一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法

摘要

本发明涉及AlGaInP发光二极管，具体是一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法。本发明解决了现有AlGaInP发光二极管的外延片工艺复杂、成本高、以及出光效率较低的问题。一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片，包括n-GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-Al

说明书

技术领域

本发明涉及AlGaInP发光二极管，具体是一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

AlGaInP发光二极管因其具有耗电低、发光效率高、寿命长、体积小、成本低等特点，而被广泛应用于照明及光纤通信系统中。在现有技术条件下， AlGaInP发光二极管的外延片通常采用倒装结构、透明衬底、倒金字塔结构、生长传统DBR（布拉格反射层）等各种结构。然而实践表明，现有AlGaInP发光二极管的外延片由于自身结构所限，存在以下两方面的问题：其一，若采用倒装结构、透明衬底、倒金字塔结构，则AlGaInP发光二极管的外延片需要再次加工处理，由此导致其工艺复杂、成本高。其二，若采用生长传统DBR，则由于传统DBR只对垂直入射和小角度入射的光波产生大的反射，而对大角度入射的光波产生的反射很小，导致入射的光波大部分穿过DBR被GaAs衬底吸收，由此导致其出光效率较低。基于此，有必要发明一种全新的AlGaInP发光二极管外延片，以解决现有AlGaInP发光二极管的外延片工艺复杂、成本高、以及出光效率较低的问题。

发明内容

本发明为了解决现有AlGaInP发光二极管的外延片工艺复杂、成本高、以及出光效率较低的问题，提供了一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片，包括n-GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-Al_xGa_1-xAs渐变层、复合式DBR、n-InAlP限制层、有源层、p-InAlP限制层、P型超晶格层、p-GaP窗口层；其中，n-GaAs缓冲层生长于n-GaAs衬底的上表面；n-Al_xGa_1-xAs渐变层生长于n-GaAs缓冲层的上表面；复合式DBR生长于n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面；n-InAlP限制层生长于复合式DBR的上表面；有源层生长于n-InAlP限制层的上表面；p-InAlP限制层生长于有源层的上表面；P型超晶格层生长于p-InAlP限制层的上表面；p-GaP窗口层生长于P型超晶格层的上表面。

所述复合式DBR包括渐变式DBR和常规DBR；渐变式DBR生长于n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面；常规DBR生长于渐变式DBR的上表面；n-InAlP限制层生长于常规DBR的上表面；

渐变式DBR由AlAs和Al_xGa_1-xAs周期性交替生长形成，且0.2<x<0.6；渐变式DBR的第m层AlAs材料和第m层Al_xGa_1-xAs材料的厚度分别为：

                          （1）；

                   （2）；

式（1）-（2）中：λ₀为器件有源区发光之中心波长，n₁和n₂分别为AlAs材料和Al_xGa_1-xAs材料的折射率，t为正数，且t根据λ_m的不同而取不同的值，m为正整数；

常规DBR由AlAs和Al_xGa_1-xAs周期性交替生长形成，且0.2<x<0.6；常规DBR的每层AlAs材料和每层Al_xGa_1-xAs材料的厚度分别为：

                           （3）；

式（3）中：λ₀为器件有源区发光之中心波长，n₁和n₂分别为AlAs材料和Al_xGa_1-xAs材料的折射率。

所述P型超晶格层的厚度为5-20nm；所述P型超晶格层由势阱层p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P和势垒层p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P周期性交替生长形成，且0<x<0.3，0.5<y<1，周期数为3-15个；所述P型超晶格层采用Cp₂Mg作为掺杂源。工作时，P型超晶格层起到以下三方面的作用：其一，P型超晶格层能够对载流子的迁移起到一定的缓冲作用。具体而言，势阱层p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P能够产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态。势垒层p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P则能够阻碍空穴的逃逸，提高空穴的横向分布，阻挡电子外溢，增加空穴的注入效率，提高电子和空穴的复合几率，由此进一步提高出光效率。其二，P型超晶格层自身存在一定的隧道效应，因而其不会导致正向电压的明显升高。其三，P型超晶格层的多层结构能够减少限制层与P-GaP窗口层之间的晶格失配缺陷，由此提高内量子效率。

所述p-GaP窗口层包括p-GaP窗口厚层和p-GaP窗口表层；p-GaP窗口厚层生长于P型超晶格层的上表面；p-GaP窗口表层生长于p-GaP窗口厚层的上表面；p-GaP窗口厚层的厚度为8μm；p-GaP窗口表层的厚度为1μm；p-GaP窗口厚层采用Cp₂Mg作为掺杂源；p-GaP窗口表层采用DMZn作为掺杂源。工作时，p-GaP窗口层能够将载流子引到电极以外，由此使得大部分的光能够避开不透明的电极对光的反射和内部再次吸收。p-GaP窗口表层采用DMZn作为掺杂源，由于Zn原子具有大的扩散系数，使得p-GaP窗口表层具有大的掺杂浓度，由此减少了p-GaP窗口表层的弗伦克尔缺陷，从而使得外延片表面得到改善，同时也使得p-GaP窗口层的空穴载流子的浓度增加、电阻降低，出光效率得到进一步提高。

