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，包括依次叠置的量子阱应力释放层和多量子阱层，多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层；第二多量子阱层为In

LED epitaxial layer structure, growth method and LED chip having the same

The invention provides a LED epitaxial layer structure, including quantum wells successively stacked stress release layer and multi quantum well layer, a multi quantum well layer includes a first layer and a more than 2 multi quantum well quantum well layer; the more than 2 layer is In quantum well

【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发光器件领域，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
近年来，InxGa(1～x)N/GaN的多量子阱(MQW)层作为蓝绿光及近紫外范围发光二极管(LED)有源区的研究越来越广泛而深入。传统结构的LED外延层结构如图1所示，包括依次叠置的衬底1′、GaN成核层2′、非掺杂uGaN缓冲层3′、nGaN层4′、掺In量子阱应力释放层5’、多量子阱层6′、P型AlGaN层7′、P型GaN层8′和InGaN接触层9′。该外延层结构的一侧从该外延层结构的顶面蚀刻至nGaN层4′上。该外延层结构中的多量子阱层6′仅能适度的提升LED芯片的发光效率。为更好解决n型GaN层与MQW层之间存在的应力对LED器件发光效率等各方面性能的影响问题，现有技术中多通过设置渐变结构的多量子阱层结构来增加LED器件的发光效率。如CN201310008579.1中通过在低温多量子阱层下设置In掺杂浓度渐变的低温浅量子阱，并以三甲基铝作为垒层，同时也渐变掺杂铝的量。但通过该方法制备得到的LED外延层结构对LED芯片各方面性能的提高效果单一仅能起到提高发光效率的作用，对LED芯片的气体方面性能作用微小。
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、生长方法及具有该结构的LED芯片，以提高芯片的光电性能。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，包括依次叠置的量子阱应力释放层、多量子阱层和P型AlGaN层，多量子阱层包括：第一多量子阱层，第一多量子阱层处于P型AlGaN层底面上，第一多量子阱层包括多个依次叠置的第一结构单元，第一结构单元包括依次叠置的第一InxGa阱层和第一GaN垒层；第二多量子阱层，第二多量子阱层位于量子阱应力释放层和第一多量子阱层之间，第二多量子阱层为InxGaN/GaN超晶格，InxGaN/GaN超晶格包括多个依次叠置的第二结构单元，每个第二结构单元包括依次叠置的第二InxGa阱层和第二GaN垒层；其中，第二InxGa阱层的厚度为第一InxGa阱层厚度的0.3～0.6倍，第二GaN垒层的厚度为第一GaN垒层厚度的0.3～0.6倍；x＝0.20～0.21；第二InxGa阱层中In的掺杂浓度介于第一InxGa阱层中In掺杂浓度和量子阱应力释放层中In掺杂浓度之间。进一步地，第二InxGa阱层的厚度为1～1.6nm；第二GaN垒层的厚度为4～8nm。进一步地，第二InxGa阱层中In的掺杂浓度为5E19～1E20atom/cm3；第二结构单元个数为10～14个。进一步地，量子阱应力释放层包括多个依次叠置的释放结构单元，释放结构单元包括彼此叠置的释放InxGa阱层和释放GaN垒层，释放InxGa阱层厚度为1～3nm，释放InxGa阱层中的In的掺杂浓度为1E19～5E19atom/cm3；释放GaN垒层厚度为37～43nm；释放结构单元的个数为2～3个。进一步地，第一多量子阱层中，第一InxGa阱层厚度为2～4nm，第一InxGa阱层中的In的掺杂浓度为1E20～5E20atom/cm3；第一GaN垒层厚度为10～14nm；第一结构单元个数为5～7个。根据本专利技术的另一方面还提供了一种如上述的LED外延层结构的生长方法，包括：在量子阱应力释放层上生长多量子阱层，生长多量子阱层的步骤包括：在量子阱应力释放层上生长第二多量子阱层和在第二多量子阱层上生长第二多量子阱层，其中，生长第二多量子阱层的步骤包括生长多个依次叠置的第二结构单元，每个第二结构单元包括第二InxGa阱层和第二GaN垒层；生长第一多量子阱层的步骤包括生长多个依次叠置的第一结构单元，第一结构单元包括彼此叠置的第一InxGa阱层和第一GaN垒层。进一步地，第二InxGa阱层的生长温度高于第一InxGa阱层的生长温度，并低于量子阱应力释放层的生长温度。进一步地，第二InxGa阱层的生长温度为770～790℃，优选为780℃；量子阱应力释放层的生长温度为750～800℃。进一步地，第一InxGa阱层的生长温度为730～760℃；第一GaN垒层的生长温度为830～860℃，优选为840℃。根据本专利技术的另一方面还提供了一种LED芯片，包括LED外延层，LED外延层具有如上述LED外延层结构，优选LED芯片亮度为215～230mw，VRD为40～45V，ESD为85％～95％，IR≤0.02uA。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的LED外延层结构通过将多量子阱层设置为第一多量子阱层和第二多量子阱层的组合结构，使得掺In量子阱应力释放层到第一多量子阱层的应力释放更加彻底，从而提高了所得具有该外延层结构的LED芯片的LOP(亮度)、ESD(抗静电能力)、VRD(反向电压)和IR(漏电)率等效果。具有该外延层结构的的LED芯片的亮度可以达到225mw。ESD可以达到48v，不漏电率可以达到96％。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外延层结构侧视示意图；图2是本专利技术优选实施例的LED外延层结构侧视示意图；图3是对比例的多量子阱区能带示意图；图4是本专利技术优选实施例的多量子阱区能带示意图；图5是对比例的In掺杂浓度sims图；图6是本专利技术优选实施例的多量子阱区In掺杂浓度sims图；图7是本专利技术优选实施例与对比例的亮度对比图；图8是本专利技术优选实施例与对比例的VRD对比图；图9是本专利技术优选实施例与对比例的ESD对比图；以及图10是本专利技术优选实施例与对比例的IR对比图。图例说明：1、衬底；2、GaN成核层；3、非掺杂uGaN缓冲层；4、nGaN层；5、量子阱应力释放层；6、第一多量子阱层；7、P型AlGaN层；8、P型GaN层；9、InGaN接触层；10、第二多量子阱层；11、势阱；12、势垒；13、第一多量子阱能带；14、量子阱应力释放能带；15、第二多量子阱能带。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。本专利技术提供的LED外延层结构，包括依次叠置的量子阱应力释放层5和多量子阱层。多量子阱层包括第一多量子阱层6和第二多量子阱层10。第二多量子阱层10生长于量子阱应力释放层5的顶面上，第二多量子阱层10的顶面上生长第一多量子阱层6。第二多量子阱层10为InxGa1～xN/GaN超晶格，InxGa1～xN/GaN超晶格包括多个依次叠置的结构单元，每个结构单元包括第二InxGa1～x阱层和第二GaN垒层；第一多量子阱层6包括多个依次叠置的第一结构单元，第一结构单元包括彼此叠置的第一InxGa1～x阱层和第一GaN垒层，第二InxGa1～x阱层的厚度为第一InxGa1～x阱层厚度的0.3～0.6倍；第二GaN垒层的厚度为第一GaN垒层厚度的0.3～0.6倍。该LED外延层结构如图2所示，包括依次叠置于衬底1上的GaN成核层2、非掺杂uGaN缓冲层3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED外延层结构，包括依次叠置的量子阱应力释放层(5)、多量子阱层和P型AlGaN层(7)，其特征在于，所述多量子阱层包括：第一多量子阱层(6)，所述第一多量子阱层(6)处于所述P型AlGaN层(7)底面上，所述第一多量子阱层(6)包括多个依次叠置的第一结构单元，所述第一结构单元包括依次叠置的第一In

