降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法与流程

1.本公开涉及到了发光二极管技术领域，特别涉及到一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法。


背景技术：

2.紫外发光二极管是一种用于光固化的发光产品，常用于杀菌消毒、食物封口材料固化、医用胶固化等，紫外发光二极管外延片则是用于制备紫外发光二极管的基础结构。紫外发光二极管外延片通常包括衬底及衬底上生长的n型algan层、多量子阱层、p型algan层、p型gan接触层与氧化铟锡层。
3.将紫外发光二极管外延片制备为紫外发光二极管芯片的过程中，需要在p型接触层的表面制备p电极，p电极将电流传导至氧化铟锡层与p型gan接触层内实现电流的传导与pn结发光。但p型gan接触层与氧化铟锡层之间的欧姆接触较高，会提高紫外发光二极管芯片整体的体电阻，在紫外发光二极管芯片的工作电流不变的前提下会导致紫外发光二极管芯片的工作电压升高，降低紫外发光二极管芯片的使用寿命。


技术实现要素：

4.本公开实施例提供了一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片及其制备方法，可以降低紫外发光二极管芯片的工作电压并提高紫外发光二极管芯片的使用寿命。所述技术方案如下：
5.本公开实施例提供可一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片，所述降低工作电压的紫外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型algan层、多量子阱层、p型algan层、p型复合接触层及氧化铟锡层，
6.所述p型复合接触层包括依次层叠在所述p型algan层上的mg接触子层、mgn子层、p型gan子层与p型ingan子层，所述mg接触子层包括多个相互间隔且层叠在所述p型algan层上的mg金属岛；
7.在p型复合接触层上生长氧化铟锡层。
8.可选地，所述mg接触子层的厚度与所述mgn子层的厚度之比为1:1～1:2。
9.可选地，所述mg接触子层的厚度为10～50nm，所述mgn子层的厚度为20～50nm。
10.可选地，相邻的两个所述mg金属岛之间的距离为0.5～3nm。
11.可选地，所述mgn子层的厚度小于或者等于所述p型gan子层的厚度。
12.可选地，所述p型gan子层的厚度小于所述p型ingan子层的厚度。
13.可选地，所述p型gan子层的厚度为20～50nm，所述p型ingan子层的厚度为50～100nm。
14.可选地，所述p型gan子层与所述p型ingan子层中的p型杂质均为mg，所述p型gan子层中mg的掺杂浓度小于所述p型ingan子层中mg的掺杂浓度。
15.本公开实施例提供了一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法，所
述降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法包括：
16.提供一衬底；
17.在所述衬底上生长n型algan层；
18.在所述n型algan层上生长多量子阱层；
19.在所述多量子阱层上生长p型algan层；
20.在所述p型algan层上生长p型复合接触层，所述p型复合接触层的材料包括依次层叠在所述p型algan层上的mg接触子层、mgn子层、p型gan子层与p型ingan子层，所述mg接触子层包括多个相互间隔且层叠在所述p型algan层上的mg金属岛；
21.在p型复合接触层上生长氧化铟锡层。
22.可选地，在所述p型algan层上生长p型复合接触层，包括：
23.向反应腔内通入10～60s的流量为100～600sccm的mg源，以在p型algan层上形成多个相互间隔的mg金属岛，得到所述mg接触子层；
24.在所述mg金属子层上依次生长mgn子层、p型gan子层及p型ingan子层。
25.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
