0.6~1，所述量子垒层的厚度范围为1nm ~50 nm。例如，所述有源层500由1个复合量子阱层510和1个量子垒层520组成、或者由5个复合量子阱层510和5个量子垒层520组成、或者由10个复合量子阱层510和10个量子垒层520组成、或者由15个复合量子阱层510和15个量子垒层520组成、或者由20个复合量子阱层510和20个量子垒层520组成。例如，所述AlGaN中Al组分为0.6、或者0.7、或者0.8、或者0.9、或者1。例如，所述量子垒层的厚度为1 nm、或者10、或者20、或者30、或者40、或者50。
在本实施例中，所述复合量子阱层厚度7 nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513之间厚度比为1:5:1，所述AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2。第二N型AlGaN层Si掺杂浓度为1E+17 atoms/cm3。第二N型AlGaN层中Al组分0.3，所述AlGaO层Al组分0.1，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513生长气氛 N2/NH3比例在2:3，生长温度1000℃，生长压力200 torr。有源层为交替沉积的复合量子阱层和量子垒层，堆叠周期数10个（有源层500由10个复合量子阱层510和10个量子垒层520组成）。量子垒层为AlGaN，生长温度为1000℃~1300℃，厚度为12 nm，生长压力200 torr，Al组分为0.6。
为了方便后续的光电测试以及便于理解，在本申请中引入实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九以及对照组；
其中，实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九均采用如实施例一所述的一种发光二极管外延片，其均包括实施例一中的复合量子垒层，而对照组则采用现有技术中的发光二极管外延片，其结构与实施例一相同，但区别如下：对照组中采用现有技术中的5nm的AlGaN量子垒层。
具体的，实验组一中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组二中的复合量子阱层厚度厚度5nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组三中的复合量子阱层厚度厚度9nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组四中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:7:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:3，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组五中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:3:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:1，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组六中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度5E+16atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组七中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度5E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.3/0.1，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）10。
实验组八中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.2/0.05，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）5。
实验组九中的复合量子阱层厚度厚度7nm，所述第一量子阱子层511、所述第二量子阱子层512、与所述第三量子阱子层513厚度比1:5:1，AlGaO层与第二N型AlGaN层厚度比1:2，第二N型AlGaN层Si掺杂浓度1E+17atoms/cm3，第二N型AlGaN层与AlGaO层中的Al组分分别为0.5/0.2，有源层堆叠周期数（复合量子阱层510和量子垒层520交替层数）15。
将上述实验组一、实验组二、实验组三、实验组四、实验组五、实验组六、实验组七、实验组八、实验组九以及对照组中的发光二极管外延片进行光电测试，测试结果如表1所示：
由表1可知，将对照组所提供的发光二极管外延片的光效作为基准，因此其提升光效为0%，而实验组一相比对照组，其光效提升了5%，实验组二相比对照组，其光效提升了2%，实验组三相比对照组，其光效提升了2.8%，实验组四相比对照组，其光效提升了3.2%，实验组五相比对照组，其光效提升了2%，实验组六相比对照组，其光效提升了3.5%，实验组七相比对照组，其光效提升了1.8%，实验组八相比对照组，其光效提升了1.5%，实验组九相比对照组，其光效提升了3.5%。
因此可知，实验组一所提供的发光二极管外延片相比对照组，其光效提升最大，提升了5%。
实施例二
请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的一种发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S01，提供一衬底100，衬底100可选用衬底选自(0001)面蓝宝石衬底、AlN衬底、Si (111)衬底、SiC(0001)衬底等均可。
具体地，衬底选用蓝宝石衬底，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。
步骤S02，在衬底100上沉积缓冲层200。
其中，所述缓冲层200为AlN缓冲层，其厚度范围为20 nm ~200nm，具体地，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取向相同的成核中心，释放了AlGaN和衬底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，进一步的生长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，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。
