本发明涉及一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led及其制造方法，属于光电子技术领域。
背景技术：
led自身特征具备体积小，重量轻，发热量少，耗电量小，寿命长，单色性好，响应速度快，环保，抗震性好等优点，因而被广泛应用于各个领域。随着技术的不断进步，人们生活理念的改变，四元系algainp黄绿光发光二极管广泛应用于信号指示、交通指示、汽车照明、特种照明等各个领域。四元系algainp材料随着波长的变短，有源层al组分不断升高，al原子与氧或碳原子结合导致材料产生严重的晶格缺陷，发光效率下降；另一方面黄绿光的能带由于al组分的比例提高，能隙由直接能隙逐步转变成间接能隙，内量子效率进一步大幅下降，致使黄绿光波段led产品光效较低；同时，利用有机金属气相沉积(mocvd)技术生产时，由于载片盘边缘外延沉积效率差，外延片生长后边缘性能差，生产良率低，此类问题在工艺窗口更极限的黄绿光波段体现更为明显。
常规的led结构包括在gaas衬底上由下至上依次包括gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层、多量子阱发光区、alinp上限制层和p-gap或alxga1-xas窗口层。窗口层材料，一般选取宽带隙材料gap或alxga1-xas。gap材料的化学稳定性好，具有高电导率和对algainp发光波长全透明的特点，作为透光窗口能获得高的外量子效率，但gap材料相对algainp材料晶格失配度可达到-3.6％，非常大。导致在界面形成的网状位错密度增加，界面处晶格质量差，电子迁移率低，不仅影响电流的扩展，而且容易导致器件的可靠性和稳定性问题。alxga1-xas材料作为电流扩展层材料，本身与algainp材料晶格匹配，能被p型重掺杂且载流子迁移率较高，但是alxga1-xas材料由于含有铝组分，电流扩展层中铝容易与氧、水等反应而变质，影响器件的可靠性。中国专利文件(申请号201610191079.x)公开了一种砷化镓基高电压黄绿光发光二极管芯片及其制作方法，在p型载流子限制层上依次沉积形成gap电阻层和gap窗口层，形成的产品在p型载流子限制层和gap窗口层之间还设置了gap电阻层，该专利只有一个常规gap窗口层。目前现有技术中尚无对窗口层的改进方案。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led及其制造方法；
本发明利用mocvd技术在gaas衬底上生长algainp材料，在gaas衬底上由下至上依次包括gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层、多量子阱发光区、alinp上限制层和(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层，p-gap第二窗口层。此结构集gap和(alx2ga1-x2)y2in1-y2p材料的优点于一体，第一窗口层能被p型重掺杂且载流子迁移率较高，与常规结构晶格匹配，电子迁移率高，第二窗口层能避免材料的氧化，保证电流扩展和光学特性，提高了器件的可靠性、稳定性。
本发明的技术方案为：
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led，由下至上包括gaas衬底、gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层、多量子阱发光区、alinp上限制层、p型(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层和p型gap第二窗口层。
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，包括以下步骤：
(1)将gaas衬底放在mocvd设备生长室内，h2环境升温到800±20℃烘烤30分钟，并通入ash3,去除所述衬底表面水氧完成表面热处理，为步骤(2)做准备；
(2)将温度缓降到750±20℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底上生长厚度在0.5-1um的gaas低温缓冲层；降温时间为120s-150s；
(3)温度保持在750±20℃，继续通入tmga、tmal、和ash3，在步骤(2)的gaas低温缓冲层上生长bragg反射镜层，bragg反射镜层为algaas或alas；
(4)温度降至700±20℃，通入tmin、tmal、和ph3，在步骤(3)生成的bragg反射镜层上生长n型alinp下限制层；
(5)保持温度在700±20℃，通入tmga，在步骤(4)生成的alinp下限制层上生长阱(alx1ga1-x1)y1in1-y1p/垒(alx1ga1-x1)y1in1-y1p(0≤x1，y1≤1)多量子阱发光区；
(6)保持温度在700±20℃，在步骤(5)生成的多量子阱发光区上生长p型alinp上限制层；
(7)将温度拉升到750±20℃，在步骤(6)的alinp上限制层上生长(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层，其中0≤x2，y2≤1；
(8)将温度拉升到800±20℃，在步骤(7)的第一窗口层上生长p型gap第二窗口层；
(9)外延材料生长完毕后，在gap第二窗口层的gap材料表面蒸镀aubeau或ti/au金属薄膜，制作良好的p面电极，然后将衬底材料减薄后蒸镀auge金属层制作背面电极，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，利用常规led封装技术制作出成品led器件。
根据本发明优选的，所述gaas基led的制备过程中，mocvd设备的压力为50-200mbar。
根据本发明优选的，所述gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层的n型掺杂源为si2h6；所述alinp上限制层和(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层的掺杂源均为cp2mg，p型gap第二窗口层的p型掺杂源为cp2mg或cbr4。
