Led外延層結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的led芯片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種LED外延層結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的LED芯片，該外延層結(jié)構(gòu)包括依序生長的MQW層、電子阻擋層和P型GaN空穴注入層，P型GaN空穴注入層包括空穴注入層，P型GaN空穴注入層還包括生長于電子阻擋層與空穴注入層之間的P型AlGaN/GaN超晶格層。本發(fā)明提供的LED外延層結(jié)構(gòu)通過在電子阻擋層和MQW層之間設(shè)置MQW保護(hù)層，再在電子阻擋層上設(shè)置P型AlGaN/GaN超晶格層，使得P型AlGaN/GaN超晶格層形成的二維載流子氣利于空穴均勻擴(kuò)展，提高電子與空穴的結(jié)合效率。
【專利說明】LED外延層結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的LED芯片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED (發(fā)光二極光)領(lǐng)域，特別地，涉及一種LED外延層結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的LED芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶隙的GaN半導(dǎo)體材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和較高的擊穿電壓，是繼第一代硅材料和第二代砷化鎵材料之后的第三代新型半導(dǎo)體材料。其三元合金銦鎵氮(InXGal-XN)的帶隙從0.7eV到3.4eV連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長覆蓋了可見光和近紫外光的區(qū)域。被認(rèn)為是制造高亮度藍(lán)、綠發(fā)光二極管和白光發(fā)光二極管的理想材料，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于照明、顯示屏、背光源、信號(hào)燈等領(lǐng)域。
[0003]如圖1所示，傳統(tǒng)的GaN基LED外延層結(jié)構(gòu)設(shè)置于藍(lán)寶石襯底I’上，包括依次疊置于襯底I’上的低溫GaN緩沖層2'、U-GaN層3'、第二 U-GaN層4'、N型GaN層5'、電子儲(chǔ)存層6'、MQW(多量子阱)層7'、電子阻擋層8'、P型空穴注入層9'和P型接觸層10'。在大電流密度工作條件下，這種外延層結(jié)構(gòu)不能有效的阻擋部分電子進(jìn)入P型空穴注入層9'形成非輻射復(fù)合，從而降低了 LED器件的發(fā)光效率。同時(shí)P型空穴注入層9'需在900?1050°C下生長，該生長溫度較高，會(huì)對(duì)已經(jīng)生長完成的MQW層7'造成結(jié)構(gòu)內(nèi)損傷。從而降低了 LED器件的發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種LED外延層結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的LED芯片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中P型GaN層不能有效的阻擋部分電子進(jìn)入空穴注入層形成非輻射復(fù)合及高溫P型GaN層生長條件對(duì)MQW層造成損傷的技術(shù)問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種LED外延層結(jié)構(gòu)，包括依序生長的MQW層、電子阻擋層和P型GaN空穴注入層，P型GaN空穴注入層包括空穴注入層，P型GaN空穴注入層還包括生長于電子阻擋層與空穴注入層之間的P型AlGaN/GaN超晶格層。
[0006]進(jìn)一步地，P型AlGaN/GaN超晶格層包括多個(gè)依次疊置的結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元包括依次疊置的超晶格P型AlGaN層和超晶格P型GaN層。
[0007]進(jìn)一步地，P型AlGaN/GaN中超晶格P型AlGaN層和超晶格P型GaN層的厚度比為 1:1: 2 ?2:1。
[0008]進(jìn)一步地，P型AlGaN/GaN超晶格層的厚度為20?lOOnm。
[0009]進(jìn)一步地，超晶格P型GaN層中Mg摻雜濃度為1.0E18?lE20atom/cm3，超晶格P型AlGaN層中Al組分的摻雜濃度為1E19?lE20atom/cm3。
[0010]進(jìn)一步地，還包括MQW保護(hù)層，MQff保護(hù)層生長于MQW層和電子阻擋層之間，MQff保護(hù)層為AlInGaN材料層。
