本发明公开一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,在生长GaP电流扩展层时,向金属有机化学气相沉积系统的反应室中,脉冲式交替通入含有镓原子的MO源、磷烷和掺杂源,或者保持磷烷的流量不变,脉冲式通入含镓的MO源和掺杂源。该方法可以增加镓原子和磷原子在外延层表面的迁移时间,使其充分覆盖外延层表面,从而得到高质量的GaP电流扩展层。
1.一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:在生长GaP电流扩展层时,向金属有机化学气相沉积系统的反应室中,脉冲式通入含有镓原子的MO源、磷烷和掺杂源,或者保持磷烷的流量不变,脉冲式通入含镓的MO源和掺杂源。
2.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:通入金属有机化学气相沉积系统反应室的MO源、磷烷或掺杂源脉冲的持续时间为0.1sxa0-xa010s。
3.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:通入金属有机化学气相沉积系统反应室的MO源、磷烷或掺杂源脉冲与脉冲之间的时间间隔为0.1sxa0-xa010s。
4.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:所述GaP电流扩展层的生长温度为500°C-xa01000°C。
5.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:所述GaP电流扩展层的生长压力为10mbarxa0-xa0500mbar。
6.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:所述GaP电流扩展层的生长厚度为1μmxa0–xa010μm。
7.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:用于生长所述GaP电流扩展层的含有镓原子的MO源为三甲基镓TMGa或者三乙基镓TEGa。
8.如权利要求1所述的一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,其特征在于:所述GaP电流扩展层的掺杂材料为Mg、Zn、C、Te、Si。技术领域
本发明涉及一种在AlGaInP基发光二极管(LED)中生长高质量GaP电流扩展层的方法,通过向MOCVD反应室脉冲式通入含有镓原子的MO源、磷烷(PH₃)和掺杂源,以增加原子在外延层表面的迁移时间,使其充分覆盖外延层表面,从而得到高质量的GaP电流扩展层。
背景技术
半导体发光二极管(LED)由于其高效、节能和环保的特性而越来越广泛地受到关注,并开始逐渐应用到日常生活中,譬如交通信号灯、户外显示屏、夜景照明、手机和液晶电视的背光源等。不带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED的结构如图1所示,主要由第一电极1,衬底2,分布布拉格反射层3,第一型外延层4,发光层5,第二型外延层6以及第二电极7组成。由于第二型外延层6在水平方向的电导率一般较小,而且第二型外延层6的厚度比较薄,一般小于1微米,因此电流无法在第二型外延层6的水平方向上充分扩展,只能从第二电极7垂直注入发光层5中。这样只有第二电极7下方的那部分有效发光区8能够产生光。第二电极7一般由不透明的金属合金组成,因此有效发光区8发出的光绝大部分都被第二电极7遮蔽,降低了LED的出光效率。为了使有效发光区8能够充分覆盖整个发光层5,在AlGaInPxa0LED中加入电流扩展层。带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED结构如图2所示。电流扩展层9能够使电流扩展到未被第二电极7所遮蔽的区域。加入电流扩展层9以后,整个发光层都能获得电流注入并发光,即有效发光区8能够覆盖整个发光层5。而且未被第二电极7所遮蔽的区域发出的光能够顺利射出到外界环境中。与不带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED相比,带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED具有更高的效率。电流扩展层有时也被称为窗口层。用于电流扩展层的材料主要有GaP和AlGaAs。GaP的带隙为2.26电子伏,对所有红、橙、黄光和部分绿光波段是透明的。GaP作为一种二元化合物,只有非常小的带尾吸收,对低于其带隙的波段非常透明。并且GaP是一种间接带隙材料,与直接带隙材料相比有更小的吸收系数。相比于二元化合物GaP,三元化合物AlGaAs很容易由于Al和Ga的组分不均匀而产生局域性的能带起伏,从而造成较大的带尾吸收。同时,高Al组分的AlGaAs容易被氧化而影响其光学和电学特性。因此GaP比AlGaAs更广泛地用于AlGaInPxa0LED的电流扩展层。AlGaInPxa0LED一般使用GaAs衬底。分布布拉格反射层3,第一型外延层4,发光层5,第二型外延层6都与GaAs晶格匹配。然而GaP的晶格常数比GaAs小3.6%。如此大的晶格失配会在第二型外延层6和GaP电流扩展层9之间的界面上产生高密度的位错(threadingxa0dislocations)或者堆垛层错(stackingxa0faults)。这些位错和堆垛层错可能会在LED工作时向发光层延伸并进而影响LED的效率和寿命。为了得到高效率、长寿命的LED,需要优化生长工艺以得到高质量的GaP电流扩展层。
