CN105098005B - Led外延层生长方法及所得led外延片和芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层；超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1‑x)N层和叠置于P型InxGa(1‑x)N层上的P型AlyGa(1‑y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个单元结构中的x＝0.2‑a*(n‑1)，y＝b*n，其中n为超晶格层中对应单元结构的序号，a为相邻单元结构的x差值，b为相邻单元结构的y差值，使得超晶格层的能带均呈阶梯变化。该方法能改善在大电流注入下的发光效率衰减问题，在提高LED芯片亮度的同时，降低其正向电压。
Description
技术领域
本发明涉及LED外延片生长领域，特别地，涉及一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片。
背景技术
LED(light-emitting diode)是一种能将电能直接转化为光能的半导体器件。相对于传统光源，LED具有寿命长、体积小、反应快、光效高等优点。目前，LED器件已经被广泛应用于电器指示灯、彩屏背光源及日常照明等领域。为解决大电流注入下LED发光效率衰减(efficiency droop)的问题，人们通过在量子阱层与P型GaN层之间插入AlGaN层、AlGaN/GaN超晶格或AlGaN/InGaN超晶格等多种电子阻挡层(electron blocking layer，EBL)，通过提高禁带宽度来对电子进行阻挡，使其无法从多量子阱层中外溢离开，从而提高了电子空穴复合效率。
然而，宽禁带的EBL层对电子和空穴均具有阻挡效果，从而使得EBL的引入并没有很好地解决大电流注入下的发光效率衰减问题。反而降低了空穴与电子的复合几率。降低了LED芯片的光电转换效率。
发明内容
本发明提供一种LED外延层生长方法及所得LED外延片和芯片，以解决现有技术中大电流注入下的发光效率衰减的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种LED外延层生长方法，包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层；超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每个单元结构均满足x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为单元结构的序号，a为相邻单元结构间的x差值，b为相邻单元结构间的y差值，使得超晶格层中能带均呈阶梯变化。
进一步地，P型InxGa(1-x)N层中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；P型AlyGa(1-y)N中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3。
进一步地，In的掺杂剂为TMIn；Al的掺杂剂为TMAl。
进一步地，S1和S2步骤的生长温度为750～1000℃，反应腔压力为100～600mbar。
进一步地，单元结构中P型InxGa(1-x)N层厚度为1～5nm；P型AlyGa(1-y)N的厚度为1～5nm。
进一步地，超晶格层中包括2～10个单元结构。
根据本发明的另一方面还提供了一种LED外延片，LED外延片上设有外延层结构，外延层结构按如权利要求1～6中任一项的方法制得。
根据本发明的另一方面还提供了一种LED芯片，由如上述的LED外延片制成。
进一步地，通200mA电流时光效为118lm/W。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的LED外延层的生长方法通过将电子阻挡层设置为InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格层，同时调整超晶格结构中的x和y呈线性渐变，使电子阻挡层中电子和空穴的能带呈现阶梯变化，在不影响电子阻挡层对电子向P型GaN层迁移的抑制作用的同时，降低电子阻挡层对空穴向量子阱层迁移的阻挡作用。在提高LED芯片亮度的同时，改善其正向电压。很好的解决大电流注入下的发光效率衰减问题。
本发明提供的按上述方法得到的LED外延层结构，能改善在大电流注入下的发光效率衰减问题，在提高LED芯片亮度的同时，降低其正向电压。
