Led外延层结构及其制备方法和具有该结构的led器件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及LED器件领域，特别地，涉及一种LED外延层结构及其制备方法和具有该结构的LED器件。
【背景技术】
[0002]氮化镓基材料，包括InGaN、GaN和AlGaN合金，为直接带隙半导体，其带隙为从0.7?6.2eV连续可调，具有宽直接带隙、强化学键、耐高温、抗腐蚀等优良性能，是生产短波长高亮度发光器件、紫外光探测器和高温高频微电子器件的理想材料，已被广泛应用于全彩大屏幕显示器、LCD背光源、信号灯或照明等领域。参见图1示意了一种现有的LED结构，其结构从下至上依次为:基板I’、GaN缓冲层2’，U型GaN层3’、n型GaN层4’、MQW(量子阱层)发光层5’、p型AlGaN层6’和高温ρ型GaN层7’。其中MQW发光层5’中包括交替彼此叠置的InGaN层(QW层)51’和GaN层(Qb) 52’。依次叠置的MQW发光层5’、ρ型AlGaN层6’和高温ρ型GaN层7’的一侧区域为刻蚀区，经过刻蚀后该区域的顶面形成于η型GaN层4’内。刻蚀区的顶面上设置N型电极9’。高温ρ型GaN层7’的顶面上设置P电极8’。制成外延片，该外延片可以作为LED器件的制备基础。
[0003]LED工作时，载流子在其内部的输运及复合决定了焦耳热和复合热的分布。由于GaN基半导体材料存在较强的自发极化和压电极化现象，在大电流密度情况下，极化现象会更加严重，导致电子泄露，减小了量子阱中载流子的浓度及辐射复合的几率。研宄表明，引入AlGaN电子阻挡层后，效率下垂效应会得到明显改善，发光功率显著提高，原因是P型区和活性区间有效势皇的提高，消弱了漏电流效应，使量子阱中载流子浓度及辐射复合率增强。为了提高电子阻挡层中Al元素的掺杂，电子阻挡层必须在低压下生长，但低压下电子阻挡层中有效空穴的浓度就会大大减小，所以电子阻挡层的生长条件就受到了很大的限制。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种LED外延层结构及其制备方法和具有该结构的LED器件，以解决现有技术中外延片亮度较低的技术问题。
[0005]根据本发明的一个方面，提供了一种LED外延层结构，包括依序叠置于衬底上的缓冲GaN层、U型GaN层、N型GaN层、MQW层、P型AlGaN层和P型GaN层，所述MQW层包括至少一个周期的InGaN/GaN层，一个周期的所述InGaN/GaN层包括依次叠置的InGaN层和GaN层，所述MQW层最后一个周期中的所述InGaN层顶面上生长掺Al封顶层，所述掺Al封顶层为AlGaN层或至少一个周期的超晶格形式的AlGaN/GaN层；所述掺Al封顶层的顶面上生长P型AlGaN层。
[0006]进一步地，掺Al封顶层厚度为13?15nm。
[0007]进一步地，一个周期的所述AlGaN/GaN层包括依次叠置的AlGaN层与GaN层，一个周期中所述AlGaN层与所述GaN层的厚度比为1:1。
[0008]进一步地，掺Al封顶层中所述AlGaN/GaN层的周期数为4。
[0009]进一步地，掺Al封顶层中Al掺杂浓度为3E+19?8E+19atom/cm3。
[0010]本发明另一方面还提供了一种如上述的LED外延层结构的制备方法，包括以下步骤:依序在衬底上生长缓冲GaN层、U型GaN层、N型GaN层、MQW层、P型AlGaN层和P型GaN层，所述MQW层包括至少一个周期的InGaN/GaN层，一个周期的所述InGaN/GaN层包括依次叠置的InGaN层和GaN层，还包括以下步骤:在MQW层最后一个周期中的所述InGaN层上生长掺Al封顶层，所述掺Al封顶层的顶面上生长P型AlGaN层；所述掺Al封顶层的生长条件为800?850 °C。
[0011]进一步地，缓冲GaN层的生长条件为在530?560°C下生长厚度为20?30nm的所述缓冲GaN层；所述U型GaN层的生长条件为在1100?1200°C下生长厚度为3?4um的所述U型GaN层；所述N型GaN层的生长条件为在1100?1200 °C下生长厚度为2.5?3μπι掺杂Si的N型GaN，Si的掺杂浓度为8E+18?lE+19atom/cm3。
