深紫外发光二极管外延片及其制备方法、LED与流程

本发明涉及光电，尤其涉及一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、led。

背景技术：

1、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。但是由于algan材料本身的禁带宽度较大，带隙间的施主/受主能级加深，掺杂剂的电离能也随之增大，导致掺杂元素激活率和载流子浓度相对很低。且p型半导体层中掺杂的mg受主的激活能较高，这导致p型半导体层中mg的激活率非常低，mg的激活率非常低则会直接影响p型半导体层中空穴量，并且高浓度mg掺杂的p型半导体层晶格质量相对较差，缺陷会成为捕获载流子的中心，消耗部分空穴，并且空穴本身迁移速率也不高，这导致得到的紫外发光二极管的发光效率较低。

技术实现思路

1、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，其能够增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少p型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在led内部的全反射，最终增加了深紫外led的发光效率。

2、本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，其工艺简单，采用特定的工艺能够稳定制得发光效率良好的深紫外发光二极管外延片。

3、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深紫外发光二极管外延片，包括衬底及依次层叠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型半导体层和欧姆接触层；

4、所述p型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的p型inaalbga1-a-bn纳米柱层、mgcn/indga1-dn超晶格层和p型alega1-en盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

5、在一种实施方式中，所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层中包括若干个纳米柱，所述纳米柱的高度为5nm-100nm，直径为10nm-50nm；

6、所述纳米柱的密度为106个/cm2-109个/cm2。

7、在一种实施方式中，所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层的p型掺杂浓度为1×1016atoms/cm3-5×1017atoms/cm3。

8、在一种实施方式中，所述mgcn/indga1-dn超晶格层包括周期性交替层叠的mgcn层和indga1-dn层，层叠周期数为2-6；

9、所述mgcn层的厚度为1nm-3nm；

10、所述indga1-dn层的厚度为3nm-5nm。

11、在一种实施方式中，所述p型alega1-en盖层的mg掺杂浓度为1×1019atoms/cm3-5×1020atoms/cm3。

12、为解决上述问题，本发明还提供了一种深紫外发光二极管外延片的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、准备衬底；

14、s2、在所述衬底上依次沉积缓冲层、非掺杂algan层、n型algan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型半导体层和欧姆接触层；

15、在所述电子阻挡层上沉积p型半导体层，包括以下步骤：

16、在所述电子阻挡层上依次沉积p型inaalbga1-a-bn纳米柱层、mgcn/indga1-dn超晶格层和p型alega1-en盖层，其中，a的取值范围为0.1-0.3，b的取值范围为0.2-0.5，c的取值范围为0.1-0.4，d的取值范围为0.05-0.2，e的取值范围为0.3-0.6。

17、在一种实施方式中，在所述电子阻挡层上沉积所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层，包括以下步骤：

18、控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入n2和h2混合气作为载气，通入ga源、al源、in源、mg源和n源，生长p型inaalbga1-a-bn层；

19、在所述p型inaalbga1-a-bn层上刻蚀出纳米柱阵列，得到所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层。

20、在一种实施方式中，在所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层上沉积所述mgcn/indga1-dn超晶格层，包括以下步骤：

21、控制反应室的温度为950℃-1050℃，压力为100torr-500torr，通入n2和h2混合气作为载气，通入mg源和n源，生长mgcn层；

22、停止通入mg源，通入ga源、in源和n源，生长indga1-dn层；

23、重复周期性层叠所述mgcn层和indga1-dn层，得到所述mgcn/indga1-dn超晶格层。

24、在一种实施方式中，在所述mgcn/indga1-dn超晶格层上沉积所述p型alega1-en盖层，包括以下步骤：

25、控制反应室的温度为1100℃-1200℃，压力为100torr-500torr，通入n2和h2混合气作为载气，通入mg源、ga源、n源和al源，生长部分所述p型alega1-en盖层；

26、关闭所述mg源、ga源、n源和al源，停止通入n2和h2混合气作为载气，通入nh3和n2对已沉积的部分所述p型alega1-en盖层进行退火处理10s-60s；

27、再停止通入nh3和n2，继续通入n2和h2混合气作为载气，通入mg源、ga源、n源和al源，生长部分所述p型alega1-en盖层；

28、重复上述步骤直至完成所述p型alega1-en盖层的沉积。

29、相应地，本发明还提供了一种led，所述led包括所述的深紫外发光二极管外延片。

30、实施本发明，具有如下有益效果：

31、本发明提供的深紫外发光二极管外延片，其p型半导体层包括依次层叠于所述电子阻挡层上的p型inaalbga1-a-bn纳米柱层、mgcn/indga1-dn超晶格层和p型alega1-en盖层。

32、空穴通过所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层后进入多量子阱区，接触面积增加，可以增加空穴的注入量和空穴扩展；对比二维结构，纳米柱结构可以增加光的漫反射，破坏光线在led内部的全反射，增加发光效率；并且inalgan材料的能阶相对较低，使得空穴更容易通过，增加了载流子进入多量子阱层的浓度。

33、所述mgcn/indga1-dn超晶格层包覆在所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层上，由于mgn和ingan异质结的界面自发极化和压电极化不连续性形成剩余极化电荷从而在界面形成高浓度的二维电子气，可以大幅增加空穴的迁移率。所述p型inaalbga1-a-bn纳米柱层包括若干个纳米柱，二者的接触面积比起二维平面更大，大大增加了空穴的注入，并且mgn本身可以提供空穴，ingan中的in原子扩散后，可以作为催化剂降低mg原子的激活能，增加所述mgcn/indga1-dn超晶格层和所述p型alega1-en盖层提供的空穴浓度。

34、所述p型alega1-en盖层通过特定的制备工艺处理后，能够增加空穴浓度、增加空穴的扩展。

35、综上，使用本发明提出的具有特定结构和组成的所述p型半导体层，能够增加深紫外发光二极管的mg的激活，增加空穴浓度，增加空穴的迁移率，增加空穴的扩展，减少p型半导体层缺陷，减少缺陷对空穴的捕捉，增加光的漫反射，破坏光线在led内部的全反射，最终增加了深紫外的发光效率。