一种发光二极管及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种发光二极管及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(light-emitting diode，简称led)，通过电子与空穴复合释放能量发光，是一种发光器件，其可将电能高效地转化为光能。随着科技的发展，发光二极管现今被广泛地应用于显示器、照明以及医疗器件等技术领域。
3.但是，现有技术中的发光二极管，发光层中的量子阱和量子垒这两层存在晶格差异，往往会造成能带弯曲，电子容易溢流到p型区；另一方面，量子阱中空穴浓度低，空穴迁移率低，这会导致量子阱中电子空穴辐射复合效率低下的技术问题。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种发光二极管，通过在多量子阱发光层的最后一个垒层(即第二子层的垒层)中设置gan/algan/p型层超晶格结构，能够形成二维电子气，改善电流扩展，阻挡电子溢流以及增加空穴注入，进而提升了led的发光亮度。解决了现有技术中存在的由于空穴注入效率低下导致的在量子阱中电子空穴辐射复合效率低的技术问题。
6.本发明的第二目的在于提供一种发光二极管的制备方法，通过对最后一个垒层进行具有特定组成的超晶格生长，起到了改善电流扩展、增加量子阱中电子空穴波函数的重叠，进而提升led发光亮度的作用。
7.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
8.本发明提供了一种发光二极管，包括衬底，以及在所述衬底表面依次层叠设置的n型半导体层、多量子阱发光层和p型半导体层，所述多量子阱发光层包括在所述n型半导体层的表面依次层叠设置的第一子层和第二子层；
9.所述第一子层包括在所述n型半导体层的表面呈周期性交替层叠设置的第一量子阱层和量子垒层；
10.所述第二子层包括在所述第一子层表面依次层叠设置的第二量子阱层和一超晶格结构垒层；
11.所述超晶格结构垒层包括呈周期性依次交替层叠设置的gan层、algan层和p型层；
12.所述p型层包括掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层。
13.优选地，所述超晶格结构垒层的交替周期为至少2个，更优选为3～10个周期；
14.和/或，所述第一子层的交替周期为至少2个。
15.优选地，超晶格结构垒层的总厚度为9～25nm；
16.和/或，所述超晶格结构垒层中的gan层的厚度为1.45～2.3nm；
17.和/或，所述超晶格结构垒层中的algan层的厚度为0.3～0.55nm；
18.和/或，所述超晶格结构垒层中的p型层的厚度为0.3～0.55nm。
19.优选地，假设超晶格结构垒层的交替周期为n+1个周期，n≥1，在第1个至第n个周期，所述p型层选自掺杂p型掺杂剂的algan层；
20.在第n+1个周期，所述p型层选自掺杂p型掺杂剂的algan层或掺杂p型掺杂剂的gan层。
21.优选地，在所述algan层和/或所述掺杂p型掺杂剂的algan层中，铝的掺杂浓度为1
×
105～6
×
105atom/cm3。
22.优选地，所述p型掺杂剂包括mg；
23.优选地，所述mg的掺杂浓度为2
×
10
18
～8
×
10
18
atom/cm3。
24.优选地，所述第一子层中的第一量子阱层和/或所述第二子层中的第二量子阱层包括ingan层；
25.和/或，所述第一子层中的量子垒层包括gan层。
26.本发明还提供了如上所述的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
27.在衬底的表面依次生长n型半导体层、多量子阱发光层和p型半导体层，得到所述发光二极管；
28.其中，所述多量子阱发光层的制备方法具体包括：在所述n型半导体层的表面周期性交替生长第一量子阱层和量子垒层，得到第一子层；然后在所述第一子层的表面依次生长第二量子阱层和超晶格结构垒层，得到第二子层；
29.所述超晶格结构垒层包括呈周期性依次交替层叠生长的gan层、algan层和p型层；所述p型层包括掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层。
30.优选地，在生长所述超晶格结构垒层的过程中，铝和/或镁的掺杂浓度呈线性或非线性增加。
31.优选地，所述超晶格结构垒层的生长温度为750～900℃；
32.和/或，所述超晶格结构垒层的生长压力为150～350torr。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
