CN106025023B - 一种黄绿光发光二极管及其制备方法 - Google Patents

一种黄绿光发光二极管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种黄绿光发光二极管及其制备方法，属于半导体技术领域。所述黄绿光发光二极管包括N型GaAs衬底、以及依次层叠在N型GaAs衬底上的N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层，多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层，多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，第一电子阻挡层和第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。本发明提高发光二极管的发光效率。

Description

一种黄绿光发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种黄绿光发光二极管及其制备方法。
背景技术
黄绿光的高亮度AlGaInP系的发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，在全色显示、交通信号灯和城市亮化工程等领域具有广阔的应用前景。
现有的黄绿光发光二极管包括N型GaAs衬底、以及依次层叠在N型GaAs衬底上的N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层。其中，多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。N型AlInP限制层提供的电子和P型AlInP限制层提供的空穴注入多量子阱层在AlGaInP量子阱层复合发光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
电子的迁移率远高于空穴，导致空穴主要集中在靠近P型AlInP限制层的AlGaInP量子阱层中，靠近N型AlInP限制层的AlGaInP量子阱层中的空穴浓度较低，发光主要集中在靠近P型AlInP限制层的AlGaInP量子阱层，导致发光二极管的发光效率偏低。
发明内容
为了解决现有技术发光二极管的发光效率偏低的问题，本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管，所述黄绿光发光二极管包括N型GaAs衬底、以及依次层叠在所述N型GaAs衬底上的N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层，所述多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层，所述多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，所述空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，所述第一电子阻挡层和所述第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。
可选地，所述AlGaInP量子垒层的厚度沿所述黄绿光发光二极管的层叠方向减小。
优选地，相邻两层所述空穴激发层之间的所述AlGaInP量子垒层的厚度保持不变。
更优选地，所述空穴激发层两侧的所述AlGaInP量子垒层的厚度之差为3～6埃。
可选地，所述第一电子阻挡层的厚度＝所述第三电子阻挡层的厚度＝所述第二电子阻挡层的厚度/2。
可选地，所述空穴激发层的厚度为50～90埃。
可选地，所述第二电子阻挡层的掺杂杂质为镁元素，所述第二电子阻挡层的掺杂浓度为8×10-16～3×10-17cm-3。
可选地，所述空穴激发层的层数为5～12层。
可选地，相邻两层所述空穴激发层之间的所述AlGaInP量子阱层和所述AlGaInP量子垒层的层数之和为16～40层。
另一方面，本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：
在N型GaAs衬底上依次生长N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层；
其中，所述多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层，所述多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，所述空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，所述第一电子阻挡层和所述第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在多量子阱层中均匀插入多层由非掺杂的AlInP层、P型掺杂的AlInP层、非掺杂的AlInP层组成的空穴激发层，可以延缓电子迁移率，并能提供空穴，使发光分散在各个AlGaInP量子阱层中，增加了电子和空穴的复合几率，提高发光二极管的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种黄绿光发光二极管的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的空穴激发层的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的多量子阱层的能带图；
