CN102956777B - 具有界面绒化层的GaP基发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有界面绒化层的GaP基发光二极管，包括：P-GaP衬底，在P-GaP上依次外延生长的p-GaP缓冲层、布拉格反射层、p型包覆层、有源层、n型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中，界面绒化层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；界面绒化层的掺杂浓度为5×1020～1×1021；界面绒化层的外延厚度为0.1～0.3微米。该发光二极管的外量子效率高，亮度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管。
背景技术
发光二极管(LED)被广泛用作工业用和民用的显示元件，作为高亮度的LED使用了AlGaP的红色LED。另外，作为比红色更短波长的LED使用了GaPP、GaP，但仅得到低亮度的LED。近年来由于可以通过有机金属气相成长(MOVPE)法成长AlGaInP系的结晶层，因此可以制作出红色、黄色、绿色的高亮度LED。
AlGaInP发光二极管结构已日趋成熟，但是由于许多原因，AlGaInP发光二极管的外量子效率偏低。例如，现有技术中的发光二极管是在n型GaP衬底上通过MOVPE法依次成长n型GaP缓冲层、n型AlGaInP包覆层、AlGaInP活性层、p型AlGaInP包覆层、掺杂了Zn的p型GaP电流扩散层而得到。其中由于有源区发射出来的大部分光，在经过外延层时，由于折射率差，发生全反射。使得许多有源区发出的光最终无法从外延层中射出。所以，如何提高AlGaInP发光二极管的外量子效率，以提高其亮度，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种外量子效率高，亮度高的发光二极管。
本发明的发光二极管包括：
P-GaP衬底，
在P-GaP上依次外延生长的p-GaP缓冲层、布拉格反射层、p型包覆层、有源层、n型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；
在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中，
界面绒化层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；
界面绒化层的掺杂浓度为5×1020～1×1021；
界面绒化层的外延厚度为0.1～0.3微米。
在优选实施例中：
布拉格反射层为p-InP/p-AlxGa1-xAs(x为0～0.7)或
p-AlInP/p-(AlxGa1-x)yIn1-yP(x为0.3～0.7，y为0.4～0.6)。
p型包覆层为p-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6；
有源层为未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0～0.5，y为0.4～0.6；
n型包覆层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6。
所述电流扩展层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0～1，y为0.45～0.55。
本发明的发光二极管的制造方法包括如下步骤：
（1）、在300℃-500℃的温度下，对P-GaP衬底进行表面处理，去除水气。
（2）、生长p-GaP缓冲层。
（3）、生长布拉格反射层p-InP/p-AlxGa1-xAs，其中x为0～0.7；
（4）、生长p型包覆层，p-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0.6～1，y为0.4～0.6；
（5）、生长有源层，未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，x为0～0.5，y为0.4～0.6；
（6）、生长n型包覆层，n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0.6～1，y为0.4～0.6；
（7）、形成电流扩展层，n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0～1，y为0.45～0.55，电流扩展层的掺杂浓度为1×1020～1×1021，厚度为3000～5000nm；
（8）、生长界面绒化层：首先外延生长界面层n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；，然后经过蚀刻使界面层表面绒化成为界面绒化层，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液；
界面绒化层8的掺杂浓度优选为1×1020～5×1021，更优选为5×1020～1×1021；界面绒化层8的外延厚度优选为0.1～0.3微米，更优选为0.15～0.2微米。
（9）、生长欧姆接触层9。
附图说明
图1为本发明的发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的发光二极管的结构及其制造方法，下面结合附图描述其具体实施方式，但并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的发光二极管在P-GaP衬底1上外延结构由下至上依次为p-GaP缓冲层2、布拉格反射层3、p型包覆层4、有源层5、n型包覆层6、电流扩展层7、界面绒化层8和n-GaP欧姆接触层9，其中，
界面绒化层8为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；界面绒化层8的掺杂浓度优选为1×1020～5×1021，更优选为5×1020～1×1021；界面绒化层8的外延厚度优选为0.1～0.3微米，更优选为0.15～0.2微米。
布拉格反射层3为p-InP/p-AlxGa1-xAs，x为0～0.7。
p型包覆层4为p-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6；
有源层5为未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0～0.5，y为0.4～0.6；
n型包覆层6为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6。
所述电流扩展层7为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0～1，y为0.45～0.55。
本发明均采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行外延生长，具体生长步骤如下：
