深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种深紫外LED外延片及其制备方法、深紫外LED。

背景技术

深紫外LED是指发光波长短于300nm的发光二极管。现有的深紫外LED一般是AlGaN基半导体材料，为了实现深紫外效果，往往需要提升AlGaN基材料中Al的含量。但提高AlGaN基材料中Al组分的含量后，往往会导致外延层材料与衬底之间的应力过大，导致外延层开裂，平整度降低，这极大地制约了AlGaN基深紫外LED的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种深紫外LED外延片及其制备方法，其可提升深紫外LED的成品率和发光效率。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种深紫外LED，其发光效率高。

为了解决上述问题，本发明公开了一种深紫外LED外延片，其包括衬底，依次层叠于衬底上的缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS

其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。

作为上述技术方案的改进，所述WS

所述第一AlN层中Al组分的占比为0.5-0.7，所述第二AlN层中Al组分的占比为0.3-0.5。

作为上述技术方案的改进，所述第一AlN层、第二AlN层通过MOCVD法生长；

所述第一AlN层的生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000；

所述第二AlN层的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800。

作为上述技术方案的改进，所述WS

作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；

所述超晶格层为周期性结构，其周期数为2-10，每个周期均包括依次层叠的Al

作为上述技术方案的改进，所述Al

所述AlInGaN层中Al组分占比为0.6-0.9，In组分占比为0.05-0.3。

相应的，本发明还公开了一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED外延片，其包括：

提供衬底，在所述衬底上依次形成缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；所述缓冲层包括依次层叠于所述衬底上的WS

其中，x为0.2-0.4，所述第一AlN层的生长温度大于所述第二AlN层的生长温度，第一AlN层中Al组分的占比大于所述第二AlN层中Al组分的占比。

作为上述技术方案的改进，所述WS

所述Al

作为上述技术方案的改进，所述缓冲层还包括超晶格层，其设于所述第二AlN层上；所述超晶格层为周期性结构，每个周期均包括依次层叠的Al

所述Al

所述AlInGaN层的生长温度为950℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。

相应的，本发明还公开了一种深紫外LED，其包括上述的深紫外LED外延片。

实施本发明，具有如下有益效果：

1. 本发明的深紫外LED外延片中，缓冲层包括依次层叠于衬底上的WS

2. 本发明的WS

3. 本发明的深紫外LED外延片中，缓冲层还包括由Al

附图说明

图1是本发明一实施例中深紫外LED外延片的结构示意图；

图2是本发明一实施例中缓冲层的结构示意图；

图3是本发明另一实施例中缓冲层的结构示意图；

图4是本发明一实施例中深紫外LED外延片的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。

参考图1和图2，本发明公开了一种深紫外LED外延片，其包括衬底1，依次层叠于衬底1上的缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8。其中，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS

其中，WS

优选的，在本发明的一个实施例之中，WS

其中，Al

其中，第一AlN层23的生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000。采用这种条件生长的第一AlN层23的晶体质量较高，可以有效地缓解热失配、应力失配，有效解决高铝组分AlGaN基外延层的裂纹问题。第一AlN层23中Al组分占比为0.5-0.7，示例性的为0.54、0.58、0.62或0.66，但不限于此。第一AlN层23的厚度为10nm-50nm，示例性的为12nm、14nm、20nm、25nm、32nm、40nm或45nm，但不限于此。

其中，第二AlN层24的生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800，其Al组分占比为0.3-0.5。低温、低压、低V/Ⅲ使得第二AlN层24倾向于平面生长，有效填平第一AlN层23形成的台阶。其中，第二AlN层24的厚度为20nm-50nm，示例性的为22nm、25nm、28nm、31nm、38nm、40nm或45nm，但不限于此。

优选的，参考图3，在本发明的一个实施例之中，缓冲层2还包括超晶格层25，其层叠于第二AlN层24上；超晶格层25为周期性结构，其周期数为2-10，每个周期均包括依次层叠的Al

其中，Al

其中，衬底1为蓝宝石衬底、硅衬底、Ga

其中，非掺杂AlGaN层3的厚度为0.3-1.5μm，示例性的为0.5μm、0.8μm、1.1μm、1.2μm或1.3μm，但不限于此。

其中，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.4-0.65，示例性的为0.44、0.45、0.5、0.52、0.57或0.63，但不限于此。优选的，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.5-0.65，通过在缓冲层2的结构中引入超晶格层25后，可进一步将N型AlGaN层4中的Al组分提升，且不产生明显缺陷。其中，N型AlGaN层4中的N型掺杂元素为Si，但不限于此。N型AlGaN层4中Si的掺杂浓度为5×10

其中，多量子阱层5为多个Al

其中，电子阻挡层6为Al

其中，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.4-0.65，示例性的为0.44、0.45、0.5、0.52、0.57或0.63，但不限于此。优选的，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.5-0.65，通过在缓冲层2的结构中引入超晶格层25后，可进一步将P型AlGaN层7中的Al组分提升，且不产生明显缺陷。其中，P型AlGaN层7中的P型掺杂元素为Mg，但不限于此。P型AlGaN层7中Mg的掺杂浓度为1×10