[0011]進(jìn)一步地，MQff保護(hù)層的厚度為10?50nm。[0012]進(jìn)一步地，MQff保護(hù)層中In組分的摻雜濃度為1E19?lE20atom/cm3，Al組分的慘雜濃度為1E19?lE20atom/cm3。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)LED外延層結(jié)構(gòu)的生長方法，包括依序生長的MQW層、電子阻擋層和P型GaN空穴注入層的步驟，P型GaN空穴注入層的生長步驟包括依序生長P型AlGaN/GaN超晶格層和空穴注入層，P型AlGaN/GaN超晶格層的生長步驟:在電子阻擋層上生長P型AlGaN/GaN超晶格層；生長P型AlGaN/GaN超晶格層的步驟包括:依序生長多個(gè)結(jié)構(gòu)單元，生長每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的步驟包括依序生長的超晶格P型AlGaN層和超晶格P型GaN層；生長超晶格P型AlGaN層步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為300?900mbar，通入鋁源，鎵源和NH3 ；生長超晶格P型GaN層步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為500?900mbar，通入鎵源和NH3。
[0014]進(jìn)一步地，還包括生長于MQW層與電子阻擋層之間的MQW保護(hù)層的步驟，生長MQW保護(hù)層的步驟中:生長溫度為750?850°C，生長壓力為300?600mbar，通入鋁源、銦源、鎵源和NH3。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種LED芯片，包括外延層，外延層結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)的外延層。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明提供的LED外延層結(jié)構(gòu)通過在電子阻擋層和MQW層之間設(shè)置MQW保護(hù)層，再在電子阻擋層上設(shè)置P型AlGaN/GaN超晶格層，使得P型AlGaN/GaN超晶格層形成的二維載流子氣利于空穴均勻擴(kuò)展，提高電子與空穴的結(jié)合效率。同時(shí)P型AlGaN/GaN超晶格層還能有效限制部分穿過電子阻擋層的電子與空穴不在MQW層外發(fā)生的非輻射復(fù)合，且有效提高了空穴的遷移率，增加了空穴與電子的復(fù)合效率，提高了器件的發(fā)光效率。
[0018]采用本發(fā)明提供的外延層結(jié)構(gòu)的LED標(biāo)準(zhǔn)芯片的藍(lán)光芯片，在350mA驅(qū)動(dòng)電流工作下，28mil*28mil芯片COW亮度由205mW提升至220mW，提高了 7.3%。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0023]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的LED外延層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖例說明:
[0025]1、襯底；2、低溫 GaN 緩沖層；3、第一 U-GaN 層；4、第二 U-GaN 層；5、N 型 GaN 層；6、電子儲(chǔ)存層；7、MQW層；8、MQW保護(hù)層；9、電子阻擋層；10、P型AlGaN/GaN超晶格層；101、超晶格P型AlGaN層；102、超晶格P型GaN層；11、P型GaN空穴注入層；110、空穴注入層；
12、P型接觸層。
【具體實(shí)施方式】[0026]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。
[0027]本發(fā)明提供了一種LED外延層結(jié)構(gòu)，包括依序生長的MQW(多量子阱)層7、電子阻擋層9和P型GaN空穴注入層11。P型GaN空穴注入層11包括依序彼此疊置的P型AlGaN/GaN超晶格層10和空穴注入層110。P型AlGaN/GaN超晶格層10生長于電子阻擋層9與空穴注入層110之間。
[0028]P型AlGaN/GaN超晶格層10是指具有超晶格結(jié)構(gòu)的AlGaN層和GaN層依次疊置組成。依次疊置的超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102可以為一組也可以為多組。優(yōu)選P型AlGaN/GaN超晶格層10包括多個(gè)依次疊置的結(jié)構(gòu)單元,每個(gè)結(jié)構(gòu)單元包括依次疊置的超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102?？昭ㄗ⑷雽?10是指高溫P型GaN層，該層主要起到提供空穴的作用。由于其生長溫度多為900?1050°C因而稱為高溫P型GaN層。
[0029]在電子阻擋層9與空穴注入層110中間設(shè)置的P型AlGaN/GaN超晶格層10中由于超晶格P型AlGaN層101中摻雜了 Al元素使得超晶格P型AlGaN層101相對(duì)超晶格P型GaN層102能帶增寬了，P型AlGaN/GaN超晶格層10的能帶類似城墻垛口型。從而對(duì)穿越電子阻擋層9的電子發(fā)揮二次阻擋作用，防止電子躍遷至P型GaN空穴注入層11與空穴發(fā)生非輻射復(fù)合降低可復(fù)合空穴的濃度。
[0030]P型AlGaN/GaN超晶格層10設(shè)置于空穴注入層110下方，所得P型AlGaN/GaN超晶格層10所形成的二維載流子氣可以有利于空穴注入層110中的空穴均勻擴(kuò)展。P型AlGaN/GaN超晶格層10與空穴注入層110協(xié)同發(fā)揮作用，從而有效提高了空穴的遷移率，從而提高LED外延層中電子與空穴的復(fù)合效率。從而提高了所得LED發(fā)光器件的發(fā)光效率。
[0031]參見圖2，本發(fā)明提供的LED外延層結(jié)構(gòu)包括依次疊置的襯底1、低溫GaN緩沖層
2、第一 U-GaN層3、第二 U-GaN層4、N型GaN層5、電子儲(chǔ)存層6、MQff層7、電子阻擋層9、MQff保護(hù)層8、P型AlGaN/GaN超晶格層10、P型GaN空穴注入層11和P型接觸層12。
