专利名称：具有界面绒化层的GaP基发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管。
背景技术：
发光二极管(LED)被广泛用作工业用和民用的显示元件，作为高亮度的LED使用了 AlGaP的红色LED。另外，作为比红色更短波长的LED使用了 GaPP、GaP，但仅得到低亮度的LED。近年来由于可以通过有机金属气相成长(MOVPE)法成长AlGaInP系的结晶层，因此可以制作出红色、黄色、绿色的高亮度LED。AlGaInP发光二极管结构已日趋成熟，但是由于许多原因，AlGaInP发光二极管的外量子效率偏低。例如，现有技术中的发光二极管是在n型GaP衬底上通过MOVPE法依次 成长n型GaP缓冲层、n型AlGaInP包覆层、AlGaInP活性层、p型AlGaInP包覆层、掺杂了Zn的p型GaP电流扩散层而得到。其中由于有源区发射出来的大部分光，在经过外延层时，由于折射率差，发生全反射。使得许多有源区发出的光最终无法从外延层中射出。所以，如何提高AlGaInP发光二极管的外量子效率，以提高其亮度，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种外量子效率高，亮度高的发光二极管。本发明的发光二极管包括P-GaP 衬底，在P-GaP上依次外延生长的P-GaP缓冲层、布拉格反射层、p型包覆层、有源层、n型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中，界面绒化层为Ii-(AlxGah)yIrvyP, x 为 0. 2 0. 3，y 为 0. 35 0. 45 ;界面绒化层的掺杂浓度为5X 102° IX IO21 ；界面绒化层的外延厚度为0. I 0. 3微米。在优选实施例中布拉格反射层为p-InP/p-AlxGal-xAs (X 为 0 0. 7)或p-AlInP/p-(AlxGal-x) ylnl-yP (x 为 0. 3 0. 7, y 为 0. 4 0. 6)。p 型包覆层为 p- (AlxGal-x) ylnl-yP, x 为 0.6 l,y 为 0.4 0.6;有源层为未掺杂(AlxGal-x)ylnl-yP, x 为 0 0. 5, y 为 0. 4 0. 6 ;n 型包覆层为 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 为 0. 6 I, y 为 0. 4 0. 6。所述电流扩展层为n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x为0 I, y为0. 45 0. 55。本发明的发光二极管的制造方法包括如下步骤(I)、在300°C _500°C的温度下，对P-GaP衬底进行表面处理，去除水气。
(2)、生长 p-GaP 缓冲层。(3)、生长布拉格反射层p-InP/p-AlxGal-xAs,其中x为0 0. 7 ；(4)、生长 p 型包覆层,p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 为 0. 6 I, y 为 0. 4 0. 6 ;(5)、生长有源层，未掺杂(AlxGal-x)ylnl-yP，其中，X 为 0 0. 5，y 为 0. 4 0. 6 ；(6)、生长 n 型包覆层，n_(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 为 0. 6 I, y 为 0. 4 0. 6 ;(7)、形成电流扩展层,n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 为 0 I,y 为 0. 45 0. 55,电流扩展层的掺杂浓度为I X IO20 I X IO21，厚度为3000 5000nm ；(8)、生长界面绒化层首先外延生长界面层Ii-(AlxGah)yIrvyPd为0. 2 0. 3, y·为0. 35 0. 45 ；，然后经过蚀刻使界面层表面绒化成为界面绒化层，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液；界面绒化层8的掺杂浓度优选为I X IO20 5 X IO21，更优选为5X 102° I X IO21 ；界面绒化层8的外延厚度优选为0. I 0. 3微米，更优选为0. 15 0. 2微米。( 9 )、生长欧姆接触层9。
图I为本发明的发光二极管的结构示意图。
具体实施例方式为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的发光二极管的结构及其制造方法，下面结合附图描述其具体实施方式
