CN116995152A - 一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有p‑i‑n隧穿结的UVC外延片及其制备方法，所述外延片包括衬底(1)和设置在衬底(1)上的AlN层(2)，AlN层(2)上设有n型AlGaN层(3)，n型AlGaN层(3)上设有多量子阱有源层(4)，多量子阱有源层(4)上设有电子阻挡层(5)，电子阻挡层(5)上设有p‑Aly1Ga1‑y1N层(6)，p‑Aly1Ga1‑y1N层(6)的厚度为2～20nm，y1由0.8线性渐变为0.2且Mg的掺杂浓度由5～8e18cm‑3线性渐变为1～3e21cm‑3，p‑Aly1Ga1‑y1N层(6)上设有i‑Aly2Ga1‑y2N层(7)，i‑Aly2Ga1‑y2N层(7)的厚度为2～10nm，i‑Aly2Ga1‑y2N层(7)上设有n‑Aly3Ga1‑y3N层(8)，n‑Aly3Ga1‑y3N层(8)的厚度为2～20nm，y3由0.2线性渐变为0.8且Si的掺杂浓度由5～8e20cm‑3线性渐变为1～3e21cm‑3，y2<y1且y2<y3。其解决了p型电极欧姆接触难以制备，接触电阻大的问题；避免了接触层对紫外光的吸收，提高了器件发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体外延片制备技术领域，涉及一种UVC外延片及其制备方法，尤其是一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片及其制备方法。
背景技术
氮化铝模板是铝镓氮基深紫外(UVC)LED外延生长的基底材料，模板的结晶质量直接决定了上层铝镓氮的晶体质量，高质量的氮化铝模板可以有效降低铝镓氮的穿透位错密度(TDDs)，提高以此材料为基础生长的LED结构中电子和空穴的辐射复合效率，改善LED的可靠性和寿命。
溅射氮化铝为多晶且穿透位错密度(TDDs)高，不能直接作为氮化铝模板使用，一般用作MOCVD生长氮化铝模板的成核层。对溅射氮化铝进行高温退火可以显著改善溅射氮化铝的双晶质量，使溅射多晶薄膜再结晶为单晶薄膜。溅射过程中，通入适量的氧气，可以使高温退火后的AlN模板为Al极性。
由于AlGaN具有较大的禁带宽度导致了掺杂剂(Si和Mg)的杂质能级与导带和价带的距离增加，直接导致AlGaN的n型掺杂和p型掺杂的激活能大大增加，且随着Al组分的增加，n和p的掺杂难度会增加，因此AlGaN单层材料不适宜作为表面接触层。
UVC LED(深紫外发光二极管)的发光波长为200～280nm，传统UVC结构中为了降低p型层的电压，一般会采用p-GaN作为表面p型接触层，但是p-GaN的带隙窄，会吸收有源区辐射的紫外光，降低亮度。使用厚度较薄的p-AlxGa1-xN(厚度2～30nm)，可以减小p型层对有源区辐射紫外光的吸收，但是存在Mg掺杂困难，空穴浓度低的问题，影响p层与金属层的欧姆接触，会导致p层的电压高。
在AlGaN体系材料中，金属原子(Al和Ga)和N原子的电负性不同，在c轴上不具有反演对称性，会引起自发极化。对于组分均匀的材料，由于晶体结构的周期性排列，相邻晶胞产生的偶极子大小方向都相同，由相邻偶极子产生的正负电荷就会相互抵消，不会产生净的极化束缚电荷。在组分不同的两个Alx1Ga1-x1N和Alx2Ga1-x2N的界面处，偶极子的电荷无法抵消，会在界面处产生束缚的空间极化电荷，如果组分连续线性变化，则极化电荷就可以均匀线性累加。根据极化电场的方向，在Al极性材料中生长Al组分逐渐增加的AlGaN或者在N极性材料中生长Al组分逐渐减小的AlGaN可以在材料内部积累产生正的极化电荷，从而实现n型掺杂。在Al极性材料中生长Al组分逐渐减小的AlGaN或者在N极性材料中生长Al组分逐渐增加的AlGaN可以在材料内部积累产生负的极化电荷，从而实现p型掺杂。
AlGaN材料中同时存在压电极化效应，压电极化与晶格常数(ax)的关系为:因为受到张应力的AlxGa1-xN的晶格常数a大于a0(完全弛豫状态时的晶格常数)，因此Ppe的符号为正号，即压电极化的方向和自发极化的方向相同，如图1所示，而AlxGa1-xN内部总的极化强度P＝Psp+Ppe。因此要提高某一层AlGaN的极化电场强度，需要将此层的应力状态改为张应力。
