掺杂浓度为lE+20atom/cm3)、0(Mg掺杂浓度为1E+19)。步骤6中生长温度为750°C，反应腔压力为lOOmbar。P型InxGau x)N层厚度为1nm ；P型AlyGau y)N的厚度为10nm。单元结构的个数为2个。按照上述步骤制得外延片
E0
[0069]对比例I
[0070]1、升温到1100°C，反应腔压力维持在150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5分钟；
[0071]2、降温至550 °C，反应腔压力维持在600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的低温缓冲层GaN ；
[0072]3、升高温度到1050°C，反应腔压力维持在600mbar，持续生长3 μ m的不掺杂GaN ；
[0073]4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度lE+19atom/cm3，总厚度控制在
4μ m ；
[0074]5、周期性生长有源层MQW，反应腔压力维持在300mbar，(I)降温至750°C，生长厚度为3.2nm的Ina25Gaa75N阱层；(2)升高温度至850°C，生长厚度为12nm的GaN皇层；重复生长步骤⑴和(2)，制得周期数为15的Ina25Gaa75N/GaN超晶格量子阱层；
[0075]6、再升高温度到800°C，反应腔压力维持在200mbar，周期性生长厚度为4nm的P型 InaiGaa9N 层和 4nm 的 P 型 AlaiGaa9N 层，周期数为 5，Mg 掺杂浓度 1E+20，InaiGaa9N/AlaiGaa9N超晶格电子阻挡层的总厚度为40nm ;
[0076]7、再升高温度到950 °C，反应腔压力维持在200mbar，持续生长掺杂Cp2Mg的P-GaN,其厚度控制在120nm，Mg惨杂浓度5E+19atom/cm3;
[0077]8、降温至650 °C时生长厚度为5nm的低温掺镁InGaN接触层，Mg的掺杂浓度1E2 latom/ cm3；
[0078]9、升温至750°C，压力保持在800!1*86在N2气氛下活化20分钟，接着炉内冷却。
[0079]按照上述步骤制得外延片C。
[0080]对比例2
[0081]与对比例I的区别在于:
[0082]6、再升高温度到800°C，反应腔压力维持在200mbar，生长厚度为40nm的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E+20 ;
[0083]其他步骤不变，制得外延片D。
[0084]将外延片A、B、C、D和E，在相同芯片工艺条件下制作成芯片尺寸为381 μπι*762 ym(15mil*30mil)，ITO 层厚度约 1100 埃，Cr/Pt/Au 电极厚度约 1200 埃，S12保护层的厚度约400埃的LED芯片，然后以DX-20C绝缘胶、一铨5730支架、道康宁6636硅胶、弘大00902荧光粉、1.2mil金线为封装条件进行封装，在100°C下烘烤4小时制得封装芯粒。将芯片1、芯片2、芯片3和芯片4(分别对应外延片A、B、C、D)，使用同一台积分球对上述芯粒进行电学性能测试，测试随着所通电流的增大，芯片I?4的亮度、正向电压和光效的变化。所得结果列于图3?4中。
[0085]图3表明:随着电流增加，注入多量子阱层的电子和空穴的对数不断增加，芯片的亮度也在不断上升中。传统外延技术制得的芯粒4没有电子阻挡层，无法减少大电流下电子向P型GaN迀移，亮度随电流的增加上升最缓慢，当电流增加到150mA后，电子严重泄露，与空穴发生非辐射复合几率大幅度增加，因而亮度-电流曲线斜率迅速变小。现有技术制得的芯粒3具有电子阻挡层，减少了电子向P型GaN迀移，其亮度稍好于芯粒4，但芯粒3的电子阻挡层对空穴多量子阱层迀移的抑制作用导致其亮度没有明显提升。本发明提供的方法制备得到的芯粒I和2，在正向电流驱动下，电子阻挡层在电子迀移方向上的势皇越来越高，能够很好地抑制电子向P型GaN层泄露；而在空穴的迀移方向上，势皇越来越低，空穴隧穿过最高的势皇层后更容易注入多量子阱层。更强的电子阻挡能力和空穴注入能力使按本发明提供方法制备得到的芯粒I?2在各种不同电流下的亮度均高于现有技术方法制备得到的芯粒3?4。当电流增加到150mA时本发明提供的芯片的斜率几乎没有变化，而芯粒3?4的亮度-电流曲线斜率明显变小，即本发明制备的LED芯粒在大电流驱动下优势更明显，其光电转化率得到有效提高，更符合LED照明市场的发展需求。
[0086]图4表明:随着电流增加，电压不断升高。现有技术制备的芯粒3具有电子阻挡层，该阻挡层对电子泄露和空穴注入都具有抑制作用，随着正向驱动电流不断增加，阻挡回来的电子在多量子阱层发生拥堵，而空穴因为没有及时注入多量子阱层在P型GaN层发生拥堵，电子和空穴的拥堵导致正向电压迅速升高。而本发明制备的芯粒I?2不会造成电子和空穴的拥堵，其正向电压随电流变化曲线与传统技术制备芯粒4 (没有电子阻挡层)基本吻合。
