專利名稱：：一種高發(fā)光效率的磷化鎵外延材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光發(fā)射半導(dǎo)體器件的外延材料及液相外延層生長(zhǎng)。常用的磷化鎵外延材料，在磷化鎵基片上采用液相外延法生長(zhǎng)多層摻雜的磷化鎵外延層，作為磷化鎵發(fā)光二極管的發(fā)光體，即芯片材料，它與發(fā)光二極管的發(fā)光效率關(guān)系密切。JP59-45234專利提供一種含有四層結(jié)構(gòu)的磷化鎵外延材料，其中第1層是n型磷化鎵基片N1，雜質(zhì)濃度為1×1017cm-3，第2層是在基片N1上生長(zhǎng)的n型磷化鎵外延層N2，雜質(zhì)濃度為2×1018cm-3，第3層是在外延層N2上生長(zhǎng)的n型低濃度外延層N-，雜質(zhì)濃度為1×1017cm-3，第4層是在外延層N-上生長(zhǎng)的p型外延層P，雜質(zhì)濃度為5×1017cm-3。這種含有N1-N2-N--P四層結(jié)構(gòu)的外延材料，于外延層N-和P之間的界面處形成PN-結(jié)，由于低濃度的n型外延層N-具有良好的晶體完整性，用這種材料制作的磷化鎵發(fā)光二極管，其發(fā)光效率為0.11～0.14%。眾所周知，含有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其發(fā)光效率η等于p型晶體的發(fā)光效率ηp與電子注入效率ηe之乘積加上n型晶體發(fā)光效率ηn與空穴注入效率ηh乘積之和，即發(fā)光效率η＝ηpηe+ηnηh，ηe和ηh的值主要取決于PN結(jié)附近p型外延層和n型外延層的雜質(zhì)濃度分布狀況，ηp和ηn值主要取決于p型晶體和n型晶體中雜質(zhì)的種類和雜質(zhì)濃度，以及晶體的完整性;光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)表明，p型晶體發(fā)光效率ηp要比n型晶體的發(fā)光效率ηn大5倍。上述方案僅僅考慮了雜質(zhì)濃度分布和n型外延層晶體的完整性對(duì)于發(fā)光效率的影響，而沒有考慮能對(duì)發(fā)光效率的提高作出更大貢獻(xiàn)的p型外延層晶體的完整性。顯然應(yīng)用含有N1-N2-N--P四層結(jié)構(gòu)的芯片材料制作的磷化鎵發(fā)光二極管，其發(fā)光效率的進(jìn)一步提高受到很大的限制。本發(fā)明的目的在于提供一種具有高發(fā)光效率的磷化鎵外延材料。圖面說明圖1(A)為現(xiàn)有磷化鎵外延材料結(jié)構(gòu)的斷面示意圖，圖中N1為磷化鎵基片，N2為n型磷化鎵外延層，N-為n型低濃度的磷化鎵外延層，P為p型磷化鎵外延層，外延層N-和P間的界面構(gòu)成PN-結(jié)。圖1(B)為與圖1相對(duì)應(yīng)的各磷化鎵層的雜質(zhì)濃度分布圖。圖2(C)為本發(fā)明的磷化鎵外延材料結(jié)構(gòu)的斷面示意圖，圖中P-為低濃度p型外延層，外延層P-與N-間的界面構(gòu)成P-N-結(jié)，其余標(biāo)號(hào)與圖1(A)相同。圖2(D)為與圖2(C)相對(duì)應(yīng)的各磷化鎵層的雜質(zhì)濃度分布圖。以下結(jié)合附圖2詳細(xì)描述本發(fā)明的具體內(nèi)容為改善p型晶體的完整性和雜質(zhì)濃度分布的合理性，本發(fā)明的磷化鎵外延材料采用N1-N2-N--P--P五層結(jié)構(gòu)，外延層P-和外延層N-厚度較薄，且摻雜濃度較低，易實(shí)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的完整性，P-層和N-層之間的界面構(gòu)成P-N-結(jié)，使整個(gè)外延層的發(fā)光效率大幅度提高。外延層用常規(guī)的液相外延法制造。如圖2(C)所示，N1為n型磷化鎵基片，N2為在基片N1上生長(zhǎng)的n型外延層，N-為在外延層N2上生長(zhǎng)的n型低濃度外延層，P-為在外延層N-上生長(zhǎng)的p型外延層，P為在外延層P-上生長(zhǎng)的p型外延層?