專利名稱：具有界面絨化層的GaAs基發(fā)光二極管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)被廣泛用作工業(yè)用和民用的顯示元件，作為高亮度的LED使用了 AlGaAs的紅色LED。另外，作為比紅色更短波長的LED使用了 GaAsP、GaP，但僅得到低亮度的LED。近年來由于可以通過有機金屬氣相成長(MOVPE)法成長AlGaInP系的結晶層，因此可以制作出紅色、黃色、綠色的高亮度LED。AlGaInP發(fā)光二極管結構已日趨成熟，但是由于許多原因，AlGaInP發(fā)光二極管的外量子效率偏低。例如，現(xiàn)有技術中的發(fā)光二極管是在n型GaAs襯底上通過MOVPE法依次成長n型GaAs緩沖層、n型AlGaInP包覆層、AlGaInP活性層、p型AlGaInP包覆層、摻雜了Zn的p型GaP電流擴散層而得到。其中由于有源區(qū)發(fā)射出來的大部分光，在經(jīng)過外延層時，由于折射率差，發(fā)生全反射。使得許多有源區(qū)發(fā)出的光最終無法從外延層中射出。所以，如何提高AlGaInP發(fā)光二極管的外量子效率，以提高其亮度，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種外量子效率高，亮度高的發(fā)光二極管。本發(fā)明的發(fā)光二極管包括P-GaAs 襯底，在P-GaAs上依次外延生長的p_GaAs緩沖層、布拉格反射層、p型包覆層、有源層、n型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層；在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層；其中，界面絨化層為Ii-(AlxGah)yIrvyP, x 為 0. 2 0. 3，y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層的摻雜濃度為5X 102° IX IO21 ；界面絨化層的外延厚度為1000 3000nm。在優(yōu)選實施例中布拉格反射層為p-AlAs/p-AlxGal-xAs (X 為 0 0. 7)或 p-AlInP/p-(AlxGal-x)ylnl-yP (x 為 0. 3 0. 7，y 為 0. 4 0. 6)。p 型包覆層為 p-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6 ;有源層為未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0 0. 5, y 為 0. 4 0. 6 ;n 型包覆層為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6。所述電流擴展層為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為0 I, y為0. 45 0. 55。本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法包括如下步驟(I)、在300°C _500°C的溫度下，對P-GaAs襯底進行表面處理，去除水氣。
(2 )、生長 p-GaAs 緩沖層。(3)、生長布拉格反射層，用來反射有源區(qū)射出的光，以免被GaAs徹底吸收。布拉格反射層優(yōu)選為p-AlAs/p-AlxGal-xAs,其中x為0 0. 7。(4)、生長 p 型包覆層,p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6 ;(5)、生長有源層，未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP，其中，X 為 0 0. 5，y 為 0. 4 0. 6 ；(6)、生長 n 型包覆層，n_(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6 ;(7)、形成電流擴展層,n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 0 I,y 為 0. 45 0. 55,電流擴展層的摻雜濃度為I X IO20 I X IO21，厚度為3000 5000nm ；(8)、生長界面絨化層首先外延生長界面層Ii-(AlxGah)yIrvyPd為0. 2 0. 3, y為0. 35 0. 45 ；，然后經(jīng)過蝕刻使界面層表面絨化成為界面絨化層，蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液；界面絨化層8的摻雜濃度優(yōu)選為I X IO20 5 X IO21，更優(yōu)選為5X 102° I X IO21 ；界面絨化層8的外延厚度優(yōu)選為1000 3000nm，更優(yōu)選為1500 2000nm。( 9 )、生長歐姆接觸層9。


圖I為本發(fā)明的發(fā)光二極管的結構示意圖。
具體實施例方式為了使本領域技術人員更清楚地理解本發(fā)明的發(fā)光二極管的結構及其制造方法，下面結合附圖描述其具體實施方式