发明内容
本发明旨在提出一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,在晶格失配体系下生长高质量GaP电流扩展层。为了实现上述目的,本发明的解决方案是:一种脉冲气流法生长GaP电流扩展层的方法,在第二型外延层上生长GaP电流扩展层,在生长GaP电流扩展层时,向金属有机化学气相沉积系统的反应室中,脉冲式交替通入含有镓原子的MO源、磷烷和掺杂源,或者保持磷烷的流量不变,脉冲式通入含镓的MO源和掺杂源。所述通入金属有机化学气相沉积系统反应室的MO源、磷烷或掺杂源脉冲的持续时间为0.1sxa0-xa010s。所述通入金属有机化学气相沉积系统反应室的MO源、磷烷或掺杂源脉冲与脉冲之间的时间间隔为0.1sxa0-xa010s。所述GaP电流扩展层的生长温度为500°C-xa01000°C。所述GaP电流扩展层的生长压力为10mbarxa0-xa0500mbar。所述GaP电流扩展层的生长厚度为1μmxa0–xa010μm。用于生长所述GaP电流扩展层的含有镓原子的MO源为三甲基镓TMGa或者三乙基镓TEGa。所述GaP电流扩展层的掺杂材料为Mg、Zn、C、Te、Si。采用上述方案后,本发明通过调整脉冲持续时间和脉冲间隔时间,脉冲式生长工艺可以为镓原子、磷原子和掺杂原子提供充足的表面迁移时间,使其充分覆盖外延层表面。在含镓的MO源和掺杂源脉冲为开时,镓原子和掺杂原子各自在外延层表面充分迁移,直至覆盖整个外延层表面。在含镓的MO源和掺杂源脉冲为关,而PH₃脉冲为开时,磷原子在外延层表面充分迁移,并与镓原子通过化学键结合形成GaP。与传统非脉冲式生长工艺相比,本发明所述脉冲式生长工艺具有较高的水平生长速率,有利于在水平方向上形成高质量完整的GaP外延层,降低GaP外延层中的位错和堆垛层错的密度,从而提高LED的效率和寿命。
附图说明
图1是不带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED结构示意图;图2是带有电流扩展层的AlGaInPxa0LED结构示意图;图3是本发明所述脉冲工作方式1的脉冲时序示意图;xa0图4是本发明所述脉冲工作方式2的脉冲时序示意图。
具体实施方式
如图2所示,在GaAs衬底2上利用MOCVD依次生长分布布拉格反射层3、第一型外延层4、发光层5和第二型外延层6。分布布拉格反射层3由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP、AlGaInP的组合构成。第一型外延层4由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP、AlGaInP组成,并且以第一型杂质作为掺杂。发光层5由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP、AlGaInP组成。第二型外延层6由AlAs、GaAs、AlGaAs、AlInP、GaInP、AlGaInP组成,并且以第二型杂质作为掺杂。在第二型外延层6上,用于生长GaP电流扩展层9的含有镓原子的金属有机化合物源(MO源)、磷烷(PH₃)和掺杂源,以脉冲的方式通入MOCVD反应室。利用本发明所述脉冲工作方式一或者脉冲工作方式二生长GaP电流扩展层9。脉冲工作方式一,脉冲式交替通入含有镓原子的MO源、磷烷和掺杂源:如图3所示,MO源和掺杂源以相同的脉冲时序同时通入MOCVD反应室中,即MO源和掺杂源的脉冲同时开或者同时关,且每个脉冲的持续时间相同,均为t₂。在MO源和掺杂源同时关以后,PH₃脉冲通入MOCVD反应室中,脉冲持续时间为为t₁。MO源和掺杂源的脉冲与PH₃脉冲之间的时间间隔为t₃。在t₃时间内,MO源、掺杂源与PH₃脉冲均处于关状态。PH₃脉冲持续时间t₁的长度为0.1sxa0-xa010s。MO源和掺杂源脉冲持续时间t₂的长度为0.1sxa0-xa010s。PH₃脉冲与MO源和掺杂源脉冲之间的时间间隔t₃的长度为0.1sxa0-xa010s。脉冲工作方式二,保持磷烷的流量不变,脉冲式通入含镓的MO源和掺杂源:如图4所示,PH₃一直保持开的状态通入MOCVD反应室中。MO源和掺杂源以相同的脉冲时序同时通入MOCVD反应室中,即MO源和掺杂源的脉冲同时开或者同时关,且每个脉冲的持续时间相同,均为t₅。脉冲与脉冲之间的时间间隔为t₄。MO源和掺杂源脉冲与脉冲之间的时间间隔t₄的长度为0.1sxa0-xa010s。MO源和掺杂源脉冲持续时间t₅的长度为0.1sxa0-xa010s。以三甲基镓(TMGa)和二茂镁(Cp₂Mg)为例说明脉冲工作方式。若采用脉冲工作方式一,则TMGa和Cp₂Mg以相同的脉冲时序同时通入MOCVD反应室中,且每个脉冲的持续时间相同。在TMGa和Cp₂Mg同时关以后,PH₃脉冲通入MOCVD反应室中。在TMGa和Cp₂Mg的脉冲与PH₃脉冲之间的时间间隔内,TMGa和Cp₂Mg与PH₃脉冲均处于关状态。若采用脉冲工作方式二,则PH₃一直保持开的状态通入MOCVD反应室中。TMGa和Cp₂Mg以相同的脉冲时序同时通入MOCVD反应室中,且每个脉冲的持续时间相同。GaP电流扩展层的生长温度为500°C-xa01000°C,生长压力为10mbarxa0-xa0500mbar,生长厚度为1μmxa0–xa010μm。在具体实施时,生长GaP电流扩展层所用的含镓的MOxa0源可为三甲基镓(TMGa)或者三乙基镓(TEGa),掺杂材料可为Mg、Zn、C、Te、Si。以上实施例仅供说明本发明之用,而非对本发明的限制。