一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管制造技术

本实用新型专利技术公开一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管，Ｎ－ＧａＡｓ衬底上外延的材料自下而上依次包括ｎ－ＧａＡｓ缓冲层、ＡｌＡｓ／Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ或ＡｌＩｎＰ／（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ布拉格反射层、ｎ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ下限制层、Ｕｎｄｏｐｅｄ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ有源区、ｐ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ上限制层、ｐ＋＋Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ和ｐ－ＧａＰ组合电流扩展层，ｐ＋＋Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ在下面为第一电流扩展层，ｐ－ＧａＰ在上面为第二电流扩展层。此结构集ＧａＰ和Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ材料的优点于一体，避免材料的氧化，保证电流扩展和器件的可靠性、稳定性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体器件的
，与改良电流扩展层结构 的高效发光二极管有关。
技术介绍
发光二极管(LED)具有小体积、固体化、长寿命、低功耗的优 点，是其它类型的显示器件难以比拟的。近几年来LED无论产量、还 是产值都跃居半导体光电器件绝对优势地位，比起其它半导体材料总 和还要多。铝镓铟磷AlGalnP发光二极管LED在黄绿、橙色、橙红色、红色 波段性能优越，其在RGB (三基色的光——红、绿和蓝)白色光源、 全色显示、交通信号灯、城市亮化工程等领域具有广阔的应用前景。 在砷化镓GaAs衬底上外延AlGalnP材料，可获得颜色覆盖范围从红 色、橙色、黄色到黄绿波段的发光二极管。AIGalnP发光二极管的外 延材料结构自下而上依次包括n-GaAs (砷化镓)缓冲层、AlAs (砷 化铝)/ Al"一xAs (铝镓砷)或AlInP (铝铟磷)/ (AH》yIrvyP (铝镓铟磷)布拉格反射层、n- (AlxGaJ ,In卜yP (铝镓铟磷)下限 制层、Undoped (非掺杂)-(AID Jn!—yP有源区、p- (AID ylrvyP上限制层和P型电流扩展层(磷化镓GaP或铝镓砷ALGahAs)， 如图2所示。电流扩展层的材料， 一般选取宽带隙材料GaP或ALGa,iAs。 GaP 材料的化学稳定性好，具有高电导率和对AlGalnP发光波长全透明的 特点，作为透光窗口能获得高的外量子效率，但GaP材料相对AlGalnP 材料有很大的晶格失配，达到-3.6%，这种失配导致在界面形成的网 状位错密度增加，不利于GaP材料在AlGalnP材料上的生长，界面处 晶格质量差，电子迁移率低，不仅影响电流的扩展，而且容易导致器 件的可靠性和稳定性问题。AlxGai—xAs材料作为电流扩展层材料，本 身与AlGalnP材料晶格匹配，能被P型重掺杂且载流子迁移率较高， 但是Al,Ga,iAs材料由于含有铝组分，电流扩展层中铝容易与氧、水 等反应而变质，影响器件的可靠性。因此，对电流扩展层的材料进行研究、改良，实有必要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提出了一种改良电 流扩展层结构的高效发光二极管，以集GaP和Al^hAs材料的优点 于--体，避免材料的氧化，保证电流扩展和器件的可靠性、稳定性。为了实现上述目的，本技术的技术方案是一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管，N-GaAs衬底上外 延的材料自下而上依次包括n-GaAs缓冲层、AlAs/ AlxGa,—xAs或 AlInP/ (Al,Ga卜x) ,In卜yP布拉格反射层、n- (AlxGa,—x) yIn,—yP下限制 层、Undoped- (AlxGa,—x) Jn^P有源区、p- (AlxGa,—x) Jm—yP上限制 层、p++AlxGai—xAs和p-GaP组合电流扩展层，p++AlxGai—xAs在下面为 第一电流扩展层，P-GaP在上面为第二电流扩展层。所述p++AlxGahAS第一电流扩展层厚度为5 500nra， p-GaP第二电流扩展层厚度为0. 3 15 u m。所述p++AlxGai-xAs第一电流扩展层中掺杂碳C元素，掺杂浓度大 于1 X 1019， p-GaP第二电流扩展层中掺杂镁Mg或锌Zn或碳C元素， 掺杂浓度为1 X 1018 1 X 102°。所述含碳C元素的物质是四氯化碳CCh、四溴化碳CBn或含碳元 素的金属有机源。