專利名稱:具有界面絨化層的GaP基發光二極管及其制造方法
技術領域:
本發明涉及一種發光二極管。
背景技術:
發光二極管(LED)被廣泛用作工業用和民用的顯示元件,作為高亮度的LED使用了 AlGaP的紅色LED。另外,作為比紅色更短波長的LED使用了 GaPP、GaP,但僅得到低亮度的LED。近年來由于可以通過有機金屬氣相成長(MOVPE)法成長AlGaInP系的結晶層,因此可以制作出紅色、黃色、綠色的高亮度LED。AlGaInP發光二極管結構已日趨成熟,但是由于許多原因,AlGaInP發光二極管的外量子效率偏低。例如,現有技術中的發光二極管是在n型GaP襯底上通過MOVPE法依次 成長n型GaP緩沖層、n型AlGaInP包覆層、AlGaInP活性層、p型AlGaInP包覆層、摻雜了Zn的p型GaP電流擴散層而得到。其中由于有源區發射出來的大部分光,在經過外延層時,由于折射率差,發生全反射。使得許多有源區發出的光最終無法從外延層中射出。所以,如何提高AlGaInP發光二極管的外量子效率,以提高其亮度,是本領域技術人員亟需解決的問題。
發明內容
為了克服現有技術中存在的缺陷,本發明目的在于提供一種外量子效率高,亮度高的發光二極管。本發明的發光二極管包括P-GaP 襯底,在P-GaP上依次外延生長的P-GaP緩沖層、布拉格反射層、p型包覆層、有源層、n型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層;在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層;其中,界面絨化層為Ii-(AlxGah)yIrvyP, x 為 0. 2 0. 3,y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層的摻雜濃度為5X 102° IX IO21 ;界面絨化層的外延厚度為0. I 0. 3微米。在優選實施例中布拉格反射層為p-InP/p-AlxGal-xAs (X 為 0 0. 7)或p-AlInP/p-(AlxGal-x) ylnl-yP (x 為 0. 3 0. 7, y 為 0. 4 0. 6)。p 型包覆層為 p- (AlxGal-x) ylnl-yP, x 為 0.6 l,y 為 0.4 0.6;有源層為未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0 0. 5, y 為 0. 4 0. 6 ;n 型包覆層為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6。所述電流擴展層為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為0 I, y為0. 45 0. 55。本發明的發光二極管的制造方法包括如下步驟(I)、在300°C _500°C的溫度下,對P-GaP襯底進行表面處理,去除水氣。
(2)、生長 p-GaP 緩沖層。(3)、生長布拉格反射層p-InP/p-AlxGal-xAs,其中x為0 0. 7 ;(4)、生長 p 型包覆層,p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6 ;(5)、生長有源層,未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP,其中,X 為 0 0. 5,y 為 0. 4 0. 6 ;(6)、生長 n 型包覆層,n_(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6 ;(7)、形成電流擴展層,n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 0 I,y 為 0. 45 0. 55,電流擴展層的摻雜濃度為I X IO20 I X IO21,厚度為3000 5000nm ;(8)、生長界面絨化層首先外延生長界面層Ii-(AlxGah)yIrvyPd為0. 2 0. 3, y·為0. 35 0. 45 ;,然后經過蝕刻使界面層表面絨化成為界面絨化層,蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液;界面絨化層8的摻雜濃度優選為I X IO20 5 X IO21,更優選為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層8的外延厚度優選為0. I 0. 3微米,更優選為0. 15 0. 2微米。( 9 )、生長歐姆接觸層9。
圖I為本發明的發光二極管的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明的發光二極管的結構及其制造方法,下面結合附圖描述其具體實施方式
,但并不用于限定本發明。如圖I所示,本發明的發光二極管在P-GaP襯底I上外延結構由下至上依次為P-GaP緩沖層2、布拉格反射層3、p型包復層4、有源層5、n型包復層6、電流擴展層7、界面絨化層8和n-GaP歐姆接觸層9,其中,界面絨化層8 為 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 為 0. 2 0. 3,y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層8的摻雜濃度優選為I X IO20 5X 1021,更優選為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層8的外延厚度優選為0. I 0. 3微米,更優選為0. 15 0. 2微米。布拉格反射層3 為 p-InP/p-AlxGal-xAs, x 為 0 0. 7。p 型包覆層 4 為 p- (AlxGal-x) ylnl-yP, x 為 0.6 l,y 為 0.4 0.6;有源層5 為未摻雜(AlxGal-x) ylnl-yP, x 為 0 0. 5, y 為 0. 4 0. 6 ;n 型包覆層 6 為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6。所述電流擴展層7為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為0 I, y為0. 45 0. 55。本發明均采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術進行外延生長,具體生長步驟如下I、在300°C -500°C的溫度下,對P-GaP襯底I進行表面處理,去除水氣。 2、生長p-GaP緩沖層2。3、生長布拉格反射層3,用來反射有源區射出的光,以免被GaP徹底吸收。布拉格反射層可以為p-InP/p-AlxGal-xAs, x取值為0 0. 7。4、生長p型包覆層4, p-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值為0. 6 I, y取值為0.4 0.6)。目的在于限制載流子,增加復合幾率。