34.(1)本发明所提供的发光二极管，通过在多量子阱发光层的最后一个垒层中设置gan/algan/p型层超晶格结构，能够形成二维电子气，有效促进载流子的横向扩展，阻挡电子溢流以及增加空穴注入，增加量子阱中电子和空穴波函数的重叠，进而提升了led的发光亮度。
35.(2)本发明所提供的发光二极管，通过设置p型层进行mg掺杂，能够有效增加空穴注入，使进到mqw里的空穴浓度增加，从而促使更多的电子空穴对有效辐射复合效率增强。
36.(3)本发明所提供的发光二极管的制备方法，在生长所述超晶格结构垒层的过程中，通过使铝和镁的掺杂浓度逐渐增加，可以有效的将量子阱中的电子限制在mqw中，并增加空穴的注入，提升电子空穴在有源层的辐射复合效率，从而提升了led的亮度。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明提供的发光二极管的结构示意图；
39.图2为本发明提供的发光二极管的多量子阱发光层的结构示意图；
40.图3为本发明提供的发光二极管的超晶格结构垒层的结构示意图；
41.图4为本发明提供的发光二极管的另一结构示意图；
42.图5为本发明提供的实施例1的发光二极管的多量子阱发光层的结构示意图；
43.图6为本发明提供的实施例1的发光二极管的超晶格结构垒层的结构示意图。
44.附图标记：
45.1-衬底；
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2-n型半导体层；
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21-缓冲层；
46.22-未掺杂的u型gan层；
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23-掺杂si的gan层；
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3-多量子阱发光层；
47.31-第一子层；
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311-第一量子阱层；
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312-量子垒层；
48.32-第二子层；
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321-第二量子阱层；
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322-超晶格结构垒层；
49.3221-gan层；
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3222-algan层；
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3223-p型层；
50.4-p型半导体层；
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41-低温半导体层；
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42-电子阻挡层；
51.43-高温p型氮化镓层；
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44-p型接触层。
具体实施方式
52.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
53.本发明提供了一种发光二极管，如图1所示，所述发光二极管包括衬底1，以及在所述衬底1表面依次层叠设置的n型半导体层2、多量子阱发光层3和p型半导体层4，所述多量子阱发光层3包括在所述n型半导体层的表面依次层叠设置的第一子层31和第二子层32。
54.如图2所示，所述第一子层31包括在所述n型半导体层2的表面呈周期性交替层叠设置的第一量子阱层311和量子垒层312。
55.所述第二子层32包括在所述第一子层表面依次层叠设置的第二量子阱层321和一超晶格结构垒层322。
56.如图3所示，所述超晶格结构垒层322包括在所述第二量子阱层321表面呈周期性依次交替层叠设置的gan层3221、algan层3222和p型层3223。
57.所述p型层3223包括掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层。