本发明提供的包含上述LED外延层结构的LED芯片，LED芯片的亮度：10mA下的183lm/W；100mA时的光效为148lm/W，电流增大后的光效下降比率仅为19.1％。电流进一步增加至200mA时的光效为118lm/W，光效下降比率仅为35.5％。与此同时，还能避免随着电流增加而导致的LED芯片中电压上升过快的问题。
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空穴-电子能带示意图；
图2是本发明优选实施例的LED外延层结构示意图；
图3是本发明优选实施例的芯片亮度测试结果示意图；
图4是本发明优选实施例的芯片正向电压测试结果示意图；
图5是本发明优选实施例的是芯片光效测试结果示意图。
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。
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。
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100m1中含有溶质若干克；液体之间的百分比，是指在20℃时容量的比例。
本发明提供的方法中包括以下步骤：S1步骤：在多量子阱有源层上生长超晶格层；S2步骤：在超晶格层上生长P型GaN层。当然也包括其他LED外延结构中层常规结构。例如衬底和依次设置于衬底上的GaN缓冲层、N型GaN层、多量子阱层等结构。在此不详述。这些层的生长条件，按常规方法进行即可。超晶格层主要作为电子阻挡层设置。故其设置位置也可参照此。
超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成。由其结构可知，超晶格结构的生长包括对多个单元结构的生长步骤。具体的每个单元结构的生长步骤又包括对P型InxGa(1-x)N层的生长和在P型InxGa(1-x)N层上对P型AlyGa(1-y)N层生长步骤。通过重复多次单元结构的生长步骤，即可得到具有所需周期数的超晶格层。
以上超晶格层中的x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整所掺杂TMIn和TMAl的掺杂浓度使得超晶格层中的空穴和电子的能带呈阶梯变化。按此设置超晶格层中包括了In和Al均为0掺入的情况。由此可知，本发明提供的方法通过调整掺杂剂TMIn和TMAl的掺杂浓度，使得超晶格层中的In和Al的掺入量呈线性变化。例如可以采用多种变化比例，例如变化比例可以为1.1、1.5或1.6。随着变化比例的改变，可见所得超晶格层中的空穴和电子的能带形成具有相同变化比例的线性变化，如图1所示。由图1可见，通过改变含In物质和含Al物质的掺杂浓度，改变了空穴和电子之间的能带间距，使得所得芯片在正向电流的驱动下，电子向P型GaN层方向上迁移的阻挡层势垒随能带呈现阶梯上升，从而逐渐增大了电子向P型GaN层泄露的难度，能更好的抑制电子泄露。正向电流驱动下，空穴向多量子阱层发光区方向上迁移的阻挡层势垒能带呈阶梯下降，使得空穴隧穿该势垒层所需要的能量逐渐减小，因而如图1所示的能带结构能对空穴注入起到推动作用。因而能带阶梯变化的电子阻挡层不但很好抑制电子泄露出量子阱发光区，还能有效推动空穴注入量子阱发光区，提升量子阱发光区的电子空穴对，增强发光辐射效率，提升亮度。另外该阻挡层还能有效解决电子和空穴拥堵效应，在电流增大的情况下，电压增速缓慢。通过提升亮度和改善电压，具有该能带结构的超晶格层能使所得芯片在电流不断增大的情况下，亮度不断增加，电压增加缓慢，实现光效下降减缓。从而使得所通较大的电流，能更好的转化为光能，提高了所得LED芯片在大电流下的亮度等各项性能。
现有技术中所用InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格电子阻挡层(EBL)的能带均为直线，没有梯度变化。在正向大电流的驱动下，电子从N型GaN层迁移至多量子阱层与从P型GaN层迁移过来的空穴复合发光。EBL的高能带势垒层能够很好的阻挡电子向P型GaN层迁移，从而保证了多量子阱层中的电子浓度。然而EBL的高势垒层同样对空穴向多量子阱层的迁移产生阻挡作用，造成多量子阱层中的电子-空穴对严重失衡，出现电子在量子阱发光区和空穴在P型GaN层区域内拥堵的现象，从而导致了正向电压(VF)的升高。即传统的电子阻挡层(EBL)能在一定程度上解决电子泄露的问题，从而提高新拍的亮度(LOP)，但另一方面，则会导致芯片在大电流下，正向电压(VF)升高，而光效不发生明显提升的现象。本发明通过更改EBL层的Al、In等掺杂掺杂浓度，进而改变InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格层的能带结构，从而在保证超晶格层对电子的阻挡作用的同时，减少该层对空穴的阻挡作用，从而提高了芯片的光电转化率。
