一種黃綠光發光二極管及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種黃綠光發光二極管及其制備方法，屬于半導體技術領域。所述黃綠光發光二極管包括N型GaAs襯底、以及依次層疊在N型GaAs襯底上的N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型AlInP限制層、多量子阱層、P型AlInP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層，多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子壘層，多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，第一電子阻擋層和第三電子阻擋層均為非摻雜的AlInP層，第二電子阻擋層為P型摻雜的AlInP層。本發明提高發光二極管的發光效率。
【專利說明】
一種黃綠光發光二極管及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種黃綠光發光二極管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]黃綠光的高亮度AlGaInP系的發光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)具有體積小、壽命長、功耗低等優點，在全色顯示、交通信號燈和城市亮化工程等領域具有廣闊的應用前景。
[0003]現有的黃綠光發光二極管包括N型GaAs襯底、以及依次層疊在N型GaAs襯底上的N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型AlInP限制層、多量子阱層、P型AlInP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層。其中，多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層。N型AlInP限制層提供的電子和P型AlInP限制層提供的空穴注入多量子阱層在AlGaInP量子講層復合發光。
[0004]在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題:
[0005]電子的迀移率遠高于空穴，導致空穴主要集中在靠近P型AlInP限制層的AlGaInP量子阱層中，靠近N型AlInP限制層的AlGaInP量子阱層中的空穴濃度較低，發光主要集中在靠近P型AlInP限制層的AlGaInP量子阱層，導致發光二極管的發光效率偏低。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術發光二極管的發光效率偏低的問題，本發明實施例提供了一種黃綠光發光二極管及其制備方法。所述技術方案如下:
[0007]—方面，本發明實施例提供了一種黃綠光發光二極管，所述黃綠光發光二極管包括N型GaAs襯底、以及依次層疊在所述N型GaAs襯底上的N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型AlInP限制層、多量子阱層、P型AlInP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層，所述多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層，所述多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，所述空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，所述第一電子阻擋層和所述第三電子阻擋層均為非摻雜的AlInP層，所述第二電子阻擋層為P型摻雜的AlInP層。
[0008]可選地，所述AlGaInP量子皇層的厚度沿所述黃綠光發光二極管的層疊方向減小。
[0009]優選地，相鄰兩層所述空穴激發層之間的所述AlGaInP量子皇層的厚度保持不變。
[0010]更優選地，所述空穴激發層兩側的所述AlGaInP量子皇層的厚度之差為3?6埃。
[0011]可選地，所述第一電子阻擋層的厚度=所述第三電子阻擋層的厚度=所述第二電子阻擋層的厚度/2。
[0012]可選地，所述空穴激發層的厚度為50?90埃。
[0013]可選地，所述第二電子阻擋層的摻雜雜質為鎂元素，所述第二電子阻擋層的摻雜濃度為 8 X 10—16 ?3 X 10—17cm—3 ο
