CN113224214B - 红光发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents

红光发光二极管外延片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了红光发光二极管外延片及其制备方法，属于发光二极管制作领域。在p型AlInP限制层上依次生长p型AlGaAs欧姆接触层与p型AlGaAs电流扩展层。p型AlGaAs欧姆接触层与p型AlInP限制层欧姆接触层的晶格常数接近，将p电极制备在质量较好的p型AlGaAs欧姆接触层上，可以保证p电极与p型AlGaAs欧姆接触层之间具有良好的连接。p型AlGaAs欧姆接触层之后的p型AlGaAs电流扩展层，在p型AlGaAs欧姆接触层上生成质量更好的p型AlGaAs电流扩展层进行过渡，提高p型AlGaAs电流扩展层上生长的p型AlGaInP过度层的质量。

Description

红光发光二极管外延片及其制备方法
技术领域
本公开涉及发光二极管制作领域，特别涉及一种红光发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
红光发光二极管是一种重要的光源器件，广泛应用于室外照明及汽车尾灯等方面，红光发光二极管外延片则是用于制备红光发光二极管的基础结构。红光发光二极管外延片通常包括衬底及依次层叠在衬底上的n型AlGaInP电流扩展层、n型AlInP限制层、发光层、p型AlInP限制层、p型AlGaInP过度层，p型GaP缓冲层(p电极欧姆接触层)与p型GaP电流扩展层。
由于GaP材料与AlInP材料之间晶格失配度大，导致在p型AlGaInP过度层之后的GaP材料质量差，后续生长的p型GaP缓冲层质量较差，直接影响到p电极的连接与制备。
发明内容
本公开实施例提供了红光发光二极管外延片及其制备方法，能够提高发光层的晶体质量以保证p电极的连接与制备。所述技术方案如下：
本公开实施例提供了一种红光发光二极管外延片，所述红光发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型AlGaInP电流扩展层、n型AlInP限制层、发光层、p型AlInP限制层、p型AlGaAs欧姆接触层、p型AlGaAs电流扩展层、p型AlGaInP过度层、p型GaP电流扩展层。
可选地，所述p型AlGaAs欧姆接触层的厚度为500～1000nm。
可选地，所述p型AlGaAs欧姆接触层中Al组分为40～60％。
可选地，所述p型AlGaAs电流扩展层的厚度大于所述p型AlGaAs欧姆接触层的厚度。
可选地，所述p型AlGaAs欧姆接触层中的Al组分，小于所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分。
可选地，所述p型AlGaAs电流扩展层的厚度为4～5um。
可选地，所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分为40～60％。
可选地，所述p型AlGaAs欧姆接触层中掺有碳，所述p型AlGaAs电流扩展层掺有镁。
可选地，所述p型AlGaInP过度层的厚度为20～30nm。
本公开实施例提供了一种红光发光二极管外延片制备方法，所述红光发光二极管外延片制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长n型AlGaInP电流扩展层；
在所述n型AlGaInP电流扩展层上生长n型AlInP限制层；
在所述n型AlInP限制层上生长发光层；
在所述发光层上生长p型AlInP限制层；
在所述p型AlInP限制层上生长p型AlGaAs欧姆接触层；
在所述p型AlGaAs欧姆接触层上生长p型AlGaAs电流扩展层；
在所述p型AlGaAs电流扩展层上生长p型AlGaInP过度层；
在所述p型AlGaInP过度层上生长p型GaP电流扩展层。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：
