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1、10申请公布号CN104157745A43申请公布日20141119CN104157745A21申请号201410376488822申请日20140801H01L33/00201001H01L33/0620100171申请人湘能华磊光电股份有限公司地址423038湖南省郴州市苏仙区白露塘镇有色金属产业园区72发明人林传强戚运东周佐华74专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司11240代理人吴贵明54发明名称LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片57摘要本发明提供了一种LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片，LED外延层结构，包括依次叠置的掺SIN型GAN层、MQW。
2、层和P型ALGAN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的INXGA1XN层和GAN层，由所述掺SIN型GAN层向P型ALGAN层方向，各所述INXGA1XN层中的X由00503匀速渐变至03005。本发明提供的LED芯片从IN组分渐变出发，通过调整多量子阱层中IN组分分布的起伏，增加发光层准量子点的数目，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页10申请公布号CN104157745ACN104157745A1/1页21一种。
3、LED外延层结构，包括依次叠置的掺SIN型GAN层、MQW层和P型ALGAN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的INXGA1XN层和GAN层，其特征在于，由所述掺SIN型GAN层向P型ALGAN层方向，各所述INXGA1XN层中的X由00503匀速渐变至03005。2根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述MQW单元的个数为1416个。3根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，各所述INXGA1XN层的厚度为253NM。4根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，各所述GAN层的厚度为1112NM。5根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所。
4、述P型ALGAN层的厚度为2030NM。6根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述掺SIN型GAN层厚度为34M。7一种如权利要求16中任一项所述LED外延层结构的生长方法，包括在衬底顶面上方依次生长掺SIN型GAN层，MQW层和P型ALGAN层，生长所述MQW层的步骤包括依次叠置生长多个MQW单元，生长各所述MQW单元的步骤包括依次叠置生长INXGA1XN层和GAN层，其特征在于，生长各所述INXGA1XN层的步骤中，所述INXGA1XN层的生长温度为700750，IN的流速由7002000SCCM匀速渐变至2000700SCCM。8根据权利要求7所述的方法，其特征在于，各所述GAN。
5、层的生长温度为800850。9根据权利要求7所述的方法，其特征在于，生长所述掺SIN型GAN层的步骤中，SI掺杂浓度为1E192E19；优选生长所述P型ALGAN层的步骤中，生长温度为900930，AL的掺杂浓度为1E202E20。10一种具有如权利要求16中任一项所述的LED外延层结构的LED芯片。权利要求书CN104157745A1/5页3LED外延层结构、生长方法及具有该结构的LED芯片技术领域0001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、生长方法及具有该结构的LED芯片。背景技术0002LED市场上现在要求LED芯片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好。