[0014]可選地，所述空穴激發層的層數為5?12層。
[0015]可選地，相鄰兩層所述空穴激發層之間的所述AlGaInP量子阱層和所述AlGaInP量子皇層的層數之和為16?40層。
[0016]另一方面，本發明實施例提供了一種黃綠光發光二極管的制備方法，所述制備方法包括:
[0017]在N型GaAs襯底上依次生長N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型Al InP限制層、多量子阱層、P型AlInP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層；
[0018]其中，所述多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層，所述多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，所述空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，所述第一電子阻擋層和所述第三電子阻擋層均為非摻雜的Al InP層，所述第二電子阻擋層為P型摻雜的Al InP層。
[0019]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0020]通過在多量子阱層中均勻插入多層由非摻雜的AlInP層、P型摻雜的AlInP層、非摻雜的AlInP層組成的空穴激發層，可以延緩電子迀移率，并能提供空穴，使發光分散在各個AlGaInP量子阱層中，增加了電子和空穴的復合幾率，提高發光二極管的發光效率。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發明實施例一提供的一種黃綠光發光二極管的結構示意圖；
[0023]圖2是本發明實施例一提供的空穴激發層的結構示意圖；
[0024]圖3是本發明實施例一提供的多量子阱層的能帶圖；
[0025]圖4是本發明實施例二提供的一種黃綠光發光二極管的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0027]實施例一
[0028]本發明實施例提供了一種黃綠光發光二極管，參見圖1，該黃綠光發光二極管包括N型GaAs襯底1、以及依次層疊在N型GaAs襯底I上的N型GaAs緩沖層2、N型反射層3、N型AlInP限制層4、多量子阱層5、P型AlInP限制層6、P型GaP電流擴展層7、P型GaP歐姆接觸層8。
[0029]在本實施例中，多量子阱層5包括交替層疊的AlGaInP量子阱層51和AlGaInP量子皇層52。多量子阱層5中均勻插入有多層空穴激發層10，參見圖2，空穴激發層10包括依次層疊的第一電子阻擋層11、第二電子阻擋層12、第三電子阻擋層13，第一電子阻擋層11和第三電子阻擋層13均為非摻雜的AlInP層，第二電子阻擋層12為P型摻雜的AlInP層。其中，多層空穴激發層10均勻插入多量子阱層5中是指，多量子阱層5中，每隔設定厚度插入一層空穴激發層10。例如，每交替層疊10層AlGaInP量子阱層51和10層AlGaInP量子皇層52，層疊一層空穴激發層10。
[0030]具體地，N型反射層3可以為交替層疊的AlAs層和AlGaAs層。
[0031 ]可選地，AlGaInP量子皇層52的厚度可以沿黃綠光發光二極管的層疊方向減小。隨著量子皇層的厚度變窄，可以進一步提尚空穴的遷移率，進而提尚發光一■極管的發光效率。
[0032]優選地，相鄰兩層空穴激發層10之間的AlGaInP量子皇層52的厚度可以保持不變。
[0033]更優選地，空穴激發層10兩側的AlGaInP量子皇層52的厚度之差可以為3?6埃。
[0034]具體地，AlGaInP量子皇層52的厚度可以為40?80埃，AlGaInP量子阱層51的厚度可以為30?40埃。
[0035]可選地，第一電子阻擋層11的厚度=第三電子阻擋層12的厚度=第二電子阻擋層13的厚度/2。
[0036]可選地，空穴激發層10的厚度可以為50?90埃。
[0037]可選地，第二電子阻擋層12的摻雜雜質可以為鎂元素，第二電子阻擋層12的摻雜濃度可以為8 X 10—16?3 X 10—17CHf3 J型摻雜的AlInP層的摻雜濃度較低，且兩側均為非摻雜的AlInP層，摻雜雜質不會擴散到發光層發生非輻射復合，不會對發光二極管的發光效率造成不良影響。
[0038]可選地，空穴激發層10的層數可以為5?12層。