；琋1按常規(guī)方法制造，其雜質(zhì)濃度為4×1017cm-3，厚度為280μm，呈n型;外延層N2，在基片N1上用液相外延法生長(zhǎng)，摻入硫/硫+氮，形成雜質(zhì)濃度為1×1017cm-3，厚度為30～60μm的n型磷化鎵外延層;外延層N-是在外延層N2上用液相外延法生長(zhǎng)，以不摻氮/摻氮，雜質(zhì)濃度為4×1016cm-3，厚度為2～8μm的n型低濃度磷化鎵外延層;外延層P-是在外延層N-上用液相外延法生長(zhǎng)，摻入鋅/鋅+氮，雜質(zhì)濃度為1～6×1016cm-3，厚度為2～4μm的p型低濃度磷化鎵外延層;外延層P是在外延層P-上用液相外延法生長(zhǎng)，摻入鋅/鋅+氮，雜質(zhì)濃度為6×1017～2×1018cm-3，厚度為24～26μm的p型磷化鎵外延層。以上各層雜質(zhì)濃度分布示于圖2(D)。本發(fā)明同已有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、外延層P-結(jié)晶完整性提高，使發(fā)光效率比n型晶體高得多的P區(qū)得到充分利用;2、P-N-結(jié)的結(jié)晶完整性提高，使得電子注入效率ηe進(jìn)一步提高;3、在相同的工作條件下，本發(fā)明磷化鎵外延材料的發(fā)光效率提高一倍。實(shí)施例1制作一種發(fā)射純綠光的磷化鎵外延材料，該材料的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為</tables>磷化鎵外延層采用液相外延法生長(zhǎng)。所制成的外延材料，在注入電流密度為10A/cm2條件下，經(jīng)實(shí)測(cè)，發(fā)光波長(zhǎng)為5570A°，發(fā)光效率為0.08%。實(shí)施例2制作一種發(fā)射黃綠光的磷化鎵外延材料，該材料的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為</table>磷化鎵外延層采用液相外延法生長(zhǎng)，所制成的外延材料，在注入電流密度為10A/cm2條件下，經(jīng)實(shí)測(cè)，發(fā)光波長(zhǎng)為5680A°，發(fā)光效率為0.40%。權(quán)利要求1.一種高發(fā)光效率的磷化鎵外延材料，包括n型磷化鎵基片，n型磷化鎵外延層，p型磷化鎵外延層以及pn結(jié)，其特征在于-該磷化鎵外延材料含有N1-N2-N--P--P五層結(jié)構(gòu)，其中N1是n型基片，N2是在基片N1上生長(zhǎng)的n型外延層，N-是在外延層N2上生長(zhǎng)的n型外延層，P-是在外延層N-上生長(zhǎng)的p型外延層，P是在外延層P-上生長(zhǎng)的p型外延層；-外延層N-、P-皆為低濃度外延層；-外延層P-和外延層N-間的界面構(gòu)成P-N-結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1的外延材料，其特征在于磷化鎵層結(jié)構(gòu)的總厚度為338μm～378μm，其中N1層厚度為280μm，N2層厚度為30～60μm，N-層厚度為2～8μm，P-層厚度為2～4μm，P層厚度為24～26μm。3.根據(jù)權(quán)利要求1的外延材料，其特征在于摻雜濃度N1層為4×1017cm-3，N2層為1×1017cm-3，N層為4×1016cm-3，P層為1～6×1016cm-3，P層為6×1017～2×1018cm-3。4.根據(jù)權(quán)利要求1的外延材料，其特征在于用于發(fā)射純綠光時(shí)，N1層摻入硫/碲，N2層摻入硫，N-層不摻入雜質(zhì)元素，P-層摻入鋅，P層摻入鋅。5.根據(jù)權(quán)利要求1的外延材料，其特征在于用于發(fā)射黃綠光時(shí)，N1層摻入硫/碲，N2層摻入硫和氮，N-層摻入氮，P-層摻入鋅和氮，P層摻入鋅和氮。全文摘要提供一種高發(fā)光效率的磷化鎵外延材料，含有N文檔編號(hào)H01L29/02GK1033714SQ8810740公開日1989年7月5日申請(qǐng)日期1988年10月25日優(yōu)先權(quán)日1988年10月25日發(fā)明者華偉民,丁祖昌申請(qǐng)人:浙江大學(xué)