优选的，x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，n为超晶格层中单元结构的序号，a为相邻单元结构间的x差值，b为相邻单元结构将的y差值。其中n为从多量子阱层开始的第一个超晶格单元结构，将其标记为n＝1，之后叠置于其他的其他单元结构依序标记为n＝2、3和4依次所得序号。按此公式调整In和Al的掺杂浓度，从而达到按上述公式控制x和y的目的。能保证所得超晶格层对电子的阻挡效果达到最优的同时，对空穴的推动作用也达到最优。同时防止能带发生改变后，无法降低电压的问题出现。
优选的，P型InxGa(1-x)N层中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；P型AlyGa(1-y)N层中Mg掺杂浓度1E+19～1E+20atom/cm3。通过在该层中掺杂Mg能有效的提高其中空穴的浓度，为向多量子阱层中注入更多空穴，提供可能。
优选的，In的掺杂剂为TMIn；Al的掺杂剂为TMAl。其中TMIn为三甲基铟；TMAl为三甲基铝。采用这些物质进行掺杂，能提高所得外延层中物质的纯净度，降低其他杂质对物质的干扰。
优选的，S1步骤的生长温度为750～1000℃，反应腔压力为100～600mbar。按此条件生长，能防止后续生长层温度过高，导致多量子阱层遭受破坏致使电子外溢增加。更优选为生长温度为800～850℃，反应腔压力为400～500mbar。此时效果最优。
优选的，单元结构中P型InxGa(1-x)N层和P型AlyGa(1-y)N的厚度均为1～5nm。按此条件生长，能保证对电子的阻挡和对空穴的推注作用，达到最优。
优选的，超晶格层中包括2～10个单元结构。按此厚度设置，能在提高大电流效果的同时，避免过厚的超晶格层对光的遮蔽。
本发明另一方面还提供了一种按上述任一方法准备得到的外延层结构。通过该方法制备得到的外延层结构中的超晶格层中的能带与现有技术中的超晶格层中的能带不同，从而使得该外延层结构获得了，具有该能带的超晶格层带来的技术效果。
具体结构参见图2，所得外延片包括衬底1和依次叠置于衬底1上的GaN成核层2、GaN缓冲层3、N型GaN层4、多量子阱层5、超晶格层6、P型GaN层7和接触层8。
本发明的另一方面还提供了LED芯片，该芯片由如上述的LED外延片制成。制备方法可以为常规方法。
具体的制备方法说明如下：采用Aixtron Cruis Ⅰ MOCVD(金属有机化学气相沉积法)生长具有上述结构的LED外延片。采用高纯H2和/或N2作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)、三乙基镓作为镓(TEGa)源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力为100mbar～800mbar。
1、升温到1100℃，反应腔压力维持在150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5分钟；
2、降温至550℃，反应腔压力维持在600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的低温缓冲层GaN；
3、升高温度到1050℃，反应腔压力维持在600mbar，持续生长3μm的不掺杂GaN；
4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，总厚度控制在4μm；
5、周期性生长有源层MQW，反应腔压力维持在300mbar，(1)降温至750℃，生长厚度为3.2nm的In0.25Ga0.75N阱层；(2)升高温度至850℃，生长厚度为12nm的GaN垒层；重复生长步骤(1)和(2)，制得周期数为15的In0.25Ga0.75N/GaN超晶格量子阱层；
