红外发光二极管外延片及其制备方法与流程

本公开涉及发光二极管制作领域，特别涉及一种红外发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术：

红外发光二极管是一种重要的光源器件，广泛应用于远程遥控，车辆传感，闭路电视等方面，红外发光二极管外延片则是用于制备红外发光二极管的基础结构。红外发光二极管外延片通常包括衬底及依次层叠在衬底上的n型gainp腐蚀停层、n型gaas欧姆接触层、n型algaas电流扩展层、n型algaas限制层、发光层、p型algaas限制层、p型algaas电流扩展层、p型algainp过渡层与p型gap欧姆接触层。

由于gap材料与algaas材料之间晶格失配度大，p型algainp过渡层缓解晶格失配的效果较小，导致p型algaas过度层之后的p型algainp过渡层与p型gap欧姆接触层的内部缺陷多，体电阻也较高。体电阻高的红外发光二极管在大电流情况下使用时，会产生较大发热量，影响红外发光二极管一些内部零件的使用，影响红外发光二极管的使用寿命。

技术实现要素：

本公开实施例提供了红外发光二极管外延片及其制备方法，能够降低发光层的内部电阻并提高红外发光二极管的使用寿命。所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种红外发光二极管外延片，所述红外发光二极管外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的n型gainp腐蚀停层、n型gaas欧姆接触层、n型algaas电流扩展层、n型algaas限制层、发光层、p型algaas限制层，p型algaas电流扩展层及p型gaasp欧姆接触层。

可选地，所述p型gaasp欧姆接触层的厚度为55nm～120nm。

可选地，所述p型gaasp欧姆接触层中的p型掺杂元素为碳。

可选地，所述p型gaasp欧姆接触层包括依次层叠在所述p型algaas电流扩展层的渐变子层与匹配子层，所述渐变子层中的p组分沿所述渐变子层的生长方向升高；所述匹配子层中的p组分不变。

可选地，所述渐变子层中p组分由0.05渐变至y，0.15≦y≦0.3；所述匹配子层中p组分大于或者等于0.15，所述匹配子层中p组分小于或者等于0.3。

可选地，所述匹配子层中的p组分与所述渐变子层中p组分的最大值相等。

可选地，所述渐变子层的厚度与所述匹配子层的厚度分别为5～20nm和50～100nm。

可选地，所述渐变子层中掺杂的碳元素浓度与所述匹配子层中掺杂的碳元素浓度分别为1～3e18和3e19～5e20。

本公开实施例提供了一种红外发光二极管外延片制备方法，所述红外发光二极管外延片制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长n型gainp腐蚀停层；

在所述n型gainp腐蚀停层上生长n型gaas欧姆接触层；

在所述n型gaas欧姆接触层上生长n型algaas电流扩展层；

在所述n型algaas电流扩展层上生长n型algaas限制层；

在所述n型algaas限制层上生长发光层；

在所述发光层上生长p型algaas限制层；

在所述p型algaas限制层上生长p型algaas电流扩展层；

在所述p型algaas电流扩展层上生长p型gaasp欧姆接触层。

可选地，所述在所述p型algaas电流扩展层上生长p型gaasp欧姆接触层，包括：

在所述p型algaas限制层上生长渐变子层；

在所述渐变子层上生长匹配子层，所述渐变子层与所述匹配子层的材料均为gaasp，所述匹配子层的生长温度低于所述渐变子层的生长温度。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在生长完红外发光二极管外延片中的p型algaas电流扩展层之后，在p型algaas电流扩展层上直接生长p型gaasp欧姆接触层。p型gaasp欧姆接触层与p型algaas电流扩展层之间的晶格失配非常小，可以实现在p型algaas电流扩展层上的良好生长，保证p型gaasp欧姆接触层内的缺陷较少。p型gaasp欧姆接触层内的p原子由于原子半径较小，还可以填补部分空位缺陷，减少p型gaasp欧姆接触层内部存在的缺陷。缺陷的减少可以减小电子被缺陷捕获的概率，保证电子的稳定流动，整体的体电阻相对较低。最终得到的红外发光二极管即使在大电流情况下进行使用，红外发光二极管所产生的热量也较小，减小发热对红外发光二极管内部的零件的影响，延长红外发光二极管的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种红外发光二极管外延片的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一种红外发光二极管外延片的结构示意图；

图3是本公开实施例提供的一种红外发光二极管外延片制备方法流程图；

图4是本公开实施例提供的另一种红外发光二极管外延片制备方法流程图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。