[0087]图5表明:本发明制备的芯粒I?2在不同电流驱动下的光效都明显高于现有技术芯粒3?4，并且随着电流增加，芯粒I?2的光效下降速率低于芯粒3?4的。本发明制备芯粒I?2的最高光效为1mA下的1831m/W，随着所通电流增加到10mA时，芯粒I?2的光效为1481m/W，电流改变的光效下降比率仅为19.1 %。电流增加到200mA时芯粒I?2的光效为1181m/W，光效下降比率仅为35.5%。
[0088]现有技术制备芯粒3和传统的技术制备芯粒4的最高光效为1mA下的1741m/W ；电流增到10mA时的光效为1241m/W，光效下降比率为26.4%;电流增加到200mA时的光效为811m/W，光效下降比率为54%。由此可知，本发明提供的方法制备得到的LED芯粒能减少电流增大导致的光效减小。
[0089]本发明制备的芯粒I?2不仅能提高对电子泄露的阻挡作用，还起到空穴注入的推动作用，能有效的提高大电流下多量子阱层的电子空穴对，大幅度提高发光辐射几率，提升亮度。该超晶格层还能有效解决大电流下电子和空穴的拥堵效应，避免随着电流增加而导致电压过快上升。总之，具有能带曲线连续变化的电子阻挡层能在大电流下大幅提升亮度，并抑制电压过快升高，能有效解决大电流注入下的发光效率衰减(efficiency droop)问题。
[0090]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种LED外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤: SI步骤:在多量子阱层上生长超晶格层； S2步骤:在所述超晶格层上生长P型GaN层； 所述超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个所述单元结构由P型InxGau X)N层和叠置于所述P型InxGau x)N层上的P型AlyGau y)N层组成； 其中X = O?0.2，y = 0?0.4，通过调整每个所述单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每个所述单元结构均满足X = 0.2-a* (η-1)，y = b*n，其中n为所述单元结构的序号，a为相邻所述单元结构间的X差值，b为相邻所述单元结构间的y差值，使得所述超晶格层中能带均呈阶梯变化。2.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述P型InxGa{1 x)N层中Mg掺杂浓度为1E+19?lE+20atom/cm3;所述P型Al yGa{1 y)N中Mg掺杂浓度为1E+19?lE+20atom/cm3。3.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述In的掺杂剂为TMIn;所述Al的掺杂剂为TMAl。4.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述SI和S2步骤的生长温度为750?1000°C，反应腔压力为100?600mbar。5.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述单元结构中所述P型InxGau x)N层厚度为I?5nm ;所述P型AlyGaa y)N的厚度为I?5nm。6.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述超晶格层中包括2?10个所述单元结构。7.—种LED外延片，所述LED外延片上设有外延层结构，其特征在于，所述外延层结构按如权利要求1?6中任一项所述的方法制得。8.—种LED芯片，其特征在于，由如权利要求7中所述的LED外延片制成。9.根据权利要求8所述的LED芯片，其特征在于，通200mA电流时光效为1181m/W。
【专利摘要】本发明提供了一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层；超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个单元结构中的x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为超晶格层中对应单元结构的序号，a为相邻单元结构的x差值，b为相邻单元结构的y差值，使得超晶格层的能带均呈阶梯变化。该方法能改善在大电流注入下的发光效率衰减问题，在提高LED芯片亮度的同时，降低其正向电压。
【IPC分类】H01L33/32, H01L33/00, H01L33/04
【公开号】CN105098005
【申请号】CN201510525852
【发明人】农明涛, 苗振林, 卢国军, 徐平
【申请人】湘能华磊光电股份有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月25日