GaAs基生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法

摘要

一种GaAs基单次生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法，在常规倒装结构中AlxGa1‑xInP的第一量子阱发光区6与AlInP下限制层之间增加GaInP的第二量子阱发光区7，可在一次生长过程中制备出复合波长多量子阱结构，因此不需要对单一波长的多量子阱发光结构或器件进行键合，即可产生复合波长的光输出，因此不存在键合金属层对光的反射，可消除因结构引起的光效率降低，在LED器件的应用中提高发光效率30%。第一量子阱发光区6采用(AlxGa1‑x)yIn1‑yP材料，第二量子阱发光区7采用GaInP材料，因此相对于传统的采用同种材料制成的两个多量子阱发光结构，其各自发出的波长差距可以增大。

说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种GaAs基单次生长制备复合多量 子阱结构的倒装LED方法。

背景技术

现有技术中制造具有复合波长特性的光输出器件一般均采用双芯片键合设 计，公开号为CN1851942A的中国发明专利公开了一种单次生长制备复合多量子 阱结构的方法，其结构为在半导体层上制备第一多量子阱层，之后在第一多量子 阱层上制备第二多量子阱层。因此其在一次生长过程中制备出复合波长多量子阱 结构，因此不要对单一波长的多量子阱发光结构或器件进行键合，即可产生复合 波长的光输出，实现单芯片多波长输出的结构，因此不存在键合金属层对光的反 射，可消除因结构引起的光效率降低，在LED器件的应用中提高了发光效率。但 是该技术方案中第一多量子阱层与第二多量子阱层均采用In_xG_a1-xN/GaN材料，>

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种单芯片产生两个波长输出光， 且两个波长差距大的种GaAs基单次生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种GaAs基单次生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法，包括如下步 骤：

a)将GaAs衬底放入MOCVD设备生长室内，H₂环境下将温度升至750±20℃，>3，烘烤30min，去除SiC图案衬底表面水氧，完成表面热处理；

b)将温度降低至700±20℃，通入TMGa和AsH₃，在GaAs衬底上生长厚度>

c)将温度升至750±20℃，通入TMGa、TMIn和PH₃，在GaAs缓冲层上生长>

d)将温度降低至700±20℃，通入TMGa和AsH₃，关闭TMIn和PH₃，在腐>

e)将温度保持在700±20℃，继续通入TMA1、TMGa、TMIn和PH₃，关闭AsH₃，>

f)将温度保持在700±20℃，在N-AlxGa1-xInP粗化层上生长n型 (AlxGa1-x)yIn1-yP的厚度为300-1000nm的下限制层，其中0≤x，y≤1；

g)将温度保持在700±20℃，在下限制层上生长阱(AlxGa1-x)yIn1-yP/垒(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x＜y≤1)的厚度为0.1-0.3um的第一量子阱发光区，生 长垒(AlxGa1-x)yIn1-yP时通入Si₂H₆；

h)通入流量设定为1800sccm，将温度降低至550±20℃，关闭，通入AsH₃及TMGa，生长GaAs厚度为2000nm；

i)将外延片从MOCVD设备中取出进行湿法处理，用HCL:H₂O₂：H₂O＝1:1:5>

j)将外延片放入MOCVD设备生长室内，通入PH₃，温度升温至700±20℃，>

k)将温度保持700±20℃，在第一量子阱发光区上生长阱GaInP/垒 (AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x＜y≤1)的厚度为0.05-0.1um的第二量子阱发光区；

l)将温度保持700±20℃，在第二量子阱发光区上生长P型 (AlxGa1-x)yIn1-yP的厚度为100-500nm的上限制层；

m)将温度升至780±20℃，在上限制层上生长P型GaP的厚度为0.5-3um的 电流扩展层；

n)在电流扩展层上镀一层Al或Au或Ag，即镀一层反光金属层，利用衬底 键合机将反光金属层键合在一个新的SiC或Si衬底上；

o)放入HF酸中，将步骤a)中原始GaAs衬底剥离，露出腐蚀阻挡层。

优选的，MOCVD设备中的压力为50-200mbar。

优选的，上述GaAs缓冲层、N-AlxGa1-xInP粗化层以及下限制层在制备过 程中的N型掺杂源为Si₂H₆，上限制层及电流扩展层在制备过程中的P型掺杂源>2Mg。

