CN103050592B - 具有p型超晶格的led外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法。该外延结构包括衬底，衬底上由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光层、第一P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、第二P型GaN层，P型AlGaN电子阻挡层与第二P型GaN层之间设置有由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格。P型超晶格中的PInGaN势阱层将产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态；PAlGaN势垒层将阻碍空穴的逃逸，提高空穴的横向扩展，可以阻挡电子外溢，增加空穴注入效率，提高电子和空穴复合概率，能提高芯片的亮度5～10%。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别地，涉及一种具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法。
背景技术
GaN由于其优良的特性，已经成为制造发光器件、高温大功率器件和紫外探测器的重要材料。P型掺杂是制造GaN器件必不可少的重要环节，因此吸引了很多研究小组的重视。由于Mg的钝化(passivation)，未经处理的GaN：Mg电阻率高达10Q·cm，必须在生长后对Mg进行激活(Activation)，以得到能应用于器件的P型GaN。1989年H.Amano取得了P型重大突破，他利用低能电子束辐射(IEEBI)处理掺Mg的GaN，得到了低阻的P型GaN。1991年，S.Nakamura等发明了快速热退火法(RapidThermalAnnealing)，成功获得了P型的GaN，使得设计和制造商业用蓝绿光LED的进程大大加快了。
用MOCVD技术生长p型GaN时,受主Mg原子在生长过程中被H严重钝化,在N2气氛下用热退火的方法可获得空穴浓度均匀的p型GaN。为了获得性能良好的P型GaN材料,人们研究了高温退火处理对GaN电学性能、发光特性的影响,以及p型GaN中Mg2H复合体的钝化效应、受主激活机理等。虽然经过适当退火处理后的样品转化成了p型样品,但得到的空穴浓度仍然较低,典型值为2×1017cm-3,比掺杂浓度低2～3个数量级。
因此，如何提高P层的空穴浓度成为P型GaN生长的关键，传统的包含普通P层LED外延结构如图1所示，其制备方法为：在高温下，H2气氛处理衬底1持续5～6min；再生长GaN缓冲层2；再生长未掺杂GaN层3(U-GaN)；再生长n型GaN层(Si掺杂型N-GaN)；再生长多量子阱发光层5；再生长第一P型GaN层6(LTP，低温P型GaN)；其次生长P型AlGaN电子阻挡层7(简称PAlGaN)，最后生长第二P型GaN层8(HTP，高温P型GaN)。其中，HTP厚度140-150nm，PAlGaN厚度50～60nm，LTP厚度50～60nm，HTP空穴浓度高,PAlGaN,LTP空穴浓度偏低，空穴经HTP、PAlGaN、LTP注入至多量子阱发光层。根据PN结电动理论，空穴迁移实际是电场的传播，HTP、PAlGaN、LTP的空穴浓度的高低将决定空穴注入多量子阱发光层5的效率高低，传统的PAlGaN、LTP的厚度较薄，且距量子阱距离最近，从而使得传统的PAlGaN、LTP的空穴浓度不高、进而空穴注入至多量子阱发光层的效率低，从而降低了单位面积的LED芯片的发光亮度。
发明内容
本发明目的在于提供一种能束缚空穴、通过提高空穴浓度，进而提高芯片的亮度的具有P型超晶格的LED外延结构及其制备方法，以解决传统的PAlGaN、LTP的空穴浓度不高，空穴注入效率低，LED芯片的发光亮度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种具有P型超晶格的LED外延结构，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光层、第一P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、第二P型GaN层，
所述P型AlGaN电子阻挡层与所述第二P型GaN层之间设置有由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格。
作为本发明的外延结构的进一步改进：
优选地，所述P型超晶格由2～4个周期的PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层交互重叠构成；且，所述第一周期的所述PInGaN势阱层覆于所述PAlGaN电子阻挡层上。
优选地，所述P型超晶格的厚度为12nm～40nm；
优选地，所述P型超晶格中，单个周期的所述PInGaN势阱层的厚度为3nm～5nm；单个周期的所述PAlGaN势垒层的厚度为3nm～5nm。
优选地，所述GaN缓冲层的厚度为20nm～30nm；
所述未掺杂GaN层的厚度为2μm～2.5μm；
所述n型GaN层的厚度为2μm～2.5μm；
所述多量子阱发光层的厚度为200nm～260nm；
所述第一P型GaN层的厚度为50nm～60nm；
所述P型AlGaN电子阻挡层的厚度为30nm～40nm；
所述P型GaN层的厚度为200nm～250nm。