图4是本发明实施例二提供的一种黄绿光发光二极管的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管，参见图1，该黄绿光发光二极管包括N型GaAs衬底1、以及依次层叠在N型GaAs衬底1上的N型GaAs缓冲层2、N型反射层3、N型AlInP限制层4、多量子阱层5、P型AlInP限制层6、P型GaP电流扩展层7、P型GaP欧姆接触层8。
在本实施例中，多量子阱层5包括交替层叠的AlGaInP量子阱层51和AlGaInP量子垒层52。多量子阱层5中均匀插入有多层空穴激发层10，参见图2，空穴激发层10包括依次层叠的第一电子阻挡层11、第二电子阻挡层12、第三电子阻挡层13，第一电子阻挡层11和第三电子阻挡层13均为非掺杂的AlInP层，第二电子阻挡层12为P型掺杂的AlInP层。其中，多层空穴激发层10均匀插入多量子阱层5中是指，多量子阱层5中，每隔设定厚度插入一层空穴激发层10。例如，每交替层叠10层AlGaInP量子阱层51和10层AlGaInP量子垒层52，层叠一层空穴激发层10。
具体地，N型反射层3可以为交替层叠的AlAs层和AlGaAs层。
可选地，AlGaInP量子垒层52的厚度可以沿黄绿光发光二极管的层叠方向减小。随着量子垒层的厚度变窄，可以进一步提高空穴的迁移率，进而提高发光二极管的发光效率。
优选地，相邻两层空穴激发层10之间的AlGaInP量子垒层52的厚度可以保持不变。
更优选地，空穴激发层10两侧的AlGaInP量子垒层52的厚度之差可以为3～6埃。
具体地，AlGaInP量子垒层52的厚度可以为40～80埃，AlGaInP量子阱层51的厚度可以为30～40埃。
可选地，第一电子阻挡层11的厚度＝第三电子阻挡层12的厚度＝第二电子阻挡层13的厚度/2。
可选地，空穴激发层10的厚度可以为50～90埃。
可选地，第二电子阻挡层12的掺杂杂质可以为镁元素，第二电子阻挡层12的掺杂浓度可以为8×10-16～3×10-17cm-3。P型掺杂的AlInP层的掺杂浓度较低，且两侧均为非掺杂的AlInP层，掺杂杂质不会扩散到发光层发生非辐射复合，不会对发光二极管的发光效率造成不良影响。
可选地，空穴激发层10的层数可以为5～12层。
可选地，相邻两层空穴激发层10之间的AlGaInP量子阱层51和AlGaInP量子垒层52的层数之和可以为16～40层。
例如，多量子阱层5中AlGaInP量子阱层51和AlGaInP量子垒层52的层数之和可以为160层，AlGaInP量子阱层51的厚度为35埃，AlGaInP量子垒层52的厚度从75埃沿层叠方向减小到43埃，具体为每层叠10层AlGaInP量子垒层52其厚度减小4埃。多量子阱层5中均匀插入有8层空穴激发层10，第一电子阻挡层11和第三电子阻挡层13的厚度均为20埃，第二电子阻挡层12的厚度为40埃，第二电子阻挡层的掺杂浓度为1.5×10-17cm-3。
图3为多量子阱层的能带示意图，如图3所示，空穴激发层10的能带高度与N型AlInP限制层4和P型AlInP限制层6一致，均高于多量子阱层5中的AlGaInP量子阱层51和AlGaInP量子垒层52，因此可以延缓电子迁移率；同时第二电子阻挡层12为P型掺杂的AlInP层，可以提供空穴；空穴激发层10可以使发光分散在各个AlGaInP量子阱层中，增加了电子和空穴的复合几率，提高发光二极管的发光效率。
可选地，N型GaAs衬底1可以为2寸或4寸的100面偏向《111》A+15°的GaAs衬底。N型GaAs衬底1的掺杂杂质可以为硅元素，N型GaAs衬底1的掺杂浓度可以为10-18～2.5×10- 18cm-3，N型GaAs衬底1的厚度可以为340～360μm。
可选地，N型GaAs缓冲层2的掺杂杂质可以为硅元素，N型GaAs缓冲层2的掺杂浓度可以为10-18～2.5×10-18cm-3，N型GaAs缓冲层2的厚度可以为140～260nm。
可选地，N型反射层3的掺杂杂质可以为硅元素，N型反射层3的掺杂浓度可以为10-18～7×10-18cm-3，N型反射层3中AlAs层和AlGaAs层的层数之和可以为20～50层，优选为30～50层，N型反射层3中AlAs层的厚度可以为45～55nm，N型反射层3中AlGaAs层的厚度可以为40～50nm。
可选地，N型AlInP限制层4的掺杂杂质可以为硅元素，N型AlInP限制层4的掺杂浓度可以为8×10-17～3×10-18cm-3，N型AlInP限制层4的厚度可以为250～550nm。
可选地，P型AlInP限制层6的掺杂杂质可以为镁元素，P型AlInP限制层6的掺杂浓度可以为8×10-17～10-18cm-3，P型AlInP限制层6的厚度可以为400～600nm。