，但并不用于限定本发明。如图I所示，本发明的发光二极管在P-GaP衬底I上外延结构由下至上依次为P-GaP缓冲层2、布拉格反射层3、p型包復层4、有源层5、n型包復层6、电流扩展层7、界面绒化层8和n-GaP欧姆接触层9，其中，界面绒化层8 为 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 为 0. 2 0. 3，y 为 0. 35 0. 45 ;界面绒化层8的掺杂浓度优选为I X IO20 5X 1021，更优选为5X 102° I X IO21 ;界面绒化层8的外延厚度优选为0. I 0. 3微米，更优选为0. 15 0. 2微米。布拉格反射层3 为 p-InP/p-AlxGal-xAs, x 为 0 0. 7。p 型包覆层 4 为 p- (AlxGal-x) ylnl-yP, x 为 0.6 l,y 为 0.4 0.6;有源层5 为未掺杂(AlxGal-x) ylnl-yP, x 为 0 0. 5, y 为 0. 4 0. 6 ;n 型包覆层 6 为 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 为 0. 6 I, y 为 0. 4 0. 6。所述电流扩展层7为n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x为0 I, y为0. 45 0. 55。本发明均采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术进行外延生长，具体生长步骤如下I、在300°C -500°C的温度下，对P-GaP衬底I进行表面处理，去除水气。 2、生长p-GaP缓冲层2。3、生长布拉格反射层3，用来反射有源区射出的光，以免被GaP彻底吸收。布拉格反射层可以为p-InP/p-AlxGal-xAs, x取值为0 0. 7。4、生长p型包覆层4, p-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值为0. 6 I, y取值为0.4 0.6)。目的在于限制载流子，增加复合几率。
5、生长有源层 5,未掺杂(AlxGal-x)ylnl-yP。其中，x 为 0 0.5,y 为 0.4 0.6。6、生长n型包覆层6, n-(AlxGal-x)ylnl-yP(其中x取值为0. 6 I, y取值为0. 4 0. 6)。作用与包覆层3相同，在于限制载流子，增加复合几率。7、形成电流扩展层7。其作用是更好的扩展电流，使电流分布均匀，提高发光二极管各项参数的均勻性。电流扩展层为n-(AlxGal-x)yInl_yP。其中,n_(AlxGal-x)ylnl-yP材料的Al组分x = 0-1，y取值为0. 45 0. 55。电流扩展层的掺杂浓度为I X 102° I X IO210电流扩展层的外延厚度为3000 5000nm。8、生长界面绒化层8。其具体步骤是首先外延生长界面层，然后经过蚀刻使外延界面表面绒化，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液。蚀刻液也可以是硝酸与甲醇的混合液，但是 使用氢氟酸与甲醇的混合液蚀刻得到的(AlxGah)yIrvyP绒化面更为均勻，更有利于提高发光二极管的亮度。界面绒化层8 为 Ii-(AlxGah)yIrvyP5X 为 0. 2 0. 3，y 为 0. 35 0. 45 ;界面绒化层8的掺杂浓度优选为I X IO20 5X 1021，更优选为5X 102° I X IO21 ;界面绒化层8的外延厚度优选为0. I 0. 3微米，更优选为0. 15 0. 2微米。如果掺杂浓度过高或过低，均会导致电流扩展层的电流扩展能力下降。厚度太厚，会降低出光效率，厚度太薄，则不能提高发光二极管的外量子效率。界面绒化层的生长明显提高了本发明发光二极管的亮度，经研究其原因是界面绒化层通过绒化后明显提高了发光二极管的外量子效率，使得光强大幅度提高。 9、生长欧姆接触层9。本发明的发光二极管具有如下有益效果首先，本发明在常规LED结构上增加了一层界面绒化层，绒化层可以增加LED器件的有效出光面积，并且可以使原先发生全反射而无法射出的光，在下次以不同角度射向界面，将这些光从外延层中重新提取出来，极大地提高了 AlGaInP发光二极管的外量子效率，以提闻売度。其次，由于p型材料载流子迁移率较低，本发明采用n型材料作为电流扩展层，提高了电流扩展层的电流扩展能力。如果采用传统的n型衬底，又要采用n型电流扩展层，连接衬底与P型外延层的隧穿结外延较为复杂，外延难度也较大，不易实现。