本實(shí)用新型涉及一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

LED自身特征具備體積小，重量輕，發(fā)熱量少，耗電量小，壽命長，單色性好，響應(yīng)速度快，環(huán)保，抗震性好等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們生活理念的改變，四元系A(chǔ)lGaInP黃綠光發(fā)光二極管廣泛應(yīng)用于信號指示、交通指示、汽車照明、特種照明等各個領(lǐng)域。四元系A(chǔ)lGaInP材料隨著波長的變短，有源層Al組分不斷升高，Al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Al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(jī)金屬氣相沉積(MOCVD)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。

常規(guī)的LED結(jié)構(gòu)包括在GaAs襯底上由下至上依次包括GaAs低溫緩沖層、Bragg反射鏡層、AlInP下限制層、多量子阱發(fā)光區(qū)、AlInP上限制層和p-GaP或Al_xGa_1-xAs窗口層。窗口層材料，一般選取寬帶隙材料GaP或Al_xGa_1-xAs。GaP材料的化學(xué)穩(wěn)定性好，具有高電導(dǎo)率和對AlGaInP發(fā)光波長全透明的特點(diǎn)，作為透光窗口能獲得高的外量子效率，但GaP材料相對AlGaInP材料晶格失配度可達(dá)到-3.6％，非常大。導(dǎo)致在界面形成的網(wǎng)狀位錯密度增加，界面處晶格質(zhì)量差，電子遷移率低，不僅影響電流的擴(kuò)展，而且容易導(dǎo)致器件的可靠性和穩(wěn)定性問題。Al_xGa_1-xAs材料作為電流擴(kuò)展層材料，本身與AlGaInP材料晶格匹配，能被P型重?fù)诫s且載流子遷移率較高，但是Al_xGa_1-xAs材料由于含有鋁組分，電流擴(kuò)展層中鋁容易與氧、水等反應(yīng)而變質(zhì)，影響器件的可靠性。中國專利文件(申請?zhí)?01610191079.X)公開了一種砷化鎵基高電壓黃綠光發(fā)光二極管芯片及其制作方法，在p型載流子限制層上依次沉積形成GaP電阻層和GaP窗口層，形成的產(chǎn)品在p型載流子限制層和GaP窗口層之間還設(shè)置了GaP電阻層，該專利只有一個常規(guī)GaP窗口層。目前現(xiàn)有技術(shù)中尚無對窗口層的改進(jìn)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED；

本實(shí)用新型利用MOCVD技術(shù)在GaAs襯底上生長AlGaInP材料，在GaAs襯底上由下至上依次包括GaAs低溫緩沖層、Bragg反射鏡層、AlInP下限制層、多量子阱發(fā)光區(qū)、AlInP上限制層和(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層，p-GaP第二窗口層。此結(jié)構(gòu)集GaP和(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P材料的優(yōu)點(diǎn)于一體，第一窗口層能被P型重?fù)诫s且載流子遷移率較高，與常規(guī)結(jié)構(gòu)晶格匹配，電子遷移率高，第二窗口層能避免材料的氧化，保證電流擴(kuò)展和光學(xué)特性，提高了器件的可靠性、穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，由下至上包括GaAs襯底、GaAs低溫緩沖層、Bragg反射鏡層、AlInP下限制層、多量子阱發(fā)光區(qū)、AlInP上限制層、P型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層和P型GaP第二窗口層，Bragg反射鏡層為AlGaAs或AlAs，其中0≤x2，y2≤1。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層、Bragg反射鏡層、AlInP下限制層的N型摻雜源為Si₂H₆；所述AlInP上限制層和(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層的摻雜源均為Cp₂Mg，P型GaP第二窗口層的P型摻雜源為Cp₂Mg或CBr₄。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為0.5-1um，摻雜濃度為1E17-5E18個原子/cm³；

特別優(yōu)選的，所述GaAs低溫緩沖層的厚度為0.5um，摻雜濃度為1E18個原子/cm³。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述Bragg反射鏡層的循環(huán)對數(shù)為10-20對，AlGaAs的摻雜濃度為1E17-5E18個原子/cm³，AlAs的摻雜濃度為1E17-5E18個原子/cm³；