在生长完红光发光二极管外延片中的p型AlInP限制层之后，在p型AlInP限制层上依次生长p型AlGaAs欧姆接触层与p型AlGaAs电流扩展层。p型AlGaAs欧姆接触层与p型AlInP限制层欧姆接触层的晶格常数接近，几乎无晶格失配问题，因此p型AlGaAs欧姆接触层的质量会较好。将p电极制备在p型AlGaAs欧姆接触层上，可以保证p电极与p型AlGaAs欧姆接触层之间具有良好的连接，保证发光效率。p型AlGaAs欧姆接触层之后的p型AlGaAs电流扩展层，可以起到一定的电子阻挡作用，且可以在p型AlGaAs欧姆接触层上生成质量更好的p型AlGaAs电流扩展层进行过渡，提高p型AlGaAs电流扩展层上生长的p型AlGaInP过度层的质量，并保证p型AlGaInP过度层上生长的p型GaP电流扩展层的质量，最终也可以有效提高红光发光二极管外延片的质量与发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种红光发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本公开实施例提供的另一种红光发光二极管外延片的结构示意图；
图3是本公开实施例提供的一种红光发光二极管外延片制备方法流程图；
图4是本公开实施例提供的另一种红光发光二极管外延片制备方法流程图；
图5是本公开实施例提供的红光发光二极管芯片的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
图1是本公开实施例提供的一种发光二极管芯片的结构示意图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种红光发光二极管外延片，红光发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型AlGaInP电流扩展层2、n型AlInP限制层3、发光层4、p型AlInP限制层5、p型AlGaAs欧姆接触层6、p型AlGaAs电流扩展层7、p型AlGaInP过度层8、p型GaP电流扩展层9。
在生长完红光发光二极管外延片中的p型AlInP限制层5之后，在p型AlInP限制层5上依次生长p型AlGaAs欧姆接触层6与p型AlGaAs电流扩展层7。p型AlGaAs欧姆接触层6与p型AlInP限制层5欧姆接触层的晶格常数接近，几乎无晶格失配问题，因此p型AlGaAs欧姆接触层6的质量会较好。将p电极制备在p型AlGaAs欧姆接触层6上，可以保证p电极与p型AlGaAs欧姆接触层6之间具有良好的连接，保证发光效率。p型AlGaAs欧姆接触层6之后的p型AlGaAs电流扩展层7，可以起到一定的电子阻挡作用，且可以在p型AlGaAs欧姆接触层6上生成质量更好的p型AlGaAs电流扩展层7进行过渡，提高p型AlGaAs电流扩展层7上生长的p型AlGaInP过度层8的质量，并保证p型AlGaInP过度层8上生长的p型GaP电流扩展层9的质量，最终也可以有效提高红光发光二极管外延片的质量与发光效率。
并且相对现有红光发光二极管外延片中，p型AlInP限制层5之后的外延结构的内部缺陷的减少与晶体质量的提高，也可以减少由缺陷导致的红光发光二极管外延片的表面翘曲，便于红光发光二极管后续的键合等步骤的进行与后续封装。
可选地，p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度为500～1000nm。
p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度，可以满足在p型AlGaAs欧姆接触层6上进行p电极的制备的要求，并且厚度在此范围内的p型AlGaAs欧姆接触层6整体的质量较好，可以保证p电极的稳定制备与连接，保证最终得到的红光发光二极管外延片的发光效率。
示例性地，p型AlGaAs欧姆接触层6中Al组分为40～60％。
p型AlGaAs欧姆接触层6中Al组分在此范围内，p型AlGaAs欧姆接触层6与p型AlInP限制层5的晶格常数更为接近，p型AlGaAs欧姆接触层6本身的质量也较好，有利于p电极在p型AlGaAs欧姆接触层6上的连接与制备。并且p型AlGaAs欧姆接触层6也可以起到部分控制电压的作用，保证最终得到的红光发光二极管的电压较为合理。
可选地，p型AlGaAs电流扩展层7的厚度大于p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度。
p型AlGaAs电流扩展层7的厚度大于p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度，可以保证p型AlGaAs电流扩展层7本身的质量，p型AlGaAs电流扩展层7本身能有效起到电流扩展的作用的同时，保证p型AlGaAs电流扩展层7能够有效过渡到后续外延结构。
在本公开所提供的一种实现方式中，p型AlGaAs电流扩展层7的厚度与p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度之比可为5～10。
p型AlGaAs电流扩展层7的厚度与p型AlGaAs欧姆接触层6的厚度之比在以上范围内时，得到的红光发光二极管外延片的质量较好，红光发光二极管的发光效率较高。