在本实施例中，采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition金属有机气相沉积，简称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，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。
步骤S03，在缓冲层200上沉积非掺杂AlGaN层300。
可选地，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（非掺杂AlGaN层300），生长温度为1000℃~1300℃，生长压力50torr~500 torr，厚度为1um~5 um。
具体地，非故意掺杂的AlGaN层生长温度1200℃，生长压力100 torr，生长厚度2um~3 um，非故意掺杂的AlGaN层生长温度较高，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，但提高AlGaN层厚度对MO源(金属有机源)材料消耗较大，大大提高了发光二极管的外延成本，因此目前发光二极管外延片通常非掺杂AlGaN生长2um~3 um，不仅节约生产成本，而且GaN材料又具有较高的晶体质量。
步骤S04，在所述非掺杂AlGaN层300上沉积第一N型AlGaN层400。
可选地，在非掺杂AlGaN层300沉积第一N型AlGaN层400，生长温度为1000℃~1300℃，掺杂浓度为1E19atoms/cm3~5E20 atoms/cm3，厚度为1um~5 um。
具体地，第一N型AlGaN层400生长温度为1200℃，生长压力100 torr，生长厚度为2um~3 um，Si掺杂浓度为2.5E19 atoms/cm3，首先第一N型AlGaN层400为紫外LED发光提供充足电子与空穴发生复合，其次第一N型AlGaN层400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。
步骤S05，在第一N型AlGaN层400上沉积有源层500。
所述有源层500包括多个交替层叠的复合量子阱层510和量子垒层520，其复合量子阱层510包含第一量子阱子层511、第二量子阱子层512、第三量子阱子层513，所述第一量子阱子层511和所述第三量子阱子层513均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层512为Ga2O3层，所述复合量子阱层510的禁带宽度为V字型变化，所述第一量子阱子层511与所述第三量子阱子层513的禁带变化对称，且厚度对称。
可选地，复合量子阱层厚度1 nm ~10 nm，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、与所述第三量子阱子层之间厚度比的范围为1:1:1~1:10:1，所述AlGaO层与所述第二N型AlGaN层的厚度比的范围为1:1~1:10。
可选地，复合量子阱层的禁带宽度为V字型变化，其禁带宽度从第一量子阱逐渐下降至第二量子阱子层，然后逐渐上升至第三量子阱子层513，所述第一量子阱子层511与所述第三量子阱子层513的禁带变化对称，且厚度对称。
可选地，所述第二N型AlGaN层Si掺杂浓度为1E+16 atoms/cm3~1E+18 atoms/cm3。
可选地，所述第二N型AlGaN层中Al组分0.2~0.6，AlGaO层Al组分0.01~0.2。
可选地，第一/第二/第三量子阱子层生长气氛 N2/NH3比例在1:10~10:1，生长温度900℃~1200℃，生长压力50torr~300 torr。
可选地，有源层为交替沉积的复合量子阱层和量子垒层，堆叠周期数1~20个。
可选地，量子垒层为AlGaN，生长温度为1000℃~1300℃，厚度为1nm ~50 nm，生长压力50 torr ~500 torr，Al组分为0.6~1。
在本实施例中，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，其复合量子阱层包含第一量子阱子层、第二量子阱子层、第三量子阱子层，所述第一量子阱子层为AlGaO层和第二N型AlGaN层，第二量子阱子层为Ga2O3层，第三量子阱子层为AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述复合量子阱的禁带宽度为V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化对称，且厚度对称。复合量子阱层厚度7 nm，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、与所述第三量子阱子层之间厚度比为1:5:1，AlGaO层和第二N型AlGaN层的厚度比1:2。第二N型AlGaN层Si掺杂浓度为1E+17 atoms/cm3。第二N型AlGaN层中Al组分为0.3，AlGaO层中Al组分为0.1，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、与所述第三量子阱子层的生长气氛 N2/NH3比例在2:3，生长温度1000℃，生长压力200 torr。有源层为交替沉积的复合量子阱层和量子垒层，堆叠周期数10个。量子垒层为AlGaN，生长温度为1000℃~1300℃，厚度为12 nm，生长压力200 torr，Al组分为0.6。
本发明产生的有益效果，第一，一般来说发光二极管要发出紫外光，其量子阱层通常为AlGaN材料，然而AlGaN晶体质量较差，极化效应较强，严重影响量子阱层的发光效率，Ga2O3的禁带宽度大于GaN，因此不需要掺杂Al，其禁带宽度就可以发出紫外光，因此Ga2O3作为量子阱层的晶体质量也较好，降低量子阱层的非辐射复合。第二沉积的n型AlGaN层可以有效屏蔽由于失配应力导致的压电场，缓解QCSE效应的不良影响，提高辐射复合效率。第三，沉积AlGaO层减少AlGaN与Ga2O3的晶格失配，提高整个复合量子阱的晶体质量，提高量子辐射复合效率。第四，复合量子阱的禁带宽度为V字型变化，第一/第三量子阱禁带变化对称，厚度对称，提高了复合量子阱层的量子阱局域化效应，提升电子与空穴空间波函数的重叠度，提高量子阱层发光效率。以上，提高量子阱层晶体质量，降低量子阱极化效应，提高量子阱局域化效应，提高发光二极管发光效率。
步骤S06，在有源层500上沉积电子阻挡层600。
可选地，电子阻挡层600为AlGaN电子阻挡层，其厚度为10 nm ~100 nm，生长温度1000℃~1100℃，压力100 torr ~300 torr，其中Al组分为0.4~0.8。
具体地，AlGaN电子阻挡层厚度为30 nm，其中Al组分为0.75，生长温度为1050℃，生长压力为200torr，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。
步骤S07，在电子阻挡层600上沉积P型AlGaN层700。
可选地，P型AlGaN层生长温度的范围为1000℃~1100℃，厚度范围为20 nm ~200nm，生长压力范围为100 torr ~600 torr，Mg掺杂浓度范围为1E+19 atoms/cm3~5E+20atoms/cm3。