优选地，所述多量子阱发光层由15～16个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；
所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN势阱层的厚度为2.5nm～3nm；单个周期的所述GaN势垒层的厚度为12nm～13nm。
优选地，所述第一P型GaN层为在800℃～850℃温度条件下生成的P型GaN层；所述第二P型GaN层为在1050℃～1100℃温度条件下生成的P型GaN层。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种具有P型超晶格的LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择衬底；
S2：以TMGa为Ga源，以TMAl为Al源，以TMIn为In源，以NH3为N源，在所述衬底上依次进行以下步骤：
S201：生长GaN缓冲层；
S202：生长未掺杂GaN层；
S203：生长n型GaN层；
S204：生长多量子阱发光层；
S205：生长第一P型GaN层；
S206：生长P型AlGaN电子阻挡层；
所述步骤S2中，完成所述S206后，所述方法还包括以下步骤：
S207：生长由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格；
S208：生长第二P型GaN层。
作为本发明的方法的进一步改进：
优选地，所述步骤S207包括以下步骤:
进行2～4个周期的以下操作：
S2071：生长厚度为3nm～5nm的PInGaN势阱层；
S2072：生长厚度为3nm～5nm的PAlGaN势垒层。
优选地，所述步骤S204包括以下步骤：
进行13～15个周期的以下操作：
S2041：生长厚度为2.5nm～3nm的InGaN势阱层；
S2042：生长厚度为12nm～13nm的GaN势垒层。
优选地，所述制备方法各步骤的工艺参数如下：
所述步骤S201中，在温度为530℃～570℃条件下，所述TMGa的流量为55mL/min～75mL/min，所述NH3的流量为1.1×104mL/min～1.3×104mL/min的工艺条件下生长厚度为20nm～30nm的GaN缓冲层；然后升温至1030℃～1100℃，并保持180s～210s，使所述GaN缓冲层重结晶；
所述步骤S202中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为180mL/min～210mL/min，所述NH3的流量为2.1×104mL/min～2.4×104mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm；
所述步骤S203中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为200mL/min～250mL/min，所述NH3的流量为2.5×104mL/min～3×104mL/min，所述SiH4的流量为14mL/min～18mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm；
所述步骤S2041中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，所述TMIn的流量为650mL/min～750mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；
所述步骤S2042中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；
所述步骤S205中，温度为800℃～850℃，所述TMGa的流量为40mL/min～60mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；所述Cp2Mg的流量为600mL/min～700mL/min；生长厚度为50nm～60nm；
所述步骤S206中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMAl的流量为50mL/min～80mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；所述Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；生长厚度为30nm～40nm；
所述步骤S2071中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMIn的流量为300mL/min～450mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，所述Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；
所述步骤S2072中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMAl的流量为60mL/min～80mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，所述Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；
