[实用新型]DH－Ga1－xAlxAsLED液相外延片

说明书

本发明属于半导体光电子材料制备领域，涉及一种对DH—Ga_1—xAl_xAsLED液相外延片结构的改进。

红色DH—Ga_1—xAl_xAs LED发光材料，由于其GaAs和AlAs的晶格常数只差0．14％，是其它半导体混晶发光材料无法比拟的，其实验室LED样品量子效率为21％，市场商品的量子效率已达15％，是目前最重要的超高亮度红色LED材料。在选定某种发光材料体系基础上，要想发挥其最好发光效率，必须对其外延材料结构参数进行优化设计。就DH—Ga_1—xAl_xAs／GaAs LED发光材料而言，其外延材料的基本结构参数为限定层、发光层和窗口层厚度，铝Al组份和载流子浓度合理匹配。其最佳设计值不仅在理论上最好，而且要考虑实际工艺是否可能实施，同时还要考虑对后道制造LED工艺带来的影响。按引进DH—Ga_1—xAl_xAs／GaAs LED液相外延工艺软件所生产的外延材料，其中铝Al组份过高，如窗口层普遍大于0．8，有的高达0．9；外延层生长过厚，如窗口层厚度普遍大于45μm，有的高达69μm；发光层普遍大于3μm；载流子浓度匹配不尽合理。由于设计基本结构参数不尽合理，使其外延片发光效率不高、表面严重氧化、并且产生明显凸状畸变，这样对后道制管工艺带来诸多困难，甚至很难制备出合格LED产品。

本发明的目的是解决用已有技术生产的外延片发光效率不高，产生明显凸状畸变，表面严重氧化；对后道制管工艺带来诸多困难等问题，提供一种DH—Ga_1—xAl_xAs／GaAs LED液相外延片。

本发明根据光电子学和半导体能带理论，从限定层、发光层和窗口层厚度，铝Al组份和载流子浓度合理匹配等诸多参数与半导体发光器件的注入效率、内量子效率、传输效率和取光效率的数学关系式出发，在理论上计算出最佳设计方案基础上，再根据液相外延本身工艺特点及后道制管工艺要求，对理论设计参数进行调整，最后确定出优化设计参数。

本发明设计结构如图1所示：它包括窗口层1、发光层2、限定层3、衬底4，其中衬底4的厚度为：300—400μm、铝Al组份为：0、载流子浓度为：1×10¹⁹cm^—3；限定层3的生长厚度为：10—15μm、铝Al组份为：0．70—0．77、载流子浓度为(1—2)×10¹⁸cm^—3；发光层2的生长厚度为：1．0—2．0μm、铝Al组份为：0．40—0．44、载流子浓度为：(3—7)×10¹⁷cm^—3；窗口层1生长厚度为：15—25μm、铝Al组份为：0．70—0．75、载流子浓度为：(0．7—1)×10¹⁸cm^—3。

本发明统一考虑发光效率和制管工艺成品率，解决了已有技术生产的外延片发光效率不高，产生明显凸状畸变，表面严重氧化；对后道制管工艺带来诸多困难等问题，提供了一种能发挥其较高的发光效率、液相外延工艺又能实现、还为后道制管工艺创造有利条件、保证了成品率的DH—Ga_1—xAl_xAs／GaAs LED液相外延片。采用本发明生产的外延片结构表面光亮，凸状畸变明显变小，经超声打孔技术测量，其发光强度一般为10—12mcd／20mA，制管成品率达70％。按本发明优化设计制定的工艺软件进行DH—Ga_1—xAl_xAs／GaAs LED液相外延生长，经测试其基本结构参数如表所示：

本发明的实施例：其中衬底4的厚度选择为：300、350、400μm、铝Al组份为：0、载流子浓度为：1×10¹⁹cm^—3；限定层3的生长厚度为：10、12、15μm、铝Al组份为：0．70、0．75、0．77、载流子浓度为(1—2)×10¹⁸cm^—3；发光层2的生长厚度为：1．0、1．5、2．0μm、铝Al组份为：0．40、0．42、0．44、载流子浓度为：(3、5、7)×10¹⁷cm^—3；窗口层1生长厚度为：15、20、25μm、铝Al组份为：0．70、0．72、0．75、载流子浓度为：(0．7、0．8、1)×10¹⁸cm^—3。