[0032]其中P型AlGaN/GaN超晶格層10包括多個(gè)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元包括依次疊置的超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102。在電子阻擋層9的頂面上生長超晶格P型AlGaN層101。在超晶格P型AlGaN層101頂面上生長超晶格P型GaN層102。再在超晶格P型GaN層102頂面上生長第二結(jié)構(gòu)單元中的超晶格P型AlGaN層101。循環(huán)多次得到具有多個(gè)結(jié)構(gòu)單元的P型AlGaN/GaN超晶格層10。P型AlGaN/GaN超晶格層10的頂面上生長空穴注入層110。P型AlGaN/GaN超晶格層10與空穴注入層110疊置組成P型GaN空穴注入層11。P型GaN空穴注入層11的頂面上生長P型接觸層12。
[0033]超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度可以為常規(guī)LED外延層結(jié)構(gòu)中的層厚比。優(yōu)選超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比為
1: 2?2:1。此時(shí)所得P型AlGaN/GaN超晶格層10的對(duì)空穴的擴(kuò)散作用較優(yōu)。更優(yōu)選地厚度比為1: 0.8?1.2，最優(yōu)選的厚度比為1:1，此時(shí)所得P型AlGaN/GaN超晶格層10的對(duì)空穴的擴(kuò)散作用最優(yōu)。
[0034]優(yōu)選超晶格P型AlGaN層101的厚度為2?8nm，超晶格P型GaN層102的厚度為2?8nm，結(jié)構(gòu)單元的周期數(shù)為5?10個(gè)，P型AlGaN/GaN超晶格層10的厚度為20?lOOnm。此時(shí)P型AlGaN/GaN超晶格層10對(duì)。優(yōu)選P型AlGaN/GaN超晶格層10的厚度為20?50nm。此時(shí)P型AlGaN/GaN超晶格層10對(duì)空穴的擴(kuò)展作用和對(duì)電子的阻擋作用協(xié)同達(dá)到最優(yōu)。以防止P型AlGaN/GaN超晶格層10過厚反而阻擋了光的出射。也避免了由于P型AlGaN/GaN超晶格層10過薄而無法產(chǎn)生足夠的二維載流子氣增強(qiáng)空穴的擴(kuò)展作用的問題。
[0035]優(yōu)選超晶格P型GaN層102中Mg摻雜濃度為1.0E18?lE20atom/cm3。超晶格P型AlGaN層101中Al組分的摻雜濃度為lE19-lE20atom/cm3。按此濃度進(jìn)行摻雜既能保證超晶格結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生又能防止由于摻雜過多Mg元素導(dǎo)致超晶格P型GaN層102中空穴遷移率降低而影響發(fā)光效率。超晶格P型AlGaN層101中Al的摻雜雖然能擴(kuò)寬能帶，阻擋電子的遷移，但如果Al的摻雜濃度過高又會(huì)增高LED芯片的電阻影響LED芯片的性能的發(fā)揮。超晶格P型GaN層102摻雜Mg可以形成P型GaN。
[0036]優(yōu)選的本發(fā)明提供的LED外延層結(jié)構(gòu)中還包括生長于MQW層7和電子阻擋層9之間MQW保護(hù)層8。MQff保護(hù)層8為AlInGaN材料層。
[0037]具有MQW保護(hù)層8的LED外延層結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圖3可見LED外延層結(jié)構(gòu)包括依次疊置的襯底1、低溫GaN緩沖層2、第一 U-GaN層3、第二 U-GaN層4、N型GaN層5、電子儲(chǔ)存層6、MQW層7、MQW保護(hù)層8、電子阻擋層9、P型AlGaN/GaN超晶格層10、P型GaN空穴注入層11和P型接觸層12。其中P型AlGaN/GaN超晶格層10結(jié)構(gòu)與上述結(jié)構(gòu)相同。在MQW層7上生長了 MQW保護(hù)層8。MQff保護(hù)層8的頂面上生長電子阻擋層9。
[0038]以AlInGaN為材料的MQW保護(hù)層8由于摻雜了 Al和In，因而能較大范圍的調(diào)節(jié)GaN能帶寬度，因而具有較好的阻擋電子作用。通常僅摻雜Al或In作為MQW保護(hù)層8，僅摻雜一種元素對(duì)MQW保護(hù)層8的能帶擴(kuò)寬作用有限。而同時(shí)摻雜兩種元素能使得MQW保護(hù)層8能帶更加的寬泛。更好的防止MQW層7中的電子躍遷離開MQW層7。減少電子發(fā)生非輻射復(fù)合的發(fā)生。MQW保護(hù)層8的厚度可以為常用的層厚。
[0039]優(yōu)選MQW保護(hù)層8的厚度為10?50nm。此時(shí)MQW保護(hù)層8既能發(fā)揮阻擋電子的作用，又能避免由于MQW保護(hù)層8導(dǎo)致阻擋光的出射。更優(yōu)選的，MQW保護(hù)層8的厚度為10?30nm。此時(shí)MQW保護(hù)層8的阻擋電子作用和導(dǎo)致阻擋光出射的作用最優(yōu)。
[0040]優(yōu)選MQW保護(hù)層8中In組分的摻雜濃度為1E19?lE20atom/cm3。按此摻雜濃度能防止過高的In摻雜濃度導(dǎo)致所得MQW保護(hù)層8中缺陷過多影響LED芯片的性能，同時(shí)保證電子阻擋作用的發(fā)揮。Al組分的摻雜濃度為1E19?lE20atom/cm3，在保證電子阻擋作用的同時(shí)，防止過度增高LED芯片的電阻。
