一种P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，包括形成GaAs衬底，以及在GaAs衬底上沉积p型接触层、有源层、n型电子阻挡层、n型过渡层和n型接触层；其中形成GaAs衬底的方法包括如下步骤：在常温常压下，将GaAs晶片放入高温高压装置中；对GaAs晶片加热的同时加压，加热温度为860～890℃，加压压力为5.0～5.5GPa，保持10～15分钟；停止加热，使GaAs晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaAs晶片恢复至常压；在高温高压装置中退火20～30分钟后，取出GaAs晶片。该方法可以明显的减小发光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高发光二极管的性能和寿命。
【专利说明】—种P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光二极管的制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体发光二极管(LED)是一种由Ga、N、As、P等的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时可以发出可见光，可用于制造发光器件，由于其结构简单，体积小，工作电流小，使用方便，成本低，目前已广泛应用于各种光电系统。
[0003]半导体发光二极管包括衬底以及依次沉积在衬底上的P/N型外延层、有源层和P/N型外延层。衬底作为LED这座大厦的地基，具有重要的作用。蓝宝石是一种常用的LED衬底，但由于其与其上的异相外延层的晶格和热应力失配，发热后由于膨胀程度不同会崩裂，导致器件损坏。另外一类LED衬底包括GaN, GaAs, InP, InAlGaAs, InAlGaP, InGaAsP等半导体材料。作为衬底的上述半导体材料中一般都会包括各种缺陷，例如位错、间隙或空位等，缺陷会引起晶体应变，应变会造成衬底上外延层的品质及性能降低，导致发光二极管的寿命缩短。
[0004]多年来，随着半导体技术的发展，经过本领域技术人员的长期研究和实践，形成了较为完善的晶体生长工艺流程，减少了半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度。但是，人们还希望得到缺陷密度更低的衬底，制得性能更佳、寿命更长的发光二极管。如何进一步减少或消除缺陷成为本领域急需解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，该方法可以明显的减小发光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高发光二极管的性能和寿命。
[0006]本发明的P型GaAs基半导体发光二极管包括依次层叠的衬底、P型接触层、有源层和η型接触层；
[0007]其中，衬底为GaAs，p型接触层为p型AlGaAs层，η型接触层为η型GaAs层；有源层为AlGaAs多量子阱。
[0008]优选地，AlGaAs有源层为2-5个周期的AlxGagNAlyGahN多量子阱，其中，阱的厚度为l-3nm，Al组分x = 0-0.5 ;垒的厚度为5_10nm，Al组分y = 0.2-0.7，其为发射深紫外光波段的量子阱。
[0009]优选地，在有源层3和η型接触层4之间还包括η型电子阻挡层5和η型过渡层
6。优选的，η型电子阻挡层5为η型AlGaAs层，η型过渡层6为η型AlGaAs过渡层。
[0010]本发明的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，包括形成GaAs衬底，以及在GaAs衬底上沉积P型接触层、有源层、η型电子阻挡层、η型过渡层和η型接触层；
[0011]其中形成GaAs衬底的方法包括如下步骤:
[0012](I)在常温常压下，将GaAs晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；
[0013](2)对GaAs晶片加热的同时加压，加热温度为860~890°C，加压压力为5.0~5.5GPa，保持10~15分钟；此处的加压压力也可以称作加压压强。其中，加热速率为1OO0C /分钟，加压速率为0.1~0.2GPa/分钟。
[0014](3)停止加热，使GaAs晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaAs晶片恢复至常压。卸压速度为0.3~0.5GPa/分钟。
[0015](4)在高温高压装置中退火20~30分钟后，取出GaAs晶片。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的半导体发光二极管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0018]本发明的P型GaAs基半导体发光二极管的包括依次层叠的衬底l、p型接触层2、有源层3和n型接触层4。
[0019]其中，衬底1为GaAs，ρ型接触层2为ρ型AlGaAs层，n型接触层4为n型GaAs层。
[0020]有源层3为AlGaAs多量子阱，优选的AlGaAs有源层为2_5个周期的AlxGapxN/AlyGa^N多量子阱，其中，阱的厚度为l-3nm，Al组分x = 0-0.5 ;垒的厚度为5_10nm，Al组分y = 0.2-0.7,其为发射深紫外光波段的量子讲。
[0021]在有源层3和n型接触层4之间还包括n型电子阻挡层5和n型过渡层6。优选的，η型电子阻挡层5为n型AlGaAs层，n型过渡层6为n型AlGaAs过渡层。
[0022]本发明的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，包括形成GaAs衬底，以及在GaAs衬底上沉积ρ型接触层、有源层、n型电子阻挡层、n型过渡层和n型接触层。