特別優(yōu)選的，所述Bragg反射鏡層的循環(huán)對數(shù)為15對，AlGaAs的摻雜濃度為5E17個原子/cm3，AlAs的摻雜濃度為1E18個原子/cm³；

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述AlInP下限制層的厚度為0.5-3um，摻雜濃度為1E18-5E18個原子/cm³；

特別優(yōu)選的，所述AlInP下限制層的厚度為2.5um，摻雜濃度為1E18個原子/cm³。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述的多量子阱發(fā)光區(qū)的厚度為0.1-0.3um，x1＝0.1，y1＝0.4；

特別優(yōu)選的，所述的多量子阱發(fā)光區(qū)的厚度為0.1um。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述的AlInP上限制層的厚度為0.1-3um，摻雜濃度為1E18-5E18個原子/cm³；

特別優(yōu)選的，所述的AlInP上限制層的厚度為1um，摻雜濃度為1E18個原子/cm³。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述P型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層的x2為0.3-0.5，y2為0.4-0.6，第一窗口層的厚度為0.01-0.5um，摻雜濃度為5E18-1E19個原子/cm³；

特別優(yōu)選的，所述P型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層的x2為0.35，y2為0.5，第一窗口層的厚度為0.3um，摻雜濃度為1E19個原子/cm³。

根據(jù)本實(shí)用新型優(yōu)選的，所述第二窗口層的厚度為1-15um，摻雜濃度為5E18-1E20個原子/cm3；兩個摻雜源均需要達(dá)到要求的摻雜濃度；

特別優(yōu)選的，所述第二窗口層的厚度為8um，摻雜濃度為8E19個原子/cm3。

制造GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED時，包括以下步驟：

(1)將GaAs襯底放在MOCVD設(shè)備生長室內(nèi)，H₂環(huán)境升溫到800±20℃烘烤30分鐘，并通入AsH₃,去除所述襯底表面水氧完成表面熱處理，為步驟(2)做準(zhǔn)備；

(2)將溫度緩降到750±20℃，繼續(xù)通入TMGa和AsH₃，在GaAs襯底上生長厚度在0.5-1um的GaAs低溫緩沖層；降溫時間為120s-150s；

(3)溫度保持在750±20℃，繼續(xù)通入TMGa、TMAl、和AsH₃，在步驟(2)的GaAs低溫緩沖層上生長Bragg反射鏡層，Bragg反射鏡層為AlGaAs或AlAs；

(4)溫度降至700±20℃，通入TMIn、TMAl、和PH₃，在步驟(3)生成的Bragg反射鏡層上生長n型AlInP下限制層；

(5)保持溫度在700±20℃，通入TMGa，在步驟(4)生成的AlInP下限制層上生長阱(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P/壘(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P(0≤x1，y1≤1)多量子阱發(fā)光區(qū)；

(6)保持溫度在700±20℃，在步驟(5)生成的多量子阱發(fā)光區(qū)上生長p型AlInP上限制層；

(7)將溫度拉升到750±20℃，在步驟(6)的AlInP上限制層上生長(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層，其中0≤x2，y2≤1；

(8)將溫度拉升到800±20℃，在步驟(7)的第一窗口層上生長P型GaP第二窗口層；

(9)外延材料生長完畢后，在GaP第二窗口層的GaP材料表面蒸鍍AuBeAu或Ti/Au金屬薄膜，制作良好的P面電極，然后將襯底材料減薄后蒸鍍AuGe金屬層制作背面電極，再將材料切割出一定尺寸的管芯產(chǎn)品，利用常規(guī)LED封裝技術(shù)制作出成品LED器件。

