CN101030615A - 一种具有新型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电子技术领域，提供了一种具有新型P型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管，其外延材料结构自下至上依次为N型GaAs缓冲层、N型AlxGa1－xAs过渡层、N型(AlxGa1－x)yIn1－yP下限制层、(AlxGa1－x)yIn1－yP发光区、P型(AlxGa1－x)yIn1－yP上限制层和P型电流扩展层，该发光二极管使用GaP材料作为AlGaInP发光二极管的电流扩展层，GaP电流扩展层采用碳元素进行掺杂，掺杂浓度高于1×1018cm－3。由于C掺杂具有很小的扩散系数，性质稳定，电流扩展能力高，因而提高了AlGaInP发光二极管的电流扩展能力和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于光电子技术领域。
背景技术
固态照明(Solid-State Lighting：SSL)技术是在二十一世纪具有产业革命意义的重大技术，在世界范围内，从政府到企业都引起了很大关注。固态照明技术的主要内容是半导体发光二极管(LED)器件在照明产业中的应用，因此又称为半导体照明技术。超高亮度LED已可以覆盖整个可见光谱范围，AlGaInP LED在黄绿、橙色、橙红色、红色波段性能优越，其在RGB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GaAs衬底上外延AlGaInP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。AlGaInP发光二极管的外延材料结构自下而上依次包括N型GaAs缓冲层、N型AlxGa1-xAs过渡层、N型(AlxGa1-x)yIn1-yP下限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP发光区、P型(AlxGa1-x)yIn1-yP上限制层和和P型电流扩展层(GaP或AlGaAs)。
作为电流扩展层的P型材料掺杂通常为镁元素(Mg)或锌元素(Zn)。但这两种掺杂元素制作的P型GaP半导体材料存在如下问题：(1)掺杂效率低，获得高掺杂浓度困难；(2)杂质在器件高温制作过程中或高温、大电流工作时会产生严重的扩散，从而使器件性能降低甚至失效。掺杂通常采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术和相应设备。
在AlGaInP LED的制备中，GaP电流扩展层通常使用Mg掺杂，由于GaP生长温度较高及存在掺杂的氢原子钝化问题，要获得高掺杂材料是个难题。掺杂过低时，GaP层电流扩展能力有限，从而使表面电极遮挡效应过大，降低了器件的输出效率和发光效率。因此，寻求新的高效率、低扩散、高稳定的P型掺杂非常关键。
发明内容
针对现有的具有Mg掺杂GaP电流扩展层的AlGaInP发光二极管存在的电流扩展能力低及稳定性差的问题，本发明提供一种电流扩展能力高、稳定性好的具有新型P型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管。
本发明的具有新型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管的外延材料结构自下至上依次包括N型GaAs缓冲层、N型AlxGa1-xAs过渡层、N型(AlxGa1-x)yIn1-yP下限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP发光区、P型(AlxGa1-x)yIn1-yP上限制层和P型电流扩展层，以GaP材料作为P型电流扩展层，GaP电流扩展层采用碳元素掺杂，掺杂浓度高于1×1018cm-3。
GaP电流扩展层采用以下的制备方法：
1.采用MOCVD技术，将有机镓源和磷源通入反应室，让其在650～750℃的高温下发生分解，在衬底片表面发生反应生成磷化镓材料，在磷化镓材料生成过程中通过输入含碳元素的物质引入碳杂质。含碳元素的物质可以采用CCl4、CBr4或含碳元素的金属有机源。
2.采用MOCVD技术，将有机镓源和磷源通入反应室，让其在650～750℃的高温下发生分解，在衬底片表面发生反应生成磷化镓材料，碳杂质利用有机镓在热分解过程中本身产生的碳原子掺入。
本发明利用碳元素进行P型GaP电流扩展层的制备，具有C掺杂的GaP电流扩展层。
由于C掺杂具有很小的扩散系数，性质稳定，电流扩展能力高等优点，因而提高了AlGaInP发光二极管的电流扩展能力和稳定性。
实施例
本发明的具有新型P型掺杂GaP顶层的AlGaInP发光二极管在外延材料结构上与现有AlGaInP发光二极管类似，自衬底开始按外延生长顺序依次为：N型GaAs缓冲层、N型AlxGa1-xAs过渡层、N型(AlxGa1-x)yIn1-yP下限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP发光区、P型(AlxGa1-x)yIn1-yP上限制层和P型GaP电流扩展层。AlxGa1-xAs过渡层中0＜x≤1。(AlxGa1-x)yIn1-yP下限制层中0.5≤x≤1、0.45≤y≤0.55。(AlxGa1-x)yIn1-yP上限制层中0.5≤x≤1、0.45≤y≤0.55。(AlxGa1-x)yIn1-yP发光区为多量子阱结构或双异质结结构。在缓冲层和过渡层之间也可包括AlxGa1-xAs/AlYGa1-YAs(x≠y)DBR反射层。不同之处是本发明中GaP电流扩展层中掺杂碳元素，碳元素浓度高于1×1018cm-3。
GaP电流扩展层中的碳元素掺杂是采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)设备和技术，在生长完AlGaAs和AlGaInP材料层后，只将有机镓源(例如三甲基镓)和磷源(例如磷烷)通入反应室，让其在650～750℃的高温下发生分解，然后Ga原子和P原子结合生成磷化镓材料。在该反应过程中，通过输入CCl4、CBr4或其他在高温下分解可以产生碳原子的原材料(如TMAl、TMIn、TEGa、TBP、DEZn等)，使C原子进入GaP中代替P原子位置，形成P型掺杂材料。另外利用金属有机镓(如三甲基镓)在热分解过程中本身产生的碳原子掺入GaP来生长P型材料。为保证P面制作电极质量，要求GaP的C掺杂浓度高于1×1018cm-3。
材料生长完毕后，在GaP掺C材料表面蒸镀AuBe/Au或Ti/Au金属薄膜，制作良好的P面电极，然后将材料减薄后蒸镀AuGeNi金属层制作背面电极，再将材料按照电极周期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。
Claims (5)
1.一种具有新型P型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管，其外延材料结构自下至上依次包括N型GaAs缓冲层、N型AlxGa1-xAs过渡层、N型(AlxGa1-x)yIn1-yP下限制层、(AlxGa1-x)yIn1-yP发光区、P型(AlxGa1-x)yIn1-yP上限制层和P型电流扩展层，以GaP材料作为P型电流扩展层，其特征在于：GaP电流扩展层采用碳元素掺杂。
2.根据权利要求1所述的具有新型P型掺杂GaP层的AlGaInP发光二极管，其特征在于：所述GaP电流扩展层中碳元素的掺杂浓度高于1×1018cm-3。
3.一种权利要求1所述AlGaInP发光二极管中的GaP电流扩展层的制备方法，其特征在于：采用MOCVD技术，将有机镓源和磷源通入反应室，让其在650～750℃的高温下发生分解，在衬底片表面发生反应生成磷化镓材料，在磷化镓材料生成过程中通过输入含碳元素的物质引入碳杂质。
4.根据权利要求3所述AlGaInP发光二极管中的GaP电流扩展层的制备方法，其特征在于：所述含碳元素的物质是CCl4、CBr4或含碳元素的金属有机源。
5.一种权利要求1所述AlGaInP发光二极管中的GaP电流扩展层的制备方法，其特征在于：采用MOCVD技术，将有机镓源和磷源通入反应室，让其在高温650～750℃的高温下发生分解，在衬底片表面发生反应生成磷化镓材料，碳杂质利用有机镓源在热分解过程中本身产生的碳原子掺入。
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