，但并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管在P-GaAs襯底I上外延結構由下至上依次為P-GaAs緩沖層2、布拉格反射層3、p型包復層4、有源層5、n型包復層6、電流擴展層7、界面絨化層8和n-GaAs歐姆接觸層9，其中，界面絨化層8 為 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 為 0. 2 0. 3，y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層8的摻雜濃度優(yōu)選為I X IO20 5X 1021，更優(yōu)選為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層8的外延厚度優(yōu)選為1000 3000nm，更優(yōu)選為1500 2000nm。布拉格反射層3 為 p-AlAs/p-AlxGal-xAs (x 為 0 0. 7)或 p-AlInP/p-(AlxGal-x)ylnl-yP (x 為 0. 3 0. 7，y 為 0. 4 0. 6)。p 型包覆層 4 為 p- (AlxGal-x) ylnl-yP, x 為 0.6 l,y 為 0.4 0.6;有源層5 為未摻雜(AlxGal-x) ylnl-yP, x 為 0 0. 5, y 為 0. 4 0. 6 ;n 型包覆層 6 為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 0. 6 I, y 為 0. 4 0. 6。所述電流擴展層7為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為0 I, y為0. 45 0. 55。本發(fā)明均采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術進行外延生長，具體生長步驟如下I、在300°C -500°C的溫度下，對P-GaAs襯底I進行表面處理，去除水氣。 2、生長 P-GaAs 緩沖層 2。3、生長布拉格反射層3，用來反射有源區(qū)射出的光，以免被GaAs徹底吸收。布拉格反射層可以為p-AlAs/p-AlxGal-xAs (X取值為0 0. 7)或p-AlInP/p- (AlxGal-x) ylnl-yP (x 取值為 0. 3 0. 7，y 取值為 0. 4 0. 6)。4、生長p型包覆層4, p-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值為0. 6 I, y取值為0.4 0.6)。目的在于限制載流子，增加復合幾率。
5、生長有源層 5,未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP。其中，x 為 0 0.5,y 為 0.4 0.6。6、生長n型包覆層6, n-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值為0. 6 I, y取值為0. 4 0. 6)。作用與包覆層3相同，在于限制載流子，增加復合幾率。7、形成電流擴展層7。其作用是更好的擴展電流，使電流分布均勻，提高發(fā)光二極管各項參數(shù)的均勻性。電流擴展層為n-(AlxGal-x)yInl_yP。其中,n_(AlxGal-x)ylnl-yP材料的Al組分x = 0-1，y取值為0. 45 0. 55。電流擴展層的摻雜濃度為I X 102° I X IO210電流擴展層的外延厚度為3000 5000nm。8、生長界面絨化層8。其具體步驟是首先外延生長界面層，然后經(jīng)過蝕刻使外延界面表面絨化，蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液。蝕刻液也可以是硝酸與甲醇的混合液，但是使用氫氟酸與甲醇的混合液蝕刻得到的(AlxGah)yIrvyP絨化面更為均勻，更有利于提高發(fā)光二極管的亮度。界面絨化層8 為 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 為 0. 2 0. 3，y 為 0. 35 0. 45 ;界面絨化層8的摻雜濃度優(yōu)選為I X IO20 5X 1021，更優(yōu)選為5X 102° I X IO21 ;界面絨化層8的外延厚度優(yōu)選為1000 3000nm，更優(yōu)選為1500 2000nm。如果摻雜濃度過高或過低，均會導致電流擴展層的電流擴展能力下降。厚度太厚，會降低出光效率，厚度太薄，則不能提高發(fā)光二極管的外量子效率。界面絨化層的生長明顯提高了本發(fā)明發(fā)光二極管的亮度，經(jīng)研究其原因是界面絨化層通過絨化后明顯提高了發(fā)光二極管的外量子效率，使得光強大幅度提高。 9、生長歐姆接觸層9。本發(fā)明的發(fā)光二極管具有如下有益效果首先，本發(fā)明在常規(guī)LED結構上增加了一層界面絨化層，絨化層可以增加LED器件的有效出光面積，并且可以使原先發(fā)生全反射而無法射出的光，在下次以不同角度射向界面，將這些光從外延層中重新提取出來，極大地提高了 AlGaInP發(fā)光二極管的外量子效率，以提聞売度。其次，由于p型材料載流子遷移率較低，本發(fā)明采用n型材料作為電流擴展層，提高了電流擴展層的電流擴展能力。如果采用傳統(tǒng)的n型襯底，又要采用n型電流擴展層，連接襯底與P型外延層的隧穿結外延較為復雜，外延難度也較大，不易實現(xiàn)。本發(fā)明采用P-GaAs作為襯底，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的N-GaAs襯底，簡化了外延步驟，提高了生產(chǎn)效率。