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利用掺杂技术减薄高亮度发光二极管芯片窗口层的方法

基本信息

  • 申请号 CN00111113.2 
  • 公开号 CN1271967A 
  • 申请日 2000/05/19 
  • 公开日 2000/11/01 
  • 申请人 山东大学 山东华光光电子有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 黄柏标 张兆春 于永芹 崔得良 秦晓燕 潘教青  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 250100山东省济南市山大南路27号 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 山东大学专利事务所 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 刘旭东 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

本发明属于光电子技术领域。
本发明的主要内容是利用金属有机化合物气相淀积(MOVCD)在GaAs衬底上生长高亮度发光二极管为异质结芯片结构,上限制层生长结束时,继续生长磷化镓GaP窗口层,通过切断和连接镓源及磷源,选用P型掺杂剂在磷化镓窗口层进行δ掺杂,最终达到厚度≤2μm的窗口层,它解决了现有技术存在的生长工艺复杂、生长成本高的缺点,采用本发明,可使发光二极管芯片生长工艺简化,降低生产成本,提高生产效率。
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权利要求书


1.一种利用掺杂技术减薄高亮度发光二极管芯片窗口层的方法,芯片的布拉格反射层、 下限制层、有源层、上限制层均按已有工艺由计算机控制生长,其特征是在结束芯片上限 制层生长时,立即按以下步骤进行窗口层的生长: (1)在生长温度为750~820℃时,调整反应源三甲基镓流量为20~40ml/min,磷化氢 流量为20~100ml/min,二茂镁流量为80~120ml/min,将反应源三甲基镓和磷化氢以及掺 杂源二茂镁由放空线转入生长线,生长P型磷化镓,时间为20~60分钟,之后将反应源 三甲基镓和磷化氢由生长线转入放空线,进行5~20秒δ掺杂层的生长,然后 (2)将反应源三甲基镓和磷化氢由放空线转入生长线,继续生长2~10分钟P型磷化 镓,之后,再将反应源三甲基镓和磷化氢由生长线转入放空线,再进行5~20秒δ掺杂层 的生长,而后 (3)将反应源三甲基镓和磷化氢由放空线转入生长线。
生长4~20分钟P型磷化镓, 之后将反应源三甲基镓以及掺杂源二茂镁由生长线转入放空线。
同时将生长温度降至0~30 ℃,磷化氢流量降至10~30ml/min,反应源三甲基镓流量降至0~10ml/min,Cp2Mg流量 降至0~10ml/min。
待反应室外延片温度降至100~300℃时,将磷化氢由生长线转入放空 线,至此,可以得到厚度≤2μm高亮度发光二极管芯片窗口层。

2.根据权利要求1所述的利用掺杂技术减薄高亮度发光二极管芯片窗口层的方法,其特 征是根据进行δ掺杂时不同层数的要求,重复进行第(2)步,重复次数等于需要进行δ 掺杂的层数减1。
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说明书