示例性地，p型AlGaAs电流扩展层7的厚度为4～5um。
p型AlGaAs电流扩展层7的厚度在此范围内，p型AlGaAs电流扩展层7本身的质量的质量较好，也适用于制备大部分需要设置电流扩展层的红光发光二极管。
可选地，p型AlGaAs欧姆接触层6中的Al组分，小于p型AlGaAs电流扩展层7中Al组分。
p型AlGaAs欧姆接触层6中的Al组分，小于p型AlGaAs电流扩展层7中Al组分，可以在满足p型AlGaAs欧姆接触层6质量稳定的同时，保证p型AlGaAs电流扩展层7本身具有较高的势垒，起到良好的电流扩展的作用。
在本公开所提供的一种实现方式中，p型AlGaAs电流扩展层7中的Al组分与p型AlGaAs欧姆接触层6中的Al组分之比可为0.5～1。
p型AlGaAs电流扩展层7中的Al组分与p型AlGaAs欧姆接触层6中的Al组分之比在以上范围内时，得到的红光发光二极管外延片的质量较好，红光发光二极管的发光效率较高。
可选地，p型AlGaAs电流扩展层7中Al组分为40～60％。
p型AlGaAs电流扩展层7中Al组分在以上范围内，可以得到质量较好的p型AlGaAs电流扩展层7，且保证p型AlGaAs电流扩展层7阻挡电子的效果。
示例性地，p型AlGaAs欧姆接触层6中掺有碳，p型AlGaAs电流扩展层7掺有镁。
p型AlGaAs欧姆接触层6中掺有碳，可以使得p型AlGaAs欧姆接触层6掺杂浓度较合理，且容易与p电极之间形成欧姆接触，保证p电极与p型AlGaAs欧姆接触层6之间的良好连接。p型AlGaAs电流扩展层7掺有镁元素，则更容易激活p型AlGaAs电流扩展层7中的空穴，保证p型AlGaAs电流扩展层7在有效阻挡电子的同时，可以提供部分空穴，保证最终得到的红光发光二极管的发光效率。
可选地，p型AlGaAs欧姆接触层6中碳的掺杂浓度可为1e19～9e19cm-3。
p型AlGaAs欧姆接触层6中碳的掺杂浓度在以上范围内时，p型AlGaAs欧姆接触层6的质量较好，且p型AlGaAs欧姆接触层6也容易与p电极之间形成良好的欧姆接触。
示例性地，p型AlGaAs电流扩展层7中镁的掺杂浓度可为1e18～5e18cm-3。
p型AlGaAs电流扩展层7中镁的掺杂浓度在以上范围内时，p型AlGaAs欧姆接触层6的质量较好。
可选地，p型AlGaInP过度层8的厚度为20～30nm。
在设置有p型AlGaAs欧姆接触层6与p型AlGaAs电流扩展层7的基础上，p型AlGaInP过度层8可将厚度设置在以上范围内，得到的p型AlGaInP过度层8的质量较好，且可以实现到p型GaP电流扩展层9的稳定过渡，保证最终得到的红光发光二极管外延片的质量。
图2是本公开实施例提供的另一种红光发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，红光发光二极管外延片可包括衬底1及依次层叠在衬底1上的GaAs缓冲层10、n型GaInP腐蚀停层11、n型GaAs欧姆接触层12、n型AlGaInP电流扩展层2、n型AlInP限制层3、发光层4、p型AlInP限制层5、p型AlGaAs欧姆接触层6、p型AlGaAs电流扩展层7、p型AlGaInP过度层8、p型GaP电流扩展层9。
图2中的p型AlGaAs欧姆接触层6、p型AlGaAs电流扩展层7、p型AlGaInP过度层8、p型GaP电流扩展层9的结构，在前文中已进行说明，因此此处对此不再进行赘述。
为便于理解，以下详细提供红光发光二极管外延片中的一些层次结构。
可选地，衬底1的材料为砷化镓。便于获取与制备。
示例性地，GaAs缓冲层10的厚度可为150～300nm。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，n型GaInP腐蚀停层11的厚度可为150～200nm。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
示例性地，n型GaAs欧姆接触层12的厚度可为60～90nm。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，n型AlGaInP电流扩展层2的厚度为3～3.5um。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，n型AlInP限制层3的厚度为250～350nm。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，发光层4包括交替层叠的AlGaInP材料，发光层4的厚度为150～200nm得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，p型AlInP限制层5的厚度为350～450nm。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
