[发明专利]LED外延层及其生长方法和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外延层及其生长方法和LED芯片。

背景技术

量子点是准零维的纳米材料，有少量的原子构成，量子点三个维度的尺寸均在100nm以下，外观似极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到限制，因而量子点的局限效应特别显著。量子点所具有的特性介于体半导体的特性和分立分子的特性之间。量子点可以用于各种应用，例如，在晶体管、太阳能电池、LED、二极管激光器中，用作医疗成像试剂，用作量子位、以及用作存储器。

GaN基LED蓝绿光发光器件中多以InGaN/GaN超晶格多量子阱层(MQW层)作为发光层。如图1所示，包括MQW层的LED芯片包括依次叠置的衬底1’(蓝宝石或碳化硅)、缓冲GaN层2’、不掺杂GaN层3’、N型局限层4’、MQW层5’、P型局限层6’和掺杂Mg的GaN层7’。其中MQW层5’以彼此叠置的InGaN层51’和GaN层52’为一个单元。MQW层5’重复多个该单元结构，得到MQW层5’。MQW层5’的增设能提高LED芯片的发光效率。为了进一步LED芯片的发光效率还需要进一步地提高空穴和电子的复合效率。增加InGaN中量子点可以增加电子和空穴的复合概率，从而提高芯片的出光效率。实验室中多采用激光照射生长好的LED外延结构，破坏InGaN的二维连续性从而获得较多的量子点。但该方法照射效果不确定，不适于工业运用。

发明内容

本发明目的在于提供一种LED外延层及其生长方法和LED芯片，以解决现有技术中LED芯片发光效率低的技术问题。

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，包括依序生长的N型局限层、MQW层和P型局限层，MQW层包括多个结构单元，每个结构单元内包括InGaN层和GaN层，其特征在于，结构单元内还包括至少一层掺镁层。

进一步地，掺镁层为MgN。

进一步地，掺镁层厚度≤1.0nm。

进一步地，掺镁层中镁的掺杂浓度5E+18～1E+19。

进一步地，MQW层中结构单元数为10～15个。

进一步地，各结构单元中InGaN层为In_xGa_(1～x)N层，x＝0.15～0.25，优选InGaN层中In掺杂浓度1E+20～3E+20，优选InGaN层的厚度为2.8～3.5nm。

根据本发明的另一方面还提供了一种上述LED外延层的生长方法，包括依序生长的N型局限层、MQW层和P型局限层的步骤，生长MQW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掺镁层、InGaN层和GaN层，掺镁层为MgN，生长掺镁层的步骤中，生长温度为700～850℃，在压力为300～400mbar下，同时通入镁源和NH₃30～50s以生长掺镁层。

进一步地，InGaN层为In_xGa_(1～x)N层，x＝0.15～0.25，InGaN层的生长方法包括以下步骤：在700～750℃下同时通入镓源和铟源以及NH₃以生长In的掺杂浓度1E+20～3E+20的In_xGa_(1～x)N层。

进一步地，GaN层的生长方法包括以下步骤：在800～850℃下同时通入镓源和NH₃以生长厚度为10～15nm的GaN层。

根据本发明的另一方面还提供了一种LED芯片，包括外延层，外延层上述外延层。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的LED外延层通过在多量子阱层中增设掺杂镁层，使得GaN势垒表面粗糙，影响InGaN势阱的生长，抑制InGaN横向生长，促进InGaN三维生长，从而增加InGaN中的量子点数，从而将LED芯片的发光效率提高5～6％。

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

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：

图1是本发明优选实施例的示意图；

图2是本发明优选实施例的示意图；

图3是本发明优选实施例的示意图；

图4是本发明优选实施例的示意图；以及

图5是本发明优选实施例芯片发光效率结果图。

图例说明：