6、、光效越高越好；LED市场价值的体现为光效/单价，光效越好，价格越高，所以LED高光效一直是LED厂家和院校LED研究所所追求的目标。参见图1，现有技术中所用LED外延层结构包括衬底1和依次叠置于衬底1顶面上的缓冲GAN层2、U型GAN层3、掺SIN型GAN层4、MQW层5、P型ALGAN层8、掺镁P型GAN层9层。其中MQW层5包括多个依次叠置的MQW单元。MQW单元包括依次叠置的INXGA1XN51层和GAN层52。其中X的含量在MQW单元中恒定。该结构的LED外延层结构中MQW层5发光效率较低，无法在相同电压条件下，获得较高的发光效率。0003LED的光效很大程度和发光层材料特性相关，所。
7、以制作优良的发光层成为提高LED光效的关键；目前已知的方法例如1阶梯阱；2势磊应力释放层等等；发明内容0004本发明目的在于提供一种LED外延层结构和生长方法，以解决现有技术中LED芯片电压不变的情况下，亮度无法进一步提高的技术问题。0005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，包括依次叠置的掺SIN型GAN层、MQW层和P型ALGAN层，所述MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，所述MQW单元包括叠置的INXGA1XN层和GAN层，由所述掺SIN型GAN层向P型ALGAN层方向，各所述INXGA1XN层中的X由00503匀速渐变至03005。0006进一步地，所述。
8、MQW单元的个数为1416个。0007进一步地，各所述INXGA1XN层的厚度为253NM。0008进一步地，各所述GAN层的厚度为1112NM。0009进一步地，P型ALGAN层的厚度为2030NM。0010进一步地，掺SIN型GAN层厚度为34M。0011本发明的另一方面还提供了一种如上述LED外延层结构的生长方法，包括在衬底顶面上方依次生长掺SIN型GAN层，MQW层和P型ALGAN层，生长所述MQW层的步骤包括依次叠置生长多个MQW单元，生长各所述MQW单元的步骤包括依次叠置生长INXGA1XN层和GAN层，生长各所述INXGA1XN层的步骤中，所述INXGA1XN层的生长温度为700。
9、750，IN的流速由7002000SCCM匀速渐变至2000700SCCM。0012进一步地，各所述GAN层的生长温度为800850。0013进一步地，生长所述掺SIN型GAN层的步骤中，SI掺杂浓度为1E192E19；优选生长所述P型ALGAN层的步骤中，生长温度为900930，AL的掺杂浓度为1E20说明书CN104157745A2/5页42E20。0014根据本发明的另一方面还提供了一种具有如上述的LED外延层结构的LED芯片。0015本发明具有以下有益效果0016本发明提供的LED芯片从IN组分渐变出发，通过调整多量子阱层中IN组分分布的起伏，增加发光层准量子点的数目，提高电子和空穴波。
10、函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率。0017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0018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0019图1是现有技术中LED外延层结构的示意图；0020图2是现有技术中LED外延层结构能带示意图；0021图3是本发明优选实施例的LED外延层结构示意图；0022图4是本发明优选实施例的LED外延层结构能带示意图；0023图5是本发明优选实施例的亮度结果示意图；以及0024图6是本。
11、发明优选实施例的亮度结果示意图。具体实施方式0025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。0026本文中渐变是指每个MQW单元中的INXGA1XN层中X以相同的速率改变至最终值。X值的改变是从靠近掺SIN型GAN4向着P型ALGAN层8进行的。例如以00503/14的速度来进行改变。其中14是指MQW层的单元数。0027参见图3，本发明提供的LED外延层结构，包括依次叠置的掺SIN型GAN4、MQW层5和P型ALGAN层8，MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，MQW单元包括叠置的INXGA1XN层51和GAN层52，INXGA1XN层。
