Led外延层结构生长方法及所得外延层结构和led芯片的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有超晶格结构层的LED外延层领域，特别地，涉及一种LED外延层结 构生长方法及所得外延层结构和LED芯片。
【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、IXD背光源、信号灯或照明等领域。如图1所示为一种现有的LED外延 层结构，其结构从下至上包括依次叠置的衬底Γ，GaN缓冲层2'，非掺杂UGaN缓冲层3'，η 型GaN层4'，MQW(多量子阱）发光层5'，ρ型AlGaN层6'、第一 P型GaN层7'、第二P型 GaN层8'。其中MQW发光层5'中包括多个周期的超晶格结构，一个周期的超晶格结构包括 第一掺In阱层51'和叠置于第一掺In阱层51'上的第二掺In阱层52'。MQW发光层5' 能适度的提升LED芯片的发光效率。
[0003] 目前国内GaN基LED材料生长，在传统LED外延结构基础上产生了许多新结构，都 极大的提高了 LED的各项品质。反向电压是反映 LED芯片特性的重要参数，反向电压低的 芯片在经过封装老化后更容易漏电失效，也更容易被击穿损坏，芯片的使用稳定性因此大 大降低。反向电压还能表征LED芯片外延薄膜晶体的有源区缺陷程度，该缺陷易形成非辐 射复合中心，从而加剧该缺陷，这些缺陷扩散至P型GaN层后，容易形成漏电通道，继而降低 LED芯片的反向电压。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种LED外延层结构生长方法及所得外延层结构和LED芯片，以解决 现有LED外延结构中的反向电压偏低的技术问题。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种LED外延层结构的生长方法，包括生长P型 AlGaN层和设置于P型AlGaN层顶面上的第一 P型GaN层的步骤，还包括在P型AlGaN层 和第一 P型GaN层之间生长遮蔽层的步骤，遮蔽层为P型AlGaN/InGaN超晶格结构；生长P 型AlGaN层时生长温度为750~800°C，A1掺杂浓度为I. 8E+20~2. 2E+20atom/cm3，Mg掺 杂浓度为1E+20~2E+20atom/cm3;生长P型AlGaN/InGaN超晶格结构时生长温度为850~ 900°C，Mg 掺杂浓度为 2E+20 ~3E+20atom/cm3。
[0006] 进一步地，P型AlGaN层的生长温度为800°C ;P型AlGaN/InGaN超晶格结构的生 长温度为870 °C。
[0007] 进一步地，生长遮蔽层时的生长压力为200~250mbar。
[0008] 进一步地，第一 P型GaN层的生长条件为在1000~1050°C下，在N2气氛下保持反 应压力为 55〇 ~6〇〇mbar，Mg 惨杂浓度 1E+19 ~2E+l9atom/cm3〇
[0009] 根据本发明的另一方面还提供了一种如上述的方法制备得到的LED外延层结构， 包括P型AlGaN层和设置于P型AlGaN层顶面上的第一 P型GaN层，还包括遮蔽层，遮蔽层 设置于P型AlGaN层和第一 P型GaN层之间，遮蔽层为P型AlGaN/InGaN超晶格结构。
[0010] 进一步地，P型AlGaN层的厚度为20~30nm。
[0011] 进一步地，P型AlGaN/InGaN超晶格结构中包括多个依次叠置的超晶格单元，超 晶格单兀由超晶格P型Al yGa(1 y)N层和置置于超晶格P型AlyGa(1 y)N层上的超晶格P型 InxGau X)N层组成，超晶格P型InxGau X)N层的厚度为1~2nm，超晶格P型AlyGau y)N层的 厚度为2~4nm，超晶格单元数为5~8个，其中X = 0. 2~0. 3, y = 0. 1~0. 2。
[0012] 进一步地，第一 P 型 GaN 层的厚度为 50 ~60nm ;x = 0· 25, y = 0· 15。
[0013] 根据本发明的另一方面还提供了一种LED芯片，包括LED外延层，LED外延层按如 上述方法制备得到。
[0014] 进一步地，LED芯片反向电压为45V。
