專利名稱：脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在AWaInP基發(fā)光二極管(LED)中生長(zhǎng)高質(zhì)量GaP電流擴(kuò)展層的方法，通過(guò)向MOCVD反應(yīng)室脈沖式通入含有鎵原子的MO源、磷烷(PH3)和摻雜源，以增加原子在外延層表面的遷移時(shí)間，使其充分覆蓋外延層表面，從而得到高質(zhì)量的GaP電流擴(kuò)展層。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)由于其高效、節(jié)能和環(huán)保的特性而越來(lái)越廣泛地受到關(guān)注，并開始逐漸應(yīng)用到日常生活中，譬如交通信號(hào)燈、戶外顯示屏、夜景照明、手機(jī)和液晶電視的背光源等。不帶有電流擴(kuò)展層的Alfe^nP LED的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由第一電極1， 襯底2，分布布拉格反射層3，第一型外延層4，發(fā)光層5，第二型外延層6以及第二電極7組成。由于第二型外延層6在水平方向的電導(dǎo)率一般較小，而且第二型外延層6的厚度比較薄，一般小于1微米，因此電流無(wú)法在第二型外延層6的水平方向上充分?jǐn)U展，只能從第二電極7垂直注入發(fā)光層5中。這樣只有第二電極7下方的那部分有效發(fā)光區(qū)8能夠產(chǎn)生光。 第二電極7 —般由不透明的金屬合金組成，因此有效發(fā)光區(qū)8發(fā)出的光絕大部分都被第二電極7遮蔽，降低了 LED的出光效率。為了使有效發(fā)光區(qū)8能夠充分覆蓋整個(gè)發(fā)光層5，在 AlGaInP LED中加入電流擴(kuò)展層。帶有電流擴(kuò)展層的Alfe^nP LED結(jié)構(gòu)如圖2所示。電流擴(kuò)展層9能夠使電流擴(kuò)展到未被第二電極7所遮蔽的區(qū)域。加入電流擴(kuò)展層9以后，整個(gè)發(fā)光層都能獲得電流注入并發(fā)光，即有效發(fā)光區(qū)8能夠覆蓋整個(gè)發(fā)光層5。而且未被第二電極7所遮蔽的區(qū)域發(fā)出的光能夠順利射出到外界環(huán)境中。與不帶有電流擴(kuò)展層的AWaInP LED相比，帶有電流擴(kuò)展層的Alfe^nP LED具有更高的效率。電流擴(kuò)展層有時(shí)也被稱為窗口層。用于電流擴(kuò)展層的材料主要有GaP和AWaAs。GaP的帶隙為2. 26電子伏，對(duì)所有紅、橙、黃光和部分綠光波段是透明的。GaP作為一種二元化合物，只有非常小的帶尾吸收， 對(duì)低于其帶隙的波段非常透明。并且GaP是一種間接帶隙材料，與直接帶隙材料相比有更小的吸收系數(shù)。相比于二元化合物GaP，三元化合物AlGaAs很容易由于Al和fei的組分不均勻而產(chǎn)生局域性的能帶起伏，從而造成較大的帶尾吸收。同時(shí)，高Al組分的AWaAs容易被氧化而影響其光學(xué)和電學(xué)特性。因此GaP比AWaAs更廣泛地用于Alfe^nP LED的電流擴(kuò)展層。AlGaInP LED —般使用GaAs襯底。分布布拉格反射層3，第一型外延層4，發(fā)光層5， 第二型外延層6都與GaAs晶格匹配。然而GaP的晶格常數(shù)比GaAs小3. 6%。如此大的晶格失配會(huì)在第二型外延層6和GaP電流擴(kuò)展層9之間的界面上產(chǎn)生高密度的位錯(cuò)(threading dislocations)或者堆垛層錯(cuò)(stacking faults)。這些位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)可能會(huì)在LED工作時(shí)向發(fā)光層延伸并進(jìn)而影響LED的效率和壽命。為了得到高效率、長(zhǎng)壽命的LED，需要優(yōu)化生長(zhǎng)工藝以得到高質(zhì)量的GaP電流擴(kuò)展層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，在晶格失配體系下生長(zhǎng)高質(zhì)量GaP電流擴(kuò)展層。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是
一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，在第二型外延層上生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層， 在生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層時(shí)，向金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的反應(yīng)室中，脈沖式交替通入含有鎵原子的MO源、磷烷和摻雜源，或者保持磷烷的流量不變，脈沖式通入含鎵的MO源和摻雜源。所述通入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)反應(yīng)室的MO源、磷烷或摻雜源脈沖的持續(xù)時(shí)間為0. Is - 10s。