CN118039760A - 一种深紫外led外延片及其制备方法、led芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片，通过引入一新的量子阱层，以提升紫外发光二极管的发光效率，具体的，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂，以达到提高发光二极管的发光效率的目的。

Description

一种深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片。
背景技术
作为第三代半导体材料典型代表的GaN，由于其具有优异性能的光电特性，尤其是在发光二极管、激光器方面的应用受到了人们的广泛关注。近年来深紫外光的应用不断得到拓展，在净化、杀菌、消毒、防伪检测、医疗诊断等方面具有巨大的市场价值。相较于汞灯，GaN深紫外LED发光波段更加窄，避免了光能浪费的现象，并且具有无毒无害，寿命长等优势。因此，近深紫外波段的深紫外光电器件的研究成为了半导体材料研究的热点。
深紫外发光二极管的量子阱层为AlGaN材料，本身存在的极化效应会形成较强的内电场。这将导致量子阱中电子和空穴波函数的空间分离，也会阻碍载流子向量子阱中注入，使辐射复合效率降低，引起载流子复合发光效率降低。另外，P型AlGaN层由于Mg受主的激活能随着Al组分增加而线性增大，因此深紫外发光二极管的空穴不够与电子发生复合，导致发光效率下降。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片，旨在提高发光二极管的发光效率。
根据本发明实施例当中的一种深紫外LED外延片，包括衬底及在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入所述AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在所述Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在所述MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在所述AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
进一步的，所述Al纳米点层的厚度为0.1nm~1nm。
进一步的，所述Mg掺杂AlN层的厚度为0.5nm~5nm。
进一步的，有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为1个~20个。
根据本发明实施例当中的一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED外延片，所述制备方法包括：
生长一衬底；
在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；
生长有源层，所述有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入所述AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在所述Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在所述MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在所述AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
进一步的，生长AlGaN过渡层的过程中，控制Al组分逐渐上升，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛 为N2/NH3，其中，控制Al组分为0.5~0.99。
进一步的，在凹坑上形成Al纳米点层的过程中，控制Al纳米点层的沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛为 N2。
进一步的，对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂的过程中，Mg掺杂浓度为1E+17atoms/cm3~1E+18atoms/cm3。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的深紫外LED外延片。
本发明实施例提供的一种深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片，通过引入一新的量子阱层，以提升紫外发光二极管的发光效率，具体的，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂，以达到提高发光二极管的发光效率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种深紫外LED外延片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种深紫外LED外延片的制备方法的流程图。
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。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种深紫外LED外延片的结构示意图，该深紫外LED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、有源层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8。