所述步骤S8中，温度为1050℃～1100℃，所述TMGa的流量为55mL/min～70mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，所述Cp2Mg的流量为400mL/min～750mL/min，生长厚度为200nm～250nm。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的具有P型超晶格的LED外延结构，在P型AlGaN电子阻挡层与第二P型GaN层之间设置由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格。P型超晶格中的PInGaN势阱层将产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态；PAlGaN势垒层将阻碍空穴的逃逸，提高空穴的横向扩展，可以阻挡电子外溢，增加空穴注入效率，提高电子和空穴复合概率，进而提高芯片的亮度。
2、本发明的具有P型超晶格的LED外延结构的制备方法，工艺步骤简单、通过在P型AlGaN电子阻挡层与第二P型GaN层之间生长由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格。可制备出本发明的具有P型超晶格的LED外延结构，且适于工业化生产。
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是传统的包含普通P层LED外延结构的剖面结构示意图；
图2是本发明优选实施例1的具有P型超晶格的LED外延结构的剖面结构示意图；
图3是本发明优选实施例1的具有P型超晶格的LED外延结构与传统的包含普通P层LED外延结构的能带对比示意图；其中，图3(1)为发明优选实施例1的具有P型超晶格的LED外延结构的能带；图3(2)为传统的包含普通P层LED外延结构的能带。
图4是本发明优选实施例1的LED外延结构与对比例1的LED外延结构的P层的空穴浓度的分布对比示意图；其中，“■”为传统的对比例1的LED外延结构的P层的空穴浓度的分布示意图；“▲”为本发明优选实施例1的LED外延结构的P层的空穴浓度的分布示意图。
图5是本发明优选实施例1的外延片与对比例1的外延片分别制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度对比示意图；其中，“▲”为对比例1的外延片制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；“—”为本发明优选实施例1的外延片制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；
图6是本发明优选实施例1的外延片与对比例1的外延片分别制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度对比示意图；其中，“◆”为对比例1的外延片制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；“—”为本发明优选实施例1的外延片制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；
图7是本发明优选实施例2的外延片与对比例2的外延片分别制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度对比示意图；其中，“▲”为对比例2的外延片制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；“—”为本发明优选实施例2的外延片制备成10mil*23mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；以及
图8是本发明优选实施例2的外延片与对比例2的外延片分别制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度对比示意图；其中，“▃◆▃”为对比例2的外延片制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度示意图；“▂▂”为本发明优选实施例1的外延片制备成45mil*45mil尺寸的LED芯片的亮度示意图。
图例说明：
1、衬底；2、GaN缓冲层；3、未掺杂GaN层；4、n型GaN层；5、多量子阱发光层；6、第一P型GaN层；7、P型AlGaN电子阻挡层；8、第二P型GaN层；9、P型超晶格；91、PInGaN势阱层；92、PAlGaN势垒层。
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。
本发明提供一种具有P型超晶格的LED外延结构，通过在P型AlGaN电子阻挡层7与第二P型GaN层8(HTP)之间设置PInGaN势阱层91及PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成的P型超晶格9结构，P型超晶格9中的PInGaN势阱层91将产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态；PAlGaN势垒层92将阻碍空穴的逃逸，提高空穴的横向扩展，可以阻挡电子外溢，增加空穴注入效率，提高电子和空穴复合概率，进而达到提高芯片的亮度的目的。
文中势阱是指势能比附近的势能都低的空间区域，势垒是指势能比附近的势能都高的空间区域。本文中的超晶格中的势阱和势垒间的转换为量子能级。如图3所示，势阱和势垒间的转换为垂直转换。