根据Vegard定律，Al组分x(0≤x≤1)为AlxGa1-xN三元化合物，在完全弛豫的状态下，其晶格常数为aAlxGa1-xN＝x*aAlN+(1-x)*GaN。GaN的晶格常数a比AlN大2.5％(GaN的晶格常数为a＝0.31896nm c＝0.51855nm，AlN的晶格常数为a＝0.3112nmc＝0.4982nm)。因此对于一定组分的AlxGa1-xN，Al组分越低，晶格常数越大。如图2所示，层1的Al组分低于层2的Al组分，则层1的晶格常数会大于层2，那么层2会受到层1施加的张应力，且两者组分差距越大，层2受到的张应力越大。
隧穿二极管其IV特性和传统的二极管不同，会呈现较大的反向电流，这种二级管具有工作频率高、功耗少、噪声低等特点，对于AlGaN器件而言，通过隧穿结可以将AlGaN基的UVC外延结构的p型电极改为n型，减少接触电阻，降低工作电压。
隧穿结需要在pn结处实现重惨杂，而AlGaN材料单纯依靠多通入SiH4和Cp2Mg实现重惨杂比较困难。利用AlGaN基材料很强的极化效应，在Al极性材料中生长Al组分逐渐减小的AlGaN可以在材料内部积累产生负的极化电荷，从而实现p型掺杂，生长Al组分逐渐增加的AlGaN可以在材料内部积累产生正的极化电荷，从而实现n型惨杂。
通过在pn结之间插入一定厚度且组分低于p层和n层的AlGaN，低组分的AlGaN插入层晶格常数大于p层和n层，会施加给p层和n层张应力，提高极化效应，从而分别提高pn结中p层的空穴浓度和n层的电子浓度，形成隧穿结。
综合以上分析可知，现有的UVC外延片及其制备方法通常存在如下缺陷：
1、磁控溅射制备的AlN晶体质量较差，不能直接作为外延生长的基底材料。
2、重惨的p-GaN作为UVC外延结构的p型接触层，虽然容易制备欧姆电极，降低工作电压，但是GaN带隙窄，会吸收有源区辐射的UVC光线，从而降低亮度。
3、使用吸光少的p-AlGaN层作为p型接触层，存在Mg掺杂浓度低，空穴浓度低，会导致表面制备的欧姆电极接触电阻高，工作电压高。
4、AlGaN基材料使用传统的p-i-n隧穿结，通过对p层重掺Mg、对n层重掺Si，很难实现p层和n层的重掺杂，很难达到隧穿的效果。
鉴于现有技术所存在的缺陷，有必要开发一种新型的UVC外延片及其制备方法。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片及其制备方法，其解决了p型电极欧姆接触难以制备，接触电阻大的问题；避免了接触层对紫外光的吸收，提高了器件发光效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其包括衬底和设置在所述衬底上的AlN层，所述AlN层上设有n型AlGaN层，所述n型AlGaN层上设有多量子阱有源层，所述多量子阱有源层上设有电子阻挡层，其特征在于，所述电子阻挡层上设有Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层，所述p-Aly1Ga1-y1N层的厚度为2～20nm，y1由0.8线性渐变为0.2且Mg的掺杂浓度由5～8e18cm-3线性渐变为1～3e21cm-3，所述p-Aly1Ga1-y1N层上设有i-Aly2Ga1-y2N层，所述i-Aly2Ga1-y2N层的厚度为2～10nm，所述i-Aly2Ga1-y2N层上设有Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层，所述n-Aly3Ga1-y3N层的厚度为2～20nm，y3由0.2线性渐变为0.8且Si的掺杂浓度由5～8e20cm-3线性渐变为1～3e21cm-3，y2<y1且y2<y3，所述p-Aly1Ga1-y1N层、i-Aly2Ga1-y2N层和n-Aly3Ga1-y3N层构成了p-i-n隧穿结。
优选地，所述n型AlGaN层为Si掺杂的n-Alx1Ga1-x1N层，其厚度为1～1.5um，x1的值为0.55～0.65且Si掺杂浓度为1.3×1019～1.6×1019cm-3。
优选地，所述多量子阱有源层的周期数为1～5对，其中，垒层的Al组分为0.6～0.65、厚度为10～12nm，阱层的Al组分为0.49～0.54、厚度为1.7～3nm。
优选地，所述电子阻挡层为多量子阱结构，周期数为1～5对，垒层的Al组分为0.7～0.75、厚度为9～12nm，阱层的Al组分为0.53～0.58、厚度为1.5～3.5nm；或者，所述电子阻挡层为单层电子阻挡层，其Al组分为0.70～0.90，厚度为15～55nm。
优选地，所述衬底为蓝宝石平面衬底。
优选地，所述AlN层的厚度为150～800nm。
此外，本发明还提供一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在衬底表面制备AlN层；
