Led外延層生長(zhǎng)方法及所得led外延片和芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED外延片生長(zhǎng)領(lǐng)域，特別地，涉及一種LED外延層生長(zhǎng)方法及所得LED外延片和芯片。
【背景技術(shù)】
[0002]LED (light-emitting d1de)是一種能將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。相對(duì)于傳統(tǒng)光源，LED具有壽命長(zhǎng)、體積小、反應(yīng)快、光效高等優(yōu)點(diǎn)。目前，LED器件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電器指示燈、彩屏背光源及日常照明等領(lǐng)域。為解決大電流注入下LED發(fā)光效率衰減(efficiency droop)的問題，人們通過在量子講層與P型GaN層之間插入AlGaN層、AlGaN/GaN超晶格或AlGaN/InGaN超晶格等多種電子阻擋層(electron blocking layer,EBL)，通過提高禁帶寬度來對(duì)電子進(jìn)行阻擋，使其無法從多量子阱層中外溢離開，從而提高了電子空穴復(fù)合效率。
[0003]然而，寬禁帶的EBL層對(duì)電子和空穴均具有阻擋效果，從而使得EBL的引入并沒有很好地解決大電流注入下的發(fā)光效率衰減問題。反而降低了空穴與電子的復(fù)合幾率。降低了 LED芯片的光電轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種LED外延層生長(zhǎng)方法及所得LED外延片和芯片，以解決現(xiàn)有技術(shù)中大電流注入下的發(fā)光效率衰減的技術(shù)問題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種LED外延層生長(zhǎng)方法，包括以下步驟:S1步驟:在多量子阱層上生長(zhǎng)超晶格層；S2步驟:在超晶格層上生長(zhǎng)P型GaN層；超晶格層包括多個(gè)疊置的單元結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)由P型InxGau x)N層和疊置于P型InxGau x)N層上的P型AlyGau y)N層組成；其中X = O?0.2，y = O?0.4，通過調(diào)整每個(gè)單元結(jié)構(gòu)中的In和Al的摻雜濃度，使每個(gè)單元結(jié)構(gòu)均滿足X = 0.2-a*(n-l)，y = b*n，其中η為單元結(jié)構(gòu)的序號(hào)，a為相鄰單元結(jié)構(gòu)間的X差值，b為相鄰單元結(jié)構(gòu)間的j差值，使得超晶格層中能帶均呈階梯變化。
[0006]進(jìn)一步地，P型 InxGau x)N 層中 Mg 摻雜濃度為 1E+19 ?lE+20atom/cm3;P 型AlyGaa y)N 中 Mg 摻雜濃度為 1E+19 ?lE+20atom/cm3。
[0007]進(jìn)一步地，In的摻雜劑為TMIn ；A1的摻雜劑為TMAl。
[0008]進(jìn)一步地，SI和S2步驟的生長(zhǎng)溫度為750?1000 °C，反應(yīng)腔壓力為100?600mbaro
[0009]進(jìn)一步地，單元結(jié)構(gòu)中P型InxGau x)N層厚度為I?5nm ；P型AlyGau y)N的厚度為I ?5nm0
[0010]進(jìn)一步地，超晶格層中包括2?10個(gè)單元結(jié)構(gòu)。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種LED外延片，LED外延片上設(shè)有外延層結(jié)構(gòu)，外延層結(jié)構(gòu)按如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)的方法制得。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面還提供了一種LED芯片，由如上述的LED外延片制成。