可选地，P型GaP电流扩展层7的掺杂杂质可以为镁元素，P型GaP电流扩展层7的掺杂浓度可以为2×10-18～7×10-18cm-3，P型GaP电流扩展层7的厚度可以为7～10μm。
可选地，P型GaP欧姆接触层8的掺杂杂质可以为镁元素，P型GaP欧姆接触层8的掺杂浓度可以为3×10-19～8×10-19cm-3，P型GaP欧姆接触层8的厚度可以为50～100nm。
本发明实施例通过在多量子阱层中均匀插入多层由非掺杂的AlInP层、P型掺杂的AlInP层、非掺杂的AlInP层组成的空穴激发层，可以延缓电子迁移率，并能提供空穴，使发光分散在各个AlGaInP量子阱层中，增加了电子和空穴的复合几率，提高发光二极管的发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种黄绿光发光二极管的制备方法，参见图4，该制备方法包括：
步骤201：在N型GaAs衬底上生长N型GaAs缓冲层。
具体地，生长N型GaAs缓冲层时，温度为640～660℃，TMGa的流量为70～110sccm，AsH3的流量为350～450sccm。
可选地，N型GaAs衬底可以为2寸或4寸的100面偏向《111》A+15°的GaAs衬底。N型GaAs衬底的掺杂杂质可以为硅元素，N型GaAs衬底的掺杂浓度可以为10-18～2.5×10-18cm-3，N型GaAs衬底的厚度可以为340～360μm。
可选地，N型GaAs缓冲层的掺杂杂质可以为硅元素，N型GaAs缓冲层的掺杂浓度可以为10-18～2.5×10-18cm-3，N型GaAs缓冲层的厚度可以为140～260nm。
步骤202：在N型GaAs缓冲层上生长N型反射层。
具体地，N型反射层可以为交替层叠的AlAs层和AlGaAs层。
具体地，生长N型反射层时，温度为640～660℃，TMGa的流量为70～110sccm，TMAl的流量为180～300sccm，AsH3的流量为400～500sccm。
可选地，N型反射层的掺杂杂质可以为硅元素，N型反射层的掺杂浓度可以为10-18～7×10-18cm-3，N型反射层中AlAs层和AlGaAs层的层数之和可以为20～50层，优选为30～50层，N型反射层中AlAs层的厚度可以为45～55nm，N型反射层中AlGaAs层的厚度可以为40～50nm。
步骤203：在N型反射层上生长N型AlInP限制层。
具体地，生长N型AlInP限制层时，温度为660～680℃，TMAl的流量为90～130sccm，TMIn的流量为800～900sccm，PH3的流量为800～1200sccm。
可选地，N型AlInP限制层的掺杂杂质可以为硅元素，N型AlInP限制层的掺杂浓度可以为8×10-17～3×10-18cm-3，N型AlInP限制层的厚度可以为250～550nm。
步骤204：在N型AlInP限制层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层。多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，第一电子阻挡层和第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。
具体地，生长AlGaInP量子阱层时，温度为660～680℃，TMAl的流量为6～35sccm，TMGa的流量为26～40sccm，TMIn的流量为800～900sccm，PH3的流量为800～1200sccm；生长AlGaInP量子垒层时，温度为660～680℃，TMAl的流量为70～100sccm，TMGa的流量为5～18sccm，TMIn的流量为800～900sccm，PH3的流量为800～1200sccm；生长空穴激发层时，温度为660～680℃，TMIn的流量为800～900sccm，PH3的流量为800～1200sccm。
可选地，AlGaInP量子垒层的厚度可以沿黄绿光发光二极管的层叠方向减小。随着量子垒层的厚度变窄，可以进一步提高空穴的迁移率，进而提高发光二极管的发光效率。
优选地，相邻两层空穴激发层之间的AlGaInP量子垒层的厚度可以保持不变。
更优选地，空穴激发层两侧的AlGaInP量子垒层的厚度之差可以为3～6埃。
具体地，AlGaInP量子垒层的厚度可以为40～80埃，AlGaInP量子阱层的厚度可以为30～40埃。
可选地，第一电子阻挡层的厚度＝第三电子阻挡层的厚度＝第二电子阻挡层的厚度/2。
可选地，空穴激发层的厚度可以为50～90埃。
可选地，第二电子阻挡层的掺杂杂质可以为镁元素，第二电子阻挡层的掺杂浓度可以为8×10-16～3×10-17cm-3。P型掺杂的AlInP层的掺杂浓度较低，且两侧均为非掺杂的AlInP层，掺杂杂质不会扩散到发光层发生非辐射复合，不会对发光二极管的发光效率造成不良影响。
可选地，空穴激发层的层数可以为5～12层。
可选地，相邻两层空穴激发层之间的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层的层数之和可以为16～40层。
步骤205：在多量子阱层上生长P型AlInP限制层。
