[发明专利]具有P型AlGaN层结构的LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，特别地，涉及一种具有P型AlGaN层结构的LED芯片，本发明的另一方面还提供了上述芯片的一种制备方法。

背景技术

GaN基发光二极管（LED）具有低电压、低功耗、小尺寸、轻重量、长寿命、高可靠性等优点，而且作为一种高效、环保、绿色固态照明光源，正在迅速广泛地得到应用，被应用为交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等产品。

为增大量子阱层的发光亮度，人们多在LED芯片的结构中增设P型AlGaN层。如图1所示，LED芯片包括蓝宝石衬底1’、成核层2’、缓冲层3’、N型氮化镓层4’、量子阱层5’、P型AlGaN层6’、P型氮化镓层7’和InGaN：Mg欧姆接触层8’。P型AlGaN层6’插设于量子阱层5’与P型氮化镓层7’之间。电子需经过量子阱层5’才能进入P型氮化镓层7’，当电子通过P型AlGaN层6’时，受到P型AlGaN层6’中导带势垒61’（如图2所示）的阻挡，能减少进入P型氮化镓层7’的电子数量，从而减少电子与P型氮化镓层7’过多的结合为非发光结构，从而提高LED芯片的发光强度。但当P型AlGaN层6’阻挡电子的同时，价带势垒62’也会阻挡空穴注入量子阱层5’的效率，从而降低了LED芯片的发光强度。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有P型AlGaN层结构的LED芯片及其制备方法，以解决现有技术中P型AlGaN层对空穴的阻挡，造成LED芯片发光效率低，亮度低的技术问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有P型AlGaN层结构的LED芯片，包括设置于量子阱层与P型氮化镓层之间的P型AlGaN层，P型AlGaN层为P型AlGaN/P型GaN超晶格结构。

进一步地，P型AlGaN层由多组彼此叠置的P型AlGaN层与P型GaN层组成，P型AlGaN层与P型GaN层的组数为2~3组。

进一步地，P型AlGaN层包括第一P型AlGaN层、第一P型GaN层、第二P型AlGaN层、第二P型GaN层、第三P型AlGaN层和第三P型GaN层；第一P型GaN层、第二P型AlGaN层、第二P型GaN层、第三P型AlGaN层为陡结超晶格结构。

进一步地，第二、第三P型AlGaN层厚度为9nm，第一、第二P型GaN层的厚度为2nm。

进一步地，第一P型AlGaN层和第三P型GaN层为渐变式超晶格结构。

根据本发明的另一方面还提供了一种上述芯片的制备方法，生长所述P型AlGaN层时包括以下步骤：

1）开启掺杂A l元素所用Al源67.5~82.5s，形成P型AlGaN层；

2）关闭所述Al源13.5~16.5s形成P型GaN层；得到一组P型AlGaN层与P型GaN层；

依次重复步骤1）和步骤2）得到多组P型AlGaN层与P型GaN层。

进一步地，生长P型AlGaN层时掺杂Al元素的Al源流量为56~104sccm。

进一步地，生长P型AlGaN层时初始掺杂Al元素时Al源流量增速为0.9~1.2sccm/s。

进一步地，生长P型AlGaN层时结束掺杂Al元素时，Al源流量降速为0.81~1.61sccm/s。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的LED芯片中所设置的P型AlGaN层中Al的掺杂量有规律的改变后，改变了P型AlGaN层的能带分布，减弱了了P型AlGaN层的价带对空穴注入时的阻挡作用，同时不削弱其对电子的阻挡作用。所形成的能带具有多个势阱，这些势阱能带有利于空穴的注入。而势垒则能继续对电子的阻挡作用。通过采用该结构，LED芯片的亮度提升8~10%，所需电压下降0.05~0.10v。

本发明提供的LED芯片的生产方法通过修改P型AlGaN层的生长时间、三甲基铝流量（TMAl Flow）制备得到具有上述结构的LED芯片。首先稳定Al流量生长2周期的9nmPAlGaN/2nmPGaN，之后再生长超晶格9nmPAlGaN/2nmPGaN。得到P型AlGaN层。该层中P型GaN势阱与P型AlGaN势垒交错分布，有效的降低了P型AlGaN层中价带的势垒，降低空穴跨越该区所需能量，便于空穴扩散进入量子阱层。增加了量子阱层中空穴的浓度，增加了单位时间内空穴扩展数量。

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