CN107394017B - 发光二极管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管结构及其制备方法，其特征在于利用MOCVD或是MBE在发光二极管p型限制层与GaP电流扩展层之间通过金属液滴外延的方法生长张应力量子点结构，这种结构可以有效的降低p型限制层与GaP电流扩展层间的界面非辐射复合，改善窗口层晶体质量，提升发光二级管的性能。

Description

发光二极管及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管及其制备方法，属发光二极管外延生长领域。
背景技术
四元系AlGaInP是一种具有直接宽带隙的半导体材料，发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的发光二极管受到广泛关注。
P-GaP因其较好的光学和电学特性常作为GaAs基四元系AlGaInP的电流扩展层，进行横向扩展后将电流注入发光区，但是由于GaP与GaAs衬底及AlGaInP有源层及限制层存在较大的晶格失配（其晶格失配度达3.5%）；通过MOCVD在直接AlGaInP上生长失配的p-GaP电流扩展层，会在界面处形成大量的位错缺陷，造成严重的界面非辐射复合，影响LED的发光性能及老化性能等。
发明内容
本发明基于以上现象，通过金属液滴外延的生长方式，在形成p型限制层后，进行Ga液滴外延，通过钻孔效应，形成量子坑，再进行GaP电流扩展层的生长；这样可以在p型限制层上形成张应力GaP量子点，从而有效降低GaP/AlGaInP界面的非辐射复合；此外，由于张应力量子点的引入，可以有效提升GaP电流扩展层的晶体质量，降低位错密度，改善LED的老化性能和电学性能。
本发明的技术方案为：一种发光二极管，依次包括：n型限制层，量子阱有源区，p型限制层，GaP张应力量子点结构和GaP电流扩展层。
优选地，所述GaP量子点位于所述p型限制层内侧。
优选地，所述GaP张应力量子点密度大于1×108 cm-2。
本发明同提供一种发光二极管的制备方法，依次形成n型限制层，量子阱有源区，p型限制层，GaP张应力量子点结构和电流扩展层。
优选的，对于正装LED结构，可在GaAs衬底上进行GaAs缓冲层，DBR结构生长，再形成上述材料层；对于倒装LED结构，可在GaAs衬底上进行GaAs缓冲层、腐蚀截止层、及欧姆接触层和n型电流扩展生长，再形成上述材料层。
优选地，所述发光二极管的制备方法中，在形成p型限制层后，进行下面步骤：
（1）中断V族源的通入，进行Ga液滴生长；
（2）停止通入Ga源，中断Ga液滴生长，进行原位退火；
（3）生长电流扩展层。
优选地，通过控制生长温度及生长速率，在p型限制层形成高密度尺寸均匀的Ga液滴量子点，其密度大于1×108 cm-2。在一些实施例中，所述Ga液滴的生长速率为0.1ML/s~10ML/s，生长温度为450-620℃。
优选地，停止通入Ga源，中断Ga液滴生长，在MOCVD或MBE中进行原位退火，通过控制退火温度及退火时间，使Ga液滴在p型限制层上形成高密度量子坑结构。在一些实施例中，退火温度可控制在450℃~700℃之间，退火时间控制在10s~1000s之间。
优选地，在反应腔中通入V族PH3源，进行退火，阻止Ga液滴的进一步的钻孔，使其形成Ga-P键，并消除部分缺陷。
优选地，在上述结构上进行GaP电流扩展层及接触层生长，完成LED结构生长。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1 是本发明第一个实施例涉及到的一种GaAs基发光二极管结构示意图。
图2是本发明第二个实施例涉及到的一种GaAs基发光二极管结构示意图。
图中：
100：GaAs衬底;
101：DBR结构
121：蚀刻截止层；
122：n型欧姆接触层；
102：n型电流扩展层；
103：n型限制层；
104：空间本征层；
105：有源层；
106：空间本征层；
107：p型限制层；
108：量子坑结构层；
109：GaP电流扩展层；
110：欧姆接触层。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
实施例1
请参看图1，一种四元系发光二极管的外延结构，从下到上依次包括GaAs衬底100、蚀刻截止层121、n型欧姆接触层122、n型电流扩展层102、n型限制层103、空间本征层104、有源层105、空间本征层106、p型限制层107、GaP电流扩展层109和欧姆接触层110，其中p型限制层107靠近GaP电流扩展层109的一侧具有一系列量子坑结构108，GaP电流扩展层填充至该量子坑结构内形成GaP量子点结构。下面结合制作方法对其结构进行详细说明。
首先，通过MOCVD或是MBE在GaAs衬底100上形成GaAs缓冲层，再依次生长腐蚀截止层121，及n型欧姆接触层122，n型电流扩展层102， n型限制层103，空间本征层104，有源层105，空间本征层106及p型限制层107等LED基本结构。其中蚀刻截止层121可以为GaInP，N型欧姆接触层122可以选用GaAs，有源层105可为多量子阱结构，其材料可为AlGaInP、GaInP、AlGaAs、AlGaInAs、AlGaInAsP等，n型限制层102和p型限制层107的材料根据有源层105的带隙进行选择，对于发光波长为670nm以上的有源层，其带隙较低，覆盖层可以直接选用AlGaAs或AlGaInP即可，对于发光波长为670nm以下，特别是640nm以下的有源层，其带隙较大，一般为1.9eV以上，则覆盖层需要采用高带隙材料，一般选用AlbIn1-bP材料(0＜b≤0.5)。
接着，中断V族源的通入，进行Ga液滴生长，控制生长温度为450℃~620℃、生长速率为0.1ML/s~10ML/s，在p型限制层107形成高密度尺寸均匀的Ga液滴量子点，其密度大于1×108 cm-2；然后停止通入Ga源，中断Ga液滴生长，在MOCVD或MBE中进行原位退火，控制退火温度为450℃~700℃、退火时间为10s~1000s，使Ga液滴在p型限制层107上形成高密度量子坑结构108；在上述结构上进行GaP电流扩展层109及欧姆接触层110生长，完成LED结构生长。生长GaP电流扩展层后，GaP能够填充Ga液滴形成的量子坑结构108，完成GaP张应力量子点的生长。
实施例2
请参看图2，本实施例公开了另一种四元系发光二极管的外延结构，从下到上依次包括GaAs衬底100、DBR结构101、n型电流扩展层102、n型限制层103、空间本征层104、有源层105、空间本征层106、p型限制层107、GaP电流扩展层109和欧姆接触层110，其中p型限制层107靠近GaP电流扩展层109的一侧具有一系列量子坑结构108，GaP电流扩展层填充至该量子坑结构内形成GaP量子点结构。下面结合制作方法对其结构进行详细说明。
首先，通过MOCVD或是MBE在GaAs衬底100上生长GaAs缓冲层，再依次生长DBR结构101、n型电流扩展层102、n型限制层103、空间本征层104、多量子阱有源层105、空间本征层106及p型限制层107等LED基本结构。
完成p型限制层107生长后，中断V族源的通入，进行Ga液滴生长，控制生长温度为450℃~620℃、生长速率为0.1ML/s~10ML/s，在p型限制层形成高密度尺寸均匀的Ga液滴量子点；接着，停止通入Ga源，中断Ga液滴生长，在MOCVD或MBE中进行原位退火，通过控制退火温度及退火时间，使Ga液滴在p型限制层上形成高密度量子坑结构108；然后，在反应腔中通入V族PH3源，进行退火；在上述结构上进行GaP电流扩展层及欧姆接触层110生长，完成LED结构生长。
在本实施例中，在完成Ga液滴生长后，先进行原位退火形成量子坑结构，接着通入V族PH3源进行二次退火，可以阻止Ga液滴的进一步的钻孔，使其形成Ga-P键，并消除部分点缺陷，可以有效提升GaP电流扩展层的晶体质量，降低位错密度，改善LED的老化性能和电学性能。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。