具体地，生长P型AlInP限制层时，温度为660～680℃，TMAl的流量为90～130sccm，TMIn的流量为800～900sccm，PH3的流量为800～1200sccm。
可选地，P型AlInP限制层的掺杂杂质可以为镁元素，P型AlInP限制层的掺杂浓度可以为8×10-17～10-18cm-3，P型AlInP限制层的厚度可以为400～600nm。
步骤206：在P型AlInP限制层上生长P型GaP电流扩展层。
具体地，生长P型GaP电流扩展层时，温度为690～710℃，TMGa的流量为400～600sccm，PH3的流量为200～500sccm。
可选地，P型GaP电流扩展层的掺杂杂质可以为镁元素，P型GaP电流扩展层的掺杂浓度可以为2×10-18～7×10-18cm-3，P型GaP电流扩展层的厚度可以为7～10μm。
步骤207：在P型GaP电流扩展层上生长P型GaP欧姆接触层。
具体地，生长P型GaP欧姆接触层时，温度为630～650℃，TMGa的流量为400～600sccm，PH3的流量为200～500sccm。
可选地，P型GaP欧姆接触层的掺杂杂质可以为镁元素，P型GaP欧姆接触层的掺杂浓度可以为3×10-19～8×10-19cm-3，P型GaP欧姆接触层的厚度可以为50～100nm。
本发明实施例通过在多量子阱层中均匀插入多层由非掺杂的AlInP层、P型掺杂的AlInP层、非掺杂的AlInP层组成的空穴激发层，可以延缓电子迁移率，并能提供空穴，使发光分散在各个AlGaInP量子阱层中，增加了电子和空穴的复合几率，提高发光二极管的发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种黄绿光发光二极管，所述黄绿光发光二极管包括N型GaAs衬底、以及依次层叠在所述N型GaAs衬底上的N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层，所述多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层，其特征在于，所述多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，所述空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，所述第一电子阻挡层和所述第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。
2.根据权利要求1所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述AlGaInP量子垒层的厚度沿所述黄绿光发光二极管的层叠方向减小。
3.根据权利要求2所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，相邻两层所述空穴激发层之间的所述AlGaInP量子垒层的厚度保持不变。
4.根据权利要求3所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述空穴激发层两侧的所述AlGaInP量子垒层的厚度之差为3～6埃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述第一电子阻挡层的厚度＝所述第三电子阻挡层的厚度＝所述第二电子阻挡层的厚度/2。
6.根据权利要求1-4任一项所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述空穴激发层的厚度为50～90埃。
7.根据权利要求1-4任一项所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述第二电子阻挡层的掺杂杂质为镁元素，所述第二电子阻挡层的掺杂浓度为8×10-16～3×10-17cm-3。
8.根据权利要求1-4任一项所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，所述空穴激发层的层数为5～12层。
9.根据权利要求1-4任一项所述的黄绿光发光二极管，其特征在于，相邻两层所述空穴激发层之间的所述AlGaInP量子阱层和所述AlGaInP量子垒层的层数之和为16～40层。
10.一种黄绿光发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在N型GaAs衬底上依次生长N型GaAs缓冲层、N型反射层、N型AlInP限制层、多量子阱层、P型AlInP限制层、P型GaP电流扩展层、P型GaP欧姆接触层；
其中，所述多量子阱层包括交替层叠的AlGaInP量子阱层和AlGaInP量子垒层，所述多量子阱层中均匀插入有多层空穴激发层，所述空穴激发层包括依次层叠的第一电子阻挡层、第二电子阻挡层、第三电子阻挡层，所述第一电子阻挡层和所述第三电子阻挡层均为非掺杂的AlInP层，所述第二电子阻挡层为P型掺杂的AlInP层。
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