在本实施例当中，衬底1可以为蓝宝石衬底、SiC衬底、Si基衬底、GaN衬底等，具体的，缓冲层2可以为AlN层，缓冲层2的厚度为20nm~200nm，采用AlN缓冲层提供了与衬底1取向相同的成核中心，释放了AlGaN和衬底1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，为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，示例性的，缓冲层2的厚度为20nm、50nm、100nm或200nm等，但不限于此；非掺杂AlGaN层3的厚度为1μm~5μm，示例性的，非掺杂AlGaN层3的厚度为1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，但不限于此；N型AlGaN层4掺杂剂可以是硅烷，还可以采用其他掺杂，例如Ge，作为电子提供层，该N型AlGaN层4的掺杂浓度可以为1E+19atoms/cm3~5E+20atoms/cm3，N型AlGaN层4的厚度为1μm~5μm，示例性的，N型AlGaN层4的厚度为1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等，但不限于此；有源层5包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
AlGaN过渡层的厚度为0.5nm~5 nm，示例性的，AlGaN过渡层的厚度为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm等，但不限于此；Al纳米点层的厚度为0.1nm~1 nm，示例性的，Al纳米点层的厚度为0.1nm、0.2nm、0.4nm、0.6nm、0.8nm或1nm等，但不限于此；Mg掺杂AlN层的厚度为0.5nm~5nm，示例性的，Mg掺杂AlN层为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm等，但不限于此；MgN包覆层的厚度为0.5nm~5 nm，示例性的，MgN包覆层的厚度为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm等，但不限于此；AlGaN量子阱子层中Al组分为0.3~0.7，AlGaN量子阱子层的厚度为1nm~10nm，示例性的，AlGaN量子阱子层的厚度为1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm等，但不限于此；量子垒层为AlGaN层，Al组分为0.4~0.8，量子垒层的厚度为5nm~15nm，示例性的，量子垒层的厚度为5nm、8nm、10nm、12nm、14nm或15nm等，但不限于此；有源层5的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为1个~20个，生长多周期的有源层5，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。
电子阻挡层6为AlGaN层，其厚度为10nm~100nm，Al组分为0.4~0.8，示例性的，电子阻挡层6的厚度为10nm、20nm、40nm、60nm、80nm或100nm等，但不限于此；P型AlGaN层7的掺杂剂包括但不限于镁（Mg），Mg的掺杂浓度可以为1E+19atoms/cm3~5E+20atoms/cm3，Al组分为0.6，其中，P型AlGaN层7的厚度为20nm~200nm，示例性的，P型AlGaN层7的厚度为20 nm、40nm、60 nm、80nm、100nm或200nm等，但不限于此；P型接触层8为P型掺杂的AlGaN层，Mg掺杂浓度为1E+19atoms/cm3~1E+21atoms/cm3，P型接触层8的厚度为5nm~50nm，示例性的，P型接触层8的厚度为5nm、10nm、20nm、30nm、40nm或50nm等，但不限于此。
采用上述的量子阱层，有益效果如下所示：
1、沉积AlGaN过渡层其Al组分渐变，减少与N型AlGaN层的晶格失配，提高晶体质量，其次其表面形成的凹坑为Al纳米点层提供成核点，提高Al纳米点沉积效率；
2、沉积Al纳米点层密度可以控制后续沉积AlN层的晶体质量，避免因Al纳米点层密度过大导致AlN的核岛过早融合产生大量缺陷位错，提高量子阱层的晶体质量；
3、因AlGaN材料本身存在较高的自发极化效应，导致极化效应会在量子阱中产生电场，使能带发生倾斜，电子和空穴空间分离，减少了电子波函数与空穴波函数的重叠，降低辐射复合效率。Mg掺杂AlN层调制量子阱的压电场，降低极化效应，提高量子阱层辐射复合效率；
4、通过进行Mg掺杂的方式在Mg掺杂AlN层表面沉积形成MgN包覆层，可以有效增加Mg掺杂的界面面积，有效提升Mg的掺杂和离化效率，有利于MgN层中Mg渗入到量子阱层中，起到提高空穴浓度的作用，从而有利于提高发光效率。MgN包覆层的材料本身特性也会使得MgN层中具有较高的空穴浓度而整体电阻较低，从而有利于降低正向电压；
5、沉积的AlGaN量子阱子层将电子和空穴限制在量子阱子层中发生辐射复合，提高发光二极管的发光效率；
6、生长多周期的有源层，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。
相应的，参考图2，本发明实施例还提供了一种深紫外LED外延片的制备方法，其用于制备上述的深紫外LED外延片，具体包括以下步骤：
步骤S01，提供一衬底；
衬底可选用蓝宝石衬底、AlN衬底、Si衬底、SiC衬底等均可。
具体地，衬底选用硅衬底，硅衬底尺寸大、价格便宜，可以降低外延生长成本。对比硬度大、导热导、电性质差的蓝石衬底有较大优势，而且简化衬底减薄加工工艺，降低成本。
步骤S02，在衬底上沉积缓冲层；
具体地，选用在PVD中沉积AlN缓冲层，厚度为20nm~200nm。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，为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，在缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层。