2)、将表面具有AlN层的衬底进行高温退火处理；
3)、在所述AlN层上生长n型AlGaN层；
4)、在所述n型AlGaN层上生长多量子阱有源层；
5)、在所述多量子阱有源层上生长电子阻挡层；
6)、在所述电子阻挡层上生长Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为100～150torr，TMAl流量由210umol/min线性渐变为52.5umol/min，TMGa流量由52.5umol/min线性渐变为210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，Cp2Mg流量由200sccm线性渐变为600sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s；
7)、在所述p-Aly1Ga1-y1N层上生长i-Aly2Ga1-y2N层，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量为236.30umol/min～262.8umol/min，TMAl流量为26.5～0umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～120s；
8)、在所述i-Aly2Ga1-y2N层上生长Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量由210umol/min线性渐变到52.5umol/min，TMAl流量由52.5线性渐变到210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，SiH4流量为2.8×10-7～3.6×10-7mol/min，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s。
优选地，所述步骤2)中高温退火处理时，退火温度为1500～1800℃，退火时间为0.2～3h，退火气氛为氮气，氮气流量为100～12000sccm，退火压力为200～650torr。
优选地，所述步骤1)中在衬底表面制备AlN层具体为采用磁控溅射生长工艺在所述衬底表面上制备所述AlN层，且所述磁控溅射生长工艺具体为：温度为550～700℃，溅射功率为1000～4000W，氮气为80～200sccm，氧气为1～4sccm，氩气为0.1～40sccm，沉积时间为600s～3000s。
优选地，所述步骤3)中在所述AlN层上生长n型AlGaN层的具体生长工艺为：生长温度为1020～1080℃，生长压力为80～100torr，TMAl流量为280～320umol/min，TMGa流量为229～172.3umol/min，NH3流量为2000～4000sccm，SiH4流量为2.8×10-8～3.6×10-8mol/min，纯H2作为push气且push气流量为40～60L/min，生长时间为75min～113min。
与现有技术相比，本发明的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片及其制备方法具有如下有益技术效果中的一者或多者：
1、其利用磁控溅射和高温退火制备极性为Al极性的AlN模板，并在此极性的模板上，通过制备p-i-n隧穿结取代传统UVC结构中的重掺p-GaN作为接触层，解决了p型电极欧姆接触难以制备，接触电阻较大的问题，同时避免了制备p-GaN重惨杂层，避免了接触层对紫外光的吸收，有利于提高器件发光效率。
2、其制备的p-i-n隧穿结中的p层由于有很强的极化电荷，作为空穴提供层，提高了空穴浓度，有利于亮度的提升。
3、其制备的p-i-n隧穿结中的i层的Al组分设计要低于p层和n层，可以为p层和n层施加很强的张应力，提高电场强度，从而提高p层的空穴浓度和n层的电子浓度，实现隧穿结的功能。
附图说明
图1示出了AlGaN材料中压电极化的方向和自发极化的方向相同。
图2示出了两个组分不同的AlGaN层之间的相互作用力。
图3示出了本发明的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的构成示意图。
图4示出了p-i-n隧穿结的组分结构示意图。
图5是对两个不同工艺制备的外延片做透射谱测试后的示意图(其中，两个外延片分别为：接触层为p-GaN重掺杂层和接触层为p-i-n隧穿结)。