可选地，p型GaP电流扩展层9的厚度4～5um。得到的红光发光二极管外延片的质量较好。
图2中红光发光二极管外延片的结构，相对图1中所示的红光发光二极管的结构，在衬底1与n型AlGaInP电流扩展层2之间增加了GaAs缓冲层10、n型GaInP腐蚀停层11、n型GaAs欧姆接触层12，可以缓解晶格失配起到进一步提高红光发光二极管外延片的质量的效果。
需要说明的是，图2仅用于示例，在本公开所提供的其他实现方式中，红光发光二极管还可具有其他不同的层次结构，本公开对此不做限制。
图3是本公开实施例提供的一种红光发光二极管外延片制备方法流程图，参考图3可知，该红光发光二极管外延片制备方法包括：
S101：提供一衬底。
S102：在衬底上生长n型AlGaInP电流扩展层。
S103：在n型AlGaInP电流扩展层上生长n型AlInP限制层。
S104：在n型AlInP限制层上生长发光层。
S105：在发光层上生长p型AlInP限制层。
S106：在p型AlInP限制层上生长p型AlGaAs欧姆接触层。
S107：在p型AlGaAs欧姆接触层上生长p型AlGaAs电流扩展层。
S108：在p型AlGaAs电流扩展层上生长p型AlGaInP过度层。
S109：在p型AlGaInP过度层上生长p型GaP电流扩展层。
图3中所示的红光发光二极管外延片制备方法的技术效果可参考图1中所示的红光发光二极管外延片的结构技术效果，因此在此处不再对图2中红光发光二极管外延片制备方法的技术效果进行赘述。
执行完步骤S109之后的红光发光二极管外延片的结构可参考图1。
图4是本公开实施例提供的另一种红光发光二极管外延片制备方法流程图，参考图4可知，该红光发光二极管外延片制备方法包括：
S201：提供一衬底。
步骤S201中，衬底的材料可为砷化镓。
S202：在衬底上生长GaAs缓冲层。
可选地，GaAs缓冲层的生长条件包括：生长温度650～670度，厚度150～300nm，V/III为20～30，生长速率0.5～0.8nm/s。
S203：在GaAs缓冲层上生长n型GaInP腐蚀停层。
可选地，n型GaInP腐蚀停层的生长条件包括：生长温度650～670度，厚度150～200nm，V/III为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s，载流子浓度5～7e18cm-3。
S204：在n型GaInP腐蚀停层上生长n型GaAs欧姆接触层。
示例性地，n型GaAs欧姆接触层生长条件包括：生长温度650～670度，厚度60～90nm，V/III为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s，载流子浓度4～6e18cm-3。
S205：在GaAs缓冲层上生长n型AlGaInP电流扩展层。
可选地，n型AlGaInP电流扩展层生长条件包括：生长温度670～680度，厚度3～3.5um，V/III为40～50，生长速率1.2～1.7nm/s，载流子浓度1～2e18cm-3。
S206：在n型AlGaInP电流扩展层上生长n型AlInP限制层。
可选地，n型AlInP限制层生长条件包括：生长温度670-680度，厚度250-350nm，V/III为40-50，生长速率1.2-1.7nm/s，载流子浓度1～2e18cm-3。
S207：在n型AlInP限制层上发光层。
可选地，发光层的生长条件包括：生长温度660～670度，厚度150～200nm，V/III为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s。能够得到质量较好的发光层。
S208：在发光层上生长p型AlInP限制层。
可选地，p型AlInP限制层生长条件包括：生长温度670～680度，厚度350～450nm，V/III为40～50，生长速率1.2～1.7nm/s，载流子浓度1～2e18cm-3。
S209：在p型AlInP限制层上生长p型AlGaAs欧姆接触层。
可选地，p型AlGaAs欧姆接触层生长条件包括：生长温度650～660度，厚度500～1000nm，V/III为20～30，生长速率1.2～2nm/s，碳的载流子浓度5～9e19cm-3。
能够得到质量较好的p型AlGaAs欧姆接触层，且p型AlGaAs欧姆接触层的制备成本不会过高。
S210：在p型AlGaAs欧姆接触层上生长p型AlGaAs电流扩展层。
