CN114242858B - 红黄GaAs二极管的外延结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种红黄GaAs二极管的外延结构及其制备方法，该外延结构包括：衬底及在所述衬底上依次向上生长的布拉格反射镜、多量子阱层、P型限制层、P型覆盖层及电流扩展层；其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。本发明能够简化外延结构及外延加工工艺，使生产成本更加低廉，且使布拉格反射镜综合了布拉格反射镜结构、N型覆盖层结构及N型限制层结构的功能，能够提高二极管的发光亮度。
Description
技术领域
本发明涉及芯片领域，特别是涉及一种红黄GaAs二极管的外延结构及其制备方法。
背景技术
红黄GaAs LED正装正极性芯片是一种市场普及率高的LED芯片，目前市场占有率较高的4mil~5mil红黄GaAs LED正装正极性芯片亮度通常在120mcd-160mcd之间。
LED芯片的外延需要进行多层生长，目前的红黄GaAs LED正装正极性芯片的外延结构中包含N型覆盖层和N型限制层，而N型覆盖层和N型限制层的存在不仅使得外延结构及外延加工工艺不够简化，还会由于加大了光子到布拉格反射镜的行程从而影响了布拉格反射镜对光的反射，进而影响到LED的发光亮度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种红黄GaAs二极管的外延结构及其制备方法，旨在解决背景技术中记载的技术问题。
本发明提出一种红黄GaAs二极管的外延结构，所述外延结构包括：衬底及在所述衬底上依次向上生长的布拉格反射镜、多量子阱层、P型限制层、P型覆盖层及电流扩展层；
其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
另外，根据本发明提供的红黄GaAs二极管的外延结构，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述布拉格反射镜包括n对布拉格反射镜子层，其中，所述布拉格反射镜生长顺序上的前a对布拉格反射镜子层作为基层，Si掺杂浓度为0，第a+1对至第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递增，第b对至第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递减，其中，n>b>a。
进一步地，第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第一预设浓度，第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第二预设浓度，第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第三预设浓度，所述第二预设浓度大于所述第一预设浓度且所述第二预设浓度大于所述第三预设浓度。
进一步地，所述第一预设浓度为1e15cm-3，所述第二预设浓度为5e18cm-3，所述第三预设浓度为1e15cm-3。
进一步地，n为45，a为3，b为25。
进一步地，每对所述布拉格反射镜均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层。
本发明还提出一种红黄GaAs二极管的外延结构的制备方法，用于制备上述技术方案中的红黄GaAs二极管的外延结构，所述制备方法包括：
提供一衬底并在所述衬底上生长一布拉格反射镜；
在所述布拉格反射镜上生长一多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长一P型限制层；
在所述P型限制层上生长一P型覆盖层；
及在所述P型覆盖层上生长一电流扩展层；
其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
进一步地，所述在所述衬底上生长一布拉格反射镜的步骤具体包括：
在所述衬底上依次生长第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层且生长过程中不进行Si掺杂，所述第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层；
在所述第a对布拉格反射镜子层上依次生长第a+1对布拉格反射镜子层至第b对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递增；
在所述第b对布拉格反射镜子层上依次生长第b+1对布拉格反射镜子层至第n对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递减。
进一步地，所述第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为1e15cm-3，所述第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为5e18cm-3，所述第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为1e15cm-3。
与现有技术相比，采用本实施例当中所述的红黄GaAs二极管的外延结构及其制备方法，有益效果在于：布拉格反射镜生长时通过Si掺浓度的先渐进式递增再渐进式递减使布拉格反射镜中的载流子浓度先逐渐升高再逐渐降低，由于传统的红黄GaAs二极管外延结构中的N型覆盖层是有着高浓度载流子的一个层结构而N型限制层是有着低浓度载流子的一个层结构，因此，对布拉格反射镜进行先渐进式递增后渐进式递减Si掺杂能够使布拉格反射镜同时具有传统的布拉格反射镜、N型覆盖层及N型限制层的功能，从而极大的简化了外延结构及外延加工工艺，使生产成本更加低廉，且由于没有了传统的N型覆盖层，载流子本身存在于布拉格反射镜中，使得电子受激辐射时全反射的路径更短，被反射所损失的能量减少，使得在同等激发电流下，载流子受激辐射的数量得到提升，从而使得芯片亮度提升。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明传统的红黄GaAs二极管的外延结构的结构示意图；
图2为本发明第一实施例当中红黄GaAs二极管的外延结构的结构示意图；
图3为本发明第二实施例当中红黄GaAs二极管的外延结构制备方法的流程示意图。
附图标记说明：
10、衬底，20、布拉格反射镜，30、多量子阱层，40、P型限制层，50、P型覆盖层，60、电流扩展层。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
实施例1