GaAs基LED的制備過程中，MOCVD設(shè)備的壓力為50-200mbar。

H₂的流量為8000－50000sccm；TMGa的純度為99.9999％，TMGa的恒溫槽的溫度為(-5)-15℃；TMIn的純度為99.9999％，TMIn的恒溫槽的溫度為15-20℃；TMAl的純度為99.9999％，TMAl的恒溫槽的溫度為10-28℃；AsH₃的純度為99.9999％；Si₂H₆的純度為99.9999％；Cp₂Mg的純度為99.9999％，Cp₂Mg的恒溫槽的溫度為0-25℃，CBr₄的恒溫槽的溫度為0-10℃。

本實(shí)用新型的特點(diǎn)在于，通過在常規(guī)黃綠光LED結(jié)構(gòu)中增加一層晶格匹配的高質(zhì)量窗口層，形成改良的雙層窗口層，既能避免第一窗口層的氧化，又能提升原普通結(jié)果一層窗口層的質(zhì)量不高的問題，起到增加電流擴(kuò)展的良率及光學(xué)窗口層的作用。通過控制三甲基鎵、三甲基鋁通入的摩爾流量來控制鋁Al組分，同時，通過輸入含Mg元素的物質(zhì)形成P型摻雜材料。

本實(shí)用新型的有益效果為：

本實(shí)用新型增加窗口層為兩層，在常規(guī)結(jié)構(gòu)中P-GaP窗口層與AlInP下限制層之間增加第一窗口層(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P，此結(jié)構(gòu)集GaP和(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P材料的優(yōu)點(diǎn)于一體，第一窗口層能被P型重?fù)诫s且載流子遷移率較高，與常規(guī)結(jié)構(gòu)晶格匹配，電子遷移率高，第二窗口層能避免材料的氧化，保證電流擴(kuò)展和光學(xué)特性，提高了器件的可靠性、穩(wěn)定性?？纱笠?guī)模量產(chǎn)制成的產(chǎn)品，可較大地改善外量子效率，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50％～70％，因此，本實(shí)用新型能夠大量生產(chǎn)發(fā)光波長560～580nm范圍的高效率的黃綠光波段的LED。

附圖說明

圖1為GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1、GaAs襯底，2、GaAs低溫緩沖層，3、Bragg反射鏡層，4、AlInP下限制層，5、多量子阱發(fā)光區(qū)，6、AlInP上限制層，7、P型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層，8、P型GaP第二窗口層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步限定，但不限于此。

如圖1所示。

實(shí)施例1

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，由下至上包括GaAs襯底1、GaAs低溫緩沖層2、Bragg反射鏡層3、AlInP下限制層4、多量子阱發(fā)光區(qū)5、AlInP上限制層6、P型(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層7和P型GaP第二窗口層8。

制造按以下步驟：

(1)將GaAs襯底放在MOCVD設(shè)備生長室內(nèi)，H₂環(huán)境升溫到800±20℃烘烤30分鐘，并通入AsH₃,去除所述襯底表面水氧完成表面熱處理，為步驟(2)做準(zhǔn)備；

(2)將溫度緩降到750±20℃，繼續(xù)通入TMGa和AsH₃，在GaAs襯底上生長厚度在0.5um的GaAs低溫緩沖層；降溫時間為120s；

(3)溫度保持在750±20℃，繼續(xù)通入TMGa、TMAl、和AsH₃，在步驟(2)的GaAs低溫緩沖層上生長Bragg反射鏡層，Bragg反射鏡層為AlGaAs；

(4)溫度降至700±20℃，通入TMIn、TMAl、和PH₃，在步驟(3)生成的Bragg反射鏡層上生長n型AlInP下限制層，下限制層厚度為2.5um；

(5)保持溫度在700±20℃，通入TMGa，在步驟(4)生成的AlInP下限制層上生長阱(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P/壘(Al_x1Ga_1-x1)_y1In_1-y1P(0≤x1，y1≤1)多量子阱發(fā)光區(qū)；其中，x1＝0.1，y1＝0.4；多量子阱發(fā)光區(qū)的厚度為0.1um；