12、51中的X由00503渐变至03005。0028参见图2，现有技术中MQW层5含有1416个周期的势阱INGAN510和势磊GAN520，其中参与发光的是靠近P型ALGAN层8的46个周期的势阱INGAN510和势磊GAN520。通过分析其能带图可知，靠近掺SIN型GAN4的势阱INGAN510和势磊GAN520空穴浓度非常低，因而MQW层5中靠近掺SIN型GAN4的区域内的电子和空穴无法复合发光。该区域内的MQW层5无法有效发挥提高亮度的作用。0029参见图3，本发明提供的LED外延层结构包括衬底1和依次叠置于衬底1顶面上的缓冲GAN层2、U型GAN层3、掺SIN型GAN层4、MQW层5、P。
13、型ALGAN层8、掺镁P型GAN层9层。其中MQW层5包括多个依次叠置的MQW单元。MQW单元包括依次叠置的INXGA1XN51层和GAN层52。0030X值的变化过程是指从生长于掺SIN型GAN层4顶面上的第一个INXGA1XN层51开始向设置于P型ALGAN层8底面上的第N个INXGA1XN层51方向渐变。通过调整MQW层说明书CN104157745A3/5页55中的INXGA1XN层51中的X由00503渐变至03005。获得了具有如图4所示的能带结构的MQW层5。增加MQW层5中准量子点的数目，提高电子和空穴波函数的交叠积分，提高电子和空穴的复合效率，从而实现在相同驱动电压下提高所得L。
14、ED芯片的发光效率的目的。本文中X由00503渐变至03005是指X值可以从005渐变至03。当然也可以为从008渐变至03。优选为从005渐变至03或从03渐变至005。此时能将LED芯片的发光效率相对现有技术中所示LED外延层结构提高10以上。渐变过程为匀速能带的交叉程度能统一，采用该种方法能有效提高所得LED芯片的发光效率。X值的改变还意味着其中的GA掺杂量的改变，二者按照X的关系进行调整。0031优选MQW单元的个数为1416个。按此个数进行设置能使得MQW单元个数达到较合理的程度，从而提高所得MQW层的发光效率。0032优选INXGA1XN层51的厚度为253NM。按此厚度设置能减少。
15、该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。0033优选GAN层的厚度为1112NM。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。0034优选P型ALGAN层的厚度为2030NM。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。0035优选掺SIN型GAN层厚度为34M。按此厚度设置能减少该层对出射光的阻挡作用。从而提高所得LED芯片的发光亮度。0036本发明的另一方面还提供一种LED外延层结构的生长方法，包括以下步骤00371在衬底顶面上依次生长缓冲GAN层、U型GAN层和掺SIN型GAN层；00382在掺SIN型GA。
16、N层顶面上生长MQW层；00393在MQW层上依序生长P型ALGAN层、掺镁P型GAN层；0040MQW层包括多个依次叠置的MQW单元，MQW单元包括叠置的INXGA1XN层和GAN层，INXGA1XN层的生长温度为700750，IN的流速匀速由7002000SCCM渐变至2000700SCCM。0041该方法通过调整生长MQW层5中的IN的流速从而调整其中IN的掺杂浓度，进而实现对X的调整。例如IN的流速由700SCCM渐变至1800SCCM。优选按此条件进行生长能使得MQW层5中的IN的掺杂浓度能从00503匀速渐变至03005。按此条件进行生长，所得LED芯片所发光的波长能与X值恒定的现。
17、有技术中的LED芯片所发光的波长相同。从而使得采用本发明提供的方法制备得到的LED芯片能实现对现有技术中LED芯片的替代作用。按此条件控制生长，能使得所得LED芯片的发光亮度，在电压不变的前提下，提高10。LED外延层结构中的其他层结构可以按常规方法进行生长。0042优选GAN层的生长温度为800850。优选掺SIN型GAN层的SI掺杂浓度为1E192E19；优选P型ALGAN层的生长温度为900930，其中AL的掺杂浓度为1E202E20，MG的掺杂浓度为8E181E19。按此条件进行生长，所得LED芯片的各项性能达到最优，发光亮度也能得到有效提高。0043本发明另一方面还提供了一种具有上述。
18、LED外延层结构的LED芯片。该芯片在33V驱动电压下，亮度为510MW。0044实施例说明书CN104157745A4/5页60045以下实施例和对比例中所用仪器和原料均为市售。0046将实施例和对比例中所得样品在相同的工艺条件下镀ITO层约150NM、镀CR、PT或AU电极约70NM、镀保护层SIO2约30NM。然后在相同的条件下将样品研磨切割成762M762M30MI30MIL的芯片颗粒。从所得样品中，根据所对应的实施例和对比例，分别从每个实施例和每个对比例中所得样品在相同位置所得LED芯粒中各自挑选150颗晶粒，在相同的封装工艺下，封装成白光LED。然后采用积分球在驱动电流350MA条。