本发明采用P-GaP作为衬底，代替传统的N-GaP衬底，简化了外延步骤，提高了生产效率。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种发光二极管，包括 P-GaP衬底， 在P-GaP上依次外延生长的ρ-GaP缓冲层、布拉格反射层、P型包覆层、有源层、η型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；其特征在于， 在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中， 界面绒化层为n-(AlxGa1JyIrvyP,其中x为O. 2 O. 3，y为O. 35 O. 45 ; 界面绒化层的掺杂浓度为I X IO20 5 X IO21，界面绒化层的外延厚度优选为O. I O. 3微米。
2.如权利要求I所述的发光二极管，其特征在于， 界面绒化层的掺杂浓度为5X 102° I X IO21 ;界面绒化层的外延厚度为O. 15 O. 2微米。
3.如权利要求I或2所述的发光二极管，其特征在于， 布拉格反射层为p-InP/p-AlxGal-xAs, x为O O. 7。
4.如权利要求I或2所述的发光二极管，其特征在于，P 型包覆层为 p-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 为 O. 6 I, y 为 O. 4 O. 6。
5.如权利要求I或2所述的发光二极管，其特征在于， 有源层为未掺杂(AlxGal-x) ylnl-yP, x为O O. 5, y为O. 4 O. 6。
6.如权利要求I或2所述的发光二极管，其特征在于，η 型包覆层为 n-(AlxGal-x)ylnl-yP, x 为 O. 6 I, y 为 O. 4 O. 6。
7.如权利要求I或2所述的发光二极管，其特征在于， 所述电流扩展层为n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x为O I, y为O. 45 O. 55。
8.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)在300°C_500°C的温度下，对P-GaP衬底进行表面处理，去除水气。
(2)生长ρ-GaP缓冲层。
(3)生长布拉格反射层p-InP/p-AlxGal-xAs,其中x为O O.7 ； (4)生长P 型包覆层 p-(AlxGal_x)yInl-yP,其中 x 为 O. 6 I, y 为 O. 4 O. 6 ;(5)生长有源层未掺杂(AlxGal-x)ylnl-yP，其中，x为O O.5，y为O. 4 O. 6 ; (6)生长η 型包覆层 n-(AlxGal-x) ylnl-yP,其中 x 为 O. 6 I, y 为 O. 4 O. 6 ; (7)形成电流扩展层，n-(AlxGal_x)yInl-yP,其中x为O I,y为O. 45 O. 55,电流扩展层的掺杂浓度为I X IO20 I X IO21，厚度为3000 5000nm ；(8)生长界面绒化层首先外延生长界面层n-(AlxGa1JyIrvyP,x为O. 2 O. 3，y为O.35 O. 45 ;然后经过蚀刻使界面层表面绒化成为界面绒化层，蚀刻液为氢氟酸和甲醇的混合液； (9)生长欧姆接触层9。
9.如权利要求8所述的发光二极管的制造方法，其特征在于， 界面绒化层的掺杂浓度为IX 102° 5 X IO21 ;界面绒化层的外延厚度为O. I O. 3微米。
10.如权利要求8或9所述的发光二极管的制造方法，其特征在于， 界面绒化层8的掺杂浓度为5X102° I XlO21，界面绒化层的外延厚度为O. 15 O. 2微 米。
全文摘要
本发明公开了一种具有界面绒化层的GaP基发光二极管，包括P-GaP衬底，在P-GaP上依次外延生长的p-GaP缓冲层、布拉格反射层、p型包覆层、有源层、n型包覆层、电流扩展层和欧姆接触层；在电流扩展层和欧姆接触层之间具有界面绒化层；其中，界面绒化层为n-(AlxGa1-x)yIn1-yP，x为0.2～0.3，y为0.35～0.45；界面绒化层的掺杂浓度为5×1020～1×1021；界面绒化层的外延厚度为0.1～0.3微米。该发光二极管的外量子效率高，亮度高。
文档编号H01L33/00GK102956777SQ201210418150
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者虞浩辉, 周宇杭 申请人:江苏威纳德照明科技有限公司