LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片技术

本发明专利技术提供了一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层；超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个单元结构中的x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为超晶格层中对应单元结构的序号，a为相邻单元结构的x差值，b为相邻单元结构的y差值，使得超晶格层的能带均呈阶梯变化。该方法能改善在大电流注入下的发光效率衰减问题，在提高LED芯片亮度的同时，降低其正向电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED外延片生长领域，特别地，涉及一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片。
技术介绍
LED(light-emittingdiode)是一种能将电能直接转化为光能的半导体器件。相对于传统光源，LED具有寿命长、体积小、反应快、光效高等优点。目前，LED器件已经被广泛应用于电器指示灯、彩屏背光源及日常照明等领域。为解决大电流注入下LED发光效率衰减(efficiencydroop)的问题，人们通过在量子阱层与P型GaN层之间插入AlGaN层、AlGaN/GaN超晶格或AlGaN/InGaN超晶格等多种电子阻挡层(electronblockinglayer，EBL)，通过提高禁带宽度来对电子进行阻挡，使其无法从多量子阱层中外溢离开，从而提高了电子空穴复合效率。然而，宽禁带的EBL层对电子和空穴均具有阻挡效果，从而使得EBL的引入并没有很好地解决大电流注入下的发光效率衰减问题。反而降低了空穴与电子的复合几率。降低了LED芯片的光电转换效率。
技术实现思路
本专利技术提供一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片，以解决现有技术中大电流注入下的发光效率衰减的技术问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种LED外延层生长方法，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层；超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每个单元结构均满足x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为单元结构的序号，a为相邻单元结构间的x差值，b为相邻单元结构间的y差值，使得超晶格层中能带均呈阶梯变化。进一步地，P型InxGa(1-x)N层中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；P型AlyGa(1-y)N中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3。进一步地，In的掺杂剂为TMIn；Al的掺杂剂为TMAl。进一步地，S1和S2步骤的生长温度为750～1000℃，反应腔压力为100～600mbar。进一步地，单元结构中P型InxGa(1-x)N层厚度为1～5nm；P型AlyGa(1-y)N的厚度为1～5nm。进一步地，超晶格层中包括2～10个单元结构。根据本专利技术的另一方面还提供了一种LED外延片，LED外延片上设有外延层结构，外延层结构按如权利要求1～6中任一项的方法制得。根据本专利技术的另一方面还提供了一种LED芯片，由如上述的LED外延片制成。进一步地，通200mA电流时光效为118lm/W。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的LED外延层的生长方法通过将电子阻挡层设置为InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格层，同时调整超晶格结构中的x和y呈线性渐变，使电子阻挡层中电子和空穴的能带呈现阶梯变化，在不影响电子阻挡层对电子向P型GaN层迁移的抑制作用的同时，降低电子阻挡层对空穴向量子阱层迁移的阻挡作用。在提高LED芯片亮度的同时，改善其正向电压。很好的解决大电流注入下的发光效率衰减问题。本专利技术提供的按上述方法得到的LED外延层结构，能改善在大电流注入下的发光效率衰减问题，在提高LED芯片亮度的同时，降低其正向电压。本专利技术提供的包含上述LED外延层结构的LED芯片，LED芯片的亮度：10mA下的183lm/W；100mA时的光效为148lm/W，电流增大后的光效下降比率仅为19.1％。电流进一步增加至200mA时的光效为118lm/W，光效下降比率仅为35.5％。与此同时，还能避免随着电流增加而导致的LED芯片中电压上升过快的问题。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是本专利技术优选实施例的空穴-电子能带示意图；图2是本专利技术优选实施例的LED外延层结构示意图；图3是本专利技术优选实施例的芯片亮度测试结果示意图；图4是本专利技术优选实施例的芯片正向电压测试结果示意图；图5是本专利技术优选实施例的是芯片光效测试结果示意图。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。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。本文中涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液100m1中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指在20℃时容量的比例。本专利技术提供的方法中包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱有源层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层。当然也包括其他LED外延结构中层常规结构。例如衬底和依次设置于衬底上的GaN缓冲层、N型GaN层、多量子阱层等结构。在此不详述。这些层的生长条件，按常规方法进行即可。超晶格层主要作为电子阻挡层设置。故其设置位置也可参照此。超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成。由其结构可知，超晶格结构的生长包括对多个单元结构的生长步骤。具体的每个单元结构的生长步骤又包括对P型InxGa(1-x)N层的生长和在P型InxGa(1-x)N层上对P型AlyGa(1-y)N层生长步骤。通过重复多次单元结构的生长步骤，即可得到具有所需周期数的超晶格层。以上超晶格层中的x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整所掺杂TMIn和TMAl的掺杂浓度使得超晶格层中的空穴和电子的能带呈阶梯变化。按此设置超晶格层中包括了In和Al均为0掺入的情况。由此可知，本专利技术提供的方法通过调整掺杂剂TMIn和TMAl的掺杂浓度，使得超晶格层中的In和Al的掺入量呈线性变化。例如可以采用多种变化比例，例如变化比例可以为1.1、1.5或1.6。随着变化比例的改变，可见所得超晶格层中的空穴和电子的能带形成具有相同变化比例的线性变化，如图1所示。由图1可见，通过改变含In物质和含Al物质的掺杂浓度，改变了空穴和电子之间的能带间距，使得所得芯片在正向电流的驱动下，电子向P型GaN层方向上迁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在所述超晶格层上生长P型GaN层；所述超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个所述单元结构由P型InxGa(1‑x)N层和叠置于所述P型InxGa(1‑x)N层上的P型AlyGa(1‑y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个所述单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每个所述单元结构均满足x＝0.2‑a*(n‑1)，y＝b*n，其中n为所述单元结构的序号，a为相邻所述单元结构间的x差值，b为相邻所述单元结构间的y差值，使得所述超晶格层中能带均呈阶梯变化。

【技术特征摘要】
1.一种LED外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；
S2步骤：在所述超晶格层上生长P型GaN层；
所述超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个所述单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠
置于所述P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；
其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个所述单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每
个所述单元结构均满足x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为所述单元结构的序号，a为相邻
所述单元结构间的x差值，b为相邻所述单元结构间的y差值，使得所述超晶格层中能带
均呈阶梯变化。
2.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述P型InxGa(1-x)N层中Mg
掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；所述P型AlyGa(1-y)N中Mg掺杂浓度为
1E+19～1E+20atom/cm3。
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：农明涛，苗振林，卢国军，徐平，
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