[0039]可選地，相鄰兩層空穴激發層10之間的AlGaInP量子阱層51和AlGaInP量子皇層52的層數之和可以為16?40層。
[0040]例如，多量子阱層5中AlGaInP量子阱層51和AlGaInP量子皇層52的層數之和可以為160層，AlGaInP量子阱層51的厚度為35埃，AlGaInP量子皇層52的厚度從75埃沿層疊方向減小到43埃，具體為每層疊10層AlGaInP量子皇層52其厚度減小4埃。多量子阱層5中均勻插入有8層空穴激發層10，第一電子阻擋層11和第三電子阻擋層13的厚度均為20埃，第二電子阻擋層12的厚度為40埃，第二電子阻擋層的摻雜濃度為1.5X10—17cnf3。
[0041]圖3為多量子阱層的能帶示意圖，如圖3所示，空穴激發層10的能帶高度與N型AlInP限制層4和P型AlInP限制層6—致，均高于多量子阱層5中的AlGaInP量子阱層51和AlGaInP量子皇層52，因此可以延緩電子迀移率；同時第二電子阻擋層12為P型摻雜的AlInP層，可以提供空穴;空穴激發層10可以使發光分散在各個AlGaInP量子阱層中，增加了電子和空穴的復合幾率，提高發光二極管的發光效率。
[0042]可選地，N型GaAs襯底I可以為2寸或4寸的100面偏向《111》A+15°的GaAs襯底。N型GaAs襯底I的摻雜雜質可以為硅元素，N型GaAs襯底I的摻雜濃度可以為10—18?2.5 X 10—18cm—3，N型GaAs襯底I的厚度可以為340?360μπι。
[0043]可選地，N型GaAs緩沖層2的摻雜雜質可以為硅元素，N型GaAs緩沖層2的摻雜濃度可以為10—18?2.5 X 10—18Cnf3，Ν型GaAs緩沖層2的厚度可以為140?260nm。
[0044]可選地，N型反射層3的摻雜雜質可以為硅元素，N型反射層3的摻雜濃度可以為10—18?7 X 10—18cm—3，N型反射層3中AlAs層和AlGaAs層的層數之和可以為20?50層，優選為30?50層，N型反射層3中AlAs層的厚度可以為45?55nm，N型反射層3中AlGaAs層的厚度可以為40?50nm。
[0045]可選地，N型AlInP限制層4的摻雜雜質可以為硅元素，N型AlInP限制層4的摻雜濃度可以為8 X 10—17?3 X 10—18cm—3，N型AlInP限制層4的厚度可以為250?550nm。
[0046]可選地，P型AlInP限制層6的摻雜雜質可以為鎂元素，P型AlInP限制層6的摻雜濃度可以為8 X 10—17?10—18cm—3，P型AlInP限制層6的厚度可以為400?600nm。
[0047]可選地，P型GaP電流擴展層7的摻雜雜質可以為鎂元素，P型GaP電流擴展層7的摻雜濃度可以為2 X 10—18?7 X 10—18Cnf3，P型GaP電流擴展層7的厚度可以為7?ΙΟμπι。
[0048]可選地，P型GaP歐姆接觸層8的摻雜雜質可以為鎂元素，P型GaP歐姆接觸層8的摻雜濃度可以為3 X 10—19?8 X 10—19Cnf3，Ρ型GaP歐姆接觸層8的厚度可以為50?lOOnm。
[0049]本發明實施例通過在多量子阱層中均勻插入多層由非摻雜的AlInP層、P型摻雜的AlInP層、非摻雜的AlInP層組成的空穴激發層，可以延緩電子迀移率，并能提供空穴，使發光分散在各個AlGaInP量子阱層中，增加了電子和空穴的復合幾率，提高發光二極管的發光效率。
[0050]實施例二
[0051]本發明實施例提供了一種黃綠光發光二極管的制備方法，參見圖4，該制備方法包括:
[0052]步驟201:在N型GaAs襯底上生長N型GaAs緩沖層。
[0053]具體地，生長N型GaAs緩沖層時，溫度為640?660°C，TMGa的流量為70?I lOsccm，AsH3的流量為350?450sccm。
[0054]可選地，N型GaAs襯底可以為2寸或4寸的100面偏向《111》A+15°的GaAs襯底。N型GaAs襯底的摻雜雜質可以為硅元素，N型GaAs襯底的摻雜濃度可以為10—18?2.5 X 10—18Cnf3，N型GaAs襯底的厚度可以為340?360μπι。
[0055]可選地，N型GaAs緩沖層的摻雜雜質可以為硅元素，N型GaAs緩沖層的摻雜濃度可以為10—18?2.5 X 10—18Cnf3，Ν型GaAs緩沖層的厚度可以為140?260nm。
[0056]步驟202:在N型GaAs緩沖層上生長N型反射層。
[0057]具體地，N型反射層可以為交替層疊的AlAs層和AlGaAs層。
[0058]具體地，生長N型反射層時，溫度為640?660 °C，TMGa的流量為70?I 1sccm，TMAl的流量為180?300sccm，AsH3的流量為400?500sccmo
