一種含摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)的黃綠光led的制作方法
【專利摘要】一種含摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，包括在GaAs襯底的一面生長的緩沖層、布拉格反射層、第一限制層、非摻雜超晶格第一有源層、摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層、非摻雜超晶格第二有源層、第二限制層、GaP窗口層，在GaP窗口層上設(shè)置有第一電極，在GaAs襯底的另一面設(shè)置有第二電極。本發(fā)明可提高有源區(qū)的空穴注入，提升電子空穴復(fù)合效率，從而較大地提高產(chǎn)品光效，提升2%～4%芯片合格率，因此，本發(fā)明能夠大量生產(chǎn)發(fā)光波長560～580nm范圍的高效率及高產(chǎn)出良率的黃綠光波段的LED。
【專利說明】一種含摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)的黃綠光LED

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及AlGalnP四元系LED生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 四元系A(chǔ)lGalnP黃綠光發(fā)光二極管廣泛應(yīng)用于信號指示、顯示、交通指示、顯示 屏、汽車照明、特種照明等各個領(lǐng)域。四元AlGalnP材料隨著波長的變短，有源層A1組分 不斷升高，A1原子與氧或碳原子結(jié)合導(dǎo)致材料產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格缺陷，發(fā)光效率下降；另一 方面黃綠光的能帶由于A1組分的比例提高，能隙由直接能隙逐步轉(zhuǎn)變成間接能隙，內(nèi)量子 效率進(jìn)一步大幅下降，致使黃綠光波段LED產(chǎn)品光效較低；同時，利用有機金屬氣相沉積 (M0CVD)技術(shù)生產(chǎn)時，由于載片盤邊緣外延沉積效率差，外延片生長后邊緣性能差，生產(chǎn)良 率低，此類問題在工藝窗口更極限的黃綠光波段體現(xiàn)更為明顯。
[0003] 傳統(tǒng)的AlGalnP四元系黃綠光LED，如圖1，在GaAs襯底11上，自下而上依次生長 為緩沖層12、布拉格反射層13、第一限制層14、非摻雜有源層15、第二限制層16和GaP窗 口層17。此結(jié)構(gòu)由于黃綠光波段自身的有源層材料能隙極限，難以得到高效的電子空穴復(fù) 合效率，技術(shù)人員為提高電子空穴在有源層俘獲，提高內(nèi)量子效率，一般采用增加有源層超 晶格對數(shù)，但是此類工藝提升亮度有限，且由于有源層厚度增加，PN結(jié)勢壘電容降低，會使 器件的ESD抗靜電性能變差；同時該工藝由于窗口窄，生產(chǎn)時邊緣由于外延沉積效率差，夕卜 延片邊緣良率低的問題凸顯。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種可提升產(chǎn)品合格率、保持發(fā)光效率的黃綠 光 LED。
[0005] 本發(fā)明包括在GaAs襯底的一面生長的緩沖層、布拉格反射層、第一限制層、非摻 雜超晶格第一有源層、摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層、非摻雜超晶格第二有源層、第二限制層、GaP窗口 層，在GaP窗口層上設(shè)置有第一電極，在GaAs襯底的另一面設(shè)置有第二電極。
[0006] 本發(fā)明通過在有源層中加入摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層可較大地改善傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子 效率低的問題，提高有源區(qū)的空穴注入，提升電子空穴復(fù)合效率，從而較大地提高產(chǎn)品光 效，其亮度較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)可提升30%?50%，同時可提高產(chǎn)品工藝窗口，改善生產(chǎn)技術(shù)，提升 2%?4%芯片合格率，因此，本發(fā)明能夠大量生產(chǎn)發(fā)光波長560?580nm范圍的高效率及高 產(chǎn)出良率的黃綠光波段的LED。
[0007] 本發(fā)明所述摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層為AlYGa(1_Y)InP摻雜寬勢壘層，其中，0. 5〈Y〈1，摻雜 元素為Ζη或Mg。使用Ζη或Mg摻雜可在有源區(qū)提供空穴，提高有源區(qū)電子與空穴復(fù)合，提 高內(nèi)量子效率，進(jìn)一步的摻雜濃度越高提供的空穴越多，提升效果越大，但是有源區(qū)摻雜過 多會減低器件使用壽命，所以本發(fā)明選擇摻雜濃度范圍為1E16-1E17之間。
[0008] 所述摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層的厚度d為30nm彡d彡300nm。厚度厚可提供更多的空 穴，提1?有源區(qū)電子與空穴復(fù)合，提1?內(nèi)量子效率，進(jìn)一步的厚度厚外延片邊緣外延沉積后 材料質(zhì)量工藝窗口增大，外延片邊緣芯片產(chǎn)出良率高，但是摻雜寬勢壘層厚度過厚邊緣材 料改善效應(yīng)飽和無進(jìn)一步提升作用，同時由于厚度增加有源區(qū)整體摻雜過多會減低器件使 用壽命，另外該寬勢壘結(jié)構(gòu)層厚度過厚還會導(dǎo)致PN結(jié)勢壘電容降低，器件ESD性能變差。
