[发明专利]多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及LED(发光二极管)领域，特别地，涉及一种多量子阱结构、生长方法及具有该结构的LED芯片中。

背景技术

现有技术中LED外延层结构中多通过增设多量子阱层(MQW层)来提高发光效率。现有多量子阱层中包括彼此交替叠置的InGaN层和GaN层组成InGaN/GaN超晶格结构。结构如图1所示，LED芯片包括：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’为一组单元。MQW层5’重复多组该单元结构，得到MQW层5’。MQW层5’中的InGaN层中In的掺杂量保持恒定。此时LED芯片的MQW层5’中空穴和电子能能带图如图2所示。由图2可知，导带11’上的电子波函数分布13’和价带12'上的空穴函数分布14’的中心轴不重合，这是由于InGaN和GaN材料之间存在由两种不同材料的晶格差异带来的应力。材料性质的不同也会使两者存在压电应力，应力的存在使得电子和空穴在量子阱中分布中心重合率仅为40-50％，降低了电子和空穴的复合效率。现有技术中多是通过生长阶梯阱来释放应力，以改善电子和空穴函数的重叠度。如CN200910112086.6、CN102820395中公开的技术方案，均是通过生长阶梯阱来释放应力。但采用前述方法LED芯片的发光效率无法进一步提高。

发明内容

本发明目的在于提供一种多量子阱结构、生长方法及具有该结构的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，提供了一种多量子阱结构，包括多组依次叠置的结构单元各结构单元中包括势阱层和GaN层，GaN层形成于势阱层的表面上，势阱层包括至少一层渐变XGaN层；渐变XGaN层中X的掺杂浓度朝向GaN层方向渐变，X为In或Al。

进一步地，势阱层还包括恒定XGaN层，恒定XGaN层设置于渐变XGaN层和GaN层之间，且恒定XGaN层中X的掺杂浓度恒定。

进一步地，各渐变XGaN层中X的掺杂浓度沿朝向GaN层的方向，从1E+19匀速渐变至3E+19。

进一步地，恒定XGaN层的X掺杂浓度为1E+20-3E+20。

进一步地，势阱层的厚度为2.8～3.5nm。

进一步地，结构单元的个数为10～15个。

根据本发明的另一方面还提供了一种LED芯片，LED芯片包括依次设置的N型局限层、多量子阱结构和P型局限层，多量子阱结构为上述多量子阱结构。

根据本发明的另一方面还提供了一种上述多量子阱结构的生长方法，包括依次叠置生长多组结构单元，生长每组结构单元的步骤包括：生长势阱层，以及在势阱层上生长GaN层，生长势阱层包括：至少生长一层渐变XGaN层。

进一步地，生长每层渐变XGaN层的步骤包括：控制X源流量，使其从Y/10以流速为30.6～37.4sccm/s匀速增加至Y，以生长渐变XGaN层。

进一步地，生长势阱层还包括：在完成渐变XGaN层的生长步骤后，在最外层渐变XGaN层上生长恒定XGaN；优选生长恒定XGaN的步骤中控制X源流量恒定，且X源以流速为11.33～15.0sccm/s掺杂。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的LED芯片中多量子阱结构通过将生长掺杂量渐变的渐变XGaN层和X掺杂量恒定的恒定XGaN层作为势阱层，使得多量子阱中空穴和电子的分布中心轴重叠，提高电子向空穴跃迁的效率从而提高了LED芯片的发光效率。

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是现有技术LED芯片结构示意图；

图2是现有技术LED芯片结构能带示意图；

图3是本发明优选实施例LED芯片结构示意图；

图4是本发明优选实施例LED芯片结构能带示意图；以及

图5是本发明优选实施例LED芯片的发光效率结果图。

具体实施方式

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。