图6是对两个不同工艺制备的外延片做EL测试(两个外延片分别为：接触层为p-GaN重掺杂层和接触层为p-i-n隧穿结)后绘制的在不同的正向电流下，铟点和铟膜的IV曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片及其制备方法，其解决了p型电极欧姆接触难以制备，接触电阻大的问题；避免了接触层对紫外光的吸收，提高了器件发光效率。
图3示出了本发明的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的构成示意图。如图3所示，本发明的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片包括衬底1和设置在所述衬底1上的AlN层2。
优选地，所述衬底1为蓝宝石平面衬底，例如，为2寸蓝宝石平面衬底。
更优选地，所述AlN层2的厚度为150～800nm。并且，所述衬底1和AlN层2构成了Al极性的AlN模板。
所述AlN层2上设有n型AlGaN层3。
优选地，所述n型AlGaN层3为Si掺杂的n-Alx1Ga1-x1N层，其厚度为1～1.5um，x1的值为0.55～0.65且Si掺杂浓度为1.3×1019～1.6×1019cm-3。
所述n型AlGaN层3上设有多量子阱有源层4。
优选地，所述多量子阱有源层4的周期数为1～5对，其中，垒层的Al组分为0.6～0.65、厚度为10～12nm，阱层的Al组分为0.49～0.54、厚度为1.7～3nm。
所述多量子阱有源层4上设有电子阻挡层5。
优选地，所述电子阻挡层5为多量子阱结构，周期数为1～5对，垒层的Al组分为0.7～0.75、厚度为9～12nm，阱层的Al组分为0.53～0.58、厚度为1.5～3.5nm。
或者，所述电子阻挡层5为单层电子阻挡层，其Al组分为0.70～0.90，厚度为15～55nm。
所述电子阻挡层5上设有Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层6。其中，所述p-Aly1Ga1-y1N层6的厚度为2～20nm，y1由0.8线性渐变为0.2且Mg的掺杂浓度由5～8e18cm-3线性渐变为1～3e21cm-3。
所述p-Aly1Ga1-y1N层6上设有i-Aly2Ga1-y2N层7。其中，所述i-Aly2Ga1-y2N层7的厚度为2～10nm。
所述i-Aly2Ga1-y2N层7上设有Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层8。其中，所述n-Aly3Ga1-y3N层8的厚度为2～20nm，y3由0.2线性渐变为0.8且Si的掺杂浓度由5～8e20cm-3线性渐变为1～3e21cm-3。
在本发明中，y2<y1且y2<y3，且所述p-Aly1Ga1-y1N层6、i-Aly2Ga1-y2N层7和n-Aly3Ga1-y3N层8构成了p-i-n隧穿结。
由此，在本发明中，在极性为Al极性的AlN模板上制备了n型AlGaN层3、多量子阱有源层4、EBL层5和p-i-n隧穿结层。所述p-i-n隧穿结层全部由不同组分的AlGaN层构成。其中，p层为Aly1Ga1-y1N线性渐变层，y1由0.8线性渐变到0.2，n层为Aly3Ga1-y3N线性渐变层，y3由0.2线性渐变到0.8，i层为Aly2Ga1-y2N固定组分层，y2<y1且y2<y3，隧穿结组分结构如图4所示。利用在Al极性材料中生长Al组分逐渐减小的AlGaN可以在材料内部积累产生负的极化电荷，从而实现p型掺杂，生长Al组分逐渐增加的AlGaN可以在材料内部积累产生正的极化电荷，从而实现n型惨杂，大大提高了p-i-n隧穿结层中p层和n层的掺杂，同时利用低组分的i层(组分低，晶格常数大)，为p层和n层提供张应力，增加p层和n层的极化电场强度，从而提高p层和n层掺杂。通过使用p-i-n隧穿结层，解决了p型电极欧姆接触难以制备，接触电阻较大的问题。同时避免了制备pGaN重惨杂层，避免了接触层对紫外光的吸收，有利于提高器件发光效率。
为了便于制备出本发明的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，现介绍具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法。
在本发明中，所述具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法包括以下步骤：
一、在衬底1表面制备AlN层2。
在本发明中，可以采用磁控溅射生长工艺在所述衬底1表面上制备所述AlN层2。
