LED外延层结构、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LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片，LED外延层结构，包括依次叠置的掺Si-N型GaN层、MQW层和P型AlGaN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的InXGa(1-X)N层和GaN层，由所述掺Si-N型GaN层向P型AlGaN层方向，各所述InXGa(1-X)N层中的X由0.05～0.3匀速渐变至0.3～0.05。本发明专利技术提供的LED芯片从In组分渐变出发，通过调整多量子阱层中In组分分布的起伏，增加发光层准量子点的数目，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率。

【技术实现步骤摘要】
LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片
本专利技术涉及LED(发光二极光)领域，特别地，涉及一种LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片。
技术介绍
LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光效越高越好；LED市场价值的体现为(光效)/单价，光效越好，价格越高，所以LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。参见图1，现有技术中所用LED外延层结构包括衬底1’和依次叠置于衬底1’顶面上的缓冲GaN层2’、U型GaN层3’、掺Si-N型GaN层4’、MQW层5’、P型AlGaN层8’、掺镁P型GaN层9’层。其中MQW层5’包括多个依次叠置的MQW单元。MQW单元包括依次叠置的InXGa(1-X)N51’层和GaN层52’。其中X的含量在MQW单元中恒定。该结构的LED外延层结构中MQW层5’发光效率较低，无法在相同电压条件下，获得较高的发光效率。LED的光效很大程度和发光层材料特性相关，所以制作优良的发光层成为提高LED光效的关键；目前已知的方法例如：(1)阶梯阱；(2)势磊应力释放层等等；
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种LED外延层结构和生长方法，以解决现有技术中LED芯片电压不变的情况下，亮度无法进一步提高的技术问题。为实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种LED外延层结构，包括依次叠置的掺Si-N型GaN层、MQW层和P型AlGaN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的InXGa(1-X)N层和GaN层，由所述掺Si-N型GaN层向P型AlGaN层方向，各所述InXGa(1-X)N层中的X由0.05～0.3匀速渐变至0.3～0.05。进一步地，所述MQW单元的个数为14～16个。进一步地，各所述InXGa(1-X)N层的厚度为2.5～3nm。进一步地，各所述GaN层的厚度为11～12nm。进一步地，P型AlGaN层的厚度为20～30nm。进一步地，掺Si-N型GaN层厚度为3～4μm。本专利技术的另一方面还提供了一种如上述LED外延层结构的生长方法，包括在衬底顶面上方依次生长掺Si-N型GaN层，MQW层和P型AlGaN层，生长所述MQW层的步骤包括依次叠置生长多个MQW单元，生长各所述MQW单元的步骤包括依次叠置生长InXGa(1-X)N层和GaN层，生长各所述InXGa(1-X)N层的步骤中，所述InXGa(1-X)N层的生长温度为700～750℃，In的流速由700～2000sccm匀速渐变至2000～700sccm。进一步地，各所述GaN层的生长温度为800～850℃。进一步地，生长所述掺Si-N型GaN层的步骤中，Si掺杂浓度为1E+19-2E+19；优选生长所述P型AlGaN层的步骤中，生长温度为900～930℃，Al的掺杂浓度为1E+20～2E+20。根据本专利技术的另一方面还提供了一种具有如上述的LED外延层结构的LED芯片。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的LED芯片从In组分渐变出发，通过调整多量子阱层中In组分分布的起伏，增加发光层准量子点的数目，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率。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是现有技术中LED外延层结构的示意图；图2是现有技术中LED外延层结构能带示意图；图3是本专利技术优选实施例的LED外延层结构示意图；图4是本专利技术优选实施例的LED外延层结构能带示意图；图5是本专利技术优选实施例的亮度结果示意图；以及图6是本专利技术优选实施例的亮度结果示意图。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。本文中渐变是指每个MQW单元中的InXGa(1-X)N层中X以相同的速率改变至最终值。X值的改变是从靠近掺Si-N型GaN4向着P型AlGaN层8进行的。例如以(0.05-0.3)/14的速度来进行改变。