[0059]可選地，N型反射層的摻雜雜質可以為硅元素，N型反射層的摻雜濃度可以為10一18?7 X 10—18cm—3，N型反射層中AlAs層和AlGaAs層的層數之和可以為20?50層，優選為30?50層，N型反射層中AlAs層的厚度可以為45?55nm，N型反射層中AlGaAs層的厚度可以為40?50nmo
[0060]步驟203:在N型反射層上生長N型Al InP限制層。
[0061 ] 具體地，生長N型AlInP限制層時，溫度為660?680°C，TMA1的流量為90?130sccm，TMIn的流量為800?900sccm，PH3的流量為800?1200sccm。
[0062]可選地，N型AlInP限制層的摻雜雜質可以為硅元素，N型AlInP限制層的摻雜濃度可以為8 X 10—17?3 X 10—18cm—3，N型AlInP限制層的厚度可以為250?550nm。
[0063]步驟204:在N型AlInP限制層上生長多量子阱層。
[0064]在本實施例中，多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層。多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，第一電子阻擋層和第三電子阻擋層均為非摻雜的AlInP層，第二電子阻擋層為P型摻雜的AlInP層。
[0065]具體地，生長AlGaInP量子阱層時，溫度為660?680 °C，TMAl的流量為6?35sccm，TMGa的流量為26?40sccm，TMIn的流量為800?900sccm，PH3的流量為800?1200sccm;生長AlGaInP量子皇層時，溫度為660?680°C，TMAl的流量為70?lOOsccm，TMGa的流量為5?18sccm，TMIn的流量為800?900sccm，PH3的流量為800?1200sccm;生長空穴激發層時，溫度為660?680°C，TMIn的流量為800?900sccm，PH3的流量為800?1200sccm。
[0066]可選地，AlGaInP量子皇層的厚度可以沿黃綠光發光二極管的層疊方向減小。隨著量子皇層的厚度變窄，可以進一步提尚空穴的遷移率，進而提尚發光一■極管的發光效率。
[0067]優選地，相鄰兩層空穴激發層之間的AlGaInP量子皇層的厚度可以保持不變。
[0068]更優選地，空穴激發層兩側的AlGaInP量子皇層的厚度之差可以為3?6埃。
[0069]具體地，AlGaInP量子皇層的厚度可以為40?80埃，AlGaInP量子阱層的厚度可以為30?40埃。
[0070]可選地，第一電子阻擋層的厚度=第三電子阻擋層的厚度=第二電子阻擋層的厚度/2。
[0071]可選地，空穴激發層的厚度可以為50?90埃。
[0072]可選地，第二電子阻擋層的摻雜雜質可以為鎂元素，第二電子阻擋層的摻雜濃度可以為8 X 10—16?3 X 10—17Cnf3 J型摻雜的AlInP層的摻雜濃度較低，且兩側均為非摻雜的AlInP層，摻雜雜質不會擴散到發光層發生非輻射復合，不會對發光二極管的發光效率造成不良影響。
[0073]可選地，空穴激發層的層數可以為5?12層。
[0074]可選地，相鄰兩層空穴激發層之間的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層的層數之和可以為16?40層。
[0075]步驟205:在多量子阱層上生長P型AlInP限制層。
[0076]具體地，生長P型AlInP限制層時，溫度為660?680°C，TMA1的流量為90?130sccm，TMIn的流量為800?900sccm，PH3的流量為800?1200sccm。
[0077]可選地，P型AlInP限制層的摻雜雜質可以為鎂元素，P型AlInP限制層的摻雜濃度可以為8 X 10—17?10—18cm—3，P型AlInP限制層的厚度可以為400?600nm。
[0078]步驟206:在P型AlInP限制層上生長P型GaP電流擴展層。
[0079]具體地，生長P型GaP電流擴展層時，溫度為690?710°C，TMGa的流量為400?600sccm，PH3 的流量為 200 ?500sccmo
[0080]可選地，P型GaP電流擴展層的摻雜雜質可以為鎂元素，P型GaP電流擴展層的摻雜濃度可以為2 X 10—18?7 X 10—18Cnf3，P型GaP電流擴展層的厚度可以為7?ΙΟμπι。
[0081 ] 步驟207:在P型GaP電流擴展層上生長P型GaP歐姆接觸層。