所述通入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)反應(yīng)室的MO源、磷烷或摻雜源脈沖與脈沖之間的時(shí)間間隔為0. Is - IOs0所述GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)溫度為500°C - 1000°C。所述GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)壓力為IOmbar - 500mbar。所述GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)厚度為Ιμπι - 10 μ m。用于生長(zhǎng)所述GaP電流擴(kuò)展層的含有鎵原子的MO源為三甲基鎵TMGa或者三乙基嫁 TEGa0所述GaP電流擴(kuò)展層的摻雜材料為Mg、Zn、C、Te、Si。采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖間隔時(shí)間，脈沖式生長(zhǎng)工藝可以為鎵原子、磷原子和摻雜原子提供充足的表面遷移時(shí)間，使其充分覆蓋外延層表面。 在含鎵的MO源和摻雜源脈沖為開時(shí)，鎵原子和摻雜原子各自在外延層表面充分遷移，直至覆蓋整個(gè)外延層表面。在含鎵的MO源和摻雜源脈沖為關(guān)，而PH3脈沖為開時(shí)，磷原子在外延層表面充分遷移，并與鎵原子通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合形成GaP。與傳統(tǒng)非脈沖式生長(zhǎng)工藝相比，本發(fā)明所述脈沖式生長(zhǎng)工藝具有較高的水平生長(zhǎng)速率，有利于在水平方向上形成高質(zhì)量完整的GaP外延層，降低GaP外延層中的位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)的密度，從而提高LED的效率和壽命。


圖1是不帶有電流擴(kuò)展層的Alfe^nP LED結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是帶有電流擴(kuò)展層的Alfe^nP LED結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明所述脈沖工作方式1的脈沖時(shí)序示意圖； 圖4是本發(fā)明所述脈沖工作方式2的脈沖時(shí)序示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，在GaAs襯底2上利用MOCVD依次生長(zhǎng)分布布拉格反射層3、第一型外延層4、發(fā)光層5和第二型外延層6。分布布拉格反射層3由AlAS、GaAS、AlGaAS、AUnP、 GaInP,AlGaInP 的組合構(gòu)成。第一型外延層 4 由 AlAs、GaAs、AlGaAs、AnnP、GahP、AlGaInP 組成，并且以第一型雜質(zhì)作為摻雜。發(fā)光層5由AlAs、GaAs、AlGaAs、AUnP、feJnP、AlfeJnP 組成。第二型外延層6由AlAs、GaAs, AlGaAs, AlInP, GaInP, AlGaInP組成，并且以第二型雜質(zhì)作為摻雜。
在第二型外延層6上，用于生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層9的含有鎵原子的金屬有機(jī)化合物源(M0源)、磷烷(PH3)和摻雜源，以脈沖的方式通入MOCVD反應(yīng)室。利用本發(fā)明所述脈沖工作方式一或者脈沖工作方式二生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層9。脈沖工作方式一，脈沖式交替通入含有鎵原子的MO源、磷烷和摻雜源如圖3所示，MO源和摻雜源以相同的脈沖時(shí)序同時(shí)通入MOCVD反應(yīng)室中，即MO源和摻雜源的脈沖同時(shí)開或者同時(shí)關(guān)，且每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間相同，均為t2。在MO源和摻雜源同時(shí)關(guān)以后，PH3 脈沖通入MOCVD反應(yīng)室中，脈沖持續(xù)時(shí)間為為、。MO源和摻雜源的脈沖與PH3脈沖之間的時(shí)間間隔為t3。在t3時(shí)間內(nèi)，MO源、摻雜源與PH3脈沖均處于關(guān)狀態(tài)。PH3脈沖持續(xù)時(shí)間、 的長(zhǎng)度為0.1s - IOs0 MO源和摻雜源脈沖持續(xù)時(shí)間t2的長(zhǎng)度為0. Is - IOs0 PH3脈沖與 MO源和摻雜源脈沖之間的時(shí)間間隔t3的長(zhǎng)度為0. Is - IOs0脈沖工作方式二，保持磷烷的流量不變，脈沖式通入含鎵的MO源和摻雜源如圖4 所示，PH3 —直保持開的狀態(tài)通入MOCVD反應(yīng)室中。MO源和摻雜源以相同的脈沖時(shí)序同時(shí)通入MOCVD反應(yīng)室中，即MO源和摻雜源的脈沖同時(shí)開或者同時(shí)關(guān)，且每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間相同，均為t5。脈沖與脈沖之間的時(shí)間間隔為t4。