本发明涉及一种利用δ掺杂技术减薄高亮度发光二极管芯片窗口层的方法,属于光电 子技术领域。
当今发光二极管(LED)技术的发展,是朝高亮度、短波长、长寿命、低成本方面发 展。
发光二极管管芯结构设计的一个重要方面是减少管芯对辐射光子的再吸收,以及充分 利用有源层辐射复合产生的光子,发光二极管窗口层的设计是直接影响其发光效率的一个 重要部分。
发光二极管由于采用了量子阱结构、布拉格结构、阻挡层以及势垒层等新型设 计,其光电性能已大幅度提高,然而至今,仍保留了厚窗口层的结构。
1992年,美国惠普公司研制出外部量子效率高达6%,发光效率为201m/W的AlGaInP发光二极管。
这种发光二极管由于采用了45μm厚的磷化镓(GaP)材料作为窗口层,其 发光强度在从555nm绿光至620nm橙色光波段范围内比没有采用厚窗口层结构的发光二 极管翻了两番。
45μm厚的磷化镓窗口材料是选用氢化物气相淀积方法生长在AlGaInP双 异质结构上的。
目前,市场上出现的高亮度发光二极管的芯片中保留了厚窗口层(5~50 μm)的结构。
在利用金属有机化合物气相淀积(MOCVD)方法外延生长二极管芯片时, 生长较厚的窗口层需要花费较长的时间,甚至超过生长芯片其他结构所用的总时间,从而 导致生产效率的下降。
如果采用氢化物气相淀积高速生长窗口层材料,则会使得生长发光 二极管芯片结构需要两种外延工艺分两步进行生长,因而使工艺复杂,而且还要考虑在快 速生长时,窗口材料的结晶质量及对二极管发光效率的影响。
本发明的目的就是为了解决现有技术的缺点而提出了一种利用δ掺杂技术对发光二极 管窗口层进行减薄的方法。
它可使发光二极管芯片生长工艺简化,降低生产成本,提高生 产效率。
本发明的主要内容是在结束芯片上限制层生长时,立即按以下步骤进行窗口层的生 长: (1)在生长温度为750~820℃时,调整反应源三甲基镓(TMG)流量为 20~40ml/min,磷化氢流量为20~100ml/min,二茂镁(Cp2Mg)流量为80~120ml/min, 将反应源三甲基镓和磷化氢以及掺杂源Cp2Mg由放空线转入生长线,生长P型磷化镓 (GaP),时间为20~60分钟,之后将反应源三甲基镓和磷化氢由生长线转入放空线,进 行5~20秒δ掺杂层的生长,然后 (2)将反应源三甲基镓和磷化氢由放空线转入生长线,继续生长2~10分钟P型磷 化镓,之后,再将反应源三甲基镓和磷化氢由生长线转入放空线,再进行5~20秒δ掺杂 层的生长,而后 (3)将反应源三甲基镓和磷化氢由放空线转入生长线。
生长4~20分钟P型磷化镓, 之后将反应源三甲基镓以及掺杂源二茂镁由生长线转入放空线。
同时将生长温度降至0~30 ℃,磷化氢流量降至10~30ml/min,反应源三甲基镓流量降至0~10ml/min,二茂镁流量 降至0~10ml/min。
待反应室外延片温度降至100~300℃时,将磷化氢由生长线转入放空 线,至此,可以得到厚度≤2μm高密度发光二极管芯片窗口层。
另外根据进行δ掺杂时不同层数的要求,重复进行第(2)步,重复第(2)步生长的 次数等于需要进行δ掺杂的层数减1。
在室温下,利用二探针电阻测量方法测量未进行和已进行δ掺杂的外延片窗口层的扩 展电阻,以对比进行δ掺杂前后外延片窗口层对注入直流电流的扩展效果。
结果表明,含 有2层δ掺杂窗口层的扩展电阻与同样厚度未进行δ掺杂窗口层的扩展电阻之比约为2∶ 3,可见外延片窗口层进行δ掺杂以后,其电流扩展作用明显增强;同时说明利用δ掺杂 技术对高亮度发光二极管芯片窗口层进行减薄,效果明显。
利用金属有机化合物气相淀积 (MOCVD)方法在对δ掺杂层进行控制生长后,可使窗口层由5μm~50μm减至2μm以下, 使整个外延片结构生长一步完成。
采用本发明对发光二极管窗口层进行直接减薄,不仅是对发光二极管芯片材料所作的 一种改进,同时也是发光二极管芯片生长工艺的一种改进,可使发光二极管芯片生长工艺 简化,降低生产成本,提高生产效率。
下面结合实施例对本发明作进一步说明: 实施例1: 反应源三甲基镓源温度,P型掺杂源二茂镁(Cp2Mg)源温度以及载气氢气的流量皆 与生长芯片其它结构时相同,芯片的布拉格反射层、下限制层、有源层、上限制层均按已 有工艺由计算机控制生长,在结束上限制层生长时,立即按以下步骤进行窗口层的生长: (1)生长温度为780℃时,调整三甲基镓流量为30ml/min,磷化氢流量为20 ml/min,二茂镁流量为90ml/min,将反应源三甲基镓和磷化氢以及掺杂源二茂镁由放空 线(VENT)转入生长线(RUN),生长P型磷化镓,时间为36分钟,之后再将反应源三 甲基镓和磷化镓由RUN线转至VENT线,再进行15秒δ掺杂层的生长,然后 (2)将反应源三甲基镓和磷化氢由VENT线转入RUN线,继续生长4分钟P型磷 化镓,之后,再将三甲基镓和磷化氢由RUN线转至VENT线,再进行15秒δ掺杂层的 生长,而后 (3)将三甲基镓由VENT线转入RUN线,生长6分钟P型磷化镓,生长结束时, 将反应源三甲基镓以及掺杂源二茂镁由RUN线转至VENT线,同时将生长温度由780℃ 降低至20℃,磷化氢流量由20ml/min调至10ml/min,三甲基镓流量由30ml/min调至2 ml/min,二茂镁流量由90ml/min调至10ml/min,待反应室外延片温度降至300℃以下时, 将磷化氢由RUN线转至VENT线,至此高亮度发光二极管δ掺杂窗口层的生长过程结束。
实施例2: 反应源三甲基镓源温度,P型掺杂源二茂镁(Cp2Mg)源温度以及载气氢气的流量皆 与生长芯片其它结构时相同。
在结束上限制层生长时,立即按以下步骤进行窗口层的生长: (1)生长温度为800℃时,调整三甲基镓流量为20ml/min,磷化氢流量为80 ml/min,Cp2Mg流量为100ml/min,将反应源三甲基镓和磷化氢以及掺杂源Cp2Mg由放 空线(VENT)转入生长线(RUN),生长P型磷化镓GaP,时间为36分钟,之后再将反 应源三甲基镓和磷化氢由RUN线转至VENT线,再进行5秒δ掺杂层的生长,然后 (2)将反应源三甲基镓和磷化氢由VENT线转入RUN线,继续生长4分钟P型磷 化镓GaP,之后,将三甲基镓和磷化氢由RUN线转至VENT线,再进行5秒δ掺杂层的 生长,而后 (3)将三甲基镓由VENT线转入RUN线,生长6分钟P型磷化镓GaP,生长结 束时,将反应源三甲基镓以及掺杂源二茂镁由RUN线转至VENT线,同时将生长温度由 800℃降低至20℃,磷化氢流量由80ml/min调至10ml/min,三甲基镓流量由20ml/min 调至2ml/min,二茂镁流量由100ml/min调至10ml/min,待反应室外延片温度降至300 ℃以下时,将磷化氢由RUN线转至VENT线,至此高亮度发光二极管δ掺杂窗口层的生长 过程结束。
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