19、件下测试样品的亮度和电压。0047实施例100481、在1000的的氢气气氛下处理蓝宝石衬底3分钟；00492、降温至530下，在蓝宝石衬底上生长厚度为20NM的缓冲层GAN；00503、升温到1000下，持续生长3UM的不掺杂GAN；00514、然后首先生长3M持续掺杂SI的N型GAN，SI掺杂浓度1E19；00525、周期性生长有发光层MQW，MQW单元周期数为14个，每个周期中的INXGA1XN层在700生长掺杂IN，厚度为25NM。MQW单元中INXGA1XN其中X从第一INXGA1XN层的005匀速渐变至第14INXGA1XN层的03，渐变速度为0017/周期层，各GAN层的生长温度。
20、为800，厚度为11NM。00536、再升温到900持续生长20NM的P型ALGAN层，AL掺杂浓度1E20，MG掺杂浓度8E18；00547、再升温到930持续生长100NM的掺镁的P型GAN层，MG掺杂浓度5E18；00558、最后降温至700，保温20分钟，接着炉内冷却，得到样品2。0056实施例200571、在1200的的氢气气氛下处理蓝宝石衬底5分钟；00582、降温至560下，在蓝宝石衬底上生长厚度为30NM的缓冲层GAN；00593、升温到1100下，持续生长4UM的不掺杂GAN；00604、然后首先生长4M持续掺杂SI的N型GAN，SI掺杂浓度2E19；00615、周期性生长有。
21、发光层MQW，MQW单元周期数为16个。MQW单元中的每个INXGA1XN层均在750下生长掺杂IN，每层INXGA1XN层的厚度为3NM。MQW单元中X由第一INXGA1XN层的030匀速渐变至第16INXGA1XN层中的005，渐变速度为0017/周期，各GAN层生长温度850下，生长厚度为12NM；00626、再升温到930持续生长30NM的P型ALGAN层，AL掺杂浓度2E20，MG掺杂浓度1E19；00637、再升温到1000持续生长150NM的掺镁的P型GAN层，MG掺杂浓度1E19；00648、最后降温至750，保温30分钟，接着炉内冷却，得到样品3。0065实施例300661、。
22、在1100的的氢气气氛下处理蓝宝石衬底4分钟；00672、降温至550下，在蓝宝石衬底上生长厚度为25NM的缓冲层GAN；00683、升温到1150下，持续生长35UM的不掺杂GAN；00694、然后首先生长35M持续掺杂SI的N型GAN，SI掺杂浓度15E19；00705、周期性生长有发光层MQW，MQW单元周期数为15个。MQW单元中的每个INXGA1XN说明书CN104157745A5/5页7层均在740生长掺杂IN。每层INXGA1XN层的厚度为25NM。MQW单元中X由第一INXGA1XN的01匀速渐变至第15INXGA1XN层中的03，渐变速度为0013/周期层，各GAN层生长温度。
23、840，厚度为11NM的。；00716、再升温到920持续生长25NM的P型ALGAN层，AL掺杂浓度15E20，MG掺杂浓度9E18；00727、再升温到930持续生长100NM的掺镁的P型GAN层，MG掺杂浓度5E18；00738、最后降温至700，保温20分钟，接着炉内冷却，得到样品4。0074对比例10075与实施例1的区别在于X值恒定为002022。得到样品1。0076实施例13和对比例1中生产条件和所得样品的发光波长列于表1中。0077表1实施例13和对比例1生产条件和样品的发光波长对比表00780079由表1可见，按本发明提供的方法制备得到的样品24与样品1的区别仅在于掺杂IN的。
24、量的方式。本发明提供的方法能获得具有与未改变IN掺杂量的LED芯片相同的发光波长。样品14检测电压和亮度的结果列于图5和6中。由图5可见，通过改变IN的掺杂量，能将所得LED芯片的亮度相对未改变IN掺杂量的LED芯片提高10。最高亮度可达510MW。0080由图6可见，样品14的电压基本相同。说明无需提高所得LED芯片的驱动电压，即可有效提高所得LED芯片的发光亮度。0081以上所述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。说明书CN104157745A1/4页8图1说明书附图CN104157745A2/4页9图2图3说明书附图CN104157745A3/4页10图4图5说明书附图CN104157745A104/4页11图6说明书附图CN104157745A11。