如图2所示，本发明的具有P型超晶格的LED外延结构，包括衬底1，衬底1上由下至上依次设置有GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、n型GaN层4、多量子阱发光层5、第一P型GaN层6、P型AlGaN电子阻挡层7、由PInGaN势阱层91及PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成的P型超晶格9、第二P型GaN层8。实际应用时，P型超晶格9由2～4个周期的PInGaN势阱层91及PAlGaN势垒层92交互重叠构成，效果较好。第一周期(由下至上为顺数)的PInGaN势阱层91覆于PAlGaN电子阻挡层上，即P型超晶格9单个周期中，是PInGaN势阱层91在下，PAlGaN势垒层92在上的结构。优选地，第一P型GaN层6为在800℃～850℃温度条件下生成的P型GaN层(LTP，低温P型GaN)，第二P型GaN层8为在1050℃～1100℃温度条件下生成的P型GaN层(HTP，高温P型GaN)。
PInGaN能带宽较窄，PAlGaN能带宽较宽，因为能带的差异，PInGaN和PAlGaN结构将产生量子阱结构，厚度优选控制在3-5nm对空穴的控制能力比较强，对电子的束缚能力比较弱。结合图3中(2)所示，窄能带PInGaN的价带更靠近Mg的能带，Mg需要的激活能更低，相同掺杂浓度的Mg更容易释放出空穴，有限深的量子阱结构具备束缚空穴的能力，相反宽能带的PAlGaN不利于Mg的激活，相同掺杂浓度的Mg释放出空穴数量少，阻值较高，空穴迁移率低。PInGaN阱层空穴浓度高，迁移率较高，横向和纵向的传导加强，因为PInGaN阱层纵向的宽度比横向的宽度小很多，纵向的传导加强变得不明显，主要是横向扩展能力加强，宏观上会均匀化传导电流。相反宽能带的PAlGaN将不利于空穴的传导，阻碍PInGaN阱层空穴的逃逸，结合图3中(2)，高导带的PAlGaN将阻挡N层传播的电子，防止电子外溢至P层；该结构起到的作用归结为束缚空穴、提高空穴的横向扩展、阻碍空穴的逃逸、阻挡电子外溢；需要补充的是传统的LED外延结构只包含阻挡电子外溢，而且是PAlGaN组分，空穴浓度低(详参见图4)注入效率比较差。本发明结构着重解决这一问题，宏观上的体现为发光层的电子浓度保持不变，空穴浓度因为注入的加强和数量的增加，发光层的电子和空穴的复合效率提高，提高芯片内量子效率，从而LED的亮度得到提升。
实际应用时，将LED外延结构的各层的厚度合理设置，也将影响LED外延结构中的电子阻挡及空穴注入的效果。各层的厚度优选设置在以下范围内时，效果较佳：GaN缓冲层2的厚度为20nm～30nm；未掺杂GaN层3的厚度为2μm～2.5μm；n型GaN层4的厚度为2μm～2.5μm；多量子阱发光层5的厚度为200nm～260nm，优选地，多量子阱发光层5由15～16个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；多量子阱发光层5中：单个周期的InGaN势阱层的厚度为2.5nm～3nm；单个周期的GaN势垒层的厚度为12nm～13nm。第一P型GaN层6的厚度为50nm～60nm；P型GaN层的厚度为200nm～250nm。更为重要地，P型AlGaN电子阻挡层的厚度设置为30nm～40nm；P型超晶格9的厚度为12nm～40nm。P型超晶格9中，单个周期的PInGaN势阱层91的厚度为3nm～5nm；单个周期的PAlGaN势垒层92的厚度为3nm～5nm。P型AlGaN电子阻挡层置于超晶格的下层，可阻挡由其下的N层过来的电子，然后，超晶格在其上层解决空穴注入问题，这样既可防止电子外泄，能保留传统P型AlGaN阻挡电子的作用，又能提高空穴浓度，进而提高空穴注入效率，提高电子和空穴复合概率，进而提高芯片的亮度。
本发明还提供了一种具有P型超晶格的LED外延结构的制备方法，通过在P型AlGaN电子阻挡层7与第二P型GaN层8之间生长由PInGaN势阱层91及PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成的P型超晶格9，可以制得本发明的具有P型超晶格的LED外延结构。
下面通过具体实施例，分析说明该制备方法。
以下实施例中所用的三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)、二茂美(Cp2Mg)、硅烷(SiH4)、氨气(NH3)以及其他物料均为普通市售。以下实施例中所用的制备设备为MOCVD设备，也是普通市售设备，且以下实施例中使用MOCVD设备仅为举例需要，并非限定本发明的制备方法所用的设备，其他可以用于制备该方法的各半导体层的设备均适用于本发明的制备方法。
以下实施例的LED外延结构的制备方法包括以下步骤：
S1：选择蓝宝石衬底1(实际应用时，也可选用SiC衬底或Si衬底)；将蓝宝石衬底1置于H2气氛下，加热到1100℃并保持400s，以去除衬底1表面的H2O和O2。再降温到500℃，并通入NH3对衬底1进行200s的氮化处理。
S2：以TMGa为Ga源，以TMAl为Al源，以TMIn为In源，以NH3为N源，在衬底1上依次进行以下步骤：
S201：在温度为530℃～570℃条件下，TMGa的流量为55mL/min～75mL/min，NH3的流量为1.1×104mL/min～1.3×104mL/min的工艺条件下生长厚度为20nm～30nm的GaN缓冲层2；然后升温至1030℃～1100℃，并保持180s～210s，使GaN缓冲层2重结晶。
