一種N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法，包括形成GaAs襯底，以及在GaAs襯底上沉積n型接觸層、有源層、p型電子阻擋層、p型過渡層和p型接觸層；其中形成GaAs襯底的方法包括在常溫常壓下，將GaAs晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；對GaAs晶片加熱的同時加壓；停止加熱，使GaAs晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaAs晶片恢復至常壓；在高溫高壓裝置中退火20～30分鐘后，取出GaAs晶片。該方法可以明顯的減小發光二極管襯底中的晶體缺陷密度，提高發光二極管的性能和壽命。
【專利說明】—種N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種發光二極管的制造方法。
【背景技術】
[0002]半導體發光二極管(LED)是一種由Ga、N、As、P等的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時可以發出可見光，可用于制造發光器件，由于其結構簡單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低，目前已廣泛應用于各種光電系統。
[0003]半導體發光二極管包括襯底以及依次沉積在襯底上的P / N型外延層、有源層和P / N型外延層。襯底作為LED這座大廈的地基，具有重要的作用。藍寶石是一種常用的LED襯底，但由于其與其上的異相外延層的晶格和熱應力失配，發熱后由于膨脹程度不同會崩裂，導致器件損壞。另外一類LED襯底包括GaN, GaAs, InP, InAlGaAs, InAlGaP, InGaAsP等半導體材料。作為襯底的上述半導體材料中一般都會包括各種缺陷，例如位錯、間隙或空位等，缺陷會引起晶體應變，應變會造成襯底上外延層的品質及性能降低，導致發光二極管的壽命縮短。
[0004]多年來，隨著半導體技術的發展，經過本領域技術人員的長期研究和實踐，形成了較為完善的晶體生長工藝流程，減少了半導體襯底材料生長過程中形成的缺陷密度。但是，人們還希望得到缺陷密度更低的襯底，制得性能更佳、壽命更長的發光二極管。如何進一步減少或消除缺陷成為本領域急需解決的問題。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技`術中存在的缺陷，本發明提供了一種N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法，該方法可以明顯的減小發光二極管襯底中的晶體缺陷密度，提高發光二極管的性能和壽命。
[0006]本發明的N型GaAs基半導體發光二極管包括依次層疊的襯底、η型接觸層、有源層和P型接觸層；
[0007]其中，襯底為GaAs，n型接觸層為η型AlGaAs層，P型接觸層為P型GaAs層；有源層為AlGaAs多量子阱。
[0008]優選地，AlGaAs有源層為2-5個周期的AlxGa^N / AlyGa1J多量子講，其中，阱的厚度為l-3nm, Al組分x = 0-0.5 ;壘的厚度為5-lOnm，Al組分y = 0.2-0.7p。
[0009]優選地，在有源層和ρ型接觸層之間還包括P型電子阻擋層和P型過渡層。優選的，P型電子阻擋層為η型AlGaAs層，ρ型過渡層為ρ型AlGaAs過渡層。
[0010]本發明的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法，包括形成GaAs襯底，以及在GaAs襯底上沉積η型接觸層、有源層、ρ型電子阻擋層、P型過渡層和P型接觸層；
[0011]其中形成GaAs襯底的方法包括如下步驟:
[0012](I)在常溫常壓下，將GaAs晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；[0013](2)對GaAs晶片加熱的同時加壓，加熱溫度為860?890°C，加壓壓力為5.0?5.5GPa，保持10?15分鐘；此處的加壓壓力也可以稱作加壓壓強。其中，加熱速率為IOO0C /分鐘，加壓速率為0.1?0.2GPa/分鐘。
[0014](3)停止加熱，使GaAs晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaAs晶片恢復至常壓。卸壓速度為0.3?0.5GPa/分鐘。
[0015](4)在高溫高壓裝置中退火20?30分鐘后，取出GaAs晶片。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的半導體發光二極管的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。
[0018]本發明的N型GaAs基半導體發光二極管的包括依次層疊的襯底l、n型接觸層2、有源層3和ρ型接觸層4。
[0019]其中，襯底I為GaAs，η型接觸層2為η型AlGaAs層，ρ型接觸層4為ρ型GaAs層。
[0020]有源層3為AlGaAs多量子阱，優選為2_5個周期的AlxGa1J / AlyGa1J多量子阱，其中，阱的厚度為l_3nm，Al組分x = 0-0.5 ;壘的厚度為5_10nm，Al組分y = 0.2-0.7，其為發射深紫外光波段的量子阱。
[0021]在有源層3和ρ型接觸層4之間還包括ρ型電子阻擋層5和ρ型過渡層6。優選的，P型電子阻擋層5為P型AlGaAs層，ρ型過渡層6為ρ型AlGaAs過渡層。
[0022]本發明的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法，包括形成GaAs襯底，以及在GaAs襯底上沉積η型接觸層、有源層、ρ型電子阻擋層、P型過渡層和P型接觸層。