具体地，P型AlGaN层700生长温度为1050℃，厚度为100nm，生长压力为200 torr，Mg掺杂浓度为5E+19 atoms/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700可以有效填平外延层，得到表面光滑的深紫外LED外延片。
步骤S08，在P型AlGaN层700上沉积P型接触层800。
可选地，P型接触层生长温度范围为900℃~1100℃，厚度范围为5 nm ~50 nm，生长压力范围为100 torr ~600 torr，Mg掺杂浓度5E +19 atoms/cm3~5E+20 atoms/cm3。
具体地，P型接触层800生长温度诶1050℃，厚度为10nm，生长压力为200 torr，Mg掺杂浓度为1E+20 atoms/cm3，高掺杂浓度的P型GaN接触层降低接触电阻。
将A样品和B样品使用相同芯片工艺条件制备成15 mil*15 mil芯片，其中A样品为目前量产（高掺杂Mg低温P型GaN层）制备得到的芯片，B样品为本方案制备得到的芯片，两个样品分别抽取300颗LED芯片，在120 mA/ 60 mA电流下测试，光电效率提升1%~5%，其他项电学性能良好。
综上，本发明上述实施例当中的发光二极管外延片及制备方法，第一，一般来说发光二极管要发出紫外光，其量子阱层通常为AlGaN材料，然而AlGaN晶体质量较差，极化效应较强，严重影响量子阱层的发光效率，Ga2O3的禁带宽度大于GaN，因此不需要掺杂Al，其禁带宽度就可以发出紫外光，因此Ga2O3作为量子阱层的晶体质量也较好，降低量子阱层的非辐射复合。第二沉积的n型AlGaN层可以有效屏蔽由于失配应力导致的压电场，缓解QCSE效应的不良影响，提高辐射复合效率。第三，沉积AlGaO层减少AlGaN与Ga2O3的晶格失配，提高整个复合量子阱的晶体质量，提高量子辐射复合效率。第四，复合量子阱的禁带宽度为V字型变化，第一/第三量子阱禁带变化对称，厚度对称，提高了复合量子阱层的量子阱局域化效应，提升电子与空穴空间波函数的重叠度，提高量子阱层发光效率。以上，提高量子阱层晶体质量，降低量子阱极化效应，提高量子阱局域化效应，提高发光二极管发光效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围为的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围为。因此，本发明专利的保护范围为应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底及依次沉积在所述衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、第一N型AlGaN层、有源层及电子阻挡层；
所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包括依次设置的第一量子阱子层、第二量子阱子层、以及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层和所述第三量子阱子层均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层为Ga2O3层，所述复合量子阱层的禁带宽度呈V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化及厚度对称，所述复合量子阱层的禁带宽度为V字型变化由所述复合量子阱层的禁带宽度从所述第一量子阱子层逐渐下降至所述第二量子阱子层，并逐渐上升至所述第三量子阱子层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述复合量子阱层的厚度范围为1 nm ~10 nm，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、与所述第三量子阱子层之间厚度比的范围为1:1:1~1:10:1，所述AlGaO层与所述第二N型AlGaN层的厚度比的范围为1:1~1:10。
3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二N型AlGaN层中Al组分范围为0.2~0.6，所述AlGaO层中Al组分范围为0.01~0.2。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述有源层的交替层叠周期数范围为1~20，所述量子垒层为AlGaN，所述AlGaN中Al组分范围为0.6~1，所述量子垒层的厚度范围为1nm ~50 nm。
5.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述衬底上还沉积有P型AlGaN层及P型接触层，其中，所述缓冲层、所述非掺杂AlGaN层、所述第一N型AlGaN层、所述有源层、所述电子阻挡层、所述P型AlGaN层及所述P型接触层依次沉积在所述衬底上。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一衬底；
在所述衬底上沉积缓冲层；
在所述缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层；
在所述非掺杂AlGaN层上沉积第一N型AlGaN层；
在所述第一N型AlGaN层上沉积有源层，其中，所述有源层包括多个交替层叠的复合量子阱层和量子垒层，所述复合量子阱层包含第一量子阱子层、第二量子阱子层、以及第三量子阱子层，所述第一量子阱子层和所述第三量子阱子层均包括AlGaO层和第二N型AlGaN层，所述第二量子阱子层为Ga2O3层，所述复合量子阱层的禁带宽度为V字型变化，所述第一量子阱子层与所述第三量子阱子层的禁带变化及厚度对称；
在所述有源层上沉积电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上沉积P型AlGaN层；
在所述P型AlGaN层上沉积P型接触层。
7.根据权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第二N型AlGaN层生长Si掺杂浓度范围为1E+16 atoms/cm3~1E+18 atoms/cm3。
8.根据权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述第一量子阱子层、所述第二量子阱子层、以及所述第三量子阱子层生长气氛 N2/NH3的比例范围为1:10~10:1，生长温度的范围为900℃~1200℃，生长压力的范围为50 torr ~300 torr。
9.根据权利要求6所述的发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述量子垒层生长温度的范围为1000℃~1300℃，生长压力的范围为50 torr ~500 torr。
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