专利名称：：一种高发光效率的磷化镓外延材料的制作方法
技术领域：
：本发明涉及光发射半导体器件的外延材料及液相外延层生长。常用的磷化镓外延材料，在磷化镓基片上采用液相外延法生长多层掺杂的磷化镓外延层，作为磷化镓发光二极管的发光体，即芯片材料，它与发光二极管的发光效率关系密切。JP59-45234专利提供一种含有四层结构的磷化镓外延材料，其中第1层是n型磷化镓基片N1，杂质浓度为1×1017cm-3，第2层是在基片N1上生长的n型磷化镓外延层N2，杂质浓度为2×1018cm-3，第3层是在外延层N2上生长的n型低浓度外延层N-，杂质浓度为1×1017cm-3，第4层是在外延层N-上生长的p型外延层P，杂质浓度为5×1017cm-3。这种含有N1-N2-N--P四层结构的外延材料，于外延层N-和P之间的界面处形成PN-结，由于低浓度的n型外延层N-具有良好的晶体完整性，用这种材料制作的磷化镓发光二极管，其发光效率为0.11～0.14%。众所周知，含有PN结结构的发光二极管，其发光效率η等于p型晶体的发光效率ηp与电子注入效率ηe之乘积加上n型晶体发光效率ηn与空穴注入效率ηh乘积之和，即发光效率η＝ηpηe+ηnηh，ηe和ηh的值主要取决于PN结附近p型外延层和n型外延层的杂质浓度分布状况，ηp和ηn值主要取决于p型晶体和n型晶体中杂质的种类和杂质浓度，以及晶体的完整性;光致发光实验表明，p型晶体发光效率ηp要比n型晶体的发光效率ηn大5倍。上述方案仅仅考虑了杂质浓度分布和n型外延层晶体的完整性对于发光效率的影响，而没有考虑能对发光效率的提高作出更大贡献的p型外延层晶体的完整性。显然应用含有N1-N2-N--P四层结构的芯片材料制作的磷化镓发光二极管，其发光效率的进一步提高受到很大的限制。本发明的目的在于提供一种具有高发光效率的磷化镓外延材料。图面说明图1(A)为现有磷化镓外延材料结构的断面示意图，图中N1为磷化镓基片，N2为n型磷化镓外延层，N-为n型低浓度的磷化镓外延层，P为p型磷化镓外延层，外延层N-和P间的界面构成PN-结。图1(B)为与图1相对应的各磷化镓层的杂质浓度分布图。图2(C)为本发明的磷化镓外延材料结构的断面示意图，图中P-为低浓度p型外延层，外延层P-与N-间的界面构成P-N-结，其余标号与图1(A)相同。图2(D)为与图2(C)相对应的各磷化镓层的杂质浓度分布图。以下结合附图2详细描述本发明的具体内容为改善p型晶体的完整性和杂质浓度分布的合理性，本发明的磷化镓外延材料采用N1-N2-N--P--P五层结构，外延层P-和外延层N-厚度较薄，且掺杂浓度较低，易实现晶体结构的完整性，P-层和N-层之间的界面构成P-N-结，使整个外延层的发光效率大幅度提高。外延层用常规的液相外延法制造。如图2(C)所示，N1为n型磷化镓基片，N2为在基片N1上生长的n型外延层，N-为在外延层N2上生长的n型低浓度外延层，P-为在外延层N-上生长的p型外延层，P为在外延层P-上生长的p型外延层。基片N1按常规方法制造，其杂质浓度为4×1017cm-3，厚度为280μm，呈n型;外延层N2，在基片N1上用液相外延法生长，掺入硫/硫+氮，形成杂质浓度为1×1017cm-3，厚度为30～60μm的n型磷化镓外延层;外延层N-是在外延层N2上用液相外延法生长，以不掺氮/掺氮，杂质浓度为4×1016cm-3，厚度为2～8μm的n型低浓度磷化镓外延层;外延层P-是在外延层N-上用液相外延法生长，掺入锌/锌+氮，杂质浓度为1～6×1016cm-3，厚度为2～4μm的p型低浓度磷化镓外延层;外延层P是在外延层P-上用液相外延法生长，掺入锌/锌+氮，杂质浓度为6×1017～2×1018cm-3，厚度为24～26μm的p型磷化镓外延层。以上各层杂质浓度分布示于图2(D)。本发明同已有技术相比具有以下优点1、外延层P-结晶完整性提高，使发光效率比n型晶体高得多的P区得到充分利用;2、P-N-结的结晶完整性提高，使得电子注入效率ηe进一步提高;3、在相同的工作条件下，本发明磷化镓外延材料的发光效率提高一倍。实施例1制作一种发射纯绿光的磷化镓外延材料，该材料的结构数据为</tables>磷化镓外延层采用液相外延法生长。所制成的外延材料，在注入电流密度为10A/cm2条件下，经实测，发光波长为5570A°，发光效率为0.08%。实施例2制作一种发射黄绿光的磷化镓外延材料，该材料的结构数据为</table>磷化镓外延层采用液相外延法生长，所制成的外延材料，在注入电流密度为10A/cm2条件下，经实测，发光波长为5680A°，发光效率为0.40%。权利要求1.一种高发光效率的磷化镓外延材料，包括n型磷化镓基片，n型磷化镓外延层，p型磷化镓外延层以及pn结，其特征在于-该磷化镓外延材料含有N1-N2-N--P--P五层结构，其中N1是n型基片，N2是在基片N1上生长的n型外延层，N-是在外延层N2上生长的n型外延层，P-是在外延层N-上生长的p型外延层，P是在外延层P-上生长的p型外延层；-外延层N-、P-皆为低浓度外延层；-外延层P-和外延层N-间的界面构成P-N-结。2.根据权利要求1的外延材料，其特征在于磷化镓层结构的总厚度为338μm～378μm，其中N1层厚度为280μm，N2层厚度为30～60μm，N-层厚度为2～8μm，P-层厚度为2～4μm，P层厚度为24～26μm。3.根据权利要求1的外延材料，其特征在于掺杂浓度N1层为4×1017cm-3，N2层为1×1017cm-3，N层为4×1016cm-3，P层为1～6×1016cm-3，P层为6×1017～2×1018cm-3。4.根据权利要求1的外延材料，其特征在于用于发射纯绿光时，N1层掺入硫/碲，N2层掺入硫，N-层不掺入杂质元素，P-层掺入锌，P层掺入锌。5.根据权利要求1的外延材料，其特征在于用于发射黄绿光时，N1层掺入硫/碲，N2层掺入硫和氮，N-层掺入氮，P-层掺入锌和氮，P层掺入锌和氮。全文摘要提供一种高发光效率的磷化镓外延材料，含有N文档编号H01L29/02GK1033714SQ8810740公开日1989年7月5日申请日期1988年10月25日优先权日1988年10月25日发明者华伟民,丁祖昌申请人:浙江大学