【技术特征摘要】
1.一种LED外延层结构，包括依次叠置的量子阱应力释放层(5)、多量子阱层和P型AlGaN层(7)，其特征在于，所述多量子阱层包括：第一多量子阱层(6)，所述第一多量子阱层(6)处于所述P型AlGaN层(7)底面上，所述第一多量子阱层(6)包括多个依次叠置的第一结构单元，所述第一结构单元包括依次叠置的第一InxGa(1～x)阱层和第一GaN垒层；第二多量子阱层(10)，所述第二多量子阱层(10)位于所述量子阱应力释放层(5)和所述第一多量子阱层(6)之间，所述第二多量子阱层(10)为InxGa(1～x)N/GaN超晶格，所述InxGa(1～x)N/GaN超晶格包括多个依次叠置的第二结构单元，每个所述第二结构单元包括依次叠置的第二InxGa(1～x)阱层和第二GaN垒层；其中，所述第二InxGa(1～x)阱层的厚度为所述第一InxGa(1～x)阱层厚度的0.3～0.6倍，所述第二GaN垒层的厚度为所述第一GaN垒层厚度的0.3～0.6倍；所述x＝0.20～0.21；所述第二InxGa(1～x)阱层中In的掺杂浓度介于所述第一InxGa(1～x)阱层中In掺杂浓度和所述量子阱应力释放层(5)中In掺杂浓度之间。2.根据权利要求1所述的LED外延层结构，其特征在于，所述第二InxGa(1～x)阱层的厚度为1～1.6nm；所述第二GaN垒层的厚度为4～8nm。3.根据权利要求1所述的LED外延层结构，其特征在于，所述第二InxGa(1～x)阱层中In的掺杂浓度为5E19～1E20atom/cm3；所述第二结构单元个数为10～14个。4.根据权利要求1～3中任一项所述的LED外延层结构，其特征在于，所述量子阱应力释放层(5)包括多个依次叠置的释放结构单元，所述释放结构单元包括彼此叠置的释放InxGa(1～x)阱层和释放GaN垒层，所述释放InxGa(1～x)阱层厚度为1～3nm，所述释放InxGa(1～x)阱层中的In的掺杂浓度为1E19～5E19atom/cm3；所述释放GaN垒层厚度为37～43nm；所述释放结构单元的个数为2～3个。5.根据权利要求4所述的LED外延层结构，其特征在于，所述第一多量子阱层(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：农明涛，许孔祥，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