(6)保持溫度在700±20℃，在步驟(5)生成的多量子阱發(fā)光區(qū)上生長p型AlInP上限制層；AlInP上限制層的厚度為1um；

(7)將溫度拉升到750±20℃，在步驟(6)的AlInP上限制層上生長(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層，其中0≤x2，y2≤1；x2為0.35，y2為0.5；第一窗口層的厚度為0.3um；

(8)將溫度拉升到800±20℃，在步驟(7)的第一窗口層上生長p型GaP第二窗口層；第二窗口層的厚度為8um；

(9)外延材料生長完畢后，在GaP第二窗口層的GaP材料表面蒸鍍AuBeAu或Ti/Au金屬薄膜，制作良好的P面電極，然后將襯底材料減薄后蒸鍍AuGe金屬層制作背面電極，再將材料切割出一定尺寸的管芯產(chǎn)品，利用常規(guī)LED封裝技術(shù)制作出成品LED器件。

實(shí)施例2

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是，GaAs低溫緩沖層、Bragg反射鏡層、AlInP下限制層的N型摻雜源為Si₂H₆；所述AlInP上限制層和(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層的摻雜源均為Cp₂Mg，P型GaP第二窗口層的P型摻雜源為Cp₂Mg，Si₂H₆的純度為99.9999％；所述Cp₂Mg的純度為99.9999％。

實(shí)施例3

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所述，所不同的是，P型GaP第二窗口層的P型摻雜源為CBr₄。

實(shí)施例4

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所述，所不同的是，生長的Bragg反射鏡層為AlAs。

實(shí)施例5

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是，GaAs低溫緩沖層的厚度為1um；AlInP下限制層的厚度為0.5um；多量子阱發(fā)光區(qū)的厚度為0.3um；AlInP上限制層的厚度為0.1um；第一窗口層的厚度為0.01um；第二窗口層的厚度為1um。

實(shí)施例6

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是，AlInP下限制層的厚度為3um；AlInP上限制層的厚度為3um；第一窗口層的厚度為0.5um；第二窗口層的厚度為15um。

實(shí)施例7

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所述，所不同的是，GaAs低溫緩沖層的摻雜濃度為1E18個原子/cm³；Bragg反射鏡層的循環(huán)對數(shù)為15對，AlGaAs的摻雜濃度為5E17個原子/cm³；AlInP下限制層的摻雜濃度為1E18個原子/cm³；AlInP上限制層的摻雜濃度為1E18個原子/cm³；第一窗口層的摻雜濃度為1E19個原子/cm³；第二窗口層的摻雜濃度為8E19個原子/cm3。

實(shí)施例8

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所述，所不同的是，GaAs低溫緩沖層的摻雜濃度為1E17個原子/cm³；Bragg反射鏡層的循環(huán)對數(shù)為10對，AlGaAs的摻雜濃度為1E17個原子/cm³；AlInP下限制層的摻雜濃度為5E18個原子/cm³；AlInP上限制層的摻雜濃度為5E18個原子/cm³；第一窗口層的摻雜濃度為5E18個原子/cm³；第二窗口層的摻雜濃度為5E18個原子/cm3。

實(shí)施例9

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2所述，所不同的是，GaAs低溫緩沖層的摻雜濃度為5E18個原子/cm³；Bragg反射鏡層的循環(huán)對數(shù)為20對，AlGaAs的摻雜濃度為5E18個原子/cm³；第二窗口層的摻雜濃度為1E20個原子/cm3。

實(shí)施例10

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是，(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層中x2為0.3，y2為0.4。

實(shí)施例11

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1所述，所不同的是，(Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P第一窗口層中x2為0.5，y2為0.6。

實(shí)施例12

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例4所述，所不同的是，AlAs的摻雜濃度為1E18個原子/cm³。

實(shí)施例13

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例4所述，所不同的是，AlAs 的摻雜濃度為1E17個原子/cm³。

實(shí)施例14

一種GaAs基改良窗口層結(jié)構(gòu)的黃綠光LED，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例4所述，所不同的是，AlAs的摻雜濃度為5E18個原子/cm³。