CN104103724A - 渐变量子阱的led外延片、生长方法及led结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了渐变量子阱的LED外延片、生长方法及LED结构，其中一种渐变量子阱的LED外延片，其结构从下至上依次为：衬底，GaN缓冲层，非掺杂GaN层，n型GaN层，发光层MQW，P型AlGaN层，P型GaN层，发光层MQW包括：InxGa(1-x)N层，在InxGa(1-x)N层上通过均匀升温控制In组分生长的InyGa(1-y)N层，以及在InyGa(1-y)N层上生长的GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21。本发明能够增加空穴和电子复合效率，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种渐变量子阱的LED外延片、生长方法及LED结构。
背景技术
公布号为CN103474539A的专利文献公布了一种含有超晶格层的LED结构外延生长方法及其结构，其结构包括：衬底、氮化镓基缓冲层、非掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、发光层MQW、p型铝镓氮层和p型氮化镓层。其生长方法包括：处理衬底，生长低温缓冲GaN层，生长不掺杂GaN层，生长掺Si的GaN层，生长发光层MQW，生长P型AlGaN层，生长P型GaN层的步骤，在生长发光层MQW步骤与生长P型AlGaN层步骤之间，包括生长InN/GaN超晶格层的步骤，在温度为740～770℃，100mbar压力的反应室内，采用氢气和/或氮气作为载气，生长InN/GaN超晶格层，每层InN厚度为1～2nm，每层GaN厚度为1～nm，所述InN/GaN超晶格层的周期数为10～15层，总厚度为20-30nm。该外延生长方法利用InN的晶格系数从GaN顺利过渡到AlGaN，减小应力，增加量子阱的空穴浓度，但缺点是手段较为复杂。
另外，现有技术生长LED发光层大抵都是采用恒温的方式生长InGaN材料和GaN材料，温度恒定有利于保持材料成分的一致性，所以LED外延的N层、P层大抵都是采取恒温的方式生长比较优良；但是InGaN材料和GaN材料由于存在很大的晶格失配的情况，采取恒温生长，虽然各自的材料性质一致，但是两者之间存在着很大的应力，这种应力是由InGaN材料和GaN材料晶格失配造成的，目前为了解决这一问题，目前比较常见的方法是插入一层恒温生长的InGaN材料或者在GaN制作成AlInGaN材料，使得发光层的应力最小化，以上的方法都增加了生产成本。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种渐变量子阱的LED外延片，其能够增加空穴和电子复合效率，提高发光效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种渐变量子阱的LED外延片，其结构从下至上依次为：衬底，GaN缓冲层，非掺杂GaN层，n型GaN层，发光层MQW，P型AlGaN层，P型GaN层，其特征在于，
所述的发光层MQW包括：InxGa(1-x)N层，在InxGa(1-x)N层上通过均匀升温控制In组分生长的InyGa(1-y)N层，以及在InyGa(1-y)N层上生长的GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21。
优选地，其中，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm～2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3；
所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm～1.2nm；
所述生长GaN层的厚度为10～12nm。
优选地，其中，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0～2.5μm；
所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3；
所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3。
一种渐变量子阱的LED外延片的生长方法，依次包括处理衬底，生长低温GaN缓冲层，生长非掺杂GaN层，生长n型GaN层，生长发光层MQW，生长p型AlGaN层，生长p型GaN层的步骤，其特征在于，所述的生长发光层MQW的步骤包括：
生长InxGa(1-x)N层，然后在均匀升温的过程中同时生长InyGa(1-y)N层，再升温生长GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21，所述的InyGa(1-y)N的In的掺杂浓度为均匀变化，一端匹配InxGa(1-x)N层，另一端匹配GaN层。
优选地，其中，所述的生长发光层MQW的周期为13～15个。
优选地，其中，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm～2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3；
所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm～1.2nm；
所述生长GaN层的厚度为10～12nm。
优选地，其中，所述的均匀升温是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50～60℃。
优选地，其中，
处理衬底的温度在1000～1100℃；
生长GaN缓冲层的温度在530～570℃；
生长非掺杂GaN层的温度在1200～1300℃；
生长InxGa(1-x)N层的温度是730～750℃；
生长GaN层的温度是840～890℃；
生长p型AlGaN层的温度是900～930℃；
生长p型GaN层的温度是930～950℃。
优选地，其中，
所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0～2.5μm；
所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40～50nm；
所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50～70nm。
一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，其特征在于，所述的外延片为权利要求1至3中任何一项所述的外延片。
本发明的有益效果为：
第一，减少了成本，InGaN材料分成两步生长，第一步保持传统的生长方式，然后通过均匀升温的方式控制InGaN材料的In的组分，使得In在InGaN材料内是均匀变化的，该材料一端匹配发光InGaN材料，另一端匹配GaN材料，提升了发光效率。
第二，克服了InGaN材料和GaN材料由于存在很大的晶格失配导致的存在着很大的应力的技术问题，这种应力是由InGaN材料和GaN材料晶格失配造成的，从而使得发光效率提升8％～9％。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的渐变量子阱的LED外延片的结构示意图；
图2是本发明的能带结构示意图；
图3是本发明与现有技术对比的试验一的LED亮度试验数据分布示意图；
图4是本发明与现有技术对比的试验二的LED电压试验数据分布示意图。
附图标记示意：
100-衬底，102-低温GaN缓冲层，103-非掺杂GaN层
104-n型GaN层，105-发光层MQW，107-P型AlGaN层
109-P型GaN层，1051-InxGa(1-x)N层
1052-InyGa(1-y)N层，1053-GaN层
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
实施例1
本发明采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD，MetalorganicChemical Vapor Deposition)生长，优选地，衬底选用(0001)晶向的蓝宝石，高纯H2或高纯N2或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，金属有机源和氮源分别是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)和氨气(NH3)，n型掺杂剂为硅烷(SiH4)，p型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)。
所述的渐变量子阱的LED外延片的生长方法，依次进行以下生长步骤：
a.在氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底8-10分钟；
b.在蓝宝石衬底上生长低温GaN缓冲层；
c.升温持续生长非掺杂GaN层；
d.然后持续生长n型GaN层；
e.生长发光层MQW：
生长InxGa(1-x)N层，然后在均匀升温的过程中同时生长InyGa(1-y)N层，再升温生长GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21，所述的InyGa(1-y)N的In的掺杂浓度为均匀变化，一端匹配InxGa(1-x)N层，另一端匹配GaN层；
f.持续生长P型AlGaN层；
g.持续生长P型GaN层；
h.降温至630～680℃，保温20～30min，接着炉内冷却。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在530℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1200℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是730℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50℃。
优选地，生长GaN层的温度是840℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是900℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例2
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为12nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是930℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例3
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.1nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.9nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1050℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在550℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1250℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是740℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50℃。
优选地，生长GaN层的温度是850℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是910℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是940℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.1μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为43nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为55nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例4
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.0nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在550℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1250℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是737℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高52℃。