S202：温度为1000℃～1250℃，TMGa的流量为180mL/min～210mL/min，NH3的流量为2.1×104mL/min～2.4×104mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm的未掺杂GaN层3。
S203：温度为1000℃～1250℃，TMGa的流量为200mL/min～250mL/min，NH3的流量为2.5×104mL/min～3×104mL/min，SiH4的流量为14mL/min～18mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm的n型GaN层4。
S204：生长多量子阱发光层5，优选的步骤为：
进行13～15个周期的以下操作：
S2041：温度为730℃～800℃，TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，TMIn的流量为650mL/min～750mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，生长厚度为2.5nm～3nm的InGaN势阱层。
S2042：温度为730℃～800℃，TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；生长厚度为12nm～13nm的GaN势垒层。
S205：温度为800℃～850℃，TMGa的流量为40mL/min～60mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；Cp2Mg的流量为600mL/min～700mL/min；生长厚度为50nm～60nm的第一P型GaN层6。
S206：温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，TMAl的流量为50mL/min～80mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；持续时长120s～200s，生长厚度为30nm～40nm的P型AlGaN电子阻挡层7(实施例中简称PAlGaN)。
S207：生长由PInGaN势阱层91及PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成的P型超晶格9。优选采用以下步骤：
进行2～4个周期的以下操作：
S2071：温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，TMIn的流量为300mL/min～450mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；持续时长10s～20s，生长厚度为3nm～5nm的PInGaN势阱层91。
S2072：温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，TMAl的流量为60mL/min～80mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；持续时长10s～20s，生长厚度为3nm～5nm的PAlGaN势垒层92。
S208：温度为1050℃～1100℃，TMGa的流量为55mL/min～70mL/min，NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为400mL/min～750mL/min，生长厚度为200nm～250nm的第二P型GaN层8。
S3：将上述步骤获得的产物置于650℃～700℃的N2气氛下退火15min～20min，制得本发明的LED外延结构。
以下对比例的LED外延结构的制备方法，包括上述的步骤S1、步骤S201至步骤S206、步骤S208以及步骤S3，但不包括步骤S207。并且，对比例中，步骤S206中制备的P型AlGaN电子阻挡层7(对比例中简称PAlGaN)的厚度范围为50nm～60nm。
实施例1及对比例1：
实施例1的步骤S206及步骤S207的工艺参数，以及对比例1的步骤S206的工艺参数如表1所示。且实施例1中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为30nm，P型超晶格9由2个周期的厚度为5nm的PInGaN势阱层91及厚度为5nm的PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成。对比例1中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为50nm。
表1实施例1的步骤S206及步骤S207，以及对比例1的步骤S206的工艺参数
表1中，各源气体均是同时通入，无表示生长时不通入。
将实施例1及对比例1制得得外延片分别进行C-V测试，得到如图4所示的外延片的P层空穴浓度分布图。将2种外延片在同样的芯片工艺分别做成10mil*23mil、45mil*45mil尺寸的芯片，在相同的检测环境下检测芯片的电性参数，测试条件：10mil*23mil芯片在20mA下测量，45mil*45mil在350mA下测量,得到如图5(10mil*23mil尺寸)、图6(45mil*45mil尺寸)所示的测试结果。
由图4、图5、图6分析可得：