优选的，H₂的流量为8000-50000sccm，TMGa的纯度为99.9999％，TMGa的>3的纯度为>

优选的，步骤b)中的掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm³，步骤c)中的掺杂>3，步骤d)中的掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm³，>3,步骤f)中的掺杂浓度为>3，步骤g)中的掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm³，步骤>3，步骤m)中的掺杂浓度为5E18-1E20>3。

优选的，上述GaAs缓冲层的厚度为150nm，所述腐蚀阻挡层的厚度为400nm， 所述欧姆接触层的厚度为150nm，所述N-AlxGa1-xInP粗化层的厚度为3um，所 述下限制层的厚度为500nm，所述第一量子阱发光区的厚度为0.1um，所述第二 量子阱发光区的厚度为0.1um，所述上限制层的厚度为300nm，所述电流扩展层 的厚度为3um。

进一步优选的，Si₂H₆的纯度为99.9999％，Cp₂Mg的纯度为99.9999％，>2Mg的恒温槽温度为0-25℃。

进一步优选的，步骤b)中的掺杂浓度为2E18个原子/cm³，步骤c)中的掺>3，步骤d)中的掺杂浓度为1E18个原子/cm³，步骤>3,步骤f)中的掺杂浓度为1E18个原子/cm³，>3，步骤l)中的掺杂浓度为5E17个原>3，步骤m)中的掺杂浓度为5E19个原子/cm³。

本发明的有益效果是：通过在常规倒装结构中AlxGa1-xInP的第一量子阱发 光区与AlInP下限制层之间增加GaInP的第二量子阱发光区，可在一次生长过程 中制备出复合波长多量子阱结构，因此不需要对单一波长的多量子阱发光结构或 器件进行键合，即可产生复合波长的光输出，因此不存在键合金属层对光的反射， 可消除因结构引起的光效率降低，在LED器件的应用中提高发光效率30％。同时 第一量子阱发光区采用(AlxGa1-x)yIn1-yP材料，第二量子阱发光区采用GaInP 材料，因此相对于传统的采用同种材料制成的两个多量子阱发光结构，其各自发 出的波长差距可以增大，不必局限与材料相同时只能通过改变量子阱发光区厚度 改变波长。同时在第一量子阱发光区生长后执行步骤l)-步骤j)的目的是第一复 合量子阱生长后必须停止生长，通过腐蚀液湿法处理去除Si₂H₆对半导体材料的>

附图说明

图1为本发明的LED层状结构示意图；

图中，1.GaAs缓冲层 2.腐蚀阻挡层 3.欧姆接触层 4.N-AlxGa1-xInP粗化 层 5.下限制层 6.第一量子阱发光区 7.第二量子阱发光区 8.上限制层 9.电流 扩展层。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做进一步说明。

一种GaAs基单次生长制备复合多量子阱结构的倒装LED方法，包括如下步 骤：

a)将GaAs衬底放入MOCVD设备生长室内，H₂环境下将温度升至750±20℃，>3，烘烤30min，去除SiC图案衬底表面水氧，完成表面热处理；

b)将温度降低至700±20℃，通入TMGa和AsH₃，在GaAs衬底上生长厚度>

c)将温度升至750±20℃，通入TMGa、TMIn和PH₃，在GaAs缓冲层1上生>

d)将温度降低至700±20℃，通入TMGa和AsH₃，关闭TMIn和PH₃，在腐>

e)将温度保持在700±20℃，继续通入TMA1、TMGa、TMIn和PH₃，关闭AsH₃，>

f)将温度保持在700±20℃，在N-AlxGa1-xInP粗化层4上生长n型 (AlxGa1-x)yIn1-yP的厚度为300-1000nm的下限制层5，其中0≤x，y≤1；

g)将温度保持在700±20℃，在下限制层5上生长阱(AlxGa1-x)yIn1-yP/ 垒(AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x＜y≤1)的厚度为0.1-0.3um的第一量子阱发光区6， 生长垒(AlxGa1-x)yIn1-yP时通入Si₂H₆；

h)通入流量设定为1800sccm，将温度降低至550±20℃，关闭PH₃，通入>3及TMGa，生长GaAs厚度为2000nm；

i)将外延片从MOCVD设备中取出进行湿法处理，用HCL:H₂O₂：H₂O＝1:1:5>

j)将外延片放入MOCVD设备生长室内，通入PH₃，温度升温至700±20℃，>

k)将温度保持700±20℃，在第一量子阱发光区6上生长阱GaInP/垒 (AlxGa1-x)yIn1-yP(0≤x＜y≤1)的厚度为0.05-0.1um的第二量子阱发光区7；