优选地，生长GaN层的温度是860℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是915℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是935℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.3μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为44nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为56nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例5
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.4nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.0nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10.8nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在539℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1290℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是739℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高55℃。
优选地，生长GaN层的温度是870℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是920℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为45nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为57nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例6
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为13个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.1nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1090℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在540℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1200℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是909℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是939℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为47nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为57nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例7
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10nm。
优选地，处理衬底的温度在1000℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在530℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1200℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是730℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50℃。
优选地，生长GaN层的温度是840℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是900℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例8
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为12nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是930℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例9
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.1nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.9nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1050℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在535℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1250℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是735℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高51℃。
优选地，生长GaN层的温度是845℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是910℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是940℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.1μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为45nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为52nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例10
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.1nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1070℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在537℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1245℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是739℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高53℃。
优选地，生长GaN层的温度是850℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是920℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是935℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.3μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为45nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为58nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例11
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.4nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.9nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10.9nm。
优选地，处理衬底的温度在1000℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是745℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高55℃。
优选地，生长GaN层的温度是870℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是925℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例12
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.9nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11.5nm。
优选地，处理衬底的温度在1090℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在535℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是737℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是930℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是941℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为48nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例13
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nmnm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10.5nm。
优选地，处理衬底的温度在1095℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在555℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1290℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高58℃。
优选地，生长GaN层的温度是870℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是905℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是939℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.3μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例14
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为14个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10.9nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在569℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高57℃。
优选地，生长GaN层的温度是889℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是909℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是944℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为60nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例15