可选地，p型AlGaAs电流扩展层的生长条件包括：生长温度670～680度，厚度4～5um，V/III为20～30，生长速率1.2～2nm/s，镁的载流子浓度1～3e18cm-3。
能够得到质量较好的p型AlGaAs电流扩展层，且p型AlGaAs电流扩展层的制备成本不会过高。
S211：在p型AlGaAs电流扩展层上生长p型AlGaInP过度层。
可选地，p型AlGaInP过度层的生长条件包括：生长温度670～680度，厚度20～30nm，V/III为20～30，生长速率0.45～0.55nm/s，镁的载流子浓度1～5e18cm-3。
能够得到质量较好的p型AlGaInP过度层，且p型AlGaInP过度层的制备成本不会过高。
S212：在p型AlGaInP过度层上生长p型GaP电流扩展层。
可选地，p型GaP电流扩展层的生长条件包括：生长温度700～710度，厚度4～5um，V/III为20～30，生长速率2.5～3nm/s，镁的载流子浓度1～3e18cm-3。
能够得到质量较好的p型GaP电流扩展层，且p型GaP电流扩展层的制备成本不会过高。
为便于理解p电极与p型欧姆接触层之间的关系，此处还可提供图5，图5是本公开实施例提供的红光发光二极管芯片的结构示意图，参考图5可知，n型GaAs欧姆接触层12与p型AlGaAs欧姆接触层6上已分别制备了n电极100与p电极200。
需要说明的是，图5中所示的芯片，是由图2中所示的红光发光二极管外延片制备得到，将图2中的红光发光二极管外延片的外延层从衬底1上剥离，并以p型GaP电流扩展层9朝下的方式转移至另一衬底上，p型GaP电流扩展层9与另一衬底键合相连。再制备由n型GaAs欧姆接触层12延伸至p型AlGaAs欧姆接触层6的凹槽300，最后分别在n型GaAs欧姆接触层12与p型AlGaAs欧姆接触层6上制备n电极100与p电极200。即可得到图5中所示结构。
以上所述，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种红光发光二极管外延片，其特征在于，所述红光发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型AlGaInP电流扩展层、n型AlInP限制层、发光层、p型AlInP限制层、p型AlGaAs欧姆接触层、p型AlGaAs电流扩展层、p型AlGaInP过度层与p型GaP电流扩展层，所述p型AlGaAs欧姆接触层中Al组分为40~60%，所述p型AlGaAs欧姆接触层中的Al组分，小于所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分，所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分为40~60%。
2.根据权利要求1所述的红光发光二极管外延片，其特征在于，所述p型AlGaAs欧姆接触层的厚度为500~1000nm。
3.根据权利要求1或2所述的红光发光二极管外延片，其特征在于，所述p型AlGaAs电流扩展层的厚度大于所述p型AlGaAs欧姆接触层的厚度。
4.根据权利要求1或2所述的红光发光二极管外延片，其特征在于，所述p型AlGaAs电流扩展层的厚度为4~5um。
5.根据权利要求1或2所述的红光发光二极管外延片，其特征在于，所述p型AlGaAs欧姆接触层中掺有碳，所述p型AlGaAs电流扩展层掺有镁。
6.根据权利要求1或2所述的红光发光二极管外延片，其特征在于，所述p型AlGaInP过度层的厚度为20~30nm。
7.一种红光发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述红光发光二极管外延片制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上生长n型AlGaInP电流扩展层；
在所述n型AlGaInP电流扩展层上生长n型AlInP限制层；
在所述n型AlInP限制层上生长发光层；
在所述发光层上生长p型AlInP限制层；
在所述p型AlInP限制层上生长p型AlGaAs欧姆接触层；
在所述p型AlGaAs欧姆接触层上生长p型AlGaAs电流扩展层，所述p型AlGaAs欧姆接触层中Al组分为40~60%，所述p型AlGaAs欧姆接触层中的Al组分，小于所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分，所述p型AlGaAs电流扩展层中Al组分为40~60%；
在所述p型AlGaAs电流扩展层上生长p型AlGaInP过度层；
在所述p型AlGaInP过度层上生长p型GaP电流扩展层。
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