根据本发明优选的，所述h2的流量为8000－50000sccm；所述tmga的纯度为99.9999％，所述tmga的恒温槽的温度为(-5)-15℃；所述tmin的纯度为99.9999％，所述tmin的恒温槽的温度为15-20℃；所述tmal的纯度为99.9999％，所述tmal的恒温槽的温度为10-28℃；所述ash3的纯度为99.9999％；所述si2h6的纯度为99.9999％；所述cp2mg的纯度为99.9999％，所述cp2mg的恒温槽的温度为0-25℃，所述cbr4的恒温槽的温度为0-10℃。
根据本发明优选的，所述步骤(2)gaas低温缓冲层的厚度为0.5-1um，掺杂浓度为1e17-5e18个原子/cm3；
特别优选的，所述步骤(2)gaas低温缓冲层的厚度为0.5um，掺杂浓度为1e18个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中bragg反射镜层的循环对数为10-20对，algaas的掺杂浓度为1e17-5e18个原子/cm3，alas的掺杂浓度为1e17-5e18个原子/cm3；
特别优选的，所述步骤(3)中bragg反射镜层的循环对数为15对，algaas的掺杂浓度为5e17个原子/cm3，alas的掺杂浓度为1e18个原子/cm3；
根据本发明优选的，所述步骤(4)alinp下限制层的厚度为0.5-3um，掺杂浓度为1e18-5e18个原子/cm3；
特别优选的，所述步骤(4)alinp下限制层的厚度为2.5um，掺杂浓度为1e18个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述步骤(5)的多量子阱发光区的厚度为0.1-0.3um，x1＝0.1，y1＝0.4；
特别优选的，所述步骤(5)的多量子阱发光区的厚度为0.1um。
根据本发明优选的，所述步骤(6)的alinp上限制层的厚度为0.1-3um，掺杂浓度为1e18-5e18个原子/cm3；
特别优选的，所述步骤(6)的alinp上限制层的厚度为1um，掺杂浓度为1e18个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述步骤(7)中的x2为0.3-0.5，y2为0.4-0.6，第一窗口层的厚度为0.01-0.5um，掺杂浓度为5e18-1e19个原子/cm3；
特别优选的，所述步骤(7)中的x2为0.35，y2为0.5，第一窗口层的厚度为0.3um，掺杂浓度为1e19个原子/cm3。
根据本发明优选的，所述步骤(8)的第二窗口层的厚度为1-15um，掺杂浓度为5e18-1e20个原子/cm3；两个掺杂源均需要达到要求的掺杂浓度；
特别优选的，所述步骤(8)的第二窗口层的厚度为8um，掺杂浓度为8e19个原子/cm3。
本发明的特点在于，通过在常规黄绿光led结构中增加一层晶格匹配的高质量窗口层，形成改良的双层窗口层，既能避免第一窗口层的氧化，又能提升原普通结果一层窗口层的质量不高的问题，起到增加电流扩展的良率及光学窗口层的作用。通过控制三甲基镓、三甲基铝通入的摩尔流量来控制铝al组分，同时，通过输入含mg元素的物质形成p型掺杂材料。
本发明的有益效果为：
本发明增加窗口层为两层，在常规结构中p-gap窗口层与alinp下限制层之间增加第一窗口层(alx2ga1-x2)y2in1-y2p，此结构集gap和(alx2ga1-x2)y2in1-y2p材料的优点于一体，第一窗口层能被p型重掺杂且载流子迁移率较高，与常规结构晶格匹配，电子迁移率高，第二窗口层能避免材料的氧化，保证电流扩展和光学特性，提高了器件的可靠性、稳定性。可大规模量产制成的产品，可较大地改善外量子效率，从而较大地提高产品光效，其亮度较传统结构可提升50％～70％，因此，本发明能够大量生产发光波长560～580nm范围的高效率的黄绿光波段的led。
附图说明
图1为gaas基改良窗口层结构的黄绿光led结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
如图1所示。
实施例1
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led，由下至上包括gaas衬底、gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层、多量子阱发光区、alinp上限制层、(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层和p型gap第二窗口层。
实施例2
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，包括以下步骤：
(1)将gaas衬底放在mocvd设备生长室内，h2环境升温到800±20℃烘烤30分钟，并通入ash3,去除所述衬底表面水氧完成表面热处理，为步骤(2)做准备；
(2)将温度缓降到750±20℃，继续通入tmga和ash3，在gaas衬底上生长厚度在0.5um的gaas低温缓冲层；降温时间为120s；
(3)温度保持在750±20℃，继续通入tmga、tmal、和ash3，在步骤(2)的gaas低温缓冲层上生长bragg反射镜层，bragg反射镜层为algaas；
(4)温度降至700±20℃，通入tmin、tmal、和ph3，在步骤(3)生成的bragg反射镜层上生长n型alinp下限制层，下限制层厚度为2.5um；
(5)保持温度在700±20℃，通入tmga，在步骤(4)生成的alinp下限制层上生长阱(alx1ga1-x1)y1in1-y1p/垒(alx1ga1-x1)y1in1-y1p(0≤x1，y1≤1)多量子阱发光区；其中，x1＝0.1，y1＝0.4；多量子阱发光区的厚度为0.1um；
(6)保持温度在700±20℃，在步骤(5)生成的多量子阱发光区上生长p型alinp上限制层；alinp上限制层的厚度为1um；
