一种用于倒装LED芯片的外延片及其制备方法与流程

本发明属于发光二极管的外延技术领域，特别是一种用于倒装的LED芯片的外延片的制备技术。

背景技术：

近年来，高亮度四元系AlGaInP发光二极管具有耗电低、发光效率高、寿命长、体积小、成本低等特点，因此在照明以及光纤通信系统中有着广泛的应用。四元系（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P 材料体系可与GaAs衬底晶格匹配且随Al组分的变化，直接带隙可从1.9cV变化到2.3cv，波长从560nm到650nm，进而可实现从绿色到红色发光。基于四元系（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P 材料体系的LED的发光效率的提升，有多种方法。采用倒装结构可以极大地提高LED亮度，但是，倒装外延结构中n面和p面的电流扩展能力的优劣会极大影响LED外延结构的发光效率及良率。

基于此，有必要采用一种全新的电流扩展方法，来提升现有AlGaInP基倒装LED 外延结构发光效率、光电性能、以及良率。

技术实现要素：

本发明目的是提出一种可提升AlGaInP基倒装LED 外延结构发光效率、光电性能、以及良率的LED芯片的外延片。

本发明在衬底的同一侧设置n-GaAs缓冲层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P腐蚀截止层、n-GaAs接触层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P粗化层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层、n型超晶格层、n-InAlP限制层、有源层、p-InAlP限制层、p型超晶格层和p-GaP窗口层，所述n型超晶格层由周期交替设置的势阱层和势垒层组成，所述p型超晶格层由周期交替设置的势阱层和势垒层组成。

本发明在电流扩展层与n-AlInP限制层之间设置n型超晶格插入层，在p-AlInP限制层与p-GaP窗口层之间设置p型超晶格插入层，提升n面与p面的电流扩展能力，提高现有AlGaInP基倒装LED 外延结构发光效率、光电性能、以及良率。

本发明的优点是：p型超晶格层对载流子的迁移会起到一定的缓冲作用，势阱层将产生和束缚大量空穴，形成二维空穴高密态；势垒层会阻碍空穴的逃逸，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，提高器件亮度，此外，p型超晶格层自身存在一定的隧道效应，因而不会导致正向电压的明显升高，同时，p型超晶格的多层结构可以减少p-AlInP限制层与P-GaP窗口层之间的晶格失配度，有效减小了P-GaP窗口层的位错密度。

同样，n型超晶格层可有效提高电子在n -（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层的横向运动（即有效增强了n -（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层的电流扩展能力），进而有效提高了AlGaInP外延结构的发光效率。

综上所述，本发明产品可有效提升AlGaInP基倒装LED 外延结构发光效率、光电性能、以及良率。

进一步地，本发明所述n型超晶格层的势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，单个周期势阱层和势垒层的总厚度为5nm～20nm。该设置可使用MOCVD一次性外延生长，工艺简单，且可取得较为理想的效果，同时也可避免层数过多而增加生产成本。

所述p型超晶格层的势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，单个周期势阱层和势垒层的总厚度为5nm～20nm。该设置可使用MOCVD一次性外延生长，工艺简单，且可取得较为理想的效果，同时也可避免层数过多而增加生产成本。

本发明另一目的是提出以上外延片的制备方法。

本发明制备方法是：在衬底的同一侧依次外延生长n-GaAs缓冲层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P腐蚀截止层、n-GaAs接触层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P粗化层、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层、n型超晶格层、n-InAlP限制层、有源层、p-InAlP限制层、p型超晶格层和p-GaP窗口层。本发明特点是：在生长所述n型超晶格层时周期交替外延生长n-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P势阱层和n-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P势垒层，在生长所述p型超晶格层时周期交替外延生长p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P势阱层和p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P势垒层；并且，在用于生长n型超晶格的材料和p型超晶格的材料中的所述n-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P、n-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P、p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P和p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P中，0.4＜x＜1，0.4＜y≤1，且x＜y。