[0013]進(jìn)一步地，通200mA電流時(shí)光效為1181m/W。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0015]本發(fā)明提供的LED外延層的生長(zhǎng)方法通過將電子阻擋層設(shè)置為InxGau X)N/AlyGaa y)N超晶格層，同時(shí)調(diào)整超晶格結(jié)構(gòu)中的X和y呈線性漸變，使電子阻擋層中電子和空穴的能帶呈現(xiàn)階梯變化，在不影響電子阻擋層對(duì)電子向P型GaN層迀移的抑制作用的同時(shí)，降低電子阻擋層對(duì)空穴向量子阱層迀移的阻擋作用。在提高LED芯片亮度的同時(shí)，改善其正向電壓。很好的解決大電流注入下的發(fā)光效率衰減問題。
[0016]本發(fā)明提供的按上述方法得到的LED外延層結(jié)構(gòu)，能改善在大電流注入下的發(fā)光效率衰減問題，在提高LED芯片亮度的同時(shí)，降低其正向電壓。
[0017]本發(fā)明提供的包含上述LED外延層結(jié)構(gòu)的LED芯片，LED芯片的亮度:10mA下的1831m/ff；10mA時(shí)的光效為1481m/W，電流增大后的光效下降比率僅為19.1%。電流進(jìn)一步增加至200mA時(shí)的光效為1181m/W，光效下降比率僅為35.5%。與此同時(shí)，還能避免隨著電流增加而導(dǎo)致的LED芯片中電壓上升過快的問題。
[0018]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。
【附圖說明】
[0019]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:
[0020]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的空穴-電子能帶示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的LED外延層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的芯片亮度測(cè)試結(jié)果示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的芯片正向電壓測(cè)試結(jié)果示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的是芯片光效測(cè)試結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]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。
[0026]若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
[0027]本文中涉及到的百分號(hào)“ ，若未特別說明，是指質(zhì)量百分比；但溶液的百分比，除另有規(guī)定外，是指溶液10ml中含有溶質(zhì)若干克；液體之間的百分比，是指在20°C時(shí)容量的比例。
[0028]本發(fā)明提供的方法中包括以下步驟:S1步驟:在多量子阱有源層上生長(zhǎng)超晶格層；S2步驟:在超晶格層上生長(zhǎng)P型GaN層。當(dāng)然也包括其他LED外延結(jié)構(gòu)中層常規(guī)結(jié)構(gòu)。例如襯底和依次設(shè)置于襯底上的GaN緩沖層、N型GaN層、多量子阱層等結(jié)構(gòu)。在此不詳述。這些層的生長(zhǎng)條件，按常規(guī)方法進(jìn)行即可。超晶格層主要作為電子阻擋層設(shè)置。故其設(shè)置位置也可參照此。
[0029]超晶格層包括多個(gè)疊置的單元結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元結(jié)構(gòu)由P型InxGau X)N層和疊置于P型InxGau x)N層上的P型AlyGau y)N層組成。由其結(jié)構(gòu)可知，超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)包括對(duì)多個(gè)單元結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)步驟。具體的每個(gè)單元結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)步驟又包括對(duì)P型InxGau X)N層的生長(zhǎng)和在P型InxGau x)N層上對(duì)P型AlyGau y)N層生長(zhǎng)步驟。通過重復(fù)多次單元結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)步驟，即可得到具有所需周期數(shù)的超晶格層。