[0041]本發(fā)明的另一方面還提供了一種LED外延層結(jié)構(gòu)的生長方法，包括依序生長的MQW層7、電子阻擋層9和P型GaN空穴注入層11的步驟，P型GaN空穴注入層11的生長步驟包括依序生長P型AlGaN/GaN超晶格層10和所述空穴注入層110，
[0042]P型AlGaN/GaN超晶格層10的生長步驟:在電子阻擋層9上生長P型AlGaN/GaN超晶格層10 ；
[0043]生長P型AlGaN/GaN超晶格層10的步驟包括:依序生長多個(gè)結(jié)構(gòu)單元，生長每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的步驟包括依序；
[0044]生長超晶格P型AlGaN層101步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為300?900mbar，通入鋁源、鎵源和NH3 ；
[0045]生長超晶格P型GaN層102步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為300?900mbar，通入鎵源和NH3。更優(yōu)選生長壓力為500~900mbar.按此壓力生長所得超晶格結(jié)構(gòu)增強(qiáng)LED芯片亮度效果更優(yōu)。
[0046]P型AlGaN/GaN超晶格層10的生長溫度低于空穴注入層110的900~1050°C生長溫度?？昭ㄗ⑷雽?10的生長溫度能防止溫度過高導(dǎo)致生長過程中MQW層7中摻雜的In受熱析出，而降低MQW層7的性能。同時(shí)該生長壓力使得所得P型AlGaN/GaN超晶格層10質(zhì)量較好，又能防止壓力過高導(dǎo)致In和Al元素?zé)o法摻雜進(jìn)入。
[0047]所用鎵源三甲基鎵(TMGa)或三乙基鎵(TEGa)。銦源可以為三甲基銦(TMIn)。鋁源為三甲基鋁(TMAl)。鎂源為二茂鎂(Cp2Mg)。
[0048]優(yōu)選的，當(dāng)LED外延片需要生長MQW保護(hù)層8的時(shí)候，還包括生長于MQW層7與電子阻擋層9之間的MQW保護(hù)層8的步驟，生長MQW保護(hù)層8的步驟中:生長溫度為750~850°C，生長壓力為300~600mbar，通入鋁源、銦源、鎵源和NH3。
[0049]MQff保護(hù)層8是的生長位置在MQW層7上，因而MQW保護(hù)層8生長時(shí)的溫度對(duì)MQW層7的影響更大。由于MQW保護(hù)層8的生長溫度較低，僅為750~850°C，因而能防止生長空穴注入層110時(shí)所用高溫對(duì)MQW層7中In的不良影響。從而從生長過程對(duì)MQW層7起到保護(hù)的作用。 [0050]本發(fā)明提供的LED外延層制備方法，包括以下步驟:
[0051 ] 以下生長過程都是采用MOCVD方法在MOCVD設(shè)備中進(jìn)行的。
[0052]1、將藍(lán)寶石襯底I放置于MOCVD反應(yīng)室里，在溫度1000~1100°C下，用!12、順3等氣體處理4~10分鐘藍(lán)寶石襯底I ;
[0053]2、待處理完，反應(yīng)室降溫至500~650°C范圍內(nèi)，最佳溫度為550°C，通入TMGa和NH3，壓力300~900mbar，在藍(lán)寶石襯底I上生長厚度為20~50nm厚的GaN緩沖層
2(Nucleation)；
[0054]3、生長完GaN緩沖層2，再升溫至950~1100°C，退火60~300s，在襯底I上形成
GaN晶核；
[0055]4、退火完畢，溫度調(diào)至950~1050°C，通入TMGa和NH3,壓力300~900mbar，在GaN緩沖層2上生長厚度為0.8~1.5um的第一 U-GaN層3 ；
[0056]5、再升溫度至1000~1100°C,壓力300mbar~9OOmbar,生長厚度為2~3um的第二 U-GaN 層 4。
[0057]6、第二 U-GaN層4生長結(jié)束后，再調(diào)溫至1000~1100°C，通入TMGa和NH3, SiH4,在第二 U-GaN層4上生長厚度為2~3um的摻SiN型GaN作為N型GaN層5，摻雜濃度5E18~2E19atom/cm3；
[0058]7、η~GaN生長結(jié)束后，生長2~6個(gè)InGaN/GaN電子儲(chǔ)存層6，壓力300mbar~400mbar，溫度 800°C ~850°C條件下生長摻 InxGa(1~x)N/GaN 層，InxGa(1~x)N 厚度 0.5 ~IOnm, GaN 厚度 20 ~50nm ；
[0059]8、電子儲(chǔ)存層生長結(jié)束后，周期性生長有緣發(fā)光層MQW層7，壓力300mbar~400mbar,750 °C 生長 2 ~3nmInxGa(1 ~X)N 的阱層，800 ~850 °C 生長 10 ~13nmGaN 壘層.InxGa(1~ x)N/GaN周期數(shù)為9~18 ;
[0060]9、有緣層生長完畢后，再生長一層以AlInGaN為材料的MQW保護(hù)層8 ;溫度調(diào)至750 ~850°C，通入 TMGa、NH3 和 TMAl、TMIn，壓力 300 ~600mbar，生長厚度為 10 ~50nm，In 組分濃度:1E19 ~lE20atom/cm3, Al 組分濃度:1E19 ~lE20atom/cm3 ；
[0061]10、MQff保護(hù)層8生長完畢后，再生長一層P型AlInGaN作為電子阻擋層9 ;溫度調(diào)至 780 ~950°C，通入 TMGa、NH3> Cp2Mg、TMAl 和 TMIn，壓力 100 ~500mbar，生長厚度約20 ~40nm, Al 組分濃度:1E19 ~2E20atom/cm3,Mg 組分濃度:1E19 ~lE20atom/cm3 ；In 組分濃度:5E19 ~2E20atom/cm3 ；
