[发明专利]LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

近年来，In_xGa_(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。

发明内容

本发明目的在于提供一种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，根据本发明的一个方面，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In_xGaN/GaN超晶格，In_xGaN/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In_xGa阱层和第二GaN垒层；其中，第二In_xGa阱层的厚度为第一In_xGa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In_xGa阱层中In的掺杂浓度介于第一In_xGa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In_xGa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In_xGa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In_xGa阱层和释放GaN垒层，释放In_xGa阱层厚度为1～3nm，释放In_xGa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In_xGa阱层厚度为2～4nm，第一In_xGa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。

根据本发明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In_xGa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In_xGa阱层和第一GaN垒层。

进一步地，第二In_xGa阱层的生长温度高于第一In_xGa阱层的生长温度，并低于量子阱应力释放层的生长温度。