多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片技术

本发明专利技术提供了一种多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片，该多量子阱结构包括多组依次叠置的结构单元各结构单元中包括势阱层和GaN层，GaN层形成于势阱层的表面上，势阱层包括至少一层渐变XGaN层；渐变XGaN层中In的掺杂浓度朝向GaN层方向渐变，X为In或Al。本发明专利技术提供的LED芯片中多量子阱结构通过将生长In掺杂量渐变的渐变XGaN层和X掺杂量恒定的恒定XGaN层，并将二者叠加后作为XGaN层，使得多量子阱中空穴和电子的分布中心轴重叠，提高电子向空穴跃迁的效率从而提高了LED芯片的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片
本专利技术涉及LED(发光二极管)领域，特别地，涉及一种多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片中。
技术介绍
现有技术中LED外延层结构中多通过增设多量子阱层(MQW层)来提高发光效率。现有多量子阱层中包括彼此交替叠置的InGaN层和GaN层组成InGaN/GaN超晶格结构。结构如图1所示，LED芯片包括:MQW层的LED芯片包括依次叠置的衬底I’ (蓝宝石或碳化硅)、缓冲GaN层2’、不掺杂GaN层3’、N型局限层4’、MQW层5’、P型局限层6’和掺杂Mg的GaN层7’。其中MQW层5’以彼此叠置的InGaN层51’和GaN层52’为一组单元。MQW层5’重复多组该单元结构，得到MQW层5’。MQW层5’中的InGaN层中In的掺杂量保持恒定。此时LED芯片的MQW层5’中空穴和电子能能带图如图2所示。由图2可知，导带11’上的电子波函数分布13’和价带12’上的空穴函数分布14’的中心轴不重合，这是由于InGaN和GaN材料之间存在由两种不同材料的晶格差异带来的应力。材料性质的不同也会使两者存在压电应力，应力的存在使得电子和空穴在量子阱中分布中心重合率仅为40-50%，降低了电子和空穴的复合效率。现有技术中多是通过生长阶梯阱来释放应力，以改善电子和空穴函数的重叠度。如CN200910112086.6、CN102820395中公开的技术方案，均是通过生长阶梯阱来释放应力。但采用前述方法LED芯片的发光效率无法进一步提高。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片，以解决现有技术中LED芯片发光效率低的技术问题。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种多量子阱结构，包括多组依次叠置的结构单元各结构单元中包括势阱层和GaN层，GaN层形成于势阱层的表面上，势阱层包括至少一层渐变XGaN层；渐变XGaN层中X的掺杂浓度朝向GaN层方向渐变，X为In或Al。进一步地，势阱层还包括恒定XGaN层，恒定XGaN层设置于渐变XGaN层和GaN层之间，且恒定XGaN层中X的掺杂浓度恒定。进一步地，各渐变XGaN层中X的掺杂浓度沿朝向GaN层的方向，从1E+19匀速渐变至3E+19。进一步地，恒定XGaN层的X掺杂浓度为1E+20-3E+20。进一步地，势阱层的厚度为2.8?3.5nm。进一步地，结构单元的个数为10?15个。根据本专利技术的另一方面还提供了一种LED芯片，LED芯片包括依次设置的N型局限层、多量子阱结构和P型局限层，多量子阱结构为上述多量子阱结构。根据本专利技术的另一方面还提供了一种上述多量子阱结构的生长方法，包括依次叠置生长多组结构单元，生长每组结构单元的步骤包括:生长势阱层，以及在势阱层上生长GaN层，生长势阱层包括:至少生长一层渐变XGaN层。进一步地，生长每层渐变XGaN层的步骤包括:控制X源流量，使其从Y/10以流速为30.6?37.4sccm/s匀速增加至Y，以生长渐变XGaN层。进一步地，生长势阱层还包括:在完成渐变XGaN层的生长步骤后，在最外层渐变XGaN层上生长恒定XGaN ;优选生长恒定XGaN的步骤中控制X源流量恒定，且X源以流速为11.33 ~ 15.0sccm/s 惨杂。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供的LED芯片中多量子阱结构通过将生长掺杂量渐变的渐变XGaN层和X掺杂量恒定的恒定XGaN层作为势阱层，使得多量子阱中空穴和电子的分布中心轴重叠，提闻电子向空穴跃迁的效率从而提闻了 LED芯片的发光效率。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。