當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種具有界面絨化層的GaAs基發(fā)光二極管，包括 P-GaAs 襯底， 在P-GaAs上依次外延生長的ρ-GaAs緩沖層、布拉格反射層、P型包覆層、有源層、η型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層；其特征在于， 在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層；其中，界面絨化層為n-(AlxGa1JyIrvyP,其中x為O. 2 O. 3，y為O. 35 O. 45 ; 界面絨化層的摻雜濃度為I XlO2tl 5X1021，界面絨化層的外延厚度優(yōu)選為1000 3000nm。
2.如權利要求I所述的發(fā)光二極管，其特征在于， 界面絨化層的摻雜濃度為5X102° IXlO21 ;界面絨化層的外延厚度為1500 2000nm。
3.如權利要求I或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于， 布拉格反射層為 p-AlAs/p-AlxGal-xAs (X 為 O O. 7)或 p-AlInP/p-(AlxGal-x)ylnl-yP (x 為 O. 3 O. 7，y 為 O. 4 O. 6)。
4.如權利要求I或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于，P 型包覆層為 p-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6。
5.如權利要求I或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于， 有源層為未摻雜(AlxGal-x) ylnl-yP, x為O O. 5, y為O. 4 O. 6。
6.如權利要求I或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于， η 型包覆層為 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6。
7.如權利要求I或2所述的發(fā)光二極管，其特征在于， 所述電流擴展層為n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為O I, y為O. 45 O. 55。
8.一種具有界面絨化層的GaAs基發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)在300°C_500°C的溫度下，對P-GaAs襯底進行表面處理，去除水氣。
(2)生長p-GaAs緩沖層。
(3)生長布拉格反射層p-AlAs/p-AlxGal-xAs,其中x為O O.7。(4)生長P 型包覆層 p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6 ;(5)生長有源層未摻雜(AlxGal-x)ylnl-yP，其中，x為O O.5，y為O. 4 O. 6 ;(6)生長η 型包覆層 n-(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 為 O. 6 I, y 為 O. 4 O. 6 ; (7)形成電流擴展層，n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x為O I,y為O. 45 O. 55,電流擴展層的摻雜濃度為I X IO20 I X IO21，厚度為3000 5000nm ；(8)生長界面絨化層首先外延生長界面層n-(AlxGa1JyIrvyP,x為O. 2 O. 3，y為O.35 O. 45 ;然后經(jīng)過蝕刻使界面層表面絨化成為界面絨化層，蝕刻液為氫氟酸和甲醇的混合液； (9)生長歐姆接觸層9。
9.如權利要求8所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于， 界面絨化層的摻雜濃度為IXlO2tl 5X1021 ;界面絨化層的外延厚度為1000 3000nm。
10.如權利要求8或9所述的發(fā)光二極管的制造方法，其特征在于， 界面絨化層8的摻雜濃度為5X102° IX 1021，界面絨化層的外延厚度為1500 2000nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有界面絨化層的GaAs基發(fā)光二極管，包括P-GaAs襯底，在P-GaAs上依次外延生長的p-GaAs緩沖層、布拉格反射層、p型包覆層、有源層、n型包覆層、電流擴展層和歐姆接觸層；在電流擴展層和歐姆接觸層之間具有界面絨化層；其中，界面絨化層為n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x為0.2～0.3，y為0.35～0.45；界面絨化層的摻雜濃度為5×1020～1×1021；界面絨化層的外延厚度為1000～3000nm。該發(fā)光二極管的外量子效率高，亮度高。
文檔編號H01L33/22GK102956776SQ20121041772
公開日2013年3月6日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權日2012年10月26日
發(fā)明者虞浩輝, 周宇杭 申請人:江蘇威納德照明科技有限公司