6、周期性生长电子阻挡层，温度控制在800℃，反应腔压力控制在200mbar，生长4nm的P型In0.2Ga0.8N层和4nm的P型Al0.04Ga0.96N层，Mg掺杂浓度1E+20；改变通入MOCVD(金属有机化学气相沉淀)反映室的TMIn和TMAl掺杂浓度，从而生长P型In0.16Ga0.84N层和P型Al0.08Ga0.92N层，Mg掺杂浓度1E+20；相同的方法生P型In0.12Ga0.88N层和P型Al0.12Ga0.88N层，Mg掺杂浓度1E+20；相同的方法生P型In0.08Ga0.92N层和P型Al0.16Ga0.84N层，Mg掺杂浓度1E+20；相同的方法生P型In0.08Ga0.92N层和P型Al0.16Ga0.84N层，Mg掺杂浓度1E+20；相同的方法生P型In0.04Ga0.96N层和P型Al0.2Ga0.8N层，Mg掺杂浓度1E+20；制得5周期的InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格电子阻挡层，其中x依次为0.2、0.16、0.12、0.08、0.04，y依次为0.04、0.08、0.12、0.16、0.2，该电子阻挡层的总厚度为40nm，每个单元结构中InxGa(1-x)N层和AlyGa(1-y)N层的厚度均为4nm。
7、再升高温度到950℃，反应腔压力维持在200mbar，持续生长掺杂Cp2Mg的P-GaN，其厚度控制在120nm，Mg掺杂浓度5E+19atom/cm3；
8、降温至650℃时生长厚度为5nm的低温掺镁InGaN接触层，Mg的掺杂浓度1E21atom/cm3；
9、升温至750℃，压力保持在800mbsr，在N2气氛下活化20分钟，接着炉内冷却，得到具有LED外延片。
实施例
采用Aixtron Cruis Ⅰ MOCVD(金属有机化学气相沉积法)生长具有上述结构的LED外延片。采用高纯H2和/或N2作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)、三乙基镓作为镓(TEGa)源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为硅烷(SiH4)，P型掺杂剂为二茂镁(CP2Mg)，衬底为(0001)面蓝宝石，反应压力为100mbar～800mbar。
实施例1
1、升温到1100℃，反应腔压力维持在150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5分钟；
2、降温至550℃，反应腔压力维持在600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的低温缓冲层GaN；
3、升高温度到1050℃，反应腔压力维持在600mbar，持续生长3μm的不掺杂GaN；
4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，总厚度控制在4μm；
5、周期性生长有源层MQW，反应腔压力维持在300mbar，(1)降温至750℃，生长厚度为3.2nm的In0.25Ga0.75N阱层；(2)升高温度至850℃，生长厚度为12nm的GaN垒层；重复生长步骤(1)和(2)，制得周期数为15的In0.25Ga0.75N/GaN超晶格量子阱层；
6、周期性生长电子阻挡层，温度控制在800℃，反应腔压力控制在200mbar，生长4nm的P型In0.2Ga0.8N层和4nm的P型Al0.04Ga0.96N层，Mg掺杂浓度1E+20；改变通入MOCVD(金属有机化学气相沉淀)反映室的TMIn和TMAl掺杂浓度，继续生长P型In0.16Ga0.84N层，Mg掺杂浓度1E+20和P型Al0.08Ga0.92N层，Mg掺杂浓度1E+20；P型In0.12Ga0.88N层和P型Al0.12Ga0.88N层，Mg掺杂浓度1E+20；P型In0.08Ga0.92N层和P型Al0.16Ga0.84N层，Mg掺杂浓度1E+20；P型In0.08Ga0.92N层和P型Al0.16Ga0.84N层，Mg掺杂浓度1E+20；P型In0.04Ga0.96N层和P型Al0.2Ga0.8N层，Mg掺杂浓度1E+20；制得5周期的InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格电子阻挡层，其中x依次为0.2、0.16、0.12、0.08、0.04，y依次为0.04、0.08、0.12、0.16、0.2，该电子阻挡层的总厚度为40nm；
7、再升高温度到950℃，反应腔压力维持在200mbar，持续生长掺杂Cp2Mg的P-GaN，其厚度控制在120nm，Mg掺杂浓度5E+19atom/cm3；
8、降温至650℃时生长厚度为5nm的低温掺镁InGaN接触层，Mg的掺杂浓度1E21atom/cm3；
9、升温至750℃，压力保持在800mbsr，在N2气氛下活化20分钟，接着炉内冷却。按照上述步骤制得外延片A。
实施例2
与实施例1的区别在于：