一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片），该方法是采用如下步骤实现的：

（1）选取n-GaAs衬底；在n-GaAs衬底的上表面生长n-GaAs缓冲层；

（2）在n-GaAs缓冲层的上表面生长n-Al_xGa_1-xAs渐变层；

（3）在n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面生长复合式DBR；

（4）在复合式DBR的上表面生长n-InAlP限制层；

（5）在n-InAlP限制层的上表面生长有源层；

（6）在有源层的上表面生长p-InAlP限制层；

（7）在p-InAlP限制层的上表面生长P型超晶格层；

（8）在P型超晶格层的上表面生长p-GaP窗口层。

与现有AlGaInP发光二极管的外延片相比，本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法具备如下优点：其一，本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法采用一次性生长形成，而无需再次加工处理，由此有效简化了工艺，有效降低了成本。其二，本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法采用复合式DBR。相较于传统DBR，复合式DBR不仅能够对垂直入射和小角度入射的光波产生大的反射，而且能够对大角度入射的光波产生大的反射，由此有效减少了GaAs衬底对入射光波的吸收，从而有效提高了出光效率。综上所述，本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片及其制备方法通过采用全新结构，有效解决了现有AlGaInP发光二极管的外延片工艺复杂、成本高、以及出光效率较低的问题。

本发明有效解决了现有AlGaInP发光二极管的外延片工艺复杂、成本高、以及出光效率较低的问题，适用于AlGaInP发光二极管的制造。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片，包括n-GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-Al_xGa_1-xAs渐变层、复合式DBR、n-InAlP限制层、有源层、p-InAlP限制层、P型超晶格层、p-GaP窗口层；其中，n-GaAs缓冲层生长于n-GaAs衬底的上表面；n-Al_xGa_1-xAs渐变层生长于n-GaAs缓冲层的上表面；复合式DBR生长于n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面；n-InAlP限制层生长于复合式DBR的上表面；有源层生长于n-InAlP限制层的上表面；p-InAlP限制层生长于有源层的上表面；P型超晶格层生长于p-InAlP限制层的上表面；p-GaP窗口层生长于P型超晶格层的上表面。

所述复合式DBR包括渐变式DBR和常规DBR；渐变式DBR生长于n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面；常规DBR生长于渐变式DBR的上表面；n-InAlP限制层生长于常规DBR的上表面；

渐变式DBR由AlAs和Al_xGa_1-xAs周期性交替生长形成，且0.2<x<0.6；渐变式DBR的第m层AlAs材料和第m层Al_xGa_1-xAs材料的厚度分别为：

                          （1）；

                   （2）；

式（1）-（2）中：λ₀为器件有源区发光之中心波长，n₁和n₂分别为AlAs材料和Al_xGa_1-xAs材料的折射率，t为正数，且t根据λ_m的不同而取不同的值，m为正整数；

常规DBR由AlAs和Al_xGa_1-xAs周期性交替生长形成，且0.2<x<0.6；常规DBR的每层AlAs材料和每层Al_xGa_1-xAs材料的厚度分别为：

                           （3）；

式（3）中：λ₀为器件有源区发光之中心波长，n₁和n₂分别为AlAs材料和Al_xGa_1-xAs材料的折射率。

所述P型超晶格层的厚度为5-20nm；所述P型超晶格层由势阱层p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P和势垒层p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P周期性交替生长形成，且0<x<0.3，0.5<y<1，周期数为3-15个；所述P型超晶格层采用Cp₂Mg作为掺杂源。

所述p-GaP窗口层包括p-GaP窗口厚层和p-GaP窗口表层；p-GaP窗口厚层生长于P型超晶格层的上表面；p-GaP窗口表层生长于p-GaP窗口厚层的上表面；p-GaP窗口厚层的厚度为8μm；p-GaP窗口表层的厚度为1μm；p-GaP窗口厚层采用Cp₂Mg作为掺杂源；p-GaP窗口表层采用DMZn作为掺杂源。

一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片的制备方法（该方法用于制备本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片），该方法是采用如下步骤实现的：

（1）选取n-GaAs衬底；在n-GaAs衬底的上表面生长n-GaAs缓冲层；

（2）在n-GaAs缓冲层的上表面生长n-Al_xGa_1-xAs渐变层；

（3）在n-Al_xGa_1-xAs渐变层的上表面生长复合式DBR；

（4）在复合式DBR的上表面生长n-InAlP限制层；

（5）在n-InAlP限制层的上表面生长有源层；

（6）在有源层的上表面生长p-InAlP限制层；

（7）在p-InAlP限制层的上表面生长P型超晶格层；

（8）在P型超晶格层的上表面生长p-GaP窗口层。

具体实施时，本发明所述的一种高效率的AlGaInP发光二极管外延片的制备方法是通过MOCVD（金属有机化学气相沉积）设备实现的。