[0082]具體地，生長P型GaP歐姆接觸層時，溫度為630?650 °C，TMGa的流量為400?600sccm，PH3 的流量為 200 ?500sccmo
[0083]可選地，P型GaP歐姆接觸層的摻雜雜質可以為鎂元素，P型GaP歐姆接觸層的摻雜濃度可以為3 X 10—19?8 X 10—19Cnf3，P型GaP歐姆接觸層的厚度可以為50?lOOnm。
[0084]本發明實施例通過在多量子阱層中均勻插入多層由非摻雜的AlInP層、P型摻雜的AlInP層、非摻雜的AlInP層組成的空穴激發層，可以延緩電子迀移率，并能提供空穴，使發光分散在各個AlGaInP量子阱層中，增加了電子和空穴的復合幾率，提高發光二極管的發光效率。
[0085]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種黃綠光發光二極管，所述黃綠光發光二極管包括N型GaAs襯底、以及依次層疊在所述N型GaAs襯底上的N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型Al InP限制層、多量子阱層、P型Al InP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層，所述多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層，其特征在于，所述多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，所述空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，所述第一電子阻擋層和所述第三電子阻擋層均為非摻雜的AlInP層，所述第二電子阻擋層為P型摻雜的Al InP層。2.根據權利要求1所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述AlGaInP量子皇層的厚度沿所述黃綠光發光二極管的層疊方向減小。3.根據權利要求2所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，相鄰兩層所述空穴激發層之間的所述AlGaInP量子皇層的厚度保持不變。4.根據權利要求3所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述空穴激發層兩側的所述AlGaInP量子皇層的厚度之差為3?6埃。5.根據權利要求1-4任一項所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述第一電子阻擋層的厚度=所述第三電子阻擋層的厚度=所述第二電子阻擋層的厚度/2。6.根據權利要求1-4任一項所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述空穴激發層的厚度為50?90埃。7.根據權利要求1-4任一項所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述第二電子阻擋層的摻雜雜質為鎂元素，所述第二電子阻擋層的摻雜濃度為8X10—16?3X10—17cm—3。8.根據權利要求1-4任一項所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，所述空穴激發層的層數為5?12層。9.根據權利要求1-4任一項所述的黃綠光發光二極管，其特征在于，相鄰兩層所述空穴激發層之間的所述AlGaInP量子阱層和所述AlGaInP量子皇層的層數之和為16?40層。10.—種黃綠光發光二極管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 在N型GaAs襯底上依次生長N型GaAs緩沖層、N型反射層、N型Al InP限制層、多量子阱層、P型AlInP限制層、P型GaP電流擴展層、P型GaP歐姆接觸層； 其中，所述多量子阱層包括交替層疊的AlGaInP量子阱層和AlGaInP量子皇層，所述多量子阱層中均勻插入有多層空穴激發層，所述空穴激發層包括依次層疊的第一電子阻擋層、第二電子阻擋層、第三電子阻擋層，所述第一電子阻擋層和所述第三電子阻擋層均為非摻雜的Al InP層，所述第二電子阻擋層為P型摻雜的Al InP層。
【文檔編號】H01L33/06GK106025023SQ201610458914
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】曹敏, 王世俊, 邢振遠, 李彤, 董耀盡
【申請人】華燦光電(蘇州）有限公司