其中，所述磁控溅射生长工艺具体为：温度为550～700℃，溅射功率为1000～4000W，氮气为80～200sccm，氧气为1～4sccm，氩气为0.1～40sccm，沉积时间为600s～3000s。这样，生长的所述AlN层2的厚度为150～800nm。
二、将表面具有AlN层2的衬底1进行高温退火处理。
在本发明中，高温退火处理时，退火温度为1500～1800℃，退火时间为0.2～3h，退火气氛为氮气，氮气流量为100～12000sccm，退火压力为200～650torr。
在本发明中，使用磁控溅射和高温退火的组合工序，在蓝宝石衬底表面制备出晶体质量高、表面平整、极性为Al极性的AlN模板，解决了传统MOCVD中AlN双晶质量低、裂纹多的问题。
在制备了极性为Al极性的AlN模板后，即可使用所述AlN模板在MOCVD中生长结构层，从而获得UVC外延片。
三、在所述AlN层2上生长n型AlGaN层3。
此阶段的具体生长工艺为：生长温度为1020～1080℃，生长压力为80～100torr，TMAl流量为280～320umol/min，TMGa流量为229～172.3umol/min，NH3流量为2000～4000sccm(折合89.3～179mmol/min)，SiH4流量为2.8×10-8～3.6×10-8mol/min，纯H2作为push气且push气流量为40～60L/min，生长时间为75min～113min。
通过此阶段的生长，可以在所述AlN层2上生长出厚度为1～1.5um的Si掺杂的n-Alx1Ga1-x1N层3。其中，x1的值为0.55～0.65，Si掺杂浓度为1.3×1019～1.6×1019cm-3。
四、在所述n型AlGaN层3上生长多量子阱有源层4。
在本发明中，所述多量子阱有源层4的生长工艺与现有技术相同，因此，在此不对其进行详细描述。
通过该阶段的生长，生长的所述多量子阱有源层4的周期数可以为1～5对。并且，其中，垒层的Al组分为0.6～0.65、厚度为10～12nm，阱层的Al组分为0.49～0.54、厚度为1.7～3nm。
五、在所述多量子阱有源层4上生长电子阻挡层5。
在本发明中，所述电子阻挡层5的生长工艺与现有技术相同，因此，在此不对其进行详细描述。
通过该阶段的生长，生长的所述电子阻挡层5可以为多量子阱结构，周期数为1～5对，垒层的Al组分为0.7～0.75、厚度为9～12nm，阱层的Al组分为0.53～0.58、厚度为1.5～3.5nm。
或者，生长的所述电子阻挡层5可以为单层电子阻挡层，其Al组分为0.70～0.90，厚度为15～55nm。
六、在所述电子阻挡层5上生长Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层6。
此阶段的具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为100～150torr，TMAl流量由210umol/min线性渐变为52.5umol/min，TMGa流量由52.5umol/min线性渐变为210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，Cp2Mg流量由200sccm线性渐变为600sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s。
通过该阶段的生长，生长的所述p-Aly1Ga1-y1N层6的厚度为2～20nm，y1由0.8线性渐变为0.2且Mg的掺杂浓度由5～8e18cm-3线性渐变为1～3e21cm-3。
七、在所述p-Aly1Ga1-y1N层6上生长i-Aly2Ga1-y2N层7。
此阶段的具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量为236.30umol/min～262.8umol/min，TMAl流量为26.5～0umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～120s。
通过该阶段的生长，生长的所述i-Aly2Ga1-y2N层7的厚度为2～10nm。
八、在所述i-Aly2Ga1-y2N层7上生长Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层8。