[0012]进一步地，MQW层的生长条件为在700?750°C下生长掺杂In的厚度为2.5?3nm的InxGa(1_x)N层，其中x = 0.20?0.22，之后在800?850 °C下生长厚度为11?12nm的GaN层，所述MQW层以InxGa(1_x)N层和GaN层依次叠置生长作为一个周期，所述MQW层中的周期数为14?15个。
[0013]进一步地，P型AlGaN层的厚度为30?50nm，所述P型AlGaN层的生长条件为在940?950 °C下Al掺杂浓度2E+20?3E+20，Mg掺杂浓度为3E+19?4E+19 ;所述P型GaN层的厚度为150?200nm，生长条件为在1000?1100°C下持续掺镁，Mg掺杂浓度1E+19?1Ε+20ο
[0014]根据本发明的另一方面还提供了一种LED器件，LED器件中的外延层结构如上。
[0015]本发明具有以下有益效果:
[0016]1.本发明提供的外延层结构从材料生长方面着手，研宄电流扩展对亮度的影响。通过在MQW层的最后一层中掺入Al元素，增加该层内局部电阻，增强电流的扩展，来增加的发光面积，通过掺入Al改变所得LED器件内部的电流扩展效果，增加MQW的发光面积；掺入Al后所得MQW最后一层，表面粗化，从而增强出光效率。同时可以有效的填补V型缺陷，提高外延片的抗静电能力。
[0017]2.本发明另一方面还提供了上述外延层结构的制备方法，通过在MQW层中的最后一层中掺入掺杂浓度为3E+19?8E+19atom/cm3的Al，在800?850°C下进行生长，可以制得具有较高质量的Al掺杂层，提高了所得外延层结构的质量。
[0018]3.本发明另一方面还提供了采用上述方法制备得到的具有该外延层结构的LED器件，该器件的发光效率相比现有的LED器件，发光效率提高3.5%?5%。
[0019]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0020]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0021]图1是现有LED外延层结构的示意图；
[0022]图2是本发明优选实施例LED外延层结构的示意图；
[0023]图3是本发明优选实施例1?3和对比例I所得LED外延层结构制成LED芯片后亮度测试结果的示意图；以及
[0024]图4是本发明优选实施例1?3和对比例I所得LED外延层结构制成LED芯片后抗静电能力测试结果的示意图。
[0025]图例说明:
[0026]1、衬底;2、缓冲 GaN 层;3、U 型 GaN 层;4、N 型 GaN 层;5、MQW 层；51、InGaN 层；52、GaN层；53、掺Al封顶层；6、P型AlGaN层；7、P型GaN层；8、P电极；9、N电极。
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0028]若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
[0029]本文中中涉及到的百分号“ ，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指溶液10ml中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指在20°C时容量的比例。
[0030]本发明提供的LED外延层结构，包括依序叠置于衬底上的缓冲GaN层、U型GaN层、N型GaN层、MQW层、P型AlGaN层和P型GaN层，所述MQW层包括周期性依次彼此叠置的InGaN层和GaN层，所述MQW层最后一个周期中的所述InGaN层顶面上生长掺Al封顶层，所述掺Al封顶层为AlGaN层或超晶格形式的AlGaN/GaN层；所述掺Al封顶层的顶面上生长P 型 AlGaN 层。
[0031]采用上述结构，一方面利用了MQW层的超晶格结构，通过将MQW层周期中最后一个周期中的GaN层替换为掺Al封顶层。掺Al封顶层为AlGaN层或超晶格形式的AlGaN/GaN层。可以达到改变整体LED电流扩展效果的目的。使得电流在掺Al封顶层的作用下，在LED外延层结构中达到纵向和横向双向的电流扩展作用。