26.在p型algan层与氧化铟锡层之间增加p型复合接触层，p型复合接触层包括依次层叠在p型algan层上的mg接触子层、mgn子层、p型gan子层与p型ingan子层。p型algan层上的mg接触子层包括多个相互间隔且层叠在p型algan层上的mg金属岛，mg金属岛有降低电阻的作用，并且mg金属岛中的mg可以渗入p型algan层中，起到提高空穴浓度的作用。mg接触子层上的mgn子层可以实现与mg接触子层之间的良好过渡，mgn子层的材料本身的特性也会使得mgn子层中具有较高的空穴浓度而整体电阻较低。再由mgn子层依次过渡到p型gan子层与p型ingan子层，可以保证在mgn子层上生长的p型gan子层与p型ingan子层的质量，而p型ingan子层中具有in元素则可以提高与氧化铟锡层之间的晶格匹配程度，以提高在p型ingan子层上生长的氧化铟锡层的质量。且p型ingan子层与氧化铟锡层之间的欧姆接触较小，p型ingan子层与氧化铟锡层之间的欧姆接触的电阻也会得到降低。p型复合接触层整体的质量较好，整体的空穴浓度高，并且p型ingan子层与氧化铟锡层之间的欧姆接触的电阻的降低，都可以使发光二极管外延片整体的体电阻降低，进而降低最终得到的紫外发光二极管芯片的工作电压，提高紫外发光二极管芯片的使用寿命。
附图说明
27.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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。
28.图1是本公开实施例提供的一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构示意图；
29.图2是本公开实施例提供的另一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构示意图；
30.图3是本公开实施例提供的一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法流程图；
31.图4是本公开实施例提供的另一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
32.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
33.图1是本公开实施例提供的一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，本公开实施例提供可一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片，降低工作电压的紫外发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型algan层2、多量子阱层3、p型algan层4、p型复合接触层5及氧化铟锡层6。
34.p型复合接触层5包括依次层叠在p型algan层4上的mg接触子层51、mgn子层52、p型gan子层53与p型ingan子层54，mg接触子层51包括多个相互间隔且层叠在p型algan层4上的mg金属岛511。
35.在p型algan层4与氧化铟锡层6之间增加p型复合接触层5，p型复合接触层5包括依次层叠在p型algan层4上的mg接触子层51、mgn子层52、p型gan子层53与p型ingan子层54。p型algan层4上的mg接触子层51包括多个相互间隔且层叠在p型algan层4上的mg金属岛511，mg金属岛511有降低电阻的作用，并且mg金属岛511中的mg可以渗入p型algan层4中，起到提高空穴浓度的作用。mg接触子层51上的mgn子层52可以实现与mg接触子层51之间的良好过渡，mgn子层52的材料本身的特性也会使得mgn子层52中具有较高的空穴浓度而整体电阻较低。再由mgn子层52依次过渡到p型gan子层53与p型ingan子层54，可以保证在mgn子层52上生长的p型gan子层53与p型ingan子层54的质量，而p型ingan子层54中具有in元素则可以提高与氧化铟锡层6之间的晶格匹配程度，以提高在p型ingan子层54上生长的氧化铟锡层6的质量。且p型ingan子层54与氧化铟锡层6之间的欧姆接触较小，p型ingan子层54与氧化铟锡层6之间的欧姆接触的电阻也会得到降低。p型复合接触层5整体的质量较好，整体的空穴浓度高，并且p型ingan子层54与氧化铟锡层6之间的欧姆接触的电阻的降低，都可以使发光二极管外延片整体的体电阻降低，进而降低最终得到的紫外发光二极管芯片的工作电压，提高紫外发光二极管芯片的使用寿命。并且实际上，多个mg金属岛511的增加，可以一定程度上增加p型algan层4的表面的粗糙度，以提高光线在p型algan层4的表面可能出现的漫反射，降低光线在p型algan层4的表面的全反射，增加紫外发光二极管芯片的发光效率。
36.需要说明的是，p型复合接触层5整体的质量较好，则p型复合接触层5内部存在的缺陷会较小，缺陷捕获载流子的可能性低，因此载流子流动速度受到缺陷的影响较小，载流子流动速度增加等一定程度上等同于电阻降低，载流子包括电子与空穴。空穴浓度的增加同样可以一定程度上降低电阻。
37.可选地，相邻的两个mg金属岛511之间的距离为0.5～3nm。
