[发明专利]LED外延层结构及具有该结构的LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及LED(发光二极光)领域，特别地，涉及一种LED外延层结构及具有该结构的LED芯片。

背景技术

宽带隙的GaN半导体材料具有良好的化学稳定性、热稳定性和较高的击穿电压，是继第一代硅材料和第二代砷化镓材料之后的第三代新型半导体材料。其三元合金铟镓氮(InXGa1-XN)的带隙从0.7eV到3.4eV连续可调，发光波长覆盖了可见光和近紫外光的区域。被认为是制造高亮度蓝、绿发光二极管和白光发光二极管的理想材料，现已广泛应用于照明、显示屏、背光源、信号灯等领域。

如图1所示，传统的GaN基LED外延层结构设置于蓝宝石衬底1’上，包括依次叠置于衬底1’上的低温GaN缓冲层2′、u-GaN层3′、第二u-GaN层4′、N型GaN层5′、电子储存层6′、MQW(多量子阱)层7′、电子阻挡层8′、P型空穴注入层9′和P型接触层10′。在大电流密度工作条件下，这种外延层结构不能有效的阻挡部分电子进入P型空穴注入层9′形成非辐射复合，从而降低了LED器件的发光效率。同时P型空穴注入层9′需在900～1050℃下生长，该生长温度较高，会对已经生长完成的MQW层7′造成结构内损伤。从而降低了LED器件的发光效率。

发明内容

本发明目的在于提供一种LED外延层结构及具有该结构的LED芯片，以解决现有技术中P型GaN层不能有效的阻挡部分电子进入空穴注入层形成非辐射复合及高温P型GaN层生长条件对MQW层造成损伤的技术问题。

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，包括依序生长的MQW层、电子阻挡层和P型GaN空穴注入层，P型GaN空穴注入层包括空穴注入层，P型GaN空穴注入层还包括生长于电子阻挡层与空穴注入层之间的P型AlGaN/GaN超晶格层。

进一步地，P型AlGaN/GaN超晶格层包括多个依次叠置的结构单元，每个结构单元包括依次叠置的超晶格P型AlGaN层和超晶格P型GaN层。

进一步地，P型AlGaN/GaN中超晶格P型AlGaN层和超晶格P型GaN层的厚度比为1∶1∶2～2∶1。

进一步地，P型AlGaN/GaN超晶格层的厚度为20～100nm。

进一步地，超晶格P型GaN层中Mg掺杂浓度为1.0E18～1E20atom/cm³，超晶格P型AlGaN层中Al组分的掺杂浓度为1E19～1E20atom/cm³。

进一步地，还包括MQW保护层，MQW保护层生长于MQW层和电子阻挡层之间，MQW保护层为AlInGaN材料层。

进一步地，MQW保护层的厚度为10～50nm。

进一步地，MQW保护层中In组分的掺杂浓度为1E19～1E20atom/cm³，Al组分的掺杂浓度为1E19～1E20atom/cm³。

根据本发明的另一方面还提供了一种如权利要求1至8中任一项LED外延层结构的生长方法，包括依序生长的MQW层、电子阻挡层和P型GaN空穴注入层的步骤，P型GaN空穴注入层的生长步骤包括依序生长P型AlGaN/GaN超晶格层和空穴注入层，P型AlGaN/GaN超晶格层的生长步骤：在电子阻挡层上生长P型AlGaN/GaN超晶格层；生长P型AlGaN/GaN超晶格层的步骤包括：依序生长多个结构单元，生长每个结构单元的步骤包括依序生长的超晶格P型AlGaN层和超晶格P型GaN层；生长超晶格P型AlGaN层步骤中生长温度为780～900℃，生长压力为300～900mbar，通入铝源，镓源和NH₃；生长超晶格P型GaN层步骤中生长温度为780～900℃，生长压力为500～900mbar，通入镓源和NH₃。

进一步地，还包括生长于MQW层与电子阻挡层之间的MQW保护层的步骤，生长MQW保护层的步骤中：生长温度为750～850℃，生长压力为300～600mbar，通入铝源、铟源、镓源和NH₃。

根据本发明的另一方面还提供了一种LED芯片，包括外延层，外延层结构为权利要求1至10中任一项的外延层。

本发明具有以下有益效果：