1、在300℃-500℃的温度下，对P-GaP衬底1进行表面处理，去除水气。
2、生长p-GaP缓冲层2。
3、生长布拉格反射层3，用来反射有源区射出的光，以免被GaP彻底吸收。
布拉格反射层可以为p-InP/p-AlxGa1-xAs，x取值为0～0.7。
4、生长p型包覆层4，p-(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中x取值为0.6～1，y取值为0.4～0.6)。目的在于限制载流子，增加复合几率。
5、生长有源层5，未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP。其中，x为0～0.5，y为0.4～0.6。
6、生长n型包覆层6，n-(AlxGa1-x)yIn1-yP(其中x取值为0.6～1，y取值为0.4～0.6)。作用与包覆层3相同，在于限制载流子，增加复合几率。
7、形成电流扩展层7。其作用是更好的扩展电流，使电流分布均匀，提高发光二极管各项参数的均匀性。电流扩展层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP。其中，n-(AlxGa1-x)yIn1-yP材料的Al组分x＝0-1，y取值为0.45～0.55。电流扩展层的掺杂浓度为1×1020～1×1021。电流扩展层的外延厚度为3000～5000nm。
8、生长界面绒化层8。其具体步骤是首先外延生长界面层，然后经过蚀刻使外延界面表面绒化，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液。蚀刻液也可以是硝酸与甲醇的混合液，但是使用氢氟酸与甲醇的混合液蚀刻得到的(AlxGa1-x)yIn1-yP绒化面更为均匀，更有利于提高发光二极管的亮度。
界面绒化层8为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；界面绒化层8的掺杂浓度优选为1×1020～5×1021，更优选为5×1020～1×1021；界面绒化层8的外延厚度优选为0.1～0.3微米，更优选为0.15～0.2微米。如果掺杂浓度过高或过低，均会导致电流扩展层的电流扩展能力下降。厚度太厚，会降低出光效率，厚度太薄，则不能提高发光二极管的外量子效率。
界面绒化层的生长明显提高了本发明发光二极管的亮度，经研究其原因是界面绒化层通过绒化后明显提高了发光二极管的外量子效率，使得光强大幅度提高。
9、生长欧姆接触层9。
本发明的发光二极管具有如下有益效果：
首先，本发明在常规LED结构上增加了一层界面绒化层，绒化层可以增加LED器件的有效出光面积，并且可以使原先发生全反射而无法射出的光，在下次以不同角度射向界面，将这些光从外延层中重新提取出来，极大地提高了AlGaInP发光二极管的外量子效率，以提高亮度。
其次，由于p型材料载流子迁移率较低，本发明采用n型材料作为电流扩展层，提高了电流扩展层的电流扩展能力。如果采用传统的n型衬底，又要采用n型电流扩展层，连接衬底与p型外延层的隧穿结外延较为复杂，外延难度也较大，不易实现。本发明采用P-GaP作为衬底，代替传统的N-GaP衬底，简化了外延步骤，提高了生产效率。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种发光二极管，包括：
P-GaP衬底，
在P-GaP衬底上依次外延生长的p-GaP缓冲层、布拉格反射层、p型包覆层、有源层、n型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；其特征在于，
在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中，
界面绒化层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；
界面绒化层的掺杂浓度为5×1020～1×1021；界面绒化层的外延厚度为0.15～0.2微米。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
布拉格反射层为p-InP/p-AlxGa1-xAs，x为0～0.7。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
p型包覆层为p-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
有源层为未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0～0.5，y为0.4～0.6。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
n型包覆层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.6～1，y为0.4～0.6。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，
所述电流扩展层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0～1，y为0.45～0.55。
7.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在300℃-500℃的温度下，对P-GaP衬底进行表面处理，去除水气；
(2)生长p-GaP缓冲层；
(3)生长布拉格反射层p-InP/p-AlxGa1-xAs，其中x为0～0.7；
(4)生长p型包覆层p-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0.6～1，y为0.4～0.6；
(5)生长有源层未掺杂(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中，x为0～0.5，y为0.4～0.6；
(6)生长n型包覆层n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0.6～1，y为0.4～0.6；
(7)形成电流扩展层，n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，其中x为0～1，y为0.45～0.55，电流扩展层的掺杂浓度为1×1020～1×1021，厚度为3000～5000nm；
(8)生长界面绒化层：首先外延生长界面层n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；然后经过蚀刻使界面层表面绒化成为界面绒化层，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液；界面绒化层的掺杂浓度为5×1020～1×1021，界面绒化层的外延厚度为0.15～0.2微米；
(9)生长欧姆接触层。
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