專利名稱：一種用氧化鋅作為高亮度發(fā)光二極管芯片窗口層的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋅(ZnO)作為高亮度發(fā)光二極管的生長方法，屬光電子技術(shù)領(lǐng)域。
1992年，日本東芝公司首次研制出帶有布拉格反射層和電流隔離層的高亮度AlGaInP綠色發(fā)光二極管(LED)，該發(fā)光二極管573nm時(shí)的外部量子效率為0.7％，發(fā)光強(qiáng)度為2坎德拉。在雙異質(zhì)結(jié)與襯底GaAs之間加布拉格反射層，可使射向襯底的光再反射回去，從而提高發(fā)光效率。
1994年，美國惠普公司又開發(fā)出帶有磷化鎵(GaP)透明襯底的AlGaInP發(fā)光二極管，這種發(fā)光二極管的發(fā)光效率在560～650nm波段超過當(dāng)時(shí)其它結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。在20mA直流注入條件下，604nm的發(fā)光效率高達(dá)41.51m/W。該發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處在于將原來的GaAs襯底進(jìn)行選擇性腐蝕，并選用磷化鎵透明襯底加以取代。然而電流擴(kuò)展層仍采用氣相淀積方法生長的50μm的磷化鎵材料。
當(dāng)今發(fā)光二極管技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向高亮度、短波長、長壽命、低成本方面發(fā)展。發(fā)光二極管管芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是減少管芯對(duì)輻射光子的再吸收，以及充分利用有源層輻射復(fù)合產(chǎn)生的光子。發(fā)光二極管窗口層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是直接影響其發(fā)光效率的一個(gè)重要部分，發(fā)光二極管由于采用了量子阱結(jié)構(gòu)，布拉格結(jié)構(gòu)，阻擋層以及勢(shì)壘層等新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其光電性能已大幅度提高，然而至今仍保留了厚窗口層結(jié)構(gòu)。因此，現(xiàn)有技術(shù)仍存在著生長工藝復(fù)雜、周期長、成本高、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，降低發(fā)光二極管芯片窗口層的厚度，而提出了一種用氧化鋅作為高亮度發(fā)光二極管芯片窗口層的生長方法。本發(fā)明的主要內(nèi)容是按下列步驟進(jìn)行的(1)在結(jié)束上限制層生長后，將樣品放入ZnO專用MOCVD設(shè)備中，控制生長溫度為330～450℃，反應(yīng)源二乙基鋅的流量為10～30ml/min，或二甲基鋅流量為1～5ml/min，反應(yīng)源四氫呋喃流量為100～300ml/min，N型摻雜源三甲基鋁流量為1～15ml/min，將反應(yīng)源二乙基鋅或二甲基鋅和四氫呋喃，以及摻雜源三甲基鋁由放空線轉(zhuǎn)入生長線生長20～60分鐘N型摻雜氧化鋅(ZnO)材料作為窗口層，而后(2)將反應(yīng)源二乙基鋅或二甲基鋅和四氫呋喃以及摻雜源三甲基鋁由生長線轉(zhuǎn)入放空線，同時(shí)將生長溫度降至0～30℃，二乙基鋅的流量降至0～5ml/min，或二甲基鋅的流量調(diào)至0～1ml/min，反應(yīng)源四氫呋喃流量降至0～50ml/min，N型摻雜源三甲基鋁的流量降至0～2ml/min，至此，氧化鋅窗口層的生長結(jié)束，氧化鋅窗口層的厚度≤2μm。
利用雙光束分光光度計(jì)對(duì)ZnO薄膜，在可見光波段的光透過率進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果ZnO薄膜在可見光波段的光透過率超過80％，根據(jù)對(duì)樣片伏安特性測(cè)量，可知ZnO窗口層與下限制層之間由于遂穿效應(yīng)的產(chǎn)生而形成正向?qū)??？梢?，采?～2μm厚的ZnO材料替代GaP，可使窗口層在直流電流注入時(shí)，具有更佳的電流擴(kuò)展和透光效果。利用范德堡(Vander Pauw)方法測(cè)量ZnO薄膜的電子性質(zhì)，其薄膜電阻率為10-3Ω/cm數(shù)量級(jí)，表明導(dǎo)電性能良好，其載流子濃度1019～1020/cm2。