采用上述方案后，本技术因为将薄层作为第一电流扩展层， p++AlxGai-xAs本身与AlGalnP材料晶格匹配，可以结合得极为密合，然后，将P-03 第二电流扩展层生长在？++八11^1-!^3上，因此，受覆盖在上面的p-GaP第二电流扩展层保护，可有效防止p++AlxGai-xAs材 料中铝组分与氧、水等反应而变质，保证器件的可靠性，而且，此时 p-GaP的生长较现有技术直接生长在p- (AlxGah) yIni-yP上限制层上 更为容易，可以有良好的介面，从而获得良好的外延表面质量，大大 提高生产的成品率，以及器件的可靠性和稳定性。再则，本技术。++八1^^^3第一电流扩展层？型可重掺，如 掺杂C (大于1X10M)， p-GaP第二电流扩展层中惨杂Mg或Zn或C 元素(1X1018 1X102°),使整个窗层结构的电流扩展良好，发光二 极管的正向电压大大降低，电流的扩展效率得以增强。又因为C掺杂 的扩散系数很小，性质稳定，大大提高了器件的可靠性和稳定性。另外，p++ALGai-xAs材料依Al组分的大小禁带宽度可调，可进 一步提高了 AlGalnP发光二极管的出光效率。附图说明图l是本技术的结构示意5图2是现有高效发光二极管的结构示意图。 具体实施例如图1所示，本技术的改良电流扩展层的AlGalnP发光二极 管在外延材料结构上与现有AlGalnP发光二极管类似。N-GaAs衬底 10的外延材料依次为n-GaAs缓冲层20、布拉格反射层30、 n-(AHx) yln卜yP下限制层40、 Undoped- (AlxGai-x) Jn卜yP有源区50、 p- (AID ylm-yP上限制层60、 p++AlxGai—xAs 70和p-GaP 80组合 电流扩展层。其中，布拉格反射层30为AlAs/ AlxGa卜xAs或AlInP/ (A1U yIn卜yP， 0. 35《x《0. 7,周期为0 26个，n— (Al,Ga卜x) Jn卜yP下限 制层40中0. 6《x《l， 0. 45《y《0. 55， p— (A1U Jm—yP上限制 层60中0. 6《x《l， 0Ky《0. 55， Undoped— (A1U ylm—yP有 源区50为MQW (多量子肼)结构。不同之处在于？++八1^31-^3 70和 p-GaP 80组合电流扩展层，其中p++AlxGai-xAs 70在下面为第一电流 扩展层，0.35《x《0.7，碳掺杂浓度大于1 X 1019，厚度为5 500nm， p-GaP 80在上面为第二电流扩展层，掺杂镁或锌或碳元素，掺杂浓 度为1X1018 1X102°，厚度为O. 3 15um。p++AlxGai—xAs电流扩展层中的C元素掺杂是采用金属有机物化学 气相沉积(M0CVD)技术，在生长完AlGalnP材料层后，将三甲基镓、 三甲基铝和砷垸同时通入反应腔体，让其在580 80(TC的高温下发 生分解，Al、 Ga和As原子结合生成AlxGa卜xAs材料，通过控制三甲 基镓、三甲基铝通入的摩尔流量来控制Al组分x。与此同时，通过 输入CC14，、 CBr4或其他(能否指明)在高温下分解可以产生碳原子的有机源材料形成P型掺杂材料。薄层AlxGai-xAs为20nm 300nm。 在AlxGahAs结束后，系统气流切换为三甲基镓和磷烷，并通入Mg或 Zn或C，在高温下分解沉淀形成GaP材料。外延材料生长完毕后，在GaP材料表面蒸镀AuBeAu或Ti/Au金 属薄膜，制作良好的P面电极，然后将衬底材料减薄后蒸镀AuGe金 属层制作背面电极，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，利用常规 LED封装技术制作出成品LED器件。<table&g本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管，其特征在于：Ｎ－ＧａＡｓ衬底上外延的材料自下而上依次包括ｎ－ＧａＡｓ缓冲层、ＡｌＡｓ／Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ或ＡｌＩｎＰ／（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ布拉格反射层、ｎ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ下限制层、Ｕｎｄｏｐｅｄ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ有源区、ｐ－（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［ｙ］Ｉｎ↓［１－ｙ］Ｐ上限制层、ｐ＋＋Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ和ｐ－ＧａＰ组合电流扩展层，ｐ＋＋Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］Ａｓ在下面为第一电流扩展层，ｐ－ＧａＰ在上面为第二电流扩展层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建九，张银桥，张双翔，王向武，
申请(专利权)人：厦门乾照光电股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：92[中国|厦门]