Claims (10)

1.一种发光二极管，依次包括：n型限制层，量子阱有源区，p型限制层，GaP张应力量子点结构和GaP电流扩展层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述GaP张应力量子点位于所述p型限制层内侧。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述GaP张应力量子点密度大于1×108 cm-2。
4.发光二极管的制备方法，依次形成n型限制层，量子阱有源区，p型限制层，GaP张应力量子点结构和GaP电流扩展层。
5.根据权利要求4所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：在形成p型限制层后，进行下面步骤：
（1）中断V族源的通入，进行Ga液滴生长；
（2）停止通入Ga源，中断Ga液滴生长，进行原位退火；
（3）生长电流扩展层。
6.根据权利要求5所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：Ga液滴的生长温度在大于Ga的熔点及Ga源的分解温度。
7.根据权利要求5所述的发光二极管的制备方法，特征在于：Ga液滴在p型限制层上形成Ga液滴量子点结构，其密度大于1×108 cm-2。
8.根据权利要求5所述的发光二极管的制备方法，特征在于：Ga液滴量子点在中断Ga液滴生长后，通过原位退火过程，在p型限制层上形成量子坑结构。
9.根据权利要求书8所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：生长电流扩展层，其材料填充Ga液滴形成的坑，形成张应力量子点。
10.根据权利要求5所述的发光二极管的制备方法，其特征在于：在完成（2）后，在反应腔中通入V族P源，进行退火，然后进行步骤（3）。
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