其中，P型接触层8为高掺杂P-AlGaN层，其掺杂元素为Mg，但不限于此。P型接触层8的掺杂浓度为8×10

相应的，参考图4，本发明还公开了一种深紫外LED外延片的制备方法，用于制备上述的深紫外LED外延片，其包括以下步骤：

S1：提供衬底；

S2：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；

具体的，步骤S2包括：

S21：在衬底正面生长缓冲层；

具体的，S21包括：

S211：在衬底上生长WS

其中，可通过MOCVD法或PVT法生长WS

优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD生长WS

优选的，在本发明的一个实施例之中，当WS

S212：在WS

其中，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长Al

S213：在Al

其中，可通过PVD法生长第一AlN层，也可通过MOCVD法生长第一AlN层，但不限于此。

优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1200℃-1300℃，生长压力为200torr-500torr，V/Ⅲ为2000-3000。

S214：在第一AlN层上生长第二AlN层；

其中，可通过PVD法生长第二AlN层，也可通过MOCVD法生长第二AlN层，但不限于此。

优选的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为900℃-1100℃，生长压力为50torr-100torr，V/Ⅲ为400-800。

优选的，在本发明的一个实施例之中，S21还包括：

S215：在第二AlN层上生长超晶格层；

具体的，在本发明的一个实施例之中，通过MOCVD法周期性生长Al

S22：在缓冲层上生长非掺杂AlGAN层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1000℃-1200℃，生长压力为100torr-500torr。

S23：在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长N型AlGaN层，其生长温度为1100℃-1300℃，生长压力为300torr-500torr，通过较高的压力和生长温度，可加强Al的扩散。

S24：在N型AlGaN层上生长多量子阱层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法周期性生长多个Al

S25：在多量子阱层上生长电子阻挡层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长电子阻挡层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为100torr-300torr。

S26：在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长P型AlGaN层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为300torr-500torr。通过较高的压力和生长温度，可加强Al的扩散。

S27：在P型AlGaN层上生长P型接触层；

其中，在本发明的一个实施例之中，采用MOCVD法生长P型接触层，生长温度为1000℃-1100℃，生长压力为100torr-400torr。

下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：

实施例1

参考图1、图2，本实施例提供一种深紫外LED外延片，其包括衬底1、缓冲层2、非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层7和P型接触层8。

其中，衬底1为蓝宝石衬底。

其中，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS

其中，非掺杂AlGaN层3的厚度为1.2μm。N型AlGaN层4中Al组分占比为0.48，厚度为2.2μm，其掺杂元素为Si，掺杂浓度为5.5×10

其中，多量子阱层5为多个Al

其中，电子阻挡层6为Al

本实施例中基于硅衬底的LED外延片的制备方法包括以下步骤：

（1）提供衬底；

（2）在衬底上生长外延层；

其中，步骤（2）包括：

（2.1）在衬底上生长WS

具体的，通过MOCVD生长WS

（2.2）在WS

具体的，通过MOCVD法生长Al

（2.3）在Al

具体的，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。

（2.4）在第一AlN层上生长第二AlN层，得到外延层；

具体的，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。

（3）在外延层上生长非掺杂AlGaN层；

具体的，通过MOCVD法生长非掺杂AlGaN层，其生长温度为1050℃，生长压力为200torr。

（4）在非掺杂AlGaN层上生长N型AlGaN层；

具体的，通过MOCVD法生长N型AlGaN层，其生长温度为1200℃，生长压力为400torr。

（5）在N型AlGaN层上生长多量子阱层；

具体的，通过MOCVD法周期性生长多个Al

（6）在多量子阱层上生长电子阻挡层；

具体的，通过MOCVD法生长电子阻挡层，其生长温度为1080℃，生长压力为250torr。

（7）在电子阻挡层上生长P型AlGaN层；

具体的，通过MOCVD法生长P型AlGaN层，生长温度为1080℃，生长压力为400torr。

（8）在P型AlGaN层上生长P型接触层；

具体的，通过MOCVD法生长P型接触层，生长温度为1080℃，生长压力为200torr。

实施例2

本实施例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于，WS

实施例3

参考图1、图3，本实施例提供一种深在外LED外延片，其与实施例1的区别在于，缓冲层2包括依次层叠于衬底1上的WS

其中，N型AlGaN层4中Al组分占比为0.54，P型AlGaN层7中Al组分占比为0.58。

相应的，本实施例的制备方法中，制备外延层的步骤包括：

（2.1）在衬底上生长WS

具体的，通过MOCVD生长WS

（2.2）将步骤（2.1）得到的衬底进行退火处理；

具体的，在980℃、H

（2.3）在退火处理后的WS

具体的，通过MOCVD法生长Al

（2.4）在Al

具体的，通过MOCVD法生长第一AlN层，其生长温度为1280℃，生长压力为450torr，V/Ⅲ为2800。

（2.5）在第一AlN层上生长第二AlN层；

具体的，通过MOCVD法生长第二AlN层，其生长温度为950℃，生长压力为80torr，V/Ⅲ为550。

（2.6）在第二AlN层上生长超晶格层；

具体的，通过MOCVD法周期性生长Al

其余均与实施例1相同。

对比例1

本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：

缓冲层为AlN层，其厚度为80nm，其通过PVD法制备。

N型AlGaN层中Al组分占比为0.4，P型AlGaN层中Al组分占比为0.4。

对比例2

本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：

缓冲层2中不包括WS

对比例3

本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：

缓冲层2中不包括Al

对比例4

本对比例提供一种深紫外LED外延片，其与实施例1的区别在于：

缓冲层2中不包括第二AlN层24，相应的，在制备方法中也不包括制备该层的制备步骤。

分别取实施例1-3、对比例1-4得到的深紫外LED外延片各10片进行发光亮度测试，以对比例1的数据为基准，计算发光亮度提升率。具体结果如下表所示：

由表中可以看出，当在外延片中引入了本发明的调节后，有效提升了外延片的成品率，也一定程度提升了发光亮度。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。