如图1所示，图1为传统的红黄GaAs二极管的外延结构，其外延结构包括布拉格反射镜（Distributed Bragg Reflection，简称DBR层）、N型覆盖层（N-Cladding层）、N型限制层（N-Confine层）、多量子阱层（Multiple Quantum Well，简称MQW层）、P型限制层（P-Confine层）、P型覆盖层（P-Cladding层）及电流扩展层，N型覆盖层、N型限制层的存在不仅使得外延结构及外延加工工艺不够简化，且N型覆盖层还会加大光子到布拉格反射镜的行程从而影响了布拉格反射镜对光的反射，进而影响到LED的发光亮度。
如图2所示，本发明的实施例提供一种红黄GaAs二极管的外延结构，所述外延结构包括：衬底10及在所述衬底10上依次向上生长的布拉格反射镜20、多量子阱层30、P型限制层40、P型覆盖层50及电流扩展层60。
本发明实施例中，所述多量子阱层30包括交替生长的GaInP层和AlGaInP层，所述P型限制层40为AlGaInP层，所述P型覆盖层50为AlInP层，所述电流扩展层60为GaP层。
其中，所述布拉格反射镜20为周期性结构，对所述布拉格反射镜20进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜20结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜20包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
所述布拉格反射镜20包括n对布拉格反射镜子层，其中，所述布拉格反射镜20生长顺序上的前a对布拉格反射镜子层作为基层，Si掺杂浓度为0，第a+1对至第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递增，第b对至第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递减。
第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第一预设浓度，第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第二预设浓度，第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第三预设浓度，所述第二预设浓度大于所述第一预设浓度且所述第二预设浓度大于所述第三预设浓度，其中，所述第一预设浓度为1e15cm-3，所述第二预设浓度为5e18cm-3，所述第三预设浓度为1e15cm-3，n为45，a为3，b为25。
由于传统的红黄GaAs二极管外延结构中的布拉格反射镜、N型覆盖层和N型限制层依次向上生长，且生产工艺中Si掺杂浓度大小为：N型覆盖层＞布拉格反射镜＞N型限制层，因此本发明实施例中，在布拉格反射镜生长时通过Si掺浓度的先渐进式递增再渐进式递减，能够使得布拉格反射镜在布拉格反射镜结构的基础上增加传统的Cladding层和Confine层的功效。
综上，布拉格反射镜生长时通过Si掺浓度的先渐进式递增再渐进式递减使布拉格反射镜中的载流子浓度先逐渐升高再逐渐降低，由于传统的红黄GaAs二极管外延结构中的N型覆盖层是有着高浓度载流子的一个层结构而N型限制层是有着低浓度载流子的一个层结构，因此，对布拉格反射镜进行先渐进式递增后渐进式递减Si掺杂能够使布拉格反射镜同时具有传统的布拉格反射镜、N型覆盖层及N型限制层的功能，从而极大的简化了外延结构及外延加工工艺，使生产成本更加低廉，且由于没有了传统的N型覆盖层，载流子本身存在于布拉格反射镜中，使得电子受激辐射时全反射的路径更短，被反射所损失的能量减少，使得在同等激发电流下，载流子受激辐射的数量得到提升，从而使得芯片亮度提升。
实施例2
请参考图3，本发明的第二实施例提供了一种红黄GaAs二极管的外延结构的制备方法，用于制备上述第一实施例当中的红黄GaAs二极管的外延结构，所述制备方法包括步骤S10-S50：
S10，提供一衬底并在所述衬底上生长一布拉格反射镜；
S20，在所述布拉格反射镜上生长一多量子阱层；
S30，在所述多量子阱层上生长一P型限制层；
S40，在所述P型限制层上生长一P型覆盖层；
S50，在所述P型覆盖层上生长一电流扩展层；
本发明实施例中，所述多量子阱层包括交替生长的GaInP层和AlGaInP层，所述P型限制层为AlGaInP层，所述P型覆盖层为AlInP层，所述电流扩展层为GaP层。
其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
所述布拉格反射镜包括n对布拉格反射镜子层，其中，所述布拉格反射镜生长顺序上的前a对布拉格反射镜子层作为基层，Si掺杂浓度为0，第a+1对至第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递增，第b对至第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递减。
第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第一预设浓度，第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第二预设浓度，第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第三预设浓度，所述第二预设浓度大于所述第一预设浓度且所述第二预设浓度大于所述第三预设浓度，其中，所述第一预设浓度为1e15cm-3，所述第二预设浓度为5e18cm-3，所述第三预设浓度为1e15cm-3，n为45，a为3，b为25。
进一步的，所述在所述衬底上生长一布拉格反射镜的步骤具体包括：
在所述衬底上依次生长第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层且生长过程中不进行Si掺杂，所述第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层；
在所述第a对布拉格反射镜子层上依次生长第a+1对布拉格反射镜子层至第b对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递增；
在所述第b对布拉格反射镜子层上依次生长第b+1对布拉格反射镜子层至第n对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递减。
在具体实施工艺中，在所述衬底上依次生长第1对布拉格反射镜子层至第3对布拉格反射镜子层且生长过程中不进行Si掺杂，所述第1对布拉格反射镜子层至第3对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层；