38.相邻的两个mg金属岛511之间的距离在以上范围内时，mg接触子层51中mg金属岛511对p型algan层4的表面的粗化效果较好，可以较为有效地提高紫外发光二极管外延片的发光效率。并且也可以有效降低p型algan层4以及p型复合接触层5的体电阻。
39.需要说明的是，相邻的两个mg金属岛511之间的距离，为相邻的两个mg金属岛511上距离最近的两点之间的距离。
40.示例性地，mg接触子层51的厚度与mgn子层52的厚度之比为1:1～1:2。
41.mg接触子层51的厚度与mgn子层52的厚度之比在以上范围内时，可以保证mg接触子层51可以有效过渡到mgn子层52，并且mgn子层52本身的质量较好，以保证最终得到的p型复合接触层5的质量较好。
42.示例性地，mgn子层52的厚度小于或者等于p型gan子层53的厚度。
43.mgn子层52的厚度小于或者等于p型gan子层53的厚度，可以由mgn子层52过渡到p型gan子层53的同时，保证p型gan子层53本身的质量较好，且p型gan子层53的厚度较厚，可以保证在p型gan子层53上生长的p型ingan子层54的质量。
44.可选地，mg接触子层51的厚度为10～50nm，mgn子层52的厚度为20～50nm。
45.mg接触子层51的厚度与mgn子层52的厚度分别在以上范围内时，mg接触子层51以及mgn子层52本身的质量较好，且mgn子层52也可以为后续的p型gan子层53的生长提供良好的生长基础，以保证最终得到的p型复合接触层5的质量较好。
46.示例性地，p型gan子层53的厚度小于p型ingan子层54的厚度。
47.p型gan子层53起到过渡作用之后，在p型gan子层53上生长厚度较大的p型ingan子层54，一方面成本的控制较为合理，另一方面厚度较大的p型ingan子层54本身的质量较好，p型ingan子层54也可以实现与氧化铟锡层6的良好过渡与匹配。
48.可选地，p型gan子层53的厚度为20～50nm，p型ingan子层54的厚度为50～100nm。
49.p型gan子层53的厚度与p型ingan子层54的厚度分别在以上范围内时，能够符合大部分紫外发光二极管外延片的制备规格，并且p型gan子层53与p型ingan子层54本身的质量较好。
50.可选地，p型gan子层53与p型ingan子层54中的p型杂质均为mg，p型gan子层53中mg的掺杂浓度小于p型ingan子层54中mg的掺杂浓度。
51.p型gan子层53中mg的掺杂浓度与p型ingan子层54中mg的掺杂浓度符合上一段中的大小关系，可以保证p型gan子层53与p型ingan子层54之间的匹配度较好，并且还可以促进空穴朝向多量子阱层3移动，提高最终得到的紫外发光二极管芯片的发光效率。
52.示例性地，p型gan子层53中mg的掺杂浓度为1
×
e21～1
×
e22cm
‑3，p型ingan子层54中mg的掺杂浓度为1
×
e21～1
×
e22cm
‑3。
53.p型gan子层53中mg的掺杂浓度与p型ingan子层54中mg的掺杂浓度分别在上述范围内，可以保证p型gan子层53与p型ingan子层54之间的匹配度较好，且p型gan子层53与p型ingan子层54本身的质量较好，并且还可以促进大量空穴朝向多量子阱层3移动，提高最终得到的紫外发光二极管芯片的发光效率。
54.可选地，p型ingan子层54中in的组分为2～3
×
e2 cm
‑3。
55.p型ingan子层54中in的组分在以上范围内时，p型ingan子层54可以与氧化铟锡层6之间实现良好的匹配与接触，提高最终得到的p型ingan子层54以及氧化铟锡层6的质量，同时可以降低p型ingan子层54与氧化铟锡层6的接触电阻。
56.示例性地，氧化铟锡层6的厚度为10～20nm。
57.氧化铟锡层6的厚度在以上范围内时，得到的发光二极管外延片的质量较好，并且氧化铟锡层6本身的制备成本也相对较低。
58.图2是本公开实施例提供的另一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构
示意图，参考图2可知，在本公开实施例提供的另一种实现方式中，紫外发光二极管外延片可包括衬底1与在衬底1上依次层叠的缓冲层7、未掺杂algan层8、n型algan层2、多量子阱层3、电子阻挡层9、p型algan层4、p型复合接触层5及氧化铟锡层6。
59.需要说明的是，图2中的p型复合接触层5的结构、氧化铟锡层6的结构，分别与图1中所示的p型复合接触层5的结构、氧化铟锡层6的结构相同，因此此处不再赘述。
60.示例性地，缓冲层7为aln层。能够有效缓解衬底1与缓冲层7之后的结构的晶格失配。
61.可选地，缓冲层7的厚度为15～35nm。可以有效缓解晶格失配且不过度提高制备成本。