[0062]11、P型AlInGaN生長完畢后，再生長一層P型AlGaN/GaN超晶格層10 ;溫度調(diào)至780~900°C，通入TMGa、NH3、Cp2Mg和TMAl，生長壓力300~900mbar，I個(gè)周期包括超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102作為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 1，超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的單層厚度是2nm~8nm，周期為5~10，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為20 ~IOOnm, Mg 慘雜濃度 1.0E18 ~lE20atom/cm3, Al 組分濃度:1E19 ~lE20atom/cm3 ；
[0063]12、AlGaN/GaN超晶格10層生長完畢后，再生長一層P型GaN空穴注入層11，溫度調(diào)至 900 ~1050°C，通入 TMGa、NH3、Cp2Mg，生長壓力 500 ~900mbar，生長 30 ~IOOnm 的 P型 GaN 層，Mg 摻雜濃度 1E19 ~2E20atom/cm3 ；
[0064]13、P型GaN空穴注入層11生長完畢后，再生長一層P型接觸層12 ;溫度調(diào)至650 ~680°C，通入 TMGa、NH3、Cp2Mg 和 TMIn，生長壓力 300 ~500mbar，生長 5 ~IOnm 的摻鎂InGaN層；
[0065]14、接觸層(contact)生長完畢后，降度到700~750°C，在氮?dú)鈿夥障拢掷m(xù)時(shí)間20~30分鐘，活化P型GaN得到具有LED外延層結(jié)構(gòu)的LED外延片。 [0066]本發(fā)明的另一方面還提供了具有LED外延層結(jié)構(gòu)的LED芯片。該LED芯片可以按常規(guī)方法制備得到。僅需具有前述LED外延層結(jié)構(gòu)即可。
[0067]采用上述LED外延層結(jié)構(gòu)的LED芯片的發(fā)光效率可提高7.3%。
[0068]實(shí)施例
[0069]以下實(shí)施例中所用物料均為市售。以下實(shí)施例和對(duì)比例中所得外延片按標(biāo)準(zhǔn)方法組裝得到LED芯片。在AixtronCriusII型MOCVD (有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法)設(shè)備上進(jìn)行外延層的生長。
[0070]實(shí)施例1
[0071]1、將藍(lán)寶石襯底I放置于MOCVD反應(yīng)室里，在溫度1000°C下，用H2、NH3等氣體處理4分鐘藍(lán)寶石襯底I ;
[0072]2、待處理完，反應(yīng)室降溫至500°C范圍內(nèi)，通入TMGa和NH3,壓力300mbar，在藍(lán)寶石襯底I上生長厚度為20nm厚的GaN緩沖層2 (Nucleation)；
[0073]3、生長完GaN緩沖層2，再升溫度至950°C，退火60s，在襯底I上形成GaN晶核；
[0074]4、退火完畢，溫度調(diào)至950°C，通入TMGa和NH3,壓力300mbar，在GaN緩沖層2上生長厚度為0.8um的第一 U-GaN層3 ；
[0075]5、再升溫度至1000°C,壓力300mbar,生長厚度為2um的第二 U-GaN層4。
[0076]6、第二 U-GaN層4N生長結(jié)束后，再調(diào)溫至1000°C，通入TMGa和NH3, SiH4,在第二U-GaN層4上生長厚度為2um的摻SiN型GaN作為N型GaN層5，摻雜濃度5E18atom/cm3 ；
[0077]7、n~GaN生長結(jié)束后，生長2~6個(gè)InGaN/GaN電子儲(chǔ)存層6，壓力300mbar，溫度 800°C條件下生長摻 InxGa(1~x)N/GaN 層，InxGaa ^ x)N 厚度 0.5nm, GaN 厚度 20nm ；[0078]8、電子儲(chǔ)存層生長結(jié)束后，周期性生長有緣發(fā)光層MQW層7，壓力300mbar，750°C生長2nmInxGa(1~x)N的阱層，800°C生長IlnmGaN壘層.InxGaa~x)N/GaN周期數(shù)為9 ；
[0079]9、有緣層生長完畢后，再生長一層以AlInGaN為材料的MQW保護(hù)層8 ;溫度調(diào)至750°C，通入TMGa、NH3和TMA1、TMIn,壓力300mbar，生長厚度為10nm，In組分濃度:
5.0E19atom/cm3, Al 組分濃度:8.0E19atom/cm3 ；
[0080]10、MQff保護(hù)層8生長完畢后，再生長一層P型AlGaN作為電子阻擋層9 ;溫度調(diào)至780°C，通入TMGa、NH3> Cp2Mg和TMA1，壓力lOOmbar，生長厚度約20nm，Al組分濃度:1.5E20atom/cm3, Mg 組分濃度:1.0E20atom/cm3 ；
[0081]11、P型AlGaN生長完畢后，再生長一層P型AlGaN/GaN超晶格層10 ;溫度調(diào)至780°C，通入TMGa、NH3、Cp2Mg和TMAl，生長壓力500mbar，I個(gè)周期包括一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102作為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 0.8，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是2nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是1.6nm，周期為5，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為20nm，Al組分濃度:1.0E19atom/cm3，超晶格P型GaN層102中Mg摻雜濃度為