本发明制作工艺简单、合理，n型超晶格层可有效提高电子在n -（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层的横向运动（即有效增强了n -（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层的电流扩展能力），进而有效提高了AlGaInP外延结构的发光效率。采用本发明制备的产品可以有效提升AlGaInP基倒装LED 外延结构发光效率、光电性能、以及良率。

超晶格层的有效禁带宽度大于有源区发射的光子能量，不对有源区发出的光吸收，且超晶格层中(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层中Al组分低于(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P层中Al组分，因此所述(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P层的禁带宽度大于(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P层的禁带宽度，所述超晶格结构对于载流子迁移存在一定的缓冲作用，同时载流子又可以有效的隧穿，因此对于n型超晶格，会导致电流在电流扩展层与n超晶格插入层的接触面和n超晶格插入层内部重新分布，对于p型超晶格，会导致电流在P-GaP层与p超晶格插入层的接触面和p超晶格插入层内部重新分布，防止电流拥堵；而且，由于插入层本身存在一定的遂穿效应，因此不会导致正向电压的明显升高；同时，由于超晶格层对电流起到缓冲的效果，而增加了器件的ESD 性能。因此，本发明用于生长n型超晶格的材料和p型超晶格的材料中的所述n-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P、n-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P、p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P和p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P中，0.4＜x＜1，0.4＜y≤1，且x＜y。

另外，本发明所述n型超晶格层的单个周期超晶格厚度为5nm～20nm，所述n型超晶格层中势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，在生长n型超晶格层时，采用Si₂H₆作为掺杂源。MOCVD生长AlGaInP材料，使用Si₂H₆作为掺杂源可以达到高的电子浓度，且Si₂H₆对生长温度不敏感，在工艺上易于控制。

所述p型超晶格层的单个周期超晶格厚度为5nm～20nm，所述p型超晶格层中势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，在生长p型超晶格层时，采用Cp₂Mg作为掺杂源。采用Cp₂Mg作为掺杂源，Mg在AlGaInP中有较小的电离能，且其挥发性和扩散系数较小，对生长温度的依赖较小，可以达到较高的空穴浓度，在工艺生长中易于控制。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为本发明中n型超晶格层的一种结构示意图。

图3为本发明中p型超晶格层的一种结构示意图。

具体实施方式

一、制备工艺：

如图1所示，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法，在n-GaAs衬底1上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层2，n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P腐蚀截止层3，n-GaAs接触层4，n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P粗化层5，n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层6，n型超晶格层7，n-InAlP限制层8，有源层9，p-InAlP限制层10，p型超晶格层11，p-GaP窗口层。

其中，n型超晶格层7由n-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P势阱层和n-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P势垒层周期交替生长形成，0.4＜x＜1，0.4＜y≤1，且x＜y。n型超晶格层中势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，在生长n型超晶格层时，采用Si₂H₆作为掺杂源。n型超晶格层的单个周期超晶格的厚度为5nm～20nm。

p型超晶格层11由p-(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5P势阱层和p-(Al_yGa_1-y)_0.5In_0.5P势垒层周期交替生长形成，0.4＜x＜1，0.4＜y≤1，且x＜y。p型超晶格层中势阱层和势垒层的交替周期数为3～15，在生长p型超晶格层时，采用Cp₂Mg作为掺杂源。p型超晶格层的单个周期超晶格的厚度为5nm～20nm。

在制作p-GaP窗口层时，以Mg作为掺杂元素，先后制作形成p-GaP厚层12和p-GaP表层13。

二、产品结构特点：

如图1所示，在n-GaAs衬底1的同一侧依次外延生长有n-GaAs缓冲层2、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P腐蚀截止层3、n-GaAs接触层4、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P粗化层5、n-（Al_xGa_1-x）_0.5In_0.5P电流扩展层6、n型超晶格层7、n-InAlP限制层8、有源层9、p-InAlP限制层10、p型超晶格层11和由p-GaP厚层12和p-GaP表层13构成的p-GaP窗口层。

如图2所示，n型超晶格层由周期交替设置的势阱层7-1和势垒层7-2组成。

图3所示，p型超晶格层由周期交替设置的势阱层11-1和势垒层11-2组成。