62.可选地，未掺杂algan层8的厚度可为0.1至3.0微米。
63.未掺杂algan层8的厚度较为恰当，成本较为合理的同时可以有效提高紫外发光二极管的质量。
64.可选地，n型algan层2的厚度可在1.5～3.5微米之间。
65.n型algan层2可以合理提供载流子，n型algan层2本身的质量也好。
66.示例性地，n型algan层2中所掺杂的n型元素可为si元素。
67.示例性地，多量子阱层3可为多量子阱结构。多量子阱层3包括交替层叠的gan层31和alxga1
‑
xn层32，其中，0<x<0.3。发光效率较好。
68.gan层31和alxga1
‑
xn层32的层数可相同，且层数均可为4到12。得到的多量子阱层3的质量较好，成本也较为合理。
69.可选地，gan层31的厚度可在3nm左右，alxga1
‑
xn层32的厚度可在8nm至20nm间。可以有效捕捉载流子并发光。
70.示例性地，电子阻挡层9可为p型al
y
ga1‑
y
n层0.2<y<0.5，p型al
y
ga1‑
y
n层的厚度可为15nm至60nm之间。阻挡电子的效果较好。
71.可选地，p型algan层4的厚度为50～300nm。得到的p型algan层4整体的质量较好。
72.图2中所示的紫外发光二极管外延片相对图1中所示的紫外发光二极管外延片，增加了缓冲层7、未掺杂algan层8、电子阻挡层9这些层次结构，最终得到的紫外发光二极管的质量可以进一步得到提高。
73.图2仅为本公开实施例提供的紫外发光二极管的一种实现方式，在本公开所提供的其他实现方式中，紫外发光二极管也可为包括有反射层的其他形式的紫外发光二极管，本公开对此不做限制。
74.图3是本公开实施例提供的一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图3所示，该降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法包括：
75.s101：提供一衬底。
76.s102：在衬底上生长n型algan层。
77.s103：在n型algan层上生长多量子阱层。
78.s104：在多量子阱层上生长p型algan层。
79.s105：在p型algan层上生长p型复合接触层，p型复合接触层的材料包括依次层叠在p型algan层上的mg接触子层、mgn子层、p型gan子层与p型ingan子层，mg接触子层包括多个相互间隔且层叠在p型algan层上的mg金属岛。
80.s106：在p型复合接触层上生长氧化铟锡层。
81.图3中所示的降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法的技术效果与图1中所示的降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构对应的技术效果相同，因此图3所示的制备方法的技术效果可参考图1中所示的技术效果，此处不再赘述。
82.示例性地，步骤s105中，在p型algan层上生长p型复合接触层，包括：
83.向反应腔内通入10～60s的流量为100～600sccm的mg源，以在p型algan层上形成多个相互间隔的mg金属岛，得到mg接触子层；在mg金属子层上依次生长mgn子层、p型gan子层及p型ingan子层。
84.向反应腔内通入10～60s的流量为100～600sccm的mg源，可以得到质量较好，且形态较为稳定的mg金属岛，mg接触子层的质量也较好，可以保证后续结构的稳定生长。
85.可选地，p型复合接触层的生长温度与生长压力分别为1100～1300℃与100～200torr。
86.p型复合接触层整体在高温低压的条件下进行生长，一方面可以保证p型复合接触层本身的生长效率与生长质量，另一方面较低的压力下，p型复合接触层中掺杂的p型杂质以及p型ingan子层中的in原子都可以更好地渗入所在层次的晶胞中，提高最终得到的p型复合接触层并保证p型复合接触层中的空穴浓度，以及与氧化铟锡层的匹配度。
87.需要说明的是，p型复合接触层中的mgn子层、p型gan子层及p型ingan子层，均可通过向反应腔内通入相关的反应气体与金属有机源进行生长。
88.图4是本公开实施例提供的另一种降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法流程图，如图4所示，该降低工作电压的紫外发光二极管外延片的制备方法包括：
89.s201：提供一衬底。
90.可选地，衬底可为蓝宝石衬底。
91.s202：在衬底上生长缓冲层，缓冲层为aln层。
92.步骤s202中的aln层可通过磁控溅射得到，