1.0E20atom/cm3；
[0082]12、AlGaN/GaN超晶格10層生長完畢后，再生長一層P型GaN空穴注入層11，溫度調(diào)至900°C，通入TMGa、NH3> Cp2Mg，生長壓力500mbar，生長30nm的P型GaN層，Mg摻雜濃度 lE19atom/cm3；
[0083]13、P型GaN空穴注入層11生長完畢后，再生長一層P型接觸層12 ;溫度調(diào)至6500C，通入 TMGa、NH3> Cp2Mg 和 TMIn，生長壓力 300mbar，生長 5nm 的摻鎂 InGaN 層；
[0084]14、接觸層(contact)生長完畢后，降度到700°C，在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)時(shí)間20分鐘，活化P型GaN得到具有LED外延層結(jié)構(gòu)的LED外延片I。
[0085]實(shí)施例2
[0086]1、將藍(lán)寶石襯底I放置于MOCVD反應(yīng)室里，在溫度1100°C下，用H2、NH3等氣體處理10分鐘藍(lán)寶石襯底I ;
[0087]2、待處理完，反應(yīng)室降溫至650°C范圍內(nèi)，通入TMGa和NH3，壓力900mbar，在藍(lán)寶石襯底I上生長厚度為50nm厚的GaN緩沖層2 (Nucleation)；
[0088]3、生長完GaN緩沖層2，再升溫度至1100°C，退火300s，在襯底I上形成GaN晶核；
[0089]4、退火完畢，溫度調(diào)至1050°C，通入TMGa和NH3,壓力900mbar，在GaN緩沖層2上生長厚度為1.5um的第一 U-GaN層3 ；
[0090]5、再升溫度至1100°C,壓力900mbar,生長厚度為3um的第二 U-GaN層4。
[0091]6、第二 U-GaN層4生長結(jié)束后，再調(diào)溫至1100°C，通入TMGa和NH3, SiH4,在第二U-GaN層4上生長厚度為3um的摻SiN型GaN作為N型GaN層5，摻雜濃度2E19atom/cm3 ；
[0092]7、η~GaN生長結(jié)束后，生長6個(gè)InGaN/GaN電子儲(chǔ)存層6，壓力400mbar，溫度850°C條件下生長摻 InxGa(1~x)N/GaN 層，InxGaa ^x)N 厚度 10nm，GaN 厚度 50nm ；
[0093]8、電 子儲(chǔ)存層生長結(jié)束后，周期性生長有緣發(fā)光層MQW層7，壓力300mbar~400mbar,750°C生長 3nmInxGa(1 ~x)N 的阱層，850°C生長 13nmGaN 壘層.InxGa(1 ~x)N/GaN 周期數(shù)為18 ；
[0094]9、有緣層生長完畢后，再生長一層以AlInGaN為材料的MQW保護(hù)層8 ;溫度調(diào)至850°C，通入TMGa、NH3和TMA1、TMIn,壓力600mbar，生長厚度為30nm，In組分濃度:
6.0E19atom/cm3, Al 組分濃度:lE20atom/cm3 ；
[0095]10、MQff保護(hù)層8生長完畢后，再生長一層P型AlGaN作為電子阻擋層9 ;溫度調(diào)至950°C，通入TMGa、NH3> Cp2Mg和TMAl,壓力500mbar,生長厚度約40nm, Al組分濃度:3E20atom/cm3, Mg 組分濃度:lE20atom/cm3 ；
[0096]11、P型AlGaN生長完畢后，再生長一層P型AlGaN/GaN超晶格層10 ;溫度調(diào)至9000C，通入TMGa、NH3、Cp2Mg和TMAl，生長壓力900mbar，I個(gè)周期包括一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102作為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 1.2，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是2nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是2.4nm,周期為10，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為45nm, Mg摻雜濃度lE20atom/cm3, Al組分濃度:lE20atom/cm3 ；
[0097]12、AlGaN/GaN超晶格10層生長完畢后，再生長一層P型GaN空穴注入層11，溫度調(diào)至1050°C，通入TMGa、NH3> Cp2Mg，生長壓力900mbar，生長IOOnm的P型GaN層，Mg摻雜濃度 2E20atom/cm3 ；
[0098]13、P型GaN空穴注入層11生長完畢后，再生長一層P型接觸層12 ;溫度調(diào)至6800C，通入 TMGa、NH3> Cp2Mg 和 TMIn，生長壓力 500mbar，生長 IOnm 的摻鎂 InGaN 層；
[0099]14、接觸層(contact)生長完畢后，降度到750°C，在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)時(shí)間30分鐘，活化P型GaN得到具 有LED外延層結(jié)構(gòu)的LED外延片2。
[0100]實(shí)施例3
[0101]1、將藍(lán)寶石襯底I放置于MOCVD反應(yīng)室里，在溫度1050°C下，用H2、NH3等氣體處理6分鐘藍(lán)寶石襯底I ;
[0102]2、待處理完，反應(yīng)室降溫至最佳溫度為550°C，通入TMGa和NH3，壓力800mbar，在藍(lán)寶石襯底I上生長厚度為30nm厚的GaN緩沖層2 (Nucleation)；