l)将温度保持700±20℃，在第二量子阱发光区7上生长P型 (AlxGa1-x)yIn1-yP的厚度为100-500nm的上限制层8；

m)将温度升至780±20℃，在上限制层8上生长P型GaP的厚度为0.5-3um 的电流扩展层9；

n)在电流扩展层9上镀一层Al或Au或Ag，即镀一层反光金属层，利用衬 底键合机将反光金属层键合在一个新的SiC或Si衬底上；

o)放入HF酸中，将步骤a)中原始GaAs衬底剥离，露出腐蚀阻挡层2，最 终得到了腐蚀剥离的倒装结构粗化后的GaAs基LED。

本发明，在常规倒装结构中AlxGa1-xInP的第一量子阱发光区6与AlInP 下限制层之间增加GaInP的第二量子阱发光区7，可在一次生长过程中制备出复 合波长多量子阱结构，因此不需要对单一波长的多量子阱发光结构或器件进行键 合，即可产生复合波长的光输出，因此不存在键合金属层对光的反射，可消除因 结构引起的光效率降低，在LED器件的应用中提高发光效率30％。同时第一量子 阱发光区6采用(AlxGa1-x)yIn1-yP材料，第二量子阱发光区7采用GaInP材料， 因此相对于传统的采用同种材料制成的两个多量子阱发光结构，其各自发出的波 长差距可以增大，不必局限与材料相同时只能通过改变量子阱发光区厚度改变波 长。同时在第一量子阱发光区6生长后执行步骤l)-步骤j)的目的是第一复合量 子阱生长后必须停止生长，通过腐蚀液湿法处理去除Si₂H₆对半导体材料的滞后>

表1

通过表1所示的实验数据看，本发明的复合量子阱的光强与原始量子阱光强 在倒装结构中发光效率提高30％。与公开号为CN1851942A的中国发明专利公开 了一种单次生长制备复合多量子阱结构的方法中两个量子阱采用同材料复合量 子阱相比，发光效率提高20％，其他光电参数正常，无影响。

表2

通过表2所示实验数据看，本发明的复合量子阱的光强与原始量子阱光强在 正装结构中提高94％，其他光电参数正常，与公开号为CN1851942A的中国发明 专利公开了一种单次生长制备复合多量子阱结构的方法中同材料复合量子阱相 比，发光效率提高16％，其他光电参数正常，无影响。

实施例1：

步骤a)-步骤m)中使用MOCVD设备时的压力为50-200mbar。

实施例2：

GaAs缓冲层1、N-AlxGa1-xInP粗化层4以及下限制层5在制备过程中的N 型掺杂源为Si₂H₆，上限制层8及电流扩展层9在制备过程中的P型掺杂源为>2Mg。优选的，Si₂H₆的纯度为99.9999％，Cp₂Mg的纯度为99.9999％，Cp₂Mg>

实施例3：

H₂的流量为8000-50000sccm，TMGa的纯度为99.9999％，TMGa的恒温槽>3的纯度为>

实施例5：

步骤b)中的掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm³，步骤c)中的掺杂浓度为>3，步骤d)中的掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm³，步骤>3,步骤f)中的掺杂浓度为1E17-5E18个>3，步骤g)中的掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm³，步骤l)中的掺杂浓>3，步骤m)中的掺杂浓度为5E18-1E20个原子/cm³。>3，步骤c)中的掺杂浓度>3，步骤d)中的掺杂浓度为1E18个原子/cm³，步骤e)中的掺>3,步骤f)中的掺杂浓度为1E18个原子/cm³，步骤g)中>3，步骤l)中的掺杂浓度为5E17个原子/cm³，步>3。

实施例6：

GaAs缓冲层1的厚度为150nm，腐蚀阻挡层2的厚度为400nm，欧姆接触 层3的厚度为150nm，N-AlxGa1-xInP粗化层4的厚度为3um，下限制层5的 厚度为500nm，第一量子阱发光区6的厚度为0.1um，第二量子阱发光区7的厚 度为0.1um，上限制层8的厚度为300nm，电流扩展层9的厚度为3um。