在所述第3对布拉格反射镜子层上依次生长第4对布拉格反射镜子层至第25对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第4对布拉格反射镜子层至所述第25对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第4对布拉格反射镜子层至所述第25对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递增；
在所述第25对布拉格反射镜子层上依次生长第26对布拉格反射镜子层至第45对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第26对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第26对布拉格反射镜子层至所述第45对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递减。
综上，在制备红黄GaAs二极管的外延结构时，布拉格反射镜生长时通过Si掺浓度的先渐进式递增再渐进式递减使布拉格反射镜中的载流子浓度先逐渐升高再逐渐降低，由于传统的红黄GaAs二极管外延结构中的N型覆盖层是有着高浓度载流子的一个层结构而N型限制层是有着低浓度载流子的一个层结构，因此，对布拉格反射镜进行先渐进式递增后渐进式递减Si掺杂能够使布拉格反射镜同时具有传统的布拉格反射镜、N型覆盖层及N型限制层的功能，从而极大的简化了外延结构及外延加工工艺，使生产成本更加低廉，且由于没有了传统的N型覆盖层，载流子本身存在于布拉格反射镜中，使得电子受激辐射时全反射的路径更短，被反射所损失的能量减少，使得在同等激发电流下，载流子受激辐射的数量得到提升，从而使得芯片亮度提升。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，所述外延结构由衬底及在所述衬底上依次向上生长的布拉格反射镜、多量子阱层、P型限制层、P型覆盖层及电流扩展层组成；
其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
2.根据权利要求1所述的红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，所述布拉格反射镜包括n对布拉格反射镜子层，其中，所述布拉格反射镜生长顺序上的前a对布拉格反射镜子层作为基层，Si掺杂浓度为0，第a+1对至第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递增，第b对至第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随对数的递增而递减，其中，n>b>a。
3.根据权利要求2所述的红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第一预设浓度，第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第二预设浓度，第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为第三预设浓度，所述第二预设浓度大于所述第一预设浓度且所述第二预设浓度大于所述第三预设浓度。
4.根据权利要求3所述的红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，所述第一预设浓度为1e15cm-3，所述第二预设浓度为5e18cm-3，所述第三预设浓度为1e15cm-3。
5.根据权利要求3所述的红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，n为45，a为3，b为25。
6.根据权利要求2所述的红黄GaAs二极管的外延结构，其特征在于，每对所述布拉格反射镜均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层。
7.一种红黄GaAs二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的红黄GaAs二极管的外延结构，所述制备方法包括：
提供一衬底并在所述衬底上生长一布拉格反射镜；
在所述布拉格反射镜上生长一多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长一P型限制层；
在所述P型限制层上生长一P型覆盖层；
及在所述P型覆盖层上生长一电流扩展层；
其中，所述布拉格反射镜为周期性结构，对所述布拉格反射镜进行Si掺杂且Si掺杂浓度随所述布拉格反射镜结构的生长周期先渐进式递增再渐进式递减，以使所述布拉格反射镜包含N型覆盖层和N型限制层的功能。
8.根据权利要求7所述的红黄GaAs二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底上生长一布拉格反射镜的步骤具体包括：
在所述衬底上依次生长第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层且生长过程中不进行Si掺杂，所述第1对布拉格反射镜子层至第a对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层；
在所述第a对布拉格反射镜子层上依次生长第a+1对布拉格反射镜子层至第b对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第a+1对布拉格反射镜子层至所述第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递增；
在所述第b对布拉格反射镜子层上依次生长第b+1对布拉格反射镜子层至第n对布拉格反射镜子层且生长过程中进行Si掺杂，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层均包括AlAs层及生长在所述AlAs层上的GaAs层，所述第b+1对布拉格反射镜子层至所述第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度随布拉格反射镜子层对数的递增而渐进式递减。
9.根据权利要求8所述的红黄GaAs二极管的外延结构的制备方法，其特征在于，所述第a+1对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为1e15cm-3，所述第b对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为5e18cm-3，所述第n对布拉格反射镜子层的Si掺杂浓度为1e15cm-3。
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