[0023]其中形成GaAs衬底的方法包括如下步骤:
[0024](I)在常温常压下，将GaAs晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；
[0025](2)对GaAs晶片加热的同时加压，加热温度为860~890°C，加压压力为5.0~5.5GPa，保持10~15分钟；此处的加压压力也可以称作加压压强。其中，加热速率为1OO0C /分钟，加压速率为0.1~0.2GPa/分钟。
[0026](3)停止加热，使GaAs晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaAs晶片恢复至常压。卸压速度为0.3~0.5GPa/分钟。
[0027](4)在高温高压装置中退火20~30分钟后，取出GaAs晶片。
[0028]本发明进行了 50组不同温度和压力范围的实验，对GaAs晶片进行了高温高压处理。实验数据表明，对GaAs晶片实施加热温度为860~890°C，加压压力为5.0~5.5GPa的高温高压处理并退火后，其位错和空隙的密度降低至处理前的25~35%，说明该方法明显减少了晶片内的缺陷密度。实验数据也表明，处理后晶片的缺陷密度与加热温度、加压压力有关，且温度范围和压力范围其主要作用，但加热、加压以及卸压速率也对缺陷密度的减少其作用，上文中已经记载了优选的温度和压力范围，以及优选的加热、加压与卸压速率。降温不需采用特殊方法，停止加热后自然冷却即可。采用处理后的GaAs晶片作为衬底形成的发光二极管，增大了击穿场强，减少了漏电，增加了导热性，光发射效率更高，可靠性更大。
[0029]用于处理本发明的晶片的高温高压装置可以采用已有的两面顶和多面体高压装置，多面体高压装置包括六面体压腔装置和八面体压腔装置。优选采用两面顶大腔体静高压装置，简称为两面顶大压机。该装置的外壳和压杆的材料均为合金钢，压砧的材料为碳化钨。采用该两面顶大压机可以达到的最高压力为7GPa。其最高压力相比较多面体高压装置以及金刚石对顶砧超高压装置虽然低，但是由于其腔体体积大，处理样品的直径自十厘米左右，适合用于处理衬底晶片。
[0030]在该高压装置中设有电热装置，其通过电热丝提供加热热量，对电热装置通电后可以对晶片进行加热。加热温度最闻可达1700摄氏度。
[0031]压力介质为氯化钠(NaCl)、氧化镁(MgO)或液态氮气，该介质可以使压力均匀分布在晶体上，使得非各向同性应力最小。
[0032]NaCl和MgO为低抗剪强度固体，其内摩擦系数低于0.2，可以很好的传压，同时起到隔热的作用，以利于加温加压。液氮在起到传压作用的同时，可以抑止GaAs在加热和退火时的分解。
[0033]在GaAs衬底上沉积ρ型接触层、有源层、η型电子阻挡层、η型过渡层和η型接触层的具体方法为:采用金属有机化学气相沉积设备，将反应室温度升高到1050-120(TC，在低温GaAs插入层上生长AlGaAs过渡层；保持温度不变，在AlGaAs过渡层上生长ρ型AlGaAs层作为P型接触层；保持温度不变，在P型AlGaAs层上生长发射深紫外光波段的AlGaAs有源层；保持温度不变，在AlGaAs有源层上依次生长η型AlGaAs电子阻挡层和过渡层；在11型AlGaAs过渡层上生长η型GaAs层作为η型接触层。
[0034]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法,包括形成GaAs衬底，以及在GaAs衬底上沉积P型接触层、有源层、η型电子阻挡层、η型过渡层和η型接触层；其特征在于， 形成GaAs衬底的方法包括如下步骤: (1)在常温常压下，将GaAs晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮； (2)对GaAs晶片加热的同时加压，加热至温度为860?890°C，加压至压力为5.0?5.5GPa，保持10?15分钟； (3)停止加热，使GaAs晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使GaAs晶片恢复至常压；卸压速度为0.3?0.5GPa/分钟； (4)在高温高压装置中退火20?30分钟后，取出GaAs晶片。
2.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤(2)中加热速率为100°C /分钟，加压速率为0.1?0.2GPa/分钟。
3.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，其特征在于，P型接触层为P型AlGaAs层。
4.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，其特征在于，η型接触层为η型GaAs层。
5.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法,其特征在于,有源层为AlGaAs多量子阱。
6.如权利要求5所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法,其特征在于，有源层为2-5个周期的AlxGanNAlyGahN多量子阱，其中，阱的厚度为l_3nm，Al组分x =0-0.5 ;垒的厚度为 5-10nm，Al 组分 y = 0.2-0.7。
7.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，其特征在于，η型电子阻挡层为η型AlGaAs层。
8.如权利要求1所述的P型GaAs基半导体发光二极管的制造方法，其特征在于，η型过渡层为η型AlGaAs过渡层。
【文档编号】H01L33/32GK103746049SQ201410038697
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】周明, 申云, 程万坡, 张兴杰 申请人:南通明芯微电子有限公司