可选地，在AlN缓冲层上采用金属有机物气相沉积法(MOCVD)沉积非掺杂AlGaN层，生长温度为1000℃~1300℃，生长压力为50torr~500torr，厚度为1μm~5μm。
具体地，非掺杂AlGaN层生长温度较高，压力较低，制备得到AlGaN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2μm~3μm，不仅节约生产成本，而且AlGaN材料又具有较高的晶体质量。
步骤S04，在非掺杂AlGaN层上沉积N型AlGaN层。
可选地，在非掺杂AlGaN层沉积N型AlGaN层，生长温度为1000℃~1300℃，掺杂浓度为1E+19atoms/cm3~5E+20atoms/cm3，厚度为1μm~5μm。
具体地，N型掺杂的AlGaN层为紫外LED发光提供充足电子与空穴发生复合，其次N型掺杂的AlGaN层的电阻率要比P型AlGaN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AlGaN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N型AlGaN层上沉积有源层。
有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
可选地，在N型AlGaN层上沉积AlGaN过渡层，所述AlGaN过渡层的表面形成有凹坑，Al组分为0.5~0.99，且逐渐上升，厚度为0.5nm~5nm，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛 N2/NH3。其中，GaN基LED 通常都生长在蓝宝石、SiC和Si等异质衬底上，由于GaN与衬底间存在晶格失配以及热失配，目前商业化的GaN基LED器件中穿透位错密度达 108~1010/cm2，并且这些穿透位错在生长量子阱层形成凹坑。沉积AlGaN过渡层其Al组分渐变，减少与n型GaN层的晶格失配，提高晶体质量，其次其表面形成的凹坑为Al纳米点层提供成核点，提高Al纳米点沉积效率。
可选地，在AlGaN过渡层上沉积Al纳米点层，厚度为0.1nm~1 nm，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛为 N2。沉积Al纳米点层密度可以控制后续沉积AlN层的晶体质量，避免因Al纳米点层密度过大导致AlN的核岛过早融合产生大量缺陷位错，提高量子阱层的晶体质量。
可选地，在Al纳米点层上沉积Mg掺杂AlN层，先控制凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，对AlN层进行Mg掺杂，Mg掺杂浓度为1E+17atoms/cm3~1E+18atoms/cm3，厚度为0.5nm~5 nm，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛 为N2/NH3。因AlGaN材料本身存在较高的自发极化效应，导致极化效应会在量子阱中产生电场，使能带发生倾斜，电子和空穴空间分离，减少了电子波函数与空穴波函数的重叠，降低辐射复合效率。Mg掺杂AlN层调制量子阱的压电场，降低极化效应，提高量子阱层辐射复合效率。
可选地，在Mg掺杂AlN层上沉积MgN包覆层，厚度为0.5nm~5 nm，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛 N2/NH3。通过进行Mg掺杂的方式在Mg掺杂AlN层表面沉积形成MgN包覆层，可以有效增加Mg掺杂的界面面积，有效提升Mg的掺杂和离化效率，有利于MgN层中Mg渗入到量子阱层中，起到提高空穴浓度的作用，从而有利于提高发光效率。MgN包覆层的材料本身特性也会使得MgN层中具有较高的空穴浓度而整体电阻较低，从而有利于降低正向电压。
可选地，在MgN包覆层上沉积AlGaN量子阱子层，Al组分为0.3~0.7，厚度为1nm~10nm，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛 N2/NH3。沉积的AlGaN量子阱子层将电子和空穴限制在量子阱子层中发生辐射复合，提高发光二极管的发光效率。
可选地，有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为1个~20个。生长多周期的有源层，提高量子限制效应，电子和空穴被局域在多量子阱中，从而提高电子和空穴波函数的交叠，进而提升辐射复合速率。
可选地，所述量子垒层为AlGaN，Al组分为0.4~0.8，生长温度为1000℃~1300℃，厚度为5nm~15nm，生长压力为50torr~300 torr。合适的量子垒层既可以减少电子溢流至P型层导致非辐射复合，又可以提高电子和空穴在量子阱复合效率。
步骤S06，在有源层上沉积电子阻挡层。
可选地，AlGaN电子阻挡层厚度为10nm~100nm，生长温度为1000℃~1100℃,压力为100torr~300torr，其中Al组分为0.4~0.8。
具体地，AlGaN电子阻挡层的设置，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，在电子阻挡层上沉积P型AlGaN层。
可选地，P型AlGaN层生长温度为1000℃~1100℃，厚度为20nm~200nm，生长压力为100torr~600torr,Mg掺杂浓度为1E+19atoms/cm3~5E+20atoms/cm3。
具体地，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型掺杂的AlGaN层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层上沉积P型接触层。
可选地，P型接触层为P型掺杂的AlGaN层，生长温度为900℃~1100℃，厚度为5nm~50 nm，生长压力为100torr~600torr,Mg掺杂浓度为1E+19atoms/cm3~1E+21atoms/cm3。