1、ECV测试结果(图4)得出，刻蚀深度h＝0.2μm的时候，实施例1的外延片中，PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)与P型超晶格9所在的位置，空穴浓度值达到最大，在对比例1的外延片中PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)处空穴浓度值基础上提高4～5倍。同时实施例1的外延片中HTP和LTP处的空穴浓度也受到前述影响有所提高。
2、芯片电性参数测试结果(图5、图6)得出，10mil*23mil尺寸的LED芯片亮度：实施例1制得的芯片较对比例1制得的芯片亮度提升5～8％；45mil*45mil尺寸的LED芯片亮度：实施例1制得的芯片较对比例1制得的芯片提升8～10％。
实施例2及对比例2：
实施例2的步骤S206及步骤S207的工艺参数，以及对比例2的步骤S206的工艺参数如表2所示。且实施例2中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为32nm，P型超晶格9由3个周期的厚度为3nm的PInGaN势阱层91及厚度为3nm的PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成。对比例2中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为50nm。
表2实施例2的步骤S206及步骤S207，以及对比例2的步骤S206的工艺参数
表2中：各源气体均是同时通入，无表示生长时不通入。
将实施例2及对比例2制得得外延片在同样的芯片工艺分别做成10mil*23mil、45mil*45mil尺寸的芯片，在相同的检测环境下检测芯片的电性参数，测试条件：10mil*23mil芯片在20mA下测量，45mil*45mil在350mA下测量,得到如图7(10mil*23mil尺寸)、图8(45mil*45mil尺寸)所示的测试结果。
由图7、图8分析可得：
1、芯片电性参数测试结果(图7、图8)得出，10mil*23mil尺寸的LED芯片亮度：实施例2制得的芯片较对比例2制得的芯片亮度提升5～8％；45mil*45mil尺寸的LED芯片亮度：实施例2制得的芯片较对比例2制得的芯片提升8～10％。
实施例3：
实施例3的步骤S206及步骤S207的工艺参数如表3所示。且实施例3中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为36nm，P型超晶格9由2个周期的厚度为4nm的PInGaN势阱层91及厚度为4nm的PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成。
表3实施例3的步骤S206及步骤S207的工艺参数
表3中：各源气体均是同时通入，无表示生长时不通入。
实施例4：
实施例4的步骤S206及步骤S207的工艺参数如表4所示。且实施例4中生长的PAlGaN(P型AlGaN电子阻挡层7)的厚度为40nm，P型超晶格9由4个周期的厚度为5nm的PInGaN势阱层91及厚度为5nm的PAlGaN势垒层92周期性交互重叠构成。
表4实施例4的步骤S206及步骤S207的工艺参数
表4中：各源气体均是同时通入，无表示生长时不通入。
以上实施例1～实施例4、对比例1、对比例2中未提及的步骤S1、步骤S201至步骤S205、步骤S208以及步骤S3中的工艺参数以及各层的生长厚度数值，可以在前述的数值范围内根据实际需要采用现有的技术手段进行任意调整，不影响本发明的整体效果。
由实施例1、实施例2分别与对比例1及对比例2的测试结果对比可知，本发明的具有P型超晶格9的LED外延结构，能通过提高空穴浓度，进而提高芯片的亮度5～10％。
以上所述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 (4)
1.一种具有P型超晶格的LED外延结构，包括衬底，所述衬底上由下至上依次设置有GaN缓冲层、未掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱发光层、第一P型GaN层、P型AlGaN电子阻挡层、第二P型GaN层，其特征在于，
所述P型AlGaN电子阻挡层与所述第二P型GaN层之间设置有由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格；
所述P型超晶格由2～4个周期的PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层交互重叠构成；且，第一周期的所述PInGaN势阱层覆于所述PAlGaN电子阻挡层上；
所述P型超晶格的厚度为12nm～40nm；
所述P型超晶格中，单个周期的所述PInGaN势阱层的厚度为3nm～5nm；单个周期的所述PAlGaN势垒层的厚度为3nm～5nm；
所述GaN缓冲层的厚度为20nm～30nm；
所述未掺杂GaN层的厚度为2μm～2.5μm；
所述n型GaN层的厚度为2μm～2.5μm；
所述多量子阱发光层的厚度为200nm～260nm；
所述第一P型GaN层的厚度为50nm～60nm；
所述P型AlGaN电子阻挡层的厚度为30nm～40nm；
所述第二P型GaN层的厚度为200nm～250nm；
所述多量子阱发光层由15～16个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；
所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN势阱层的厚度为2.5nm～3nm；单个周期的所述GaN势垒层的厚度为12nm～13nm；