[0023]其中形成GaAs襯底的方法包括如下步驟:
[0024](I)在常溫常壓下，將GaAs晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；
[0025](2)對GaAs晶片加熱的同時加壓，加熱溫度為860?890°C，加壓壓力為5.0?5.5GPa，保持10?15分鐘；此處的加壓壓力也可以稱作加壓壓強。其中，加熱速率為IOO0C /分鐘，加壓速率為0.1?0.2GPa /分鐘。
[0026](3)停止加熱，使GaAs晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaAs晶片恢復至常壓。卸壓速度為0.3?0.5GPa /分鐘。
[0027](4)在高溫高壓裝置中退火20?30分鐘后，取出GaAs晶片。
[0028]本發明進行了 50組不同溫度和壓力范圍的實驗，對GaAs晶片進行了高溫高壓處理。實驗數據表明，對GaAs晶片實施加熱溫度為860?890°C，加壓壓力為5.0?5.5GPa的高溫高壓處理并退火后，其位錯和空隙的密度降低至處理前的25?35%，說明該方法明顯減少了晶片內的缺陷密度。實驗數據也表明，處理后晶片的缺陷密度與加熱溫度、加壓壓力有關，且溫度范圍和壓力范圍其主要作用，但加熱、加壓以及卸壓速率也對缺陷密度的減少其作用，上文中已經記載了優選的溫度和壓力范圍，以及優選的加熱、加壓與卸壓速率。降溫不需采用特殊方法，停止加熱后自然冷卻即可。采用處理后的GaAs晶片作為襯底形成的發光二極管，增大了擊穿場強，減少了漏電，增加了導熱性，光發射效率更高，可靠性更大。
[0029]用于處理本發明的晶片的高溫高壓裝置可以采用已有的兩面頂和多面體高壓裝置，多面體高壓裝置包括六面體壓腔裝置和八面體壓腔裝置。優選采用兩面頂大腔體靜高壓裝置，簡稱為兩面頂大壓機。該裝置的外殼和壓桿的材料均為合金鋼，壓砧的材料為碳化鎢。采用該兩面頂大壓機可以達到的最高壓力為7GPa。其最高壓力相比較多面體高壓裝置以及金剛石對頂砧超高壓裝置雖然低，但是由于其腔體體積大，處理樣品的直徑自十厘米左右，適合用于處理襯底晶片。
[0030]在該高壓裝置中設有電熱裝置，其通過電熱絲提供加熱熱量，對電熱裝置通電后可以對晶片進行加熱。加熱溫度最聞可達1700攝氏度。
[0031]壓力介質為氯化鈉(NaCl)、氧化鎂(MgO)或液態氮氣，該介質可以使壓力均勻分布在晶體上，使得非各向同性應力最小。
[0032]NaCl和MgO為低抗剪強度固體，其內摩擦系數低于0.2，可以很好的傳壓，同時起到隔熱的作用，以利于加溫加壓。液氮在起到傳壓作用的同時，可以抑止GaAs在加熱和退火時的分解。
[0033]在GaAs襯底上沉積η型接觸層、有源層、P型電子阻擋層、P型過渡層和P型接觸層的具體方法為:采用金屬有機化學氣相沉積設備，將反應室溫度升高到1050-120(TC，在低溫GaAs插入層上生長AlGaAs過渡層；保持溫度不變，在AlGaAs過渡層上生長η型AlGaAs層作為η型接觸層；保持溫度不變，在η型AlGaAs層上生長發射深紫外光波段的AlGaAs有源層；保持溫度不變，在AlGaAs有源層上依次生長ρ型AlGaAs電子阻擋層和過渡層；在？型AlGaAs過渡層上生長ρ型GaAs層作為ρ型接觸層。
[0034]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N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,包括形成GaAs襯底，以及在GaAs襯底上沉積η型接觸層、有源層、P型電子阻擋層、P型過渡層和P型接觸層；其特征在于， 形成GaAs襯底的方法包括如下步驟: (1)在常溫常壓下，將GaAs晶片放入高溫高壓裝置中，在高溫高壓裝置中加入傳壓介質，該傳壓介質為NaCL和液氮；(2)對GaAs晶片加熱的同時加壓，加熱至溫度為860~890°C，加壓至壓力為5.0~5.5GPa，保持10~15分鐘； (3)停止加熱，使GaAs晶片冷卻至常溫；同時緩慢卸壓，使GaAs晶片恢復至常壓；卸壓速度為0.3~0.5GPa /分鐘； (4)在高溫高壓裝置中退火20~30分鐘后，取出GaAs晶片。
2.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法，其特征在于，步驟(2)中加熱速率為100°C /分鐘，加壓速率為0.1~0.2GPa /分鐘。
3.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于，η型接觸層為η型AlGaAs層。
4.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于，ρ型接觸層為P型GaAs層。
5.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于,有源層為AlGaAs多量子阱。
6.如權利要求5所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于,有源層為2-5個周期的AlxGa^N / AlyGa1^yN多量子阱，其中，阱的厚度為l_3nm，Al組分x =0-0.5 ;壘的厚度為 5-10nm，Al 組分 y = 0.2-0.7。
7.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于，ρ型電子阻擋層為P型AlGaAs層。
8.如權利要求1所述的N型GaAs基半導體發光二極管的制造方法,其特征在于，ρ型過渡層為P型AlGaAs過渡層。
【文檔編號】H01L33/32GK103779456SQ201410038117
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】周明, 申云, 穆連和, 顧理建 申請人:南通明芯微電子有限公司