硅衬底上生长的铝镓铟磷发光二极管的制备方法

摘要

本发明公开了一种硅衬底上生长的铝镓铟磷LED外延片及其制备方法，该LED外延片采用硅衬底，在硅衬底上由下至上依次包括砷化镓低温缓冲层、砷化镓高温缓冲层、DBR反射层、铝镓铟磷下限制层、多量子阱发光区、铝镓铟磷上限制层、电流扩展层，其制备方法是直接用金属有机化学气相沉积设备按顺序逐层生长。本发明解决了硅衬底和铝镓铟磷发光层之间的热膨胀系数失配问题，在硅衬底上直接外延生长外延材料，由于硅的热导率(145.7W/m.K)是砷化镓衬底热导率(44W/m.K)的3.3倍，从而可以提高其大电流工作能力。

主权项

一种硅衬底上外延生长的铝镓铟磷发光二极管的制备方法，该发光二极管的外延材料结构采用硅衬底，在硅衬底上由下至上依次包括砷化镓低温缓冲层、砷化镓高温缓冲层、DBR反射层、铝镓铟磷下限制层、多量子阱发光区、铝镓铟磷上限制层、电流扩展层；其特征是：包括以下步骤：(1)硅衬底准备：首先将硅衬底放到体积比H2SO4∶H2O2＝4∶1混合后的洗液中去除有机物，然后放到体积比H2O∶H2O2∶HCl＝5∶1∶1混合后的洗液中处理金属污染物，再放到体积比H2O∶HF＝50∶1的洗液中去除氧化物，最后用去离子水清洗后N2吹干；(2)硅衬底热处理：将硅衬底放到金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备生长室内，H2气氛下升温到800±20℃处理10分钟；(3)砷化镓低温缓冲层生长：将金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度降低到500±20℃，然后通入TMGa、Si2H6和AsH3，在硅衬底上生长厚度为15nm～25nm的砷化镓低温缓冲层；(4)砷化镓高温缓冲层生长：再将金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度拉升到720±20℃，继续通入TMGa、Si2H6和AsH3，在砷化镓低温缓冲层上生长厚度在0.3um～2um的砷化镓高温缓冲层；(5)DBR反射层生长：保持金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度在720±20℃，在砷化镓高温缓冲层上生长DBR反射层；DBR反射层是利用TMGa、TMAl、Si2H6和AsH3生长AlxGa1‑xAs/AlyGa1‑yAs的DBR或是利用TMGa、TMAl、TMIn、Si2H6和PH3作为反应物生长的(AlxGa1‑x)InP/(AlyGa1‑y)InP DBR，其中x≠y；(6)铝镓铟磷下限制层生长：保持金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度在720±20℃，利用TMGa、TMAl、TMIn、Si2H6和PH3，在DBR反射层上生长(AlxGa1‑x)yIn1‑yP下限制层；(7)多量子阱发光区生长：保持金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度在720±20℃，利用TMGa、TMAl、TMIn和PH3，在铝镓铟磷下限制层上生长阱(AlxGa1‑x)InP/垒(AlyGa1‑y)InP多量子阱有源区，其中x＜y；(8)铝镓铟磷上限制层生长：保持金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度在720±20℃，利用TMGa、TMAl、TMIn、CP2Mg和PH3，在多量子阱有源区上生长厚度为0.5um～1.0um的(AlxGa1‑x)yIn1‑yP上限制层，其中0≤x，y≤1；(9)电流扩展层生长：保持金属有机化学气相沉积设备生长室内的温度在720±20℃，利用TMGa、CP2Mg和PH3，在铝镓铟磷上限制层上生长厚度为4um～15um(AlxGa1‑x)yIn1‑yP电流扩展层，其中0≤x，y≤1。