【附图说明】构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1是现有技术LED芯片结构示意图；图2是现有技术LED芯片结构能带示意图；图3是本专利技术优选实施例LED芯片结构示意图；图4是本专利技术优选实施例LED芯片结构能带示意图；以及图5是本专利技术优选实施例LED芯片的发光效率结果图。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本专利技术提供了一种多量子阱结构，通过在多量子阱结构的结构单元中的势阱层中增设X掺杂量渐变的XGaN层使得能带中，电子和空穴的中心轴重合，从而提高多量子阱结构中电子和空穴的复合效率，从而提高LED芯片的发光效率。本专利技术提供的多量子阱结构包括多组依次叠置的结构单元各结构单元中包括势阱层和GaN层，GaN层形成于势阱层的表面上，势阱层包括至少一层渐变XGaN层；渐变XGaN层中In的掺杂浓度朝向GaN层方向渐变，X为In或Al。根据所生长势阱层中掺杂元素的不同可以用于掺杂In和掺杂Al的LED芯片生产中。无论用In进行掺杂和用Al进行掺杂原理是相同的。当势阱层中掺杂元素为Al时，多量子阱结构相同。以下以掺杂In为例进行说明，X为In。渐变XGaN层是指渐变InGaN层。恒定XGaN层是指恒定InGaN层。此处的渐变是指In的掺杂浓度以匀速从一个相对低值变化至一个相对高值。这种渐变结构并不是通过现有的增设多层不同厚度的InGaN层来实现的。而是通过改变InGaN层中In的掺杂浓度使其内部In的掺杂浓度发生改变而获得的。现有技术中虽然设直了厚度不问的多层InGaN层，但由于每层InGaN材料的In惨杂浓度恒定，因而该结构的多量子阱层的能带还是矩形阱，对芯片中应力的改善并不能提高电子和空穴的波函数的重叠度。根据现有技术中通过设置多层In掺杂浓度恒定的InGaN层的情况下，可以将其中的至少一层InGaN层改为In的掺杂浓度渐变的InGaN层来实现本专利技术。通过增设In的掺杂浓度渐变的InGaN层，改变了多量子阱结构中的电子和空穴的波函数，使得电子和空穴波函数的中心轴更靠近，从而提高了电子和空穴的波函数的重叠度。电子波函数的平方为电子出现的概率，空穴波函数的平方为空穴的出现概率。电子和空穴的波函数重置度越闻，电子和空穴复合概率越闻，复合概率提闻宏观上体现为LED芯片的光输出或者光效增加。从而实现了提高含有该多量子阱结构的LED芯片的发光效率的目的。In的掺杂浓度渐变可以按常规InGaN层的厚度和In的掺杂浓度来设计渐变，优选为匀速渐变。例如常用InGaN层的厚度为3nm左右，掺杂浓度为1E+20?3E+20，则可将渐变InGaN层按照从底部开始In掺杂浓度从1E+20匀速渐变至3E+20，并保证所得渐变InGaN层的厚度为3nm左右即可实现。优选多量子阱结构的结构单元的势阱层还包括恒定InGaN层，恒定InGaN层设置于渐变InGaN层和GaN层之间，且恒定InGaN层中In的掺杂浓度恒定。结构如图3，具有多量子阱结构的LED芯片包括:衬底1、缓冲GaN层2、不掺杂GaN层3、N型局限层4、多量子阱层5、P型局限层6和掺杂Mg的GaN层7。多量子阱层5中包括多组结构单元。结构单元包括InGaN层51和GaN层52。GaN层52生长于InGaN层51顶面上。InGaN层51包括依次叠置的渐变I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多量子阱结构，包括多组依次叠置的结构单元各所述结构单元中包括势阱层和GaN层，所述GaN层形成于所述势阱层的表面上，其特征在于，所述势阱层包括至少一层渐变XGaN层；所述渐变XGaN层中X的掺杂浓度朝向所述GaN层方向渐变；所述X为In或Al。

【技术特征摘要】
1.一种多量子阱结构，包括多组依次叠置的结构单元各所述结构单元中包括势阱层和GaN层，所述GaN层形成于所述势阱层的表面上，其特征在于，所述势阱层包括至少一层渐变XGaN层；所述渐变XGaN层中X的掺杂浓度朝向所述GaN层方向渐变；所述X为In或Al。2.根据权利要求1所述的多量子阱结构，其特征在于，所述势阱层还包括恒定XGaN层，所述恒定XGaN层设置于所述渐变XGaN层和所述GaN层之间，且所述恒定XGaN层中X的掺杂浓度恒定。3.根据权利要求2所述的多量子阱结构，其特征在于，各所述渐变XGaN层中X的掺杂浓度沿朝向所述GaN层的方向，从1E+19匀速渐变至3E+19。4.根据权利要求2?3中任一项所述的多量子阱结构，所述恒定XGaN层的X掺杂浓度为 1E+20 ?3E+20。5.根据权利要求4所述的多量子阱结构，其特征在于，所述势阱层的厚度为2.8?3.5nm。6.根据权利要求4所述的多量子阱结构，其特征在于，所述结构单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43