(7)将温度拉升到750±20℃，在步骤(6)的alinp上限制层上生长(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层，其中0≤x2，y2≤1；x2为0.35，y2为0.5；第一窗口层的厚度为0.3um；
(8)将温度拉升到800±20℃，在步骤(7)的第一窗口层上生长p型gap第二窗口层；第二窗口层的厚度为8um；
(9)外延材料生长完毕后，在gap第二窗口层的gap材料表面蒸镀aubeau或ti/au金属薄膜，制作良好的p面电极，然后将衬底材料减薄后蒸镀auge金属层制作背面电极，再将材料切割出一定尺寸的管芯产品，利用常规led封装技术制作出成品led器件。
实施例3
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，步骤(2)中，降温时间为150s。
实施例4
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，步骤(3)中，生长的bragg反射镜层为alas。
实施例5
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，所述gaas低温缓冲层、bragg反射镜层、alinp下限制层的n型掺杂源为si2h6；所述alinp上限制层和(alx2ga1-x2)y2in1-y2p第一窗口层的掺杂源均为cp2mg，p-gap第二窗口层的p型掺杂源为cp2mg。si2h6的纯度为99.9999％；所述cp2mg的纯度为99.9999％。
实施例6
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例5所述，所不同的是，p-gap第二窗口层的p型掺杂源为cbr4。
实施例7
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，步骤(2)中gaas低温缓冲层的厚度为1um；步骤(4)alinp下限制层的厚度为0.5um；步骤(5)的多量子阱发光区的厚度为0.3um；步骤(6)的alinp上限制层的厚度为0.1um；步骤(7)中的第一窗口层的厚度为0.01um；步骤(8)的第二窗口层的厚度为1um。
实施例8
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例7所述，所不同的是，步骤(4)alinp下限制层的厚度为3um；步骤(6)的alinp上限制层的厚度为3um；步骤(7)中的第一窗口层的厚度为0.5um；步骤(8)的第二窗口层的厚度为15um。
实施例9
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例5所述，所不同的是，步骤(2)中gaas低温缓冲层的掺杂浓度为1e18个原子/cm3；步骤(3)中bragg反射镜层的循环对数为15对，algaas的掺杂浓度为5e17个原子/cm3；步骤(4)alinp下限制层的掺杂浓度为1e18个原子/cm3；步骤(6)的alinp上限制层的掺杂浓度为1e18个原子/cm3；步骤(7)中的第一窗口层的掺杂浓度为1e19个原子/cm3；步骤(8)的第二窗口层的掺杂浓度为8e19个原子/cm3。
实施例10
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例9所述，所不同的是，步骤(2)中gaas低温缓冲层的掺杂浓度为1e17个原子/cm3；步骤(3)中bragg反射镜层的循环对数为10对，algaas的掺杂浓度为1e17个原子/cm3；步骤(4)alinp下限制层的掺杂浓度为5e18个原子/cm3；步骤(6)的alinp上限制层的掺杂浓度为5e18个原子/cm3；步骤(7)中的第一窗口层的掺杂浓度为5e18个原子/cm3；步骤(8)的第二窗口层的掺杂浓度为5e18个原子/cm3。
实施例11
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例9所述，所不同的是，步骤(2)中gaas低温缓冲层的掺杂浓度为5e18个原子/cm3；步骤(3)中bragg反射镜层的循环对数为20对，algaas的掺杂浓度为5e18个原子/cm3；步骤(8)的第二窗口层的掺杂浓度为1e20个原子/cm3。
实施例12
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，步骤(7)中的x2为0.3，y2为0.4。
实施例13
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例12所述，所不同的是，步骤(7)中的x2为0.5，y2为0.6。
实施例14
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例4所述，所不同的是，alas的掺杂浓度为1e18个原子/cm3。
实施例15
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例14所述，所不同的是，alas的掺杂浓度为1e17个原子/cm3。
实施例16
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例14所述，所不同的是，alas的掺杂浓度为5e18个原子/cm3。
实施例17
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例2所述，所不同的是，所述h2的流量为8000sccm；tmga的纯度为99.9999％，tmga的恒温槽的温度为(-5)℃；tmin的纯度为99.9999％，tmin的恒温槽的温度为15℃；tmal的纯度为99.9999％，tmal的恒温槽的温度为10℃；ash3的纯度为99.9999％；cp2mg的恒温槽的温度为0℃，cbr4的恒温槽的温度为0℃。
实施例18
一种gaas基改良窗口层结构的黄绿光led的制造方法，其步骤如实施例17所述，所不同的是，所述h2的流量为50000sccm；tmga的恒温槽的温度为15℃；tmin的恒温槽的温度为20℃；tmal的恒温槽的温度为28℃；cp2mg的恒温槽的温度为25℃，cbr4的恒温槽的温度为10℃。