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为10nm。
优选地，处理衬底的温度在1000℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在530℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1200℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是730℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50℃。
优选地，生长GaN层的温度是840℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是900℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例16
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为12nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是930℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例17
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.1nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.9nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1050℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在535℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1209℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是731℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高55℃。
优选地，生长GaN层的温度是850℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是920℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40～50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为59nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例18
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.4nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在565℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1280℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是890℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是929℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.5μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为49nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为69nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例19
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为12nm。
优选地，处理衬底的温度在1100℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在530～570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1200℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是730～750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是850～880℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是900℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是950℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度8E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19atom/cm3，厚度为40nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19atom/cm3，厚度为70nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
实施例20
本实施例的生长方法与实施例1的生长步骤相同。
优选地，所述的生长发光层MQW的周期为15个。
优选地，所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为3E+20atom/cm3。
优选地，所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为1.2nm。
优选地，所述生长GaN层的厚度为11nm。
优选地，处理衬底的温度在1050℃；
优选地，生长GaN缓冲层的温度在530～570℃；
优选地，生长非掺杂GaN层的温度在1300℃；
优选地，生长InxGa(1-x)N层的温度是750℃。
优选地，生长InyGa(1-y)N层的温度是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高60℃。
优选地，生长GaN层的温度是850～880℃。
优选地，生长p型AlGaN层的温度是900～910℃。
优选地，生长p型GaN层的温度是930～940℃。
优选地，所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18atom/cm3，厚度为2.0μm；
优选地，所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为12E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19atom/cm3，厚度为50nm；
优选地，所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度3E+19atom/cm3，厚度为50nm。
本发明还提供一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，所述的外延片为渐变量子阱的LED外延片。
试验
根据现有技术制备样品1，根据本专利描述的方法制备样品2；样品1和样品2外延生长方法参数不同点在于生长渐变量子阱层，生长其它外延层生长条件完全一样。请参考表1.样品1和样品2在相同的前工艺条件下镀ITO层100nm，相同的条件下镀Cr/Pt/Au电极70nm，相同的条件下镀保护层Si02约30nm，然后在相同的条件下将样品研磨切割成762μm*762μm(30mi*30mil)的芯片颗粒，然后样品1和样品2在相同位置各自挑选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条件下测试样品1和样品2的光电性能。
表1
将积分球获得的数据进行分析对比，请参考附图3和附图4，从图3数据得出样品2较样品1光效提升8-9％，从图4数据得出样品2较样品1驱动电压降相差不大。
本发明的有益效果为：
第一，减少了成本，InGaN材料分成两步生长，第一步保持传统的生长方式，然后通过均匀升温的方式控制InGaN材料的In的组分，使得In在InGaN材料内是均匀变化的，该材料一端匹配发光InGaN材料，另一端匹配GaN材料，提升了发光效率。
第二，克服了InGaN材料和GaN材料由于存在很大的晶格失配导致的存在着很大的应力的技术问题，这种应力是由InGaN材料和GaN材料晶格失配造成的，从而使得发光效率提升8％～9％。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种渐变量子阱的LED外延片，其结构从下至上依次为：衬底，GaN缓冲层，非掺杂GaN层，n型GaN层，发光层MQW，P型AlGaN层，P型GaN层，其特征在于，
所述的发光层MQW包括：InxGa(1-x)N层，在InxGa(1-x)N层上通过均匀升温控制In组分生长的InyGa(1-y)N层，以及在InyGa(1-y)N层上生长的GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21。
2.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于：
所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm～2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3；
所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm～1.2nm；
所述生长GaN层的厚度为10～12nm。
3.根据权利要求2所述的LED外延片，其特征在于：
所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0～2.5μm；
所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3；
所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3。
4.一种渐变量子阱的LED外延片的生长方法，依次包括处理衬底，生长低温GaN缓冲层，生长非掺杂GaN层，生长n型GaN层，生长发光层MQW，生长p型AlGaN层，生长p型GaN层的步骤，其特征在于，所述的生长发光层MQW的步骤包括：
生长InxGa(1-x)N层，然后在均匀升温的过程中同时生长InyGa(1-y)N层，再升温生长GaN层，其中，x＝0.20～0.21，y＝0.05～0.21，所述的InyGa(1-y)N的In的掺杂浓度为均匀变化，一端匹配InxGa(1-x)N层，另一端匹配GaN层。
5.根据权利要求4所述的生长方法，其特征在于：
所述的生长发光层MQW的周期为13～15个。
6.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于：
所述生长InxGa(1-x)N层的厚度为2nm～2.5nm，InxGa(1-x)N的In掺杂浓度为2E+20～3E+20atom/cm3；
所述生长InyGa(1-y)N层的厚度为0.8nm～1.2nm；
所述生长GaN层的厚度为10～12nm。
7.根据权利要求6所述的生长方法，其特征在于，所述的均匀升温是在生长InxGa(1-x)N层的温度的基础上均匀升高50～60℃。
8.根据权利要求7所述的生长方法，其特征在于：
处理衬底的温度在1000～1100℃；
生长GaN缓冲层的温度在530～570℃；
生长非掺杂GaN层的温度在1200～1300℃；
生长InxGa(1-x)N层的温度是730～750℃；
生长GaN层的温度是840～890℃；
生长p型AlGaN层的温度是900～930℃；
生长p型GaN层的温度是930～950℃。
9.根据权利要求8所述的生长方法，其特征在于：
所述的n型GaN层掺杂Si，Si掺杂浓度4E+18～8E+18atom/cm3，厚度为2.0～2.5μm；
所述的p型AlGaN层，Al掺杂浓度为1E+20～2E+20atom/cm3，Mg掺杂浓度为5E+19～8E+19atom/cm3，厚度为40～50nm；
所述的p型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19～3E+19atom/cm3，厚度为50～70nm。
10.一种LED结构，包括衬底，设置在所述衬底上的外延片，以及设置在所述外延片上的P电极和N电极，其特征在于，所述的外延片为权利要求1至3中任何一项所述的外延片。
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