58.本发明通过在多量子阱发光层3的最后一个垒层(即第二子层32中设置在所述第二量子阱层321表面的垒层)中设置gan/algan/p型层超晶格结构(其中p型层3223包括掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层)，能够形成二维电子气，有效促进载流子的横向扩展，阻挡电子溢流以及增加空穴注入，增加量子阱中电子和空穴波函数的重叠，进而提升了led的发光亮度。
59.同时，本发明对最后一个垒进行mg掺杂，即采用掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层作为超晶格结构垒层322中的p型层3223。是因为现有技术中空穴的迁
移率较低，进入到多量子阱层(mqw)里的空穴有限。而本发明进行mg掺杂，能够有效地增加空穴注入，进而进到mqw里的空穴浓度增加，从而促使更多的电子空穴对有效辐射复合效率增强，从而使得led的发光亮度得到提升。
60.由此可见，本技术解决了现有技术中存在的由于空穴注入效率低下导致的在量子阱中电子空穴辐射复合效率低的技术问题。
61.优选地，所述超晶格结构垒层322的交替周期为至少2个，包括但不限于3个周期、4个周期、5个周期、6个周期、7个周期、8个周期、9个周期、10个周期、11个周期、12个周期、15个周期中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值，更优选为3～10个周期。
62.采用上述循环交替周期的个数，一方面能够有效促进载流子的横向扩展；另一方面层结构数量适宜，工艺简单，且生产成本低。
63.和/或，所述第一子层31的交替周期为至少2个，包括但不限于3个周期、4个周期、5个周期、6个周期、7个周期、8个周期、9个周期、10个周期、11个周期、12个周期、15个周期、20个周期中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
64.所述第一子层31的循环交替周期可采用任意地、常规的周期数，也可根据实际需求而设定。
65.优选地，超晶格结构垒层322的总厚度为9～25nm；包括但不限于10nm、13nm、15nm、18nm、20nm、22nm、24nm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
66.和/或，所述超晶格结构垒层322中的gan层3221的厚度(单层厚度)为1.45～2.3nm；包括但不限于1.6nm、1.75nm、1.9nm、2.05nm、2.2nm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
67.和/或，所述超晶格结构垒层322中的algan3222层的厚度(单层厚度)为0.3～0.55nm；包括但不限于0.33nm、0.36nm、0.39nm、0.42nm、0.45nm、0.48nm、0.51nm、0.53nm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
68.和/或，所述超晶格结构垒层322中的p型层3223的厚度(单层厚度)为0.3～0.55nm，包括但不限于0.33nm、0.36nm、0.39nm、0.42nm、0.45nm、0.48nm、0.51nm、0.53nm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
69.优选地，假设超晶格结构垒层322的交替周期为n+1个周期，n≥1，在第1个至第n个周期，所述p型层3223选自掺杂p型掺杂剂的algan层；
70.在第n+1个周期，所述p型层3223选自掺杂p型掺杂剂的algan层或掺杂p型掺杂剂的gan层。
71.也就是说，在所述超晶格结构垒层322呈多次周期循环时，在最后一个周期时，p型层3223可以为掺杂p型掺杂剂的algan层，也可以为掺杂p型掺杂剂的gan层。但是，在除了最后一个周期外的其他循环周期，p型层3223可以选择掺杂p型掺杂剂的algan层(而不能为掺杂p型掺杂剂的gan层)。换言之，只有最后一个周期中的p型层3223可以不掺杂铝。
72.优选地，在所述algan层3222和/或所述掺杂p型掺杂剂的algan层(即p型层3223)中，铝的掺杂浓度为1
×
105～6
×
105atom/cm3，包括但不限于2
×
105atom/cm3、3
×
105atom/cm3、4
×
105atom/cm3、5
×
105atom/cm3中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
73.更优选地，所述铝在掺杂过程中，铝的浓度呈线性或非线性逐渐增加。随着al含量的渐变上升，可以有效的将量子阱中的电子限制在mqw中。
74.优选地，所述p型掺杂剂包括mg；
75.优选地，所述mg的掺杂浓度为2