此阶段的具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量由210umol/min线性渐变到52.5umol/min，TMAl流量由52.5线性渐变到210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，SiH4流量为2.8×10-7～3.6×10-7mol/min，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s。
通过此阶段的生长，生长的所述n-Aly3Ga1-y3N层8的厚度为2～20nm，y3由0.2线性渐变为0.8且Si的掺杂浓度由5～8e20cm-3线性渐变为1～3e21cm-3。并且，y2<y1且y2<y3。
由此，生长出由所述p-Aly1Ga1-y1N层6、i-Aly2Ga1-y2N层7和n-Aly3Ga1-y3N层8构成的p-i-n隧穿结。
其中，所述p-i-n隧穿结中的p层由于有很强的极化电荷，作为空穴提供层，提高了空穴浓度，有利于亮度的提升。并且，所述p-i-n隧穿结中的i层的Al组分设计要低于p层和n层，可以为p层和n层施加很强的张应力，提高电场强度，从而提高p层的空穴浓度和n层的电子浓度，实现隧穿结的功能。
在本发明中，对两个不同工艺制备的外延片做透射谱测试(两个外延片分别为：接触层为p-GaN重掺杂层和接触层为p-i-n隧穿结)，其结果如图5所示。由图5可以看出，接触层为p-GaN和p-i-n隧穿结的外延片在275nm波长(典型的UVC发光波长)的透过率分别是9.5％和90％，即通过使用p-i-n隧穿结，提高了UVC波段光的透过率。
并且，对两个不同工艺制备的外延片做EL测试(两个外延片分别为：接触层为p-GaN重掺杂层和接触层为p-i-n隧穿结)，将直径为0.5mm的铟(In)点按压在外延片的表面作为正极，另焊接较大面积的铟膜至外延片边缘与n层连接，作为负极。图6绘制了在不同的正向电流下，铟点和铟膜的IV曲线，由图6可以看出使用p-i-n隧穿结和p-GaN作为接触层，两者之间的工作电压相差不大，即使用p-i-n隧穿结后，不仅提高了透过率，同时工作电压能保持到和p-GaN结构一致的水平。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员，依据本发明的思想，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其包括衬底(1)和设置在所述衬底(1)上的AlN层(2)，所述AlN层(2)上设有n型AlGaN层(3)，所述n型AlGaN层(3)上设有多量子阱有源层(4)，所述多量子阱有源层(4)上设有电子阻挡层(5)，其特征在于，所述电子阻挡层(5)上设有Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层(6)，所述p-Aly1Ga1-y1N层(6)的厚度为2～20nm，y1由0.8线性渐变为0.2且Mg的掺杂浓度由5～8e18cm-3线性渐变为1～3e21cm-3，所述p-Aly1Ga1-y1N层(6)上设有i-Aly2Ga1-y2N层(7)，所述i-Aly2Ga1-y2N层(7)的厚度为2～10nm，所述i-Aly2Ga1-y2N层(7)上设有Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层(8)，所述n-Aly3Ga1-y3N层(8)的厚度为2～20nm，y3由0.2线性渐变为0.8且Si的掺杂浓度由5～8e20cm-3线性渐变为1～3e21cm-3，y2<y1且y2<y3，所述p-Aly1Ga1-y1N层(6)、i-Aly2Ga1-y2N层(7)和n-Aly3Ga1-y3N层(8)构成了p-i-n隧穿结。
2.根据权利要求1所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其特征在于，所述n型AlGaN层(3)为Si掺杂的n-Alx1Ga1-x1N层，其厚度为1～1.5um，x1的值为0.55～0.65且Si掺杂浓度为1.3×1019～1.6×1019cm-3。
3.根据权利要求1所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其特征在于，所述多量子阱有源层(4)的周期数为1～5对，其中，垒层的Al组分为0.6～0.65、厚度为10～12nm，阱层的Al组分为0.49～0.54、厚度为1.7～3nm。
4.根据权利要求1所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其特征在于，所述电子阻挡层(5)为多量子阱结构，周期数为1～5对，垒层的Al组分为0.7～0.75、厚度为9～12nm，阱层的Al组分为0.53～0.58、厚度为1.5～3.5nm；或者，所述电子阻挡层(5)为单层电子阻挡层，其Al组分为0.70～0.90，厚度为15～55nm。