5、生長有源層 5,未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP。其中,x 為 0 0.5,y 為 0.4 0.6。6、生長n型包覆層6, n-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值為0. 6 I, y取值為0. 4 0. 6)。作用與包覆層3相同,在于限制載流子,增加復合幾率。7、形成電流擴展層7。其作用是更好的擴展電流,使電流分布均勻,提高發光二極管各項參數的均勻性。電流擴展層為n-(AlxGal-x)yInl_yP。其中,n_(AlxGal-x)ylnl-yP材料的Al組分x = 0-1,y取值為0. 45 0. 55。電流擴展層的摻雜濃度為I X 102° I X IO210電流擴展層的外延厚度為3000 5000nm。8、生長界面絨化層8。其具體步驟是首先外延生長界面層,然后經過蝕刻使外延界面表面絨化,蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液。蝕刻液也可以是硝酸與甲醇的混合液,但是 使用氫氟酸與甲醇的混合液蝕刻得到的(AlxGah)yIrvyP絨化面更為均勻,更有利于提高發光二極管的亮度。界面絨化層8 為 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 為 0. 2 0. 3,y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層8的摻雜濃度優選為I X IO20 5X 1021,更優選為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層8的外延厚度優選為0. I 0. 3微米,更優選為0. 15 0. 2微米。如果摻雜濃度過高或過低,均會導致電流擴展層的電流擴展能力下降。厚度太厚,會降低出光效率,厚度太薄,則不能提高發光二極管的外量子效率。界面絨化層的生長明顯提高了本發明發光二極管的亮度,經研究其原因是界面絨化層通過絨化后明顯提高了發光二極管的外量子效率,使得光強大幅度提高。 9、生長歐姆接觸層9。本發明的發光二極管具有如下有益效果首先,本發明在常規LED結構上增加了一層界面絨化層,絨化層可以增加LED器件的有效出光面積,并且可以使原先發生全反射而無法射出的光,在下次以不同角度射向界面,將這些光從外延層中重新提取出來,極大地提高了 AlGaInP發光二極管的外量子效率,以提聞売度。其次,由于p型材料載流子遷移率較低,本發明采用n型材料作為電流擴展層,提高了電流擴展層的電流擴展能力。如果采用傳統的n型襯底,又要采用n型電流擴展層,連接襯底與P型外延層的隧穿結外延較為復雜,外延難度也較大,不易實現。本發明采用P-GaP作為襯底,代替傳統的N-GaP襯底,簡化了外延步驟,提高了生產效率。當然,本發明還可有其他多種實施例,在不背離本發明精神及其實質的情況下,熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形,但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種發光二極管,包括 P-GaP襯底, 在P-GaP上依次外延生長的ρ-GaP緩沖層、布拉格反射層、P型包覆層、有源層、η型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層;其特征在于, 在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層;其中, 界面絨化層為n-(AlxGa1JyIrvyP,其中x為O. 2 O. 3,y為O. 35 O. 45 ; 界面絨化層的摻雜濃度為I X IO20 5 X IO21,界面絨化層的外延厚度優選為O. I O. 3微米。
2.如權利要求I所述的發光二極管,其特征在于, 界面絨化層的摻雜濃度為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層的外延厚度為O. 15 O. 2微米。
3.如權利要求I或2所述的發光二極管,其特征在于, 布拉格反射層為p-InP/p-AlxGal-xAs, x為O O. 7。
4.如權利要求I或2所述的發光二極管,其特征在于,P 型包覆層為 p-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6。
5.如權利要求I或2所述的發光二極管,其特征在于, 有源層為未摻雜(AlxGal-x) ylnl-yP, x為O O. 5, y為O. 4 O. 6。
6.如權利要求I或2所述的發光二極管,其特征在于,η 型包覆層為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6。
7.如權利要求I或2所述的發光二極管,其特征在于, 所述電流擴展層為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為O I, y為O. 45 O. 55。
8.一種發光二極管的制造方法,其特征在于,包括如下步驟 (1)在300°C_500°C的溫度下,對P-GaP襯底進行表面處理,去除水氣。
(2)生長ρ-GaP緩沖層。
(3)生長布拉格反射層p-InP/p-AlxGal-xAs,其中x為O O.7 ; (4)生長P 型包覆層 p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6 ;(5)生長有源層未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP,其中,x為O O.5,y為O. 4 O. 6 ; (6)生長η 型包覆層 n-(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6 ; (7)形成電流擴展層,n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為O I,y為O. 45 O. 55,電流擴展層的摻雜濃度為I X IO20 I X IO21,厚度為3000 5000nm ;(8)生長界面絨化層首先外延生長界面層n-(AlxGa1JyIrvyP,x為O. 2 O. 3,y為O.35 O. 45 ;然后經過蝕刻使界面層表面絨化成為界面絨化層,蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液; (9)生長歐姆接觸層9。
9.如權利要求8所述的發光二極管的制造方法,其特征在于, 界面絨化層的摻雜濃度為IX 102° 5 X IO21 ;界面絨化層的外延厚度為O. I O. 3微米。
10.如權利要求8或9所述的發光二極管的制造方法,其特征在于, 界面絨化層8的摻雜濃度為5X102° I XlO21,界面絨化層的外延厚度為O. 15 O. 2微 米。
全文摘要
本發明公開了一種具有界面絨化層的GaP基發光二極管,包括P-GaP襯底,在P-GaP上依次外延生長的p-GaP緩沖層、布拉格反射層、p型包覆層、有源層、n型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層;在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層;其中,界面絨化層為n-(AlxGa1-x)yIn1-yP,x為0.2~0.3,y為0.35~0.45;界面絨化層的摻雜濃度為5×1020~1×1021;界面絨化層的外延厚度為0.1~0.3微米。該發光二極管的外量子效率高,亮度高。
文檔編號H01L33/00GK102956777SQ201210418150
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者虞浩輝, 周宇杭 申請人:江蘇威納德照明科技有限公司