本發(fā)明具有生長工藝簡單、生長周期短、成本低、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1在結(jié)束上限制層生長后，將樣品放入ZnO專用MOCVD設(shè)備中，按以下步驟進(jìn)行ZnO窗口層的生長控制生長溫度為350℃，反應(yīng)源二乙基鋅(DEZ)流量為12ml/min，反應(yīng)源四氫呋喃(THF)流量為100ml/min，N型摻雜源三甲基鋁(TMA)流量為5ml/min，將反應(yīng)源DEZ和THF，以及摻雜源TMA由放空線(VENT)轉(zhuǎn)入生長線(RUN)生長40分鐘N型摻雜ZnO材料作為窗口層；結(jié)束生長時(shí)，立即將反應(yīng)源DEZ和THF，以及摻雜源TMA由RUN線轉(zhuǎn)入VENT線，同時(shí)將生長溫度由350℃調(diào)至20℃，DEZ流量調(diào)至2ml/min，THF流量調(diào)至50ml/min，三甲基鋁(TMA)流量為0ml/min，至此ZnO窗口層外延生長結(jié)束，窗口層厚度≤2μm。
實(shí)施例2在結(jié)束上限制層生長后，將樣品放入ZnO專用MOCVD設(shè)備中，按以下步驟進(jìn)行ZnO窗口層的生長控制生長溫度為370℃，反應(yīng)源DEZ流量為25ml/min，反應(yīng)源THF流量為100ml/min，N型摻雜源TMA流量為3ml/min，將反應(yīng)源DEZ和THF，以及摻雜源TMA由放空線(VENT)轉(zhuǎn)入生長線(RUN)生長60分鐘N型摻雜ZnO材料作為窗口層；結(jié)束生長時(shí)，立即將反應(yīng)源DEZ和THF，以及摻雜源TMA由RUN線轉(zhuǎn)入VENT線，同時(shí)將生長溫度由370℃調(diào)至20℃，DEZ流量調(diào)至2ml/min，THF流量調(diào)至50ml/min，TMA流量為0ml/min，至此ZnO窗口層外延生長結(jié)束，窗口層厚度≤2μm。
權(quán)利要求
1.一種用氧化鋅作為高亮度發(fā)光二極管芯片窗口層的生長方法，其布拉格反射層、下限制層、有源層、上限制層等均按已有工藝由計(jì)算機(jī)控制生長，其特征是在結(jié)束上限制層生長后，將樣品放入ZnO專用MOCVD設(shè)備中，按以下步驟進(jìn)行氧化鋅窗口層的生長(1)控制生長溫度為330～450℃，反應(yīng)源二乙基鋅的流量為10～30ml/min，或二甲基鋅流量為1～5ml/min，反應(yīng)源四氫呋喃流量為100～300ml/min，N型摻雜源三甲基鋁流量為1～15ml/min，將反應(yīng)源二乙基鋅或二甲基鋅和四氫呋喃，以及摻雜源三甲基鋁由放空線轉(zhuǎn)入生長線生長20～60分鐘N型摻雜ZnO材料作為窗口層，而后(2)將反應(yīng)源二乙基鋅或二甲基鋅和四氫呋喃以及摻雜源三甲基鋁由生長線轉(zhuǎn)入放空線，同時(shí)將生長溫度降至0～30℃，二乙基鋅的流量降至0～5ml/min，或二甲基鋅的流量調(diào)至0～1ml/min，反應(yīng)源四氫呋喃流量降至0～50ml/min，N型摻雜源三甲基鋁的流量降至0～2ml/min，至此，氧化鋅窗口層生長結(jié)束，氧化鋅窗口層的厚度≤2μm。
全文摘要
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的主要內(nèi)容利用金屬有機(jī)化合物氣相淀積法(MOCVD)外延生長二極管材料時(shí),在上限制層生長結(jié)束后,繼續(xù)用MOCVD外延生長工藝進(jìn)行N型摻雜氧化鋅薄膜的低溫生長,取代磷化鎵作為發(fā)光二極管窗口層,控制窗口層厚度為≤2μm。它解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜,生長周期長,成本高的缺點(diǎn)。本發(fā)明具有生長工藝簡單,生長周期短,成本低的優(yōu)點(diǎn)。用氧化鋅作為LED窗口層,可使窗口層在直流電流浸入時(shí),具有更佳的電流擴(kuò)展和透光效果。
文檔編號(hào)H01S5/32GK1271966SQ0011111
公開日2000年11月1日 申請(qǐng)日期2000年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者黃柏標(biāo), 張兆春, 于永芹, 崔得良, 秦曉燕, 潘教青 申請(qǐng)人:山東大學(xué), 山東華光光電子有限公司