具体地，高掺杂浓度的P型接触层可以降低接触电阻。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例一
本实施例提供一种深紫外LED外延片，该深紫外LED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、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层。
在本实施例当中，衬底为Si基衬底，具体的，缓冲层为AlN层，缓冲层的厚度为100nm；非掺杂AlGaN层的厚度优选为2μm~3μm，具体为2μm；N型AlGaN层掺杂剂是硅烷，该N型AlGaN层的掺杂浓度可以为2.5E+19atoms/cm3，N型AlGaN层的厚度优选为1μm~5μm，具体为2μm；有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
AlGaN过渡层的厚度为1.5nm；Al纳米点层的厚度为0.5nm；Mg掺杂AlN层的厚度为0.5nm~5nm，示例性的，Mg掺杂AlN层为0.5nm、1nm、2nm、3nm、4nm或5nm等，但不限于此；MgN包覆层的厚度为1.5nm；AlGaN量子阱子层中Al组分为0.4，AlGaN量子阱子层的厚度为3.5nm；量子垒层为AlGaN层，Al组分为0.6，量子垒层的厚度为12nm；有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数9个。
电子阻挡层为AlGaN层，其厚度为30nm，Al组分为0.75；P型AlGaN层的掺杂剂为镁（Mg），Mg的掺杂浓度可以为5E+19atoms/cm3，Al组分为0.6，其中，P型AlGaN层的厚度为100nm；P型接触层为P型掺杂的AlGaN层，Mg掺杂浓度为5E+20atoms/cm3，P型接触层的厚度为10nm。
本实施例中深紫外LED外延片的制备方法包括以下步骤：
（1）提供一衬底；
具体地，衬底选用硅衬底，硅衬底尺寸大、价格便宜，可以降低外延生长成本。对比硬度大、导热导、电性质差的蓝石衬底有较大优势，而且简化衬底减薄加工工艺，降低成本。
（2）在衬底上沉积AlN缓冲层；
具体地，选用在PVD中沉积AlN缓冲层，厚度为100nm。将上述衬底置于PVD（物理气相沉积）系统中，以Ar为溅射气体，N2作反应气体、 Al靶作靶材，通少量O2，控制温度在500℃~650℃、功率在3000W~5000W，沉积AlN缓冲层。
（3）在AlN缓冲层上沉积非掺杂AlGaN层。
具体地，非掺杂AlGaN层生长温度为1200℃，生长压力为100 torr，生长厚度为2μm。
（4）在非掺杂AlGaN层上沉积N型AlGaN层。
具体地，N型AlGaN层生长温度为1200℃，生长压力为100torr，生长厚度为2μm，Si掺杂浓度为2.5E+19atoms/cm3。
（5）在N型AlGaN层上沉积有源层。
具体地，首先在N型AlGaN层上沉积AlGaN过渡层，其中AlGaN过渡层的表面形成有凹坑，Al组分0.6逐渐上升0.9，AlGaN过渡层的厚度为1.5nm，沉积温度为1100℃，压力为150torr，气氛 N2/NH3。在AlGaN过渡层上沉积Al纳米点层，厚度为0.5 nm，沉积温度为 1100℃，压力为150 torr，气氛为N2。在Al纳米点层上沉积Mg掺杂AlN层，先控制凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，对AlN层进行Mg掺杂，Mg掺杂浓度为6E+17 atoms/cm3，厚度为1.5 nm，沉积温度为1100℃，压力为150 torr，气氛 N2/NH3。在Mg掺杂AlN层上沉积MgN包覆层，厚度为2nm，沉积温度为1050℃，压力为150 torr，气氛 N2/NH3。在MgN包覆层上沉积AlGaN量子阱子层，Al组分为0.4，厚度为3.5 nm，沉积温度为1100℃，压力为150torr，气氛 为N2/NH3。有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为9个。量子垒层为AlGaN，Al组分为0.6，生长温度为1200℃，厚度为12nm，生长压力为150torr。
（6）在有源层上沉积电子阻挡层。
具体地，AlGaN电子阻挡层厚度为30nm，Al组分为0.75，生长温度为1050℃，生长压力为200torr。
（7）在电子阻挡层上沉积P型AlGaN层。
具体地，P型AlGaN层生长温度为1050℃，厚度为100nm，生长压力为200torr，Mg掺杂浓度为5E+19atoms/cm3。
（8）在P型AlGaN层上沉积P型接触层。
具体地，P型掺杂的AlGaN层生长温度为1050℃，厚度为10 nm，生长压力为200torr，Mg掺杂浓度为5E+20atoms/cm3。
实施例二
本实施例二同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，AlGaN过渡层的厚度为1nm、Al纳米点层的厚度为0.3nm、Mg掺杂AlN层的厚度为2nm、MgN包覆层的厚度为2.5nm、AlGaN量子阱子层的厚度为4nm。
实施例三
本实施例三同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，AlGaN过渡层的厚度为2nm、Al纳米点层的厚度为0.8nm、Mg掺杂AlN层的厚度为1nm、MgN包覆层的厚度为1.5nm、AlGaN量子阱子层的厚度为4.5nm。
实施例四
本实施例四同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，AlGaN过渡层Al组分的渐变为0.5逐渐上升0.8。
实施例五
本实施例五同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，AlGaN过渡层Al组分的渐变为0.6逐渐上升0.85。
实施例六