×
10
18
～8
×
10
18
atom/cm3，包括但不限于3
×
10
18
atom/cm3、4
×
10
18
atom/cm3、5
×
10
18
atom/cm3、6
×
10
18
atom/cm3、7
×
10
18
atom/cm3中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
76.更优选地，所述mg在掺杂过程中，mg的浓度呈线性或非线性逐渐增加。
77.mg含量渐变增加，是因为太靠近量子阱，这时突然进行mg的大量掺杂，mg有可能扩散到量子阱，进而影响量子阱的结晶质量；而本技术使用gan/algan/p型层3223超晶格方式生长，可以形成良好的二维电子气，有效促进载流子空穴的横向扩展。同时，对最后一个垒层进行mg掺杂，可以增加空穴的注入，提升电子空穴在有源层的辐射复合效率，最终起到提升亮度的作用。
78.优选地，所述第一子层31中的第一量子阱层311和/或所述第二子层32中的第二量子阱层321包括ingan层；
79.和/或，所述第一子层31中的量子垒层312包括gan层。
80.本发明还提供了如上所述的发光二极管的制备方法，包括如下步骤：
81.在衬底1的表面依次生长n型半导体层2、多量子阱发光层3和p型半导体层4，得到所述发光二极管；
82.其中，所述多量子阱发光层3的制备方法具体包括：在所述n型半导体层2的表面周期性交替生长第一量子阱层311和量子垒层312，得到第一子层31；然后在所述第一子层31的表面依次生长第二量子阱层321和超晶格结构垒层322，得到第二子层32；
83.所述超晶格结构垒层322包括呈周期性依次交替层叠生长的gan层3221、algan层3222和p型层3223；所述p型层3223包括掺杂p型掺杂剂的algan层和/或掺杂p型掺杂剂的gan层。
84.优选地，在生长所述超晶格结构垒层322的过程中，铝和/或镁的掺杂浓度呈线性或非线性增加。
85.在现有技术中，多量子阱发光层3中的al组分的掺杂往往采用掺杂浓度恒定的方式，但是这样会受到量子限制斯塔克效应，能带弯曲加重，从而导致在量子阱中的电子空穴有效辐射复合效率降低。
86.因此，本发明调整了铝的掺杂方式，通过在生长超晶格结构垒层322的过程中，使铝的掺杂浓度逐渐增加，即呈线性或非线性增加，可以有效减轻量子阱的量子限制斯塔克效应带来的严重能带弯曲，可有效的将量子阱中的电子限制在量子阱中，从而减少进一步电子溢流。
87.同时，本发明对最后一个垒进行mg掺杂，并在生长超晶格结构垒层322的过程中使mg的掺杂浓度逐渐增加，能够进一步增加空穴注入，从而促使更多的电子空穴对有效辐射复合效率增强，使得led的发光亮度得到进一步提升。
88.在本发明一些具体的实施例中，铝的掺杂浓度由1
×
105增加至6
×
105atom/cm3，可以呈线性均匀增加，也可以呈非线性、不均匀的增加。
89.在本发明一些具体的实施例中，mg的掺杂浓度由2
×
10
18
增加至8
×
10
18
atom/cm3，可以呈线性均匀增加，也可以呈非线性、不均匀的增加。
90.铝和镁采用上述掺杂浓度，既能够有效促进载流子的横向扩展，又不会影响多量
子阱发光层3的晶体质量。
91.优选地，所述超晶格结构垒层322的生长温度为750～900℃；包括但不限于770℃、790℃、800℃、820℃、840℃、850℃、870℃、890℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。更优选为830℃。
92.和/或，所述超晶格结构垒层322的生长压力为150～350torr，包括但不限于170torr、190torr、200torr、230torr、250torr、280torr、300torr、330torr中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。更优选为250torr。
93.其中，托是压强单位，符号torr，1torr即1mmhg，1托＝133.3223684帕。
94.在本发明一些具体的实施例中，所述超晶格结构垒层322的生长气氛为氮气和氢气的混合气体。
95.在本发明一些具体的实施例中，所述衬底1的材料包括蓝宝石、碳化硅和硅衬底中的至少一种。
96.优选地，在生长所述发光二极管的各层结构时在反应室内进行。反应室可以为金属有机化合物化学气相沉淀(metal-organic chemical vapor deposition，简称mocvd)设备的反应腔，包括veeco k465i mocvd和veeco c4 mocvd中的一种。
97.优选地，在生长所述发光二极管的各层结构时所用的载气包括氢气和/或氮气。