其中14是指MQW层的单元数。参见图3，本专利技术提供的LED外延层结构，包括依次叠置的掺Si-N型GaN4、MQW层5和P型AlGaN层8，MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，MQW单元包括叠置的InXGa(1-X)N层51和GaN层52，InXGa(1-X)N层51中的X由0.05～0.3渐变至0.3～0.05。参见图2，现有技术中MQW层5’含有14-16个周期的势阱InGaN510’和势磊GaN520’，其中参与发光的是靠近P型AlGaN层8’的4～6个周期的势阱InGaN510’和势磊GaN520’。通过分析其能带图可知，靠近掺Si-N型GaN4’的势阱InGaN510’和势磊GaN520’空穴浓度非常低，因而MQW层5’中靠近掺Si-N型GaN4’的区域内的电子和空穴无法复合发光。该区域内的MQW层5’无法有效发挥提高亮度的作用。参见图3，本专利技术提供的LED外延层结构包括衬底1和依次叠置于衬底1顶面上的缓冲GaN层2、U型GaN层3、掺Si-N型GaN层4、MQW层5、P型AlGaN层8、掺镁P型GaN层9层。其中MQW层5包括多个依次叠置的MQW单元。MQW单元包括依次叠置的InXGa(1-X)N51层和GaN层52。X值的变化过程是指从生长于掺Si-N型GaN层4顶面上的第一个InXGa(1-X)N层51开始向设置于P型AlGaN层8底面上的第N个InXGa(1-X)N层51方向渐变。通过调整MQW层5中的InXGa(1-X)N层51中的X由0.05～0.3渐变至0.3～0.05。获得了具有如图4所示的能带结构的MQW层5。增加MQW层5中准量子点的数目，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率，从而实现在相同驱动电压下提高所得LED芯片的发光效率的目的。本文中X由0.05～0.3渐变至0.3～0.05是指X值可以从0.05渐变至0.3。当然也可以为从0.08渐变至0.3。优选为从0.05渐变至0.3或从0.3渐变至0.05。此时能将LED芯片的发光效率相对现有技术中所示LED外延层结构提高10％以上。渐变过程为匀速能带的交叉程度能统一，采用该种方法能有效提高所得LED芯片的发光效率。X值的改变还意味着其中的Ga掺杂量的改变，二者按照X的关系进行调整。优选MQW单元的个数为14～16个。按此个数进行设置能使得MQW单元个数达到较合理的程度，从而提高所得MQW层的发光效率。优选InXGa(1-X)N层51的厚度为2.5～3nm。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。优选GaN层的厚度为11～12nm。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。优选P型AlGaN层的厚度为20～30nm。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。优选掺Si-N型GaN层厚度为3～4μm。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延层结构，包括依次叠置的掺Si‑N型GaN层、MQW层和P型AlGaN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的InXGa(1‑X)N层和GaN层，其特征在于，由所述掺Si‑N型GaN层向P型AlGaN层方向，各所述InXGa(1‑X)N层中的X由0.05～0.3匀速渐变至0.3～0.05。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延层结构，包括依次叠置的掺Si-N型GaN层、MQW层和P型AlGaN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的InXGa(1-X)N层和GaN层，其特征在于，由所述掺Si-N型GaN层向P型AlGaN层方向，所述InXGa(1-X)N层中的X自第一个InXGa(1-X)N层起由A以相同的变化量逐层增大至B，其中0.05≤A≤0.3，A＜B≤0.3，且任一InXGa(1-X)N层的X值固定。2.根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述MQW单元的个数为14～16个。3.根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，各所述InXGa(1-X)N层的厚度为2.5～3nm。4.根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，各所述GaN层的厚度为11～12nm。5.根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述P型AlGaN层的厚度为20～30nm。6.根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述掺Si-N型GaN层厚度为3～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：林传强，戚运东，周佐华，
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