6、周期性生长超晶格层作为电子阻挡层，温度控制在1000℃，反应腔压力控制在600mbar，生长2nm的P型In0.2Ga0.8N层和2nm的P型Al0.02Ga0.98N层，Mg掺杂浓度1E+20；改变通入MOCVD(金属有机化学气相沉淀)反映室的TMIn和TMAl掺杂浓度，继续生长2nm的P型In0.18Ga0.82N层和2nm的P型Al0.04Ga0.96N层，Mg掺杂浓度为1E+20；(其他未详述步骤与实施例1中相同)；依照上述方法制得10周期的InxGa(1-x)N/AlyGa(1-y)N超晶格电子阻挡层，其中x依次为0.2、0.18、0.16、0.14、0.12、0.1、0.08、0.06、0.04、0.02，y依次为0.02、0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14、0.16、0.18、0.2，该电子阻挡层的总厚度为40nm。
其他步骤不变，制得外延片B。
实施例3
与实施例1的区别在于：步骤6中x依次为0(Mg掺杂浓度为1E+19)、0.2(Mg掺杂浓度为1E+20atom/cm3)，y依次为0.4(Mg掺杂浓度为1E+20atom/cm3)、0(Mg掺杂浓度为1E+19)。步骤6中生长温度为750℃，反应腔压力为100mbar。P型InxGa(1-x)N层厚度为10nm；P型AlyGa(1-y)N的厚度为10nm。单元结构的个数为2个。按照上述步骤制得外延片E。
对比例1
1、升温到1100℃，反应腔压力维持在150mbar的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底5分钟；
2、降温至550℃，反应腔压力维持在600mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为30nm的低温缓冲层GaN；
3、升高温度到1050℃，反应腔压力维持在600mbar，持续生长3μm的不掺杂GaN；
4、然后持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度1E+19atom/cm3，总厚度控制在4μm；
5、周期性生长有源层MQW，反应腔压力维持在300mbar，(1)降温至750℃，生长厚度为3.2nm的In0.25Ga0.75N阱层；(2)升高温度至850℃，生长厚度为12nm的GaN垒层；重复生长步骤(1)和(2)，制得周期数为15的In0.25Ga0.75N/GaN超晶格量子阱层；
6、再升高温度到800℃，反应腔压力维持在200mbar，周期性生长厚度为4nm的P型In0.1Ga0.9N层和4nm的P型Al0.1Ga0.9N层，周期数为5，Mg掺杂浓度1E+20，In0.1Ga0.9N/Al0.1Ga0.9N超晶格电子阻挡层的总厚度为40nm；
7、再升高温度到950℃，反应腔压力维持在200mbar，持续生长掺杂Cp2Mg的P-GaN，其厚度控制在120nm，Mg掺杂浓度5E+19atom/cm3；
8、降温至650℃时生长厚度为5nm的低温掺镁InGaN接触层，Mg的掺杂浓度1E21atom/cm3；
9、升温至750℃，压力保持在800mbsr，在N2气氛下活化20分钟，接着炉内冷却。
按照上述步骤制得外延片C。
对比例2
与对比例1的区别在于：
6、再升高温度到800℃，反应腔压力维持在200mbar，生长厚度为40nm的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E+20；
其他步骤不变，制得外延片D。
将外延片A、B、C、D和E，在相同芯片工艺条件下制作成芯片尺寸为381μm*762μm(15mil*30mil)，ITO层厚度约1100埃，Cr/Pt/Au电极厚度约1200埃，SiO2保护层的厚度约400埃的LED芯片，然后以DX-20C绝缘胶、一铨5730支架、道康宁6636硅胶、弘大00902荧光粉、1.2mil金线为封装条件进行封装，在100℃下烘烤4小时制得封装芯粒。将芯片1、芯片2、芯片3和芯片4(分别对应外延片A、B、C、D)，使用同一台积分球对上述芯粒进行电学性能测试，测试随着所通电流的增大，芯片1～4的亮度、正向电压和光效的变化。所得结果列于图3～4中。