93.可选地，aln层的溅射温度为400～700℃，溅射功率为3000～5000w，压力为1～10torr。能够得到质量较好的缓冲层。
94.可选地，步骤s202还包括：对缓冲层进行原位退火处理，温度在1000℃～1200℃，压力区间为150torr～500torr，时间在5分钟至10分钟之间。可以进一步提高缓冲层的晶体质量。
95.s203：在缓冲层上生长未掺杂algan层。
96.可选地，未掺杂algan层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，压力为50～200torr。得到的未掺杂algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
97.可选地，未掺杂algan层的生长厚度在0.1至3.0微米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
98.s204：在未掺杂algan层上生长n型algan层。
99.可选地，n型层为si掺杂的n型algan层。易于制备与获取。
100.可选地，n型algan层的生长温度为1000℃
‑
1200℃，压力为50～200torr。得到的n型algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
101.示例性地，n型algan层的生长厚度在1至4.0微米之间。能够提高最终得到的紫外
发光二极管的晶体质量。
102.示例性地，n型algan层中，si掺杂浓度在10
18
cm
‑3‑
10
20
cm
‑3之间。
103.s205：在n型algan层上生长多量子阱层。
104.可选地，多量子阱层可包括多量子阱结构。多量子阱层包括多个交替层叠的gan层和al
x
ga1‑
x
n层0<x<0.3。
105.示例性地，gan层的生长温度的范围在850℃
‑
950℃间，压力范围在100torr与300torr之间；al
x
ga1‑
x
n层的生长温度在900℃
‑
1000℃，生长压力在50torr到200torr之间。能够得到质量较好的多量子阱层。
106.可选地，gan层的阱厚在3nm左右，垒的厚度在8nm至20nm间。得到的多量子阱层的质量较好且成本合理。
107.s206：在多量子阱层上生长电子阻挡层。
108.可选地，电子阻挡层可为p型al
y
ga1‑
y
n层0.2<y<0.5。
109.可选地，p型al
y
ga1‑
y
n层的生长温度为900℃
‑
1050℃，压力为50～200torr。得到的p型掺杂algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
110.示例性地，p型掺杂algan层的生长厚度在15至60纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
111.s207：在电子阻挡层上生长p型algan层。
112.可选地，p型algan层的生长温度为850℃
‑
1050℃，压力为50～200torr。得到的p型algan层的质量更好，能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
113.示例性地，p型algan层的生长厚度在100至300纳米之间。能够提高最终得到的紫外发光二极管的晶体质量。
114.s208：在p型algan层上生长p型复合接触层。
115.步骤s208可参考图3中的步骤s105，因此此处不再对步骤s208进行赘述。
116.s209：在p型复合接触层上生长氧化铟锡层。
117.氧化铟锡层的生长温度与生长压力可分别为650～700℃、200～250torr。可以得到质量较好的氧化铟锡层。
118.执行完步骤s209后的降低工作电压的紫外发光二极管外延片的结构可参见图2。
119.需要说明的是，在本公开实施例中，采用veecok 465i or c4 or rb mocvd(metal organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现led的生长方法。采用高纯h2(氢气)或高纯n2(氮气)或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯nh3作为n源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，三甲基铝(tmal)作为铝源，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。
120.以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。