[0030]以上超晶格層中的X = O?0.2，y = O?0.4，通過調(diào)整所摻雜TMIn和TMAl的摻雜濃度使得超晶格層中的空穴和電子的能帶呈階梯變化。按此設(shè)置超晶格層中包括了 In和Al均為O摻入的情況。由此可知，本發(fā)明提供的方法通過調(diào)整摻雜劑TMIn和TMAl的摻雜濃度，使得超晶格層中的In和Al的摻入量呈線性變化。例如可以采用多種變化比例，例如變化比例可以為1.1、1.5或1.6。隨著變化比例的改變，可見所得超晶格層中的空穴和電子的能帶形成具有相同變化比例的線性變化，如圖1所示。由圖1可見，通過改變含In物質(zhì)和含Al物質(zhì)的摻雜濃度，改變了空穴和電子之間的能帶間距，使得所得芯片在正向電流的驅(qū)動(dòng)下，電子向P型GaN層方向上迀移的阻擋層勢(shì)皇隨能帶呈現(xiàn)階梯上升，從而逐漸增大了電子向P型GaN層泄露的難度，能更好的抑制電子泄露。正向電流驅(qū)動(dòng)下，空穴向多量子阱層發(fā)光區(qū)方向上迀移的阻擋層勢(shì)皇能帶呈階梯下降，使得空穴隧穿該勢(shì)皇層所需要的能量逐漸減小，因而如圖1所示的能帶結(jié)構(gòu)能對(duì)空穴注入起到推動(dòng)作用。因而能帶階梯變化的電子阻擋層不但很好抑制電子泄露出量子阱發(fā)光區(qū)，還能有效推動(dòng)空穴注入量子阱發(fā)光區(qū)，提升量子阱發(fā)光區(qū)的電子空穴對(duì)，增強(qiáng)發(fā)光輻射效率，提升亮度。另外該阻擋層還能有效解決電子和空穴擁堵效應(yīng)，在電流增大的情況下，電壓增速緩慢。通過提升亮度和改善電壓，具有該能帶結(jié)構(gòu)的超晶格層能使所得芯片在電流不斷增大的情況下，亮度不斷增加，電壓增加緩慢，實(shí)現(xiàn)光效下降減緩。從而使得所通較大的電流，能更好的轉(zhuǎn)化為光能，提高了所得LED芯片在大電流下的亮度等各項(xiàng)性能。
[0031]現(xiàn)有技術(shù)中所用InxGau x)N/AlyGa{1 y)N超晶格電子阻擋層(EBL)的能帶均為直線，沒有梯度變化。在正向大電流的驅(qū)動(dòng)下，電子從N型GaN層迀移至多量子阱層與從P型GaN層迀移過來的空穴復(fù)合發(fā)光。EBL的高能帶勢(shì)皇層能夠很好的阻擋電子向P型GaN層迀移，從而保證了多量子阱層中的電子濃度。然而EBL的高勢(shì)皇層同樣對(duì)空穴向多量子阱層的迀移產(chǎn)生阻擋作用，造成多量子阱層中的電子-空穴對(duì)嚴(yán)重失衡，出現(xiàn)電子在量子阱發(fā)光區(qū)和空穴在P型GaN層區(qū)域內(nèi)擁堵的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了正向電壓(VF)的升高。即傳統(tǒng)的電子阻擋層(EBL)能在一定程度上解決電子泄露的問題，從而提高新拍的亮度(LOP)，但另一方面，則會(huì)導(dǎo)致芯片在大電流下，正向電壓(VF)升高，而光效不發(fā)生明顯提升的現(xiàn)象。本發(fā)明通過更改EBL層的Al、In等摻雜摻雜濃度，進(jìn)而改變InxGau x)N/AlyGa{1 y)N超晶格層的能帶結(jié)構(gòu)，從而在保證超晶格層對(duì)電子的阻擋作用的同時(shí)，減少該層對(duì)空穴的阻擋作用，從而提高了芯片的光電轉(zhuǎn)化率。
[0032]優(yōu)選的，X = 0.2-a*(n_l)，y = b*n，η為超晶格層中單元結(jié)構(gòu)的序號(hào)，a為相鄰單元結(jié)構(gòu)間的X差值，b為相鄰單元結(jié)構(gòu)將的y差值。其中η為從多量子阱層開始的第一個(gè)超晶格單元結(jié)構(gòu)，將其標(biāo)記為η = 1，之后疊置于其他的其他單元結(jié)構(gòu)依序標(biāo)記為η = 2、3和4依次所得序號(hào)。按此公式調(diào)整In和Al的摻雜濃度，從而達(dá)到按上述公式控制X和y的目的。能保證所得超晶格層對(duì)電子的阻擋效果達(dá)到最優(yōu)的同時(shí)，對(duì)空穴的推動(dòng)作用也達(dá)到最優(yōu)。同時(shí)防止能帶發(fā)生改變后，無法降