[0103]3、生長完GaN緩沖層2，再升溫度至1000°C，退火200s，在襯底I上形成GaN晶核；
[0104]4、退火完畢，溫度調(diào)至1000°C，通入TMGa和NH3，壓力700mbar，在GaN緩沖層2上生長厚度為1.0um的第一 U-GaN層3 ；
[0105]5、再升溫度至1050°C,壓力600mbar,生長厚度為2.5um的第二 u-GaN層4。
[0106]6、第二 U-GaN層4N生長結(jié)束后，再調(diào)溫至1050°C，通入TMGa和NH3, SiH4，在第二U-GaN層4上生長厚度為2.5um的摻SiN型GaN作為N型GaN層5，摻雜濃度7E18atom/cm3 ；
[0107]7、η~GaN生長結(jié)束后，生長4個(gè)InGaN/GaN電子儲(chǔ)存層6，壓力500mbar，溫度840°C條件下生長摻 InxGa(1~x)N/GaN 層，InxGaa ^x)N 厚度 0.7nm, GaN 厚度 30nm ；
[0108]8、電子儲(chǔ)存層生長結(jié)束后，周期性生長有緣發(fā)光層MQW層7，壓力350mbar750 V生長 2.5nmInxGa(1^x)N 的阱層，850°C生長 12nmGaN 壘層.InxGaa ~x)N/GaN 周期數(shù)為 10 ；
[0109]9、有緣層生長完畢后，再生長一層以AlInGaN為材料的MQW保護(hù)層8 ;溫度調(diào)至800°C，通入TMGa、NH3和TMA1、TMIn,壓力400mbar，生長厚度為20nm，In組分濃度:8E19atom/cm3, Al 組分濃度:9E19atom/cm3 ；
[0110]10、MQff保護(hù)層8生長完畢后，再生長一層P型AlGaN作為電子阻擋層9 ;溫度調(diào)至880°C，通入TMGa、NH3> Cp2Mg和TMAl,壓力400mbar,生長厚度約30nm, Al組分濃度:2E20atom/cm3, Mg 組分濃度:7E19atom/cm3 ；[0111]11、P型AlGaN生長完畢后，再生長一層P型AlGaN/GaN超晶格層10 ;溫度調(diào)至790°C，通入了]\^&、順3、0?21%和了獻(xiàn)1，生長壓力300mbar，一個(gè)周期包括一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102作為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 1，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是2nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是2nm，周期為5，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為20nm，超晶格P型GaN層102中Mg摻雜濃度為1.0E18atom/cm3, Al組分濃度:7E19atom/cm3；
[0112]12、AlGaN/GaN超晶格10層生長完畢后，再生長一層P型GaN空穴注入層11，溫度調(diào)至1000°C，通入TMGa、NH3、Cp2Mg，生長壓力700mbar，生長60nm的P型GaN層，Mg摻雜濃度 lE20atom/cm3；
[0113]13、P型GaN空穴注入層11生長完畢后，再生長一層P型接觸層12 ;溫度調(diào)至6600C，通入 TMGa、NH3> Cp2Mg 和 TMIn，生長壓力 400mbar，生長 8nm 的摻鎂 InGaN 層；
[0114]14、接觸層(contact)生長完畢后，降度到740°C，在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)時(shí)間25分鐘，活化P型GaN得到具有LED外延層結(jié)構(gòu)的LED外延片3。
[0115]實(shí)施例4
[0116]與實(shí)施例1的區(qū)別在于:
[0117]步驟9 中 In 組分濃度:1.0E19atom/cm3, Al 組分濃度:1.0E19atom/cm3。
[0118]步驟11中:超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 2，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是5nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是10nm，周期為5，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為75nm。MQW保護(hù)層8的厚度為50nm。得到LED外延片4。
[0119]實(shí)施例5
[0120]與實(shí)施例1的區(qū)別在于:
[0121]步驟9 中:1η 組分濃度:lE20atom/cm3。
[0122]步驟11中:超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是1: 1，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是5nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是5nm，周期為10，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為lOOnm。得到LED外延片5。
[0123]實(shí)施例6