本实施例六同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，Mg掺杂AlN层Mg掺杂浓度为3E+17 atoms/cm3。
实施例七
本实施例七同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，Mg掺杂AlN层Mg掺杂浓度为8E+17atoms/cm3。
实施例八
本实施例八同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为6。
实施例九
本实施例九同样提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为12。
对比例一
本对比例一提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，无AlGaN过渡层。
对比例二
本对比例二提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，无Al纳米点层。
对比例三
本对比例三提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，无Mg掺杂AlN层。
对比例四
本对比例四提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，与实施例一的区别在于，无AlGaN量子阱子层。
将实施例一至实施例九，对比例一至对比例四的深紫外LED外延片制备得到的LED芯片，使用相同芯片工艺条件制备成15mil*15mil芯片，分别抽取300颗LED芯片，在120mA/60mA电流下测试，具体结果如下：
由表中可以看出，采用本发明实施例中的方法所得的深紫外LED外延片制备得到的LED芯片，在相同的测试条件下，本发明实施例中的方法制备得到的LED芯片相比于对比例制备得到LED芯片而言，光效得到明显提升，其中，本发明实施例一中的方法制备得到的LED芯片的光效提升最大，为5%。
本发明实施例还提供一种LED芯片，包括上述的深紫外LED外延片。
综上，本发明实施例当中的深紫外LED外延片及其制备方法、LED芯片，通过引入一新的量子阱层，以提升紫外发光二极管的发光效率，具体的，量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种深紫外LED外延片，其特征在于，包括衬底及在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层，所述有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入所述AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在所述Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在所述MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在所述AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
2.根据权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述Al纳米点层的厚度为0.1nm~1nm。
3.根据权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，所述Mg掺杂AlN层的厚度为0.5nm~5nm。
4.根据权利要求1所述的深紫外LED外延片，其特征在于，有源层的量子阱层和量子垒层交替层叠周期数为1个~20个。
5.一种深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-4任一项所述的深紫外LED外延片，所述制备方法包括：
生长一衬底；
在所述衬底上沿外延生长方向依次沉积缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、有源层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；
生长有源层，所述有源层包括周期性交替生长的量子阱层和量子垒层，所述量子阱层包括AlGaN过渡层、嵌入所述AlGaN过渡层中的Mg掺杂AlN层、在所述Mg掺杂AlN层上沉积的MgN包覆层及在所述MgN包覆层上沉积的AlGaN量子阱子层；
其中，将Mg掺杂AlN层嵌入AlGaN过渡层的过程为，首先在所述AlGaN过渡层的表面形成凹坑，并在凹坑上形成Al纳米点层，后将凹坑上的Al纳米点层氮化形成AlN层，并使AlN层逐渐变大并填充满凹坑，最后对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂。
6.根据权利要求5所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，生长AlGaN过渡层的过程中，控制Al组分逐渐上升，沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛为 N2/NH3，其中，控制Al组分为0.5~0.99。
7.根据权利要求5所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，在凹坑上形成Al纳米点层的过程中，控制Al纳米点层的沉积温度为1000℃~1200℃，压力为50torr~300torr，气氛为 N2。
8.根据权利要求5所述的深紫外LED外延片的制备方法，其特征在于，对填充满凹坑的AlN层进行Mg掺杂的过程中，Mg掺杂浓度为1E+17atoms/cm3~1E+18atoms/cm3。
9.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的深紫外LED外延片。
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