[0015] 本发明具有以下有益效果：
[0016] 本发明提供的LED外延层结构中将P型AlGaN/InGaN超晶格结构插入P型AlGaN 层和P型GaN层之间，一方面既阻挡了来自量子阱区的大量位错缺陷，防止这些位错缺陷与 P型GaN层之间形成漏电通道，同时增强阻挡电子从多量子阱区外溢的能力，从而提高了所 得LED外延层的反向电压。可见所得LED芯片的反向电压提高至45V。
[0017] 本发明提供的LED外延层结构制备方法中通过调整P型AlGaN层和P型AlGaN/ InGaN超晶格结构的Mg掺杂浓度和生长温度，先低后高，从而使得晶格结构能实现从多量 子阱区到P型GaN层的良好过渡，减少了由于二者晶型结构上的差异，导致的漏电通道增加 问题。提高了所得LED芯片的反向电压。
[0018] 本发明还提供了一种具有按上述方法制备得到的具有上述结构的LED芯片，该芯 片的反向电压相对现有结构的LED芯片能提高30~35%。最高可达45V。
[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是现有技术中的LED外延层主视剖视示意图；
[0022] 图2是本发明优选实施例的LED外延层主视剖视示意图；以及
[0023] 图3是本发明优选实施例所得LED芯片检测反向电压结果示意图。
【具体实施方式】
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 本文中涉及到的百分号" ％"，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100mL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。
[0027] 本发明提供的LED外延结构，包括P型AlGaN层和设置于P型AlGaN层顶面上的 第一 P型GaN层，还包括遮蔽层，遮蔽层设置于P型AlGaN层和第一 P型GaN层之间，遮蔽 层为P型AlGaN/InGaN超晶格结构。按此设置，能利用P型AlGaN层与P型AlGaN/InGaN 超晶格结构的晶型结构相匹配能力，减少P型AlGaN层上存在的大量位错缺陷与第一 P型 GaN层之间形成的导电通道。从而提高所得LED芯片的反向电压。遮蔽层还能实现对从多 量子讲区外溢出的电子产生遮蔽作用，从而提高多量子讲区内的空穴与电子的复合几率， 从而提高所得芯片的发光强度。
[0028] 具体参见图2,本发明提供的LED外延层结构包括依次叠置的衬底1、GaN缓冲层 2、非掺杂UGaN缓冲层3、N型GaN层4、多量子阱区5、P型AlGaN层61、遮蔽层62、第一 P 型GaN层7和第二P型GaN层8。所用衬底1为（0001)蓝宝石（Al2O3)的衬底，也可以为 其他常用衬底，如Si、SiC等。该外延层结构的一侧从该外延层结构的顶面蚀刻至N型GaN 层4上。刻蚀形成的平台可根据需要安装N型电极。第二P型GaN层顶面上可以根据需要 安装P型电极。从而制成LED芯片。当然遮蔽层6也可以用于其他LED外延结构中，仅需 保证其插入多量子阱区5和第一 P型GaN层7之间即可。
[0029] 优选的，P型AlGaN层的厚度为20~30nm。设置该厚度的P型AlGaN层能提高对 多量子阱区电子的阻挡作用，最大程度的减少电子的外溢。
[0030] 具体的，P型AlGaN/InGaN超晶格结构中包括多个依次叠置的超晶格单元，超晶格 单兀由超晶格P型AlyGa(l_y)N层和置置于超晶格P型AlyGa(l_y)N层上的超晶格P型 InxGa (1-x) N层组成，超晶格P型InxGau X)N层的厚度为1~2nm，超晶格AlyGa(1 y)N层的厚 度为2~4nm，超晶格单元数为5~8个，超晶格InxGau X)N层中的X = 0. 2~0. 3,超晶格 AlyGau y)N层中y = 0· 1~0· 2。按此设置P型AlGaN/InGaN超晶格结构一方面位于其顶面 上的P型InGaN能与第一 P型GaN层实现较好的匹配，最大程度的减少其中产生的漏电通 道。同时按此设置超晶格单元还能防止遮蔽层过厚导致光线出射量减少的问题。
[0031] 更优选的，其中X