98.优选地，在制备所述发光二极管时所用的ga源包括三甲基镓(tmga)和/或三乙基镓(tega)。在制备所述发光二极管时所用的n源包括高纯氨气。在制备所述发光二极管时所用的in源包括三甲基铟(tmin)；al源包括三甲基铝(tmal)。
99.优选地，在制备所述发光二极管时，采用硅烷(sih4)作为si源进行n型掺杂，采用二茂镁(cp2mg)作为mg源进行p型掺杂。
100.在本发明一些具体的实施例中，所述衬底1经过退火处理。优选地，所述退火处理的步骤具体包括：在温度为1000～1100℃(优选为1050℃)，压力为200～500torr(优选为350torr)下，在氢气气氛中对衬底1进行3～5分钟(优选为4分钟)的退火处理。
101.通过所述退火处理可以清洁衬底1的表面，避免杂质掺入外延片中，有利于提高外延片的生长质量。
102.在本发明一些具体的实施例中，如图4所示，所述n型半导体层2包括依次在所述衬底1表面层叠设置(生长)的缓冲层21、未掺杂的u型gan层22和掺杂si的gan层23。
103.优选地，所述缓冲层21包括未掺杂的gan层和/或aln层。
104.优选地，所述缓冲层21的厚度为15～30nm，还可以选择17nm、19nm、20nm、22nm、25nm、27nm或29nm。
105.优选地，所述缓冲层21的生长温度为780～830℃，还可以选择790℃、800℃、810℃或820℃。
106.优选地，所述缓冲层21的生长压力为200～500torr，还可以选择250torr、300torr、350torr、400torr或450torr。
107.在本发明一些具体的实施例中，所述未掺杂的u型gan层22的厚度为1.5～3.5μm，还可以选择2μm、2.5μm或3μm。
108.优选地，所述未掺杂的u型gan层22的生长温度为1000～1150℃，还可以选择1030℃、1050℃、1080℃、1100℃或1120℃。
109.优选地，所述未掺杂的u型gan层22的生长压力为150～300torr，还可以选择180torr、200torr、250torr、270torr或290torr。
110.通过在缓冲层21表面设置(生长)未掺杂氮化镓层(即未掺杂的u型gan层22)，可以缓解衬底1材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，为外延片主体结构提供晶体质量较好的生长表面。
111.在具体实现时，缓冲层21为首先在图形化衬底1上生长的一层较薄的氮化镓或者氮化铝，再在缓冲层21进行氮化镓的纵向生长，会形成多个相互独立的三维岛状结构，称为三维成核层；然后在所有三维岛状结构上和各个三维岛状结构之间进行氮化镓的横向生长，形成二维平面结构，称为二维生长层；最后在二维生长层上高温生长一层较厚的氮化镓，称为本征氮化镓层。本发明中，将三维成核层、二维生长层和本征氮化镓层统称为未掺杂的u型gan层22。
112.在本发明一些具体的实施例中，所述掺杂si的gan层23的厚度为2～3.5μm，还可以选择2.5μm或3μm。
113.优选地，所述si的掺杂浓度为5
×
10
18
～5
×
10
19
atom/cm3，还可以选择6
×
10
18
atom/cm3、7
×
10
18
atom/cm3、8
×
10
18
atom/cm3、9
×
10
18
atom/cm3、1
×
10
19
atom/cm3、2
×
10
19
atom/cm3、3
×
10
19
atom/cm3或4
×
10
19
atom/cm3。
114.优选地，所述掺杂si的gan层23的生长温度为1000～1110℃，还可以选择1030℃、1050℃或1080℃；生长压力为100～300torr，还可以选择120torr、150torr、180torr、200torr、250torr、270torr或290torr。
115.在本发明一些具体的实施例中，所述n型半导体层2还包括在所述掺杂si的gan层23表面层叠设置的应力释放层。
116.优选地，所述应力释放层的生长温度为800～1100℃(还可以选择850℃、900℃、950℃、1000℃或1050℃)，生长压力为100～500torr(还可以选择150torr、200torr、250torr、300torr、350torr、400torr或450torr)。
117.在本发明一些具体的实施例中，所述第一子层31中的第一量子阱层311的厚度为1.5～5nm，还可以选择2nm、2.5nm、3.0nm、3.5nm、4.0nm或4.5nm。
118.优选地，所述第一子层31中的量子垒层312的厚度为8～12nm，还可以选择8.5nm、9nm、9.5nm、10nm、10.5nm、11nm或11.5nm。