所述第一P型GaN层为在800℃～850℃温度条件下生成的P型GaN层；所述第二P型GaN层为在1050℃～1100℃温度条件下生成的P型GaN层。
2.根据权利要求1所述的LED外延结构，其特征在于，所述多量子阱发光层由15～16个周期的InGaN势阱层和GaN势垒层交互叠加构成；
所述多量子阱发光层中：单个周期的所述InGaN势阱层的厚度为2.5nm～3nm；单个周期的所述GaN势垒层的厚度为12nm～13nm。
3.根据权利要求2所述的LED外延结构，其特征在于，所述第一P型GaN层为在800℃～850℃温度条件下生成的P型GaN层；所述第二P型GaN层为在1050℃～1100℃温度条件下生成的P型GaN层。
4.一种具有P型超晶格的LED外延结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选择衬底；
S2：以TMGa为Ga源，以TMAl为Al源，以TMIn为In源，以NH3为N源，在所述衬底上依次进行以下步骤：
S201：生长GaN缓冲层；
S202：生长未掺杂GaN层；
S203：生长n型GaN层；
S204：生长多量子阱发光层；
S205：生长第一P型GaN层；
S206：生长P型AlGaN电子阻挡层；
其特征在于，所述步骤S2中，完成所述S206后，还包括以下步骤：
S207：生长由PInGaN势阱层及PAlGaN势垒层周期性交互重叠构成的P型超晶格；
S208：生长第二P型GaN层；
所述步骤S204包括以下步骤：
进行13～15个周期的以下操作：
S2041：生长厚度为2.5nm～3nm的InGaN势阱层；
S2042：生长厚度为12nm～13nm的GaN势垒层；
所述步骤S207包括以下步骤:
进行2～4个周期的以下操作：
S2071：生长厚度为3nm～5nm的PInGaN势阱层；
S2072：生长厚度为3nm～5nm的PAlGaN势垒层；
所述制备方法各步骤的工艺参数如下：
所述步骤S201中，在温度为530℃～570℃条件下，所述TMGa的流量为55mL/min～75mL/min，所述NH3的流量为1.1×104mL/min～1.3×104mL/min的工艺条件下生长厚度为20nm～30nm的GaN缓冲层；然后升温至1030℃～1100℃，并保持180s～210s，使所述GaN缓冲层重结晶；
所述步骤S202中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为180mL/min～210mL/min，所述NH3的流量为2.1×104mL/min～2.4×104mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm；
所述步骤S203中，温度为1000℃～1250℃，所述TMGa的流量为200mL/min～250mL/min，所述NH3的流量为2.5×104mL/min～3×104mL/min，SiH4的流量为14mL/min～18mL/min；生长厚度为2μm～2.5μm；
步骤S2041中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，所述TMIn的流量为650mL/min～750mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；
步骤S2042中，温度为730℃～800℃，所述TMGa的流量为10mL/min～15mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；
所述步骤S205中，温度为800℃～850℃，所述TMGa的流量为40mL/min～60mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；Cp2Mg的流量为600mL/min～700mL/min；生长厚度为50nm～60nm；
所述步骤S206中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMAl的流量为50mL/min～80mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min；Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；生长厚度为30nm～40nm；
所述步骤S2071中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMIn的流量为300mL/min～450mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；
所述步骤S2072中，温度为900℃～950℃，反应室压力为150mbar～250mbar，所述TMGa的流量为30mL/min～45mL/min，所述TMAl的流量为60mL/min～80mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为700mL/min～800mL/min；
所述步骤S208中，温度为1050℃～1100℃，所述TMGa的流量为55mL/min～70mL/min，所述NH3的流量为3×104mL/min～3.3×104mL/min，Cp2Mg的流量为400mL/min～750mL/min，生长厚度为200nm～250nm。
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