[0124]與實(shí)施例1的區(qū)別在于:超晶格P型AlGaN層101和超晶格P型GaN層102的厚度比是2: I，超晶格P型AlGaN層101的單層厚度是5nm和超晶格P型GaN層102的單層厚度是2.5nm,周期為3，P型AlGaN/GaN超晶格層10總厚度約為23nm。得到LED外延片6。
[0125]對(duì)比例I
[0126]與實(shí)施例1的區(qū)別在于未設(shè)置P型AlGaN/GaN超晶格層10和MQW保護(hù)層8。得到LED外延片7。
[0127]對(duì)比例2
[0128]與實(shí)施例1的區(qū)別在于未設(shè)置P型AlGaN/GaN超晶格層10。得到LED外延片8。
[0129]對(duì)比例3
[0130]與實(shí)施例1的區(qū)別在于P型AlGaN/GaN中超晶格P型AlGaN層和P型GaN層的厚度比為1: 3。得到LED外延片9。
[0131]對(duì)比例4
[0132]與實(shí)施例1的區(qū)別在于P型AlGaN/GaN中超晶格P型AlGaN層和P型GaN層的厚度比為3: I。得到LED外延片10。
[0133]所得LED外延片I~10按正裝LED芯片制程制成28mil*28mil芯片，主波長為450nm的藍(lán)光LED芯片I~10。在350mA驅(qū)動(dòng)電流下，COW數(shù)據(jù)點(diǎn)測(cè)機(jī)(型號(hào):惠特FWP6000)儀器測(cè)定各LED芯片COW亮度的發(fā)光效率。所得各LED芯片的平均發(fā)光效率利于表1中。
[0134]表1 LED芯片I~10發(fā)光效率
[0135]
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延層結(jié)構(gòu)，包括依序生長的MQW層、電子阻擋層和P型GaN空穴注入層，所述P型GaN空穴注入層包括空穴注入層，其特征在于，所述P型GaN空穴注入層還包括生長于所述電子阻擋層與所述空穴注入層之間的P型AlGaN/GaN超晶格層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型AlGaN/GaN超晶格層包括多個(gè)依次疊置的結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)所述結(jié)構(gòu)單元包括依次疊置的超晶格P型AlGaN層和超晶格P型GaN層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型AlGaN/GaN中所述超晶格P型AlGaN層和所述超晶格P型GaN層的厚度比為1: 2?2:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述P型AlGaN/GaN超晶格層的厚度為20?lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述超晶格P型GaN層中Mg摻雜濃度為1.0E18?lE20atom/cm3，所述超晶格P型AlGaN層中Al組分的摻雜濃度為1E19 ?lE20atom/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括MQW保護(hù)層，所述MQW保護(hù)層生長于所述MQW層和所述電子阻擋層之間，所述MQW保護(hù)層為AlInGaN材料層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述MQW保護(hù)層的厚度為10?50nmo
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述MQW保護(hù)層中In組分的慘雜濃度為1E19?lE20atom/cm3, Al組分的慘雜濃度為1E19?lE20atom/cm3。
9.一種如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述LED外延層結(jié)構(gòu)的生長方法，包括依序生長的MQff層、電子阻擋層和P型GaN空穴注入層的步驟，其特征在于，所述P型GaN空穴注入層的生長步驟包括依序生長所述P型AlGaN/GaN超晶格層和所述空穴注入層， 所述P型AlGaN/GaN超晶格層的生長步驟:在所述電子阻擋層上生長所述P型AlGaN/GaN超晶格層； 生長所述P型AlGaN/GaN超晶格層的步驟包括:依序生長多個(gè)結(jié)構(gòu)單元，生長每個(gè)所述結(jié)構(gòu)單兀的步驟包括依序生長的超晶格P型AlGaN層和超晶格P型GaN層； 生長所述超晶格P型AlGaN層步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為300?900mbar,通入招源、鎵源和NH3 ； 生長所述超晶格P型GaN層步驟中生長溫度為780?900°C，生長壓力為500?900mbar，通入載有鎵源和NH3。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括生長于所述MQW層與所述電子阻擋層之間的MQW保護(hù)層的步驟，生長所述MQW保護(hù)層的步驟中:生長溫度為750?850°C，生長壓力為300?600mbar，通入鋁源、銦源、鎵源和NH3。
11.一種LED芯片，包括外延層，其特征在于，所述外延層結(jié)構(gòu)為權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的外延層。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103972335SQ201410225155
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】馬歡, 徐迪, 田艷紅 申請(qǐng)人:湘能華磊光電股份有限公司