119.优选地，所述第二量子阱层321的厚度为2～6nm，还可以选择2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm或5.5nm。
120.在本发明一些具体的实施例中，参见图4，所述p型半导体层4包括低温半导体层41(低温p型半导体层)、电子阻挡层42、高温p型氮化镓层43和p型接触层44。
121.在本发明一些具体的实施例中，所述低温半导体层41包括掺杂mg的alingan层。优选地，所述低温半导体层41的厚度为20～70nm，还可以选择30nm、40nm、50nm或60nm。
122.优选地，所述低温半导体层41的生长温度为700～850℃(还可以选择720℃、750℃、780℃、800℃或830℃)，生长压力为100～300torr(还可以选择120torr、150torr、180torr、200torr、230torr、250torr或280torr)。
123.在本发明一些具体的实施例中，所述电子阻挡层42包括掺杂al的ingan层。优选地，所述电子阻挡层42的厚度为4～15nm，还可以选择5nm、7nm、8nm、9nm、10nm、12nm、13nm或
14nm。
124.优选地，所述电子阻挡层42的生长温度为850～1100℃(还可以选择900℃、950℃、1000℃或1050℃)，生长压力为100～300torr(还可以选择120torr、150torr、180torr、200torr、230torr、250torr或280torr)。
125.采用上述参数范围所得到的所述电子阻挡层42，阻挡电子的效果较好。
126.在本发明一些具体的实施例中，所述高温p型氮化镓层43包括掺杂mg的gan层。优选地，所述高温p型氮化镓层43的厚度为7～20nm，还可以选择8nm、10nm、12nm、14nm、15nm、17nm或19nm。
127.优选地，所述高温p型氮化镓层43的生长温度为950～1100℃(还可以选择970℃、1000℃、1030℃或1070℃)，生长压力为100～300torr(还可以选择120torr、150torr、180torr、200torr、230torr、250torr或280torr)。
128.在本发明一些具体的实施例中，所述p型接触层44包括掺杂mg的gan层。优选地，所述mg的掺杂浓度为1
×
10
20
～5
×
10
20
atom/cm3，还可以选择2
×
10
20
atom/cm3、3
×
10
20
atom/cm3或4
×
10
20
atom/cm3。
129.优选地，所述p型接触层44的厚度为0.5～3nm，还可以选择0.7nm、1nm、1.5nm、2nm或2.5nm。
130.优选地，所述p型接触层44的生长温度为900～1050℃(还可以选择930℃、950℃、970℃、1000℃或1030℃)，生长压力为100～300torr(还可以选择120torr、150torr、180torr、200torr、230torr、250torr或280torr)。
131.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
132.实施例1
133.本实施例提供的发光二极管包括：衬底1(蓝宝石衬底1)，以及在所述衬底1表面依次层叠设置的n型半导体层2、多量子阱发光层3和p型半导体层4。其结构可参见图4。
134.其中，如图5所示，所述多量子阱发光层3包括在所述n型半导体层2的表面依次层叠设置的第一子层31和第二子层32；所述第一子层31包括在所述n型半导体层2的表面呈5个周期交替层叠设置的第一量子阱层311(ingan)和量子垒层312(gan)；所述第二子层32包括在所述第一子层31表面依次层叠设置的第二量子阱层321(ingan)和超晶格结构垒层322。
135.如图6所示，所述超晶格结构垒层322包括呈5个周期依次交替层叠设置的gan层3221(厚度为1.8nm)、algan层3222(厚度为0.42nm)和p型层3223(厚度为0.42nm)；其中，5个周期中的p型层3223均为掺杂p型掺杂剂的algan层(掺杂mg的algan层)。
136.参见图4，所述n型半导体层2包括缓冲层21(未掺杂的gan层，厚度为25nm)、未掺杂的u型gan层22(厚度为2.5μm)和掺杂si的gan层23(厚度为2μm)。
137.参见图4，所述p型半导体层4包括低温半导体层41(掺杂mg的alingan层，厚度为40nm)、电子阻挡层42(掺杂al的ingan层，厚度为8nm)、高温p型氮化镓层43(掺杂mg的gan层，厚度为15nm)和p型接触层44(掺杂mg的gan层，厚度为2.5nm)。