图1是本公开实施例提供的一种红外发光二极管外延片的结构示意图，参考图1可知，本公开实施例提供了一种红外发光二极管外延片，红外发光二极管外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的n型gainp腐蚀停层2、n型gaas欧姆接触层3、n型algaas电流扩展层4、n型algaas限制层5、发光层6、p型algaas限制层7、p型algaas电流扩展层8及p型gaasp欧姆接触层9。

在生长完红外发光二极管外延片中的p型algaas电流扩展层8之后，在p型algaas电流扩展层8上直接生长p型gaasp欧姆接触层9。p型gaasp欧姆接触层9与p型algaas电流扩展层8之间的晶格失配非常小，可以实现在p型algaas电流扩展层8上的良好生长，保证p型gaasp欧姆接触层9内的缺陷较少。p型gaasp欧姆接触层9内的p原子由于原子半径较小，还可以填补部分空位缺陷，减少p型gaasp欧姆接触层9内部存在的缺陷。缺陷的减少可以减小电子被缺陷捕获的概率，保证电子的稳定流动，整体的体电阻相对较低。最终得到的红外发光二极管即使在大电流情况下进行使用，红外发光二极管所产生的热量也较小，减小发热对红外发光二极管内部的零件的影响，延长红外发光二极管的使用寿命。

并且p型gaasp欧姆接触层9是用于与p电极直接相接触的层，p型gaasp欧姆接触层9的质量较好，也可以保证p电极与p型gaasp欧姆接触层9之间具有良好的连接，保证发光效率，减小由于缺陷过多而出现欧姆接触层存在翘曲，导致p电极与欧姆接触层之间连接不稳定的情况出现。并且，p型gaasp欧姆接触层9直接替换现有技术中的p型algainp过渡层与p型gap欧姆接触层，也可以一定程度上降低红外发光二极管外延片制备所需成本。p型gaasp欧姆接触层9本身的禁带宽度较窄，也可以一定程度上降低体电阻。

可选地，p型gaasp欧姆接触层9的厚度为55nm～120nm。

p型gaasp欧姆接触层9的厚度在以上范围内时，可以保证得到的p型gaasp欧姆接触层9的晶体质量较好，且p型gaasp欧姆接触层9本身的厚度，足以支撑在p型gaasp欧姆接触层9上制备p电极。可以保证p型gaasp欧姆接触层9的质量与p电极的制备效果的同时，合理控制红外发光二极管外延片的制备成本。

示例性地，p型gaasp欧姆接触层9中的p型掺杂元素为碳。

p型gaasp欧姆接触层9中的p型掺杂元素为碳，可以保证p型gaasp欧姆接触层9的晶体质量。碳原子的扩散能力也较小，因此相对现有技术中，在p型algainp过渡层与p型gap欧姆接触层中掺杂mg的情况来说，也可以避免易扩散的mg原子扩散至其他层，而导致其他层出现缺陷的情况出现。进一步保证了最终得到的红外发光二极管的晶体质量。

参考图1可知，p型gaasp欧姆接触层9可包括依次层叠在p型algaas电流扩展层8的渐变子层91与匹配子层92，渐变子层91中的p组分沿渐变子层91的生长方向升高；匹配子层92中的p组分不变。

在本公开所提供的一种实现方式中，p型gaasp欧姆接触层9包括依次层叠的渐变子层91与匹配子层92，且渐变子层91中的p组分沿渐变子层91的生长方向升高；匹配子层92中的p组分不变。这种结构中，渐变子层91中p组分的逐渐升高，可以使得渐变子层91的晶格常数从更接近p型algaas电流扩展层8的晶格常数，转变为p型gaasp欧姆接触层9本身晶格常数较为稳定的状态，起到良好的过渡效果。而匹配子层92中p组分不变，则可以保证匹配子层92本身的质量较好，且可以实现匹配子层92与p电极之间的良好连接。

在本公开所提供的一种实现方式中，渐变子层91中的p组分可以沿渐变子层91的生长方向线性升高。能够得到质量较好的渐变子层91。在本公开所提供的其他实现方式中，渐变子层91中的p组分也可以沿渐变子层91的生长方向阶梯性升高。本公开对此不做限制。

可选地，渐变子层91中p组分由0.05渐变至y，0.15≦y≦0.3；匹配子层92中p组分大于或者等于0.15，匹配子层92中p组分小于或者等于0.3。

渐变子层91中p组分的范围在以上范围内时，可以保证渐变子层91的质量较好，且可以实现与p型algaas电流扩展层6的良好连接。渐变子层91与匹配子层92中的p组分均位于0.15至0.3的范围内时，gaasp材料本身的禁带宽度为1.55～1.76ev，对应的可吸收的波长的范围为740～800nm，与红外光光波的重叠区域非常小，可以大大降低p型gaasp欧姆接触层9对红外光的吸收，大幅度提高最终得到的红外发光二极管的发光效率。