[0009] 非摻雜超晶格第一有源層、非摻雜超晶格第二有源層分別為AlxGa(1_ x)InP/ AlYGa(1_Y)InP有源層，(λ 3彡X彡(λ 35，(λ 6彡Y彡(λ 7,周期厚度為1 nm?15nm，周期對數(shù) 為2-120對。非摻雜有源層可俘獲電子，形成高效的復(fù)合發(fā)光層，同時由于有源層無雜質(zhì)摻 雜可進(jìn)一步提升器件使用壽命。取值根據(jù)產(chǎn)品實際波長調(diào)整，Y取值小等于〇. 7目的為保證 超晶格結(jié)構(gòu)能帶差，保證有源區(qū)復(fù)合效率。如Y值如小于〇. 5,會直接帶隙會吸收有源區(qū)發(fā) 光，使產(chǎn)品光效低；如Y值越高，勢壘越高，產(chǎn)品電壓高，器件性能差。本發(fā)明"周期厚度"是 指單對有源層材料Al xGa(1_x)InP/AlYGa(1_ Y)InP的厚度。如周期厚度過厚，則量子效應(yīng)變差， 發(fā)光效率變低，同時有源區(qū)整體厚度增加，PN結(jié)勢壘電容降低，器件ESD性能變差。通常對 數(shù)越多可以有效提升器件的飽和電流及內(nèi)量子效率，但可能帶來ESD性能下降問題，對數(shù) 越多，則復(fù)合效率越高；對數(shù)少，則復(fù)合效率低。但是對數(shù)太多量子復(fù)合效率飽和無增強作 用，同時伴隨對數(shù)增加，有源區(qū)整體厚度增加，PN結(jié)勢壘電容降低，器件ESD性能變差。所 以本發(fā)明選用2?120對。
[0010] 非摻雜超晶格第一有源層、非摻雜超晶格第二有源層的主發(fā)光波長為570± 10nm， 以保證發(fā)出光譜分布波段為560-580nm的黃綠光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為傳統(tǒng)黃綠光LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例1和實施例2的黃綠光LED的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0013] 實施例1 一、生產(chǎn)工藝步驟： 1、將N-GaAs襯底21置于M0CVD反應(yīng)腔體內(nèi)，加熱至600°C?700°C，去除襯底表面氧 化層，并生長GaAs緩沖層22。
[0014] 2、在GaAs緩沖層22上生長一層布拉格反射層23。
[0015] 3、在布拉格反射層23上生長N型限制層24。
[0016] 4、在N型限制層24上生長非摻雜超晶格第一有源層25 :以AlxGa(1_x)InP/AlYGa (1_Y) InP為材料，其中，X取值0. 3, Y取值0. 7,周期厚度10nm，對數(shù)30對。
[0017] 5、在第一有源層25上以AlYGa(1_Y)InP為材料，摻以同種導(dǎo)電類型雜質(zhì)，生長寬勢 壘結(jié)構(gòu)層26。
[0018] 本實施例中，Y取值0. 7,厚度80nm，摻雜元素為Zn，摻雜濃度5E16。
[0019] 6、以AlxGa(1_x)InP/Al YGa(1_Y)InP為材料，在摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層26上進(jìn)行非摻雜超 晶格第二有源層27的生長，其中，X取值0. 3, Y取值0. 7,周期厚度10nm，對數(shù)30對。
[0020] 7、在第二有源層27上生長Ρ-Α1ΙηΡ限制層28。
[0021] 8、Ρ-Α1ΙηΡ限制層28上生長GaP窗口層29。
[0022] 9、在GaP窗口層29上制出第一電極30,在N-GaAs襯底21的背面制出第二電極 31。
[0023] 二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析： 如圖2所示，采用以上工藝制成的黃綠光LED包括襯底21，襯底21分為第一表面和第 二表面。在襯底21的第一表面之上，自下而上為緩沖層22、布拉格反射層23、N型限制層 24、非摻雜超晶格第一有源層25、摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層26、非摻雜超晶格第二有源層27、P型 限制層28和GaP窗口層29。
[0024] 第一電極30形成于窗口層29之上；第二電極31形成于襯底21的第二表面之上。
[0025] 三、將評價尺寸為7. 0X7. Omil的四元系發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的光電特性列于表 1〇
[0026] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種摻雜寬勢魚結(jié)構(gòu)的黃綠光LED,包括在GaAs襯底的一面生長的緩沖層、布拉格 反射層、第一限制層、非摻雜超晶格第一有源層、第二限制層、GaP窗口層，在GaP窗口層上 設(shè)置有第一電極，在GaAs襯底的另一面設(shè)置有第二電極；其特征在于：在非摻雜超晶格第 一有源層和第二限制層之間生長摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層和非摻雜超晶格第二有源層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的黃綠光LED，其特征在于：所述摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層為AlYGa(1_ Y) InP摻雜寬勢壘層，其中，0. 5〈Y〈1，摻雜元素為Zn或Mg，摻雜濃度為1E16-1E17。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的黃綠光LED，其特征在于：所述摻雜寬勢壘結(jié)構(gòu)層的厚度d為 30nm < d < 300nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的黃綠光LED，其特征在于：非摻雜超晶格第一有源層、 非摻雜超晶格第二有源層分別為AlxGa (1_x) InP/AlYGa(1_Y) InP有源層，0. 3彡X彡0. 35， 0· 6彡Y彡0· 7,周期厚度為1 nm?15nm，周期對數(shù)為2-120對。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的黃綠光LED，其特征在于：非摻雜超晶格第一有源層、非摻雜 超晶格第二有源層的主發(fā)光波長為570±10nm。
【文檔編號】H01L33/06GK104300058SQ201410538801
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】林鴻亮, 李全素, 徐培強, 楊凱, 張雙翔, 張銀橋, 王向武, 李忠輝 申請人:揚州乾照光電有限公司