[发明专利]一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件的技术领域，与改良电流扩展层结构的高效发光二极管及其制造方法有关。

技术背景

发光二极管(LED)具有小体积、固体化、长寿命、低功耗的优点，是其它类型的显示器件难以比拟的。近几年来LED无论产量、还是产值都跃居半导体光电器件绝对优势地位，比起其它半导体材料总和还要多。

铝镓铟磷AlGaInP发光二极管LED在黄绿、橙色、橙红色、红色波段性能优越，其在RGB(三基色的光——红、绿和蓝)白色光源、全色显示、交通信号灯、城市亮化工程等领域具有广阔的应用前景。在砷化镓GaAs衬底上外延AlGaInP材料，可获得颜色覆盖范围从红色、橙色、黄色到黄绿波段的发光二极管。AIGaInP发光二极管的外延材料结构自下而上依次包括n-GaAs(砷化镓)缓冲层、AlAs(砷化铝)/Al_xGa_1-xAs(铝镓砷)或AlInP(铝铟磷)/(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(铝镓铟磷)布拉格反射层、n-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP(铝镓铟磷)下限制层、Undoped(非掺杂)-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP有源区、p-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP上限制层和P型电流扩展层(磷化镓GaP或铝镓砷Al_xGa_1-xAs)，如图2所示。

电流扩展层的材料，一般选取宽带隙材料GaP或Al_xGa_1-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材料有很大的晶格失配，达到-3.6％，这种失配导致在界面形成的网状位错密度增加，不利于GaP材料在AlGaInP材料上的生长，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。Al_xGa_1-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Al_xGa_1-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。

因此，对电流扩展层的材料进行研究、改良，实有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提出了一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管及其制造方法，以集GaP和Al_xGa_1-xAs材料的优点于一体，避免材料的氧化，保证电流扩展和器件的可靠性、稳定性。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种改良电流扩展层结构的高效发光二极管，N-GaAs衬底上外延的材料自下而上依次包括n-GaAs缓冲层、AlAs/Al_xGa_1-xAs或AlInP/(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP布拉格反射层、n-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP下限制层、Undoped-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP有源区、p-(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP上限制层、p++Al_xGa_1-xAs和p-GaP组合电流扩展层，p++Al_xGa_1-xAs在下面为第一电流扩展层，p-GaP在上面为第二电流扩展层。

所述p++Al_xGa_1-xAs第一电流扩展层厚度为5～500nm，p-GaP第二电流扩展层厚度为0.3～15μm(微米)。