5.根据权利要求1所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其特征在于，所述衬底(1)为蓝宝石平面衬底。
6.根据权利要求1所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片，其特征在于，所述AlN层(2)的厚度为150～800nm。
7.一种具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、在衬底(1)表面制备AlN层(2)；
2)、将表面具有AlN层(2)的衬底(1)进行高温退火处理；
3)、在所述AlN层(2)上生长n型AlGaN层(3)；
4)、在所述n型AlGaN层(3)上生长多量子阱有源层(4)；
5)、在所述多量子阱有源层(4)上生长电子阻挡层(5)；
6)、在所述电子阻挡层(5)上生长Mg掺杂的p-Aly1Ga1-y1N层(6)，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为100～150torr，TMAl流量由210umol/min线性渐变为52.5umol/min，TMGa流量由52.5umol/min线性渐变为210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，Cp2Mg流量由200sccm线性渐变为600sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s；
7)、在所述p-Aly1Ga1-y1N层(6)上生长i-Aly2Ga1-y2N层(7)，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量为236.30umol/min～262.8umol/min，TMAl流量为26.5～0umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～120s；
8)、在所述i-Aly2Ga1-y2N层(7)上生长Si掺杂的n-Aly3Ga1-y3N层(8)，其具体生长工艺为：生长温度为930～970℃，生长压力为150～200torr，TMGa流量由210umol/min线性渐变到52.5umol/min，TMAl流量由52.5线性渐变到210umol/min，NH3流量为4000～6000sccm，SiH4流量为2.8×10-7～3.6×10-7mol/min，纯H2作为push气且push气的流量为40～60L/min，生长时间为24s～240s。
8.根据权利要求7所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中高温退火处理时，退火温度为1500～1800℃，退火时间为0.2～3h，退火气氛为氮气，氮气流量为100～12000sccm，退火压力为200～650torr。
9.根据权利要求7所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法，
其特征在于，所述步骤1)中在衬底(1)表面制备AlN层(2)具体为采用磁控溅射生长工艺在所述衬底(1)表面上制备所述AlN层(2)，且所述磁控溅射生长工艺具体为：温度为550～700℃，溅射功率为1000～4000W，氮气为80～200sccm，氧气为1～4sccm，氩气为0.1～40sccm，沉积时间为600s～3000s。
10.根据权利要求7所述的具有p-i-n隧穿结的UVC外延片的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中在所述AlN层(2)上生长n型AlGaN层(3)的具体生长工艺为：生长温度为1020～1080℃，生长压力为80～100torr，TMAl流量为280～320umol/min，TMGa流量为229～172.3umol/min，NH3流量为2000～4000sccm，SiH4流量为2.8×10-8～3.6×10-8mol/min，纯H2作为push气且push气流量为40～60L/min，生长时间为75min～113min。
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