MO源和摻雜源脈沖與脈沖之間的時(shí)間間隔t4的長(zhǎng)度為0. Is - IOs0 MO源和摻雜源脈沖持續(xù)時(shí)間t5的長(zhǎng)度為0. Is - IOs0以三甲基鎵(TMGa)和二茂鎂(Cp2Mg)為例說(shuō)明脈沖工作方式。若采用脈沖工作方式一，則TMGa和Cp2Mg以相同的脈沖時(shí)序同時(shí)通入MOCVD反應(yīng)室中，且每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間相同。在TMGa和Cp2Mg同時(shí)關(guān)以后，PH3脈沖通入MOCVD反應(yīng)室中。在TMGa和Cp2Mg的脈沖與PH3脈沖之間的時(shí)間間隔內(nèi)，TMGa和Cp2Mg與PH3脈沖均處于關(guān)狀態(tài)。若采用脈沖工作方式二，則PH3 —直保持開的狀態(tài)通入MOCVD反應(yīng)室中。TMGa和Cp2Mg以相同的脈沖時(shí)序同時(shí)通入MOCVD反應(yīng)室中，且每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間相同。GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)溫度為 5000C - 1000°C，生長(zhǎng)壓力為IOmbar - 500mbar，生長(zhǎng)厚度為1 μ m - IOym0在具體實(shí)施時(shí)，生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層所用的含鎵的MO源可為三甲基鎵(TMGa)或者三乙基鎵(TEGa)，摻雜材料可為Mg、Zn、C、Te、Si。以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于在生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層時(shí)，向金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的反應(yīng)室中，脈沖式通入含有鎵原子的MO源、磷烷和摻雜源，或者保持磷烷的流量不變，脈沖式通入含鎵的MO源和摻雜源。
2.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于通入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)反應(yīng)室的MO源、磷烷或摻雜源脈沖的持續(xù)時(shí)間為0. Is -10s。
3.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于通入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)反應(yīng)室的MO源、磷烷或摻雜源脈沖與脈沖之間的時(shí)間間隔為 0. Is - 10s。
4.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于所述GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)溫度為500°C - 1000°C。
5.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于所述feiP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)壓力為IOmbar - 500mbar。
6.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于所述GaP電流擴(kuò)展層的生長(zhǎng)厚度為Ιμπι - 10 μ m。
7.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于用于生長(zhǎng)所述GaP電流擴(kuò)展層的含有鎵原子的MO源為三甲基鎵TMGa或者三乙基鎵TEfe。
8.如權(quán)利要求1所述的一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，其特征在于所述GaP電流擴(kuò)展層的摻雜材料為Mg、Zn、C、Te、Si。
全文摘要
本發(fā)明公開一種脈沖氣流法生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層的方法，在生長(zhǎng)GaP電流擴(kuò)展層時(shí)，向金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)的反應(yīng)室中，脈沖式交替通入含有鎵原子的MO源、磷烷和摻雜源，或者保持磷烷的流量不變，脈沖式通入含鎵的MO源和摻雜源。該方法可以增加鎵原子和磷原子在外延層表面的遷移時(shí)間，使其充分覆蓋外延層表面，從而得到高質(zhì)量的GaP電流擴(kuò)展層。
文檔編號(hào)C30B25/02GK102593274SQ20111013200
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者單智發(fā), 占榮, 張雙翔, 張永, 張銀橋, 林志偉, 王向武, 蔡建九, 陳凱軒 申請(qǐng)人:廈門乾照光電股份有限公司