138.本实施例提供的发光二极管的制备方法，以氢气和氮气的混合气体作为载气，ga源采用三甲基镓(tmga)，n源采用高纯氨气，in源采用三甲基铟(tmin)，al源采用三甲基铝(tmal)，si源采用硅烷，mg源采用二茂镁。制备方法具体包括如下步骤：
139.(1)将衬底1(蓝宝石平片衬底1)放入反应室(veeco k465i mocvd)内，控制温度为1050℃，压力为350torr，在氢气气氛中对衬底1进行4分钟的退火处理。
140.(2)控制温度为810℃，压力为450torr，在衬底1上生长缓冲层21。
141.(3)控制温度为1100℃，压力为250torr，在缓冲层21上生长u型gan层。
142.(4)温度控制在1050℃，压力为250torr，在u型gan层上生长掺杂si的gan层23，si的掺杂浓度为2
×
10
19
atom/cm3。
143.(5)生长多量子阱发光层3：先在掺杂si的gan层23的表面交替层叠生长第一量子阱层311(ingan)和量子垒层312(gan)，得到第一子层31；然后在第一子层31的表面生长第二量子阱层321(ingan)后，再交替层叠生长gan/algan/掺杂mg的algan超晶格结构垒层322，得到第二子层32。
144.其中，在生长第一量子阱层311和第二量子阱层321过程中的生长温度均为790℃，生长压力均为250torr。
145.在生长gan/algan/掺杂mg的algan超晶格结构垒层322时，铝的掺杂浓度由1
×
105atom/cm3均匀增加至6
×
105atom/cm3，mg的掺杂浓度由2
×
10
18
atom/cm3均匀增加至8
×
10
18
atom/cm3。且该超晶格结构垒层322的生长温度为830℃；生长压力为250torr。
146.(6)温度控制在800℃，压力为250torr，在有源层上生长低温半导体层41。其中，mg的掺杂浓度为5
×
10
19
atom/cm3。
147.(7)温度控制在950℃，压力为200torr，在低温半导体层41上生长电子阻挡层42。其中，al的掺杂浓度为3
×
10
15
atom/cm3。
148.(8)温度控制在1000℃，压力为200torr，在电子阻挡层42上生长高温p型氮化镓层43。其中，mg的掺杂浓度为5
×
10
19
atom/cm3。
149.(9)温度控制在950℃，压力为200torr，在高温p型氮化镓层43上生长p型接触层44。其中，mg的掺杂浓度为3
×
10
20
atom/cm3。
150.(10)将反应腔的温度降至700℃，在纯氮气氛围中退火处理8分钟，然后降至室温，即得到发光二极管。
151.实施例2
152.本实施例提供的发光二极管的结构与实施例1基本相同，区别在于：
153.第一，所述超晶格结构垒层322包括呈3个周期依次交替层叠设置的gan层3221、algan层3222和p型层3223；其中，第1个周期和第2个周期中的p型层3223为掺杂p型掺杂剂的algan层(掺杂mg的algan层)，第3个周期(即最后一个周期，最后一个垒层)中的p型层3223为掺杂p型掺杂剂的gan层(掺杂mg的gan层)。
154.第二，所述第一子层31的循环交替周期为8个。
155.第三，所述超晶格结构垒层322中gan层3221的厚度为2.1nm，algan层3222厚度为0.5nm，p型层3223厚度为0.5nm。
156.本实施例提供的发光二极管的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤(5)中，将超晶格结构垒层322生长温度替换为750℃，生长压力为150torr。
157.实施例3
158.本实施例提供的发光二极管的结构与实施例1基本相同，区别在于：
159.第一，所述超晶格结构垒层322包括呈10个周期依次交替层叠设置的gan层3221、algan层3222和p型层3223；其中，第1个周期至第9个周期中的p型层3223为掺杂p型掺杂剂的algan层(掺杂mg的algan层)，第10个周期(即最后一个周期，最后一个垒层)中的p型层3223为掺杂p型掺杂剂的gan层(掺杂mg的gan层)。
160.第二，所述第一子层31的循环交替周期为3个。
161.第三，所述超晶格结构垒层322中gan层3221的厚度为1.45nm，algan层3222厚度为0.32nm，p型层3223厚度为0.35nm。
162.本实施例提供的发光二极管的制备方法与实施例1基本相同，区别仅在于：步骤(5)中，将超晶格结构垒层322生长温度替换为900℃，生长压力为350torr。
163.尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。