图3表明：随着电流增加，注入多量子阱层的电子和空穴的对数不断增加，芯片的亮度也在不断上升中。传统外延技术制得的芯粒4没有电子阻挡层，无法减少大电流下电子向p型GaN迁移，亮度随电流的增加上升最缓慢，当电流增加到150mA后，电子严重泄露，与空穴发生非辐射复合几率大幅度增加，因而亮度-电流曲线斜率迅速变小。现有技术制得的芯粒3具有电子阻挡层，减少了电子向P型GaN迁移，其亮度稍好于芯粒4，但芯粒3的电子阻挡层对空穴多量子阱层迁移的抑制作用导致其亮度没有明显提升。本发明提供的方法制备得到的芯粒1和2，在正向电流驱动下，电子阻挡层在电子迁移方向上的势垒越来越高，能够很好地抑制电子向P型GaN层泄露；而在空穴的迁移方向上，势垒越来越低，空穴隧穿过最高的势垒层后更容易注入多量子阱层。更强的电子阻挡能力和空穴注入能力使按本发明提供方法制备得到的芯粒1～2在各种不同电流下的亮度均高于现有技术方法制备得到的芯粒3～4。当电流增加到150mA时本发明提供的芯片的斜率几乎没有变化，而芯粒3～4的亮度-电流曲线斜率明显变小，即本发明制备的LED芯粒在大电流驱动下优势更明显，其光电转化率得到有效提高，更符合LED照明市场的发展需求。
图4表明：随着电流增加，电压不断升高。现有技术制备的芯粒3具有电子阻挡层，该阻挡层对电子泄露和空穴注入都具有抑制作用，随着正向驱动电流不断增加，阻挡回来的电子在多量子阱层发生拥堵，而空穴因为没有及时注入多量子阱层在P型GaN层发生拥堵，电子和空穴的拥堵导致正向电压迅速升高。而本发明制备的芯粒1～2不会造成电子和空穴的拥堵，其正向电压随电流变化曲线与传统技术制备芯粒4(没有电子阻挡层)基本吻合。
图5表明：本发明制备的芯粒1～2在不同电流驱动下的光效都明显高于现有技术芯粒3～4，并且随着电流增加，芯粒1～2的光效下降速率低于芯粒3～4的。本发明制备芯粒1～2的最高光效为10mA下的183lm/W，随着所通电流增加到100mA时，芯粒1～2的光效为148lm/W，电流改变的光效下降比率仅为19.1％。电流增加到200mA时芯粒1～2的光效为118lm/W，光效下降比率仅为35.5％。
现有技术制备芯粒3和传统的技术制备芯粒4的最高光效为10mA下的174lm/W；电流增到100mA时的光效为124lm/W，光效下降比率为26.4％；电流增加到200mA时的光效为81lm/W，光效下降比率为54％。由此可知，本发明提供的方法制备得到的LED芯粒能减少电流增大导致的光效减小。
本发明制备的芯粒1～2不仅能提高对电子泄露的阻挡作用，还起到空穴注入的推动作用，能有效的提高大电流下多量子阱层的电子空穴对，大幅度提高发光辐射几率，提升亮度。该超晶格层还能有效解决大电流下电子和空穴的拥堵效应，避免随着电流增加而导致电压过快上升。总之，具有能带曲线连续变化的电子阻挡层能在大电流下大幅提升亮度，并抑制电压过快升高，能有效解决大电流注入下的发光效率衰减(efficiency droop)问题。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种LED外延层生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1步骤：在多量子阱层上生长超晶格层；
S2步骤：在所述超晶格层上生长P型GaN层；
所述超晶格层包括多个叠置的单元结构，每个所述单元结构由P型InxGa(1-x)N层和叠置于所述P型InxGa(1-x)N层上的P型AlyGa(1-y)N层组成；
其中x＝0～0.2，y＝0～0.4，通过调整每个所述单元结构中的In和Al的掺杂浓度，使每个所述单元结构均满足x＝0.2-a*(n-1)，y＝b*n，其中n为所述单元结构的序号，a为相邻所述单元结构间的x差值，b为相邻所述单元结构间的y差值，使得所述超晶格层中能带均呈阶梯变化；
所述超晶格层中包括2～10个所述单元结构；所述P型InxGa(1-x)N层中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；所述P型AlyGa(1-y)N中Mg掺杂浓度为1E+19～1E+20atom/cm3；
所述单元结构中所述P型InxGa(1-x)N层厚度为1～5nm；所述P型AlyGa(1-y)N的厚度为1～5nm。
2.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述In的掺杂剂为TMIn；所述Al的掺杂剂为TMAl。
3.根据权利要求1所述的LED外延层生长方法，其特征在于，所述S1和S2步骤的生长温度为750～1000℃，反应腔压力为100～600mbar。
4.一种LED外延片，所述LED外延片上设有外延层结构，其特征在于，所述外延层结构按如权利要求1～3中任一项所述的方法制得。
5.一种LED芯片，其特征在于，由如权利要求4中所述的LED外延片制成。
6.根据权利要求5所述的LED芯片，其特征在于，通200mA电流时光效为118lm/W。
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