可选地，匹配子层92中的p组分与渐变子层91中p组分的最大值相等。

匹配子层92中的p组分与渐变子层91中p组分的最大值相等，可以保证匹配子层92与渐变子层91之间良好的接触与过渡，减小p型gaasp欧姆接触层9中可能存在的缺陷，保证最终得到的p型gaasp欧姆接触层9的晶体质量。

示例性地，渐变子层91的厚度与匹配子层92的厚度分别为5～20nm和50～100nm。

渐变子层91的厚度与匹配子层92的厚度范围内时，能够得到质量较好的p型gaasp欧姆接触层9，保证最终得到的红外发光二极管的晶体质量。

可选地，渐变子层91的厚度为5～20nm。

渐变子层91的厚度在此范围内，可以实现由p型algaas电流扩展层8到gaasp材料稳定状态的良好过渡，渐变子层91的质量较好，此厚度范围的渐变子层91也可以适用于大部分不同厚度设置的p型algaas电流扩展层8。

可选地，匹配子层92的厚度为50～100nm。

匹配子层92的厚度在此范围内，匹配子层92的质量较好，也可以实现与p电极之间的良好过渡与连接。

示例性地，渐变子层91中掺杂的碳元素浓度与匹配子层92中掺杂的碳元素浓度分别为1～3e18和3e19～5e20。

渐变子层91中掺杂的碳元素浓度与匹配子层92中掺杂的碳元素浓度之比在以上范围内时，渐变子层91可以实现由p型algaas电流扩展层8到p型gaasp欧姆接触层的良好过渡，渐变子层91本身的质量也较好。匹配子层92也可以实现与p电极之间的良好连接。并且渐变子层91与匹配子层92中的碳元素分布较为合理，可以保证p型欧姆接触层与p电极之间形成良好的欧姆接触的同时，p型欧姆接触层中电阻也不会过高而影响到电流的正常流动。

可选地，渐变子层91中碳的掺杂浓度为1～3e18cm^-3。

渐变子层91中碳的掺杂浓度在此范围内，渐变子层91中的碳元素分布较为合理，渐变子层91的质量较好。

可选地，匹配子层92中碳的掺杂浓度为3e19～5e20cm^-3。

匹配子层92中碳的掺杂浓度在此范围内，匹配子层92的质量较好，也可以实现p型欧姆接触层与p电极之间形成良好的欧姆接触，匹配子层92中的碳元素分布较为合理。

图2是本公开实施例提供的另一种红外发光二极管外延片的结构示意图，参考图2可知，红外发光二极管外延片可包括衬底1及依次层叠在衬底1上的gaas缓冲层10、n型gainp腐蚀停层2、n型gaas欧姆接触层3、n型algaas电流扩展层4、n型algaas限制层5、发光层6、p型algaas限制层7、p型algaas电流扩展层8与p型gaasp欧姆接触层9。

图2中的p型gaasp欧姆接触层9的结构，在前文中已进行详细说明，因此此处对此不再进行赘述。

为便于理解，以下详细提供红外发光二极管外延片中的一些层次结构。

可选地，衬底1的材料为砷化镓。便于获取与制备。

示例性地，gaas缓冲层10的厚度可为150～300nm。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

可选地，n型gainp腐蚀停层2的厚度可为150～200nm。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

示例性地，n型gaas欧姆接触层3的厚度可为60～90nm。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

可选地，n型algaas电流扩展层4的厚度为6～8um。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

可选地，n型algaas限制层5的厚度为250～350nm。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

可选地，发光层6包括多个周期交替生长的ingaas阱层61和algaas垒层62。

发光层的周期数可为3～15对，需根据波长来确定周期数及周期厚度，厚度为90～240nm。所得到的发光层的质量较好，且发光效率较好。

可选地，p型algaas限制层7的厚度为350～450nm。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

示例性地，p型algaas电流扩展层8的厚度为1～3um。得到的红外发光二极管外延片的质量较好。

图2中红外发光二极管外延片的结构，相对图1中所示的红外发光二极管的结构，在衬底1与n型algaas电流扩展层4之间增加了gaas缓冲层10，可以缓解晶格失配起到进一步提高红外发光二极管外延片的质量的效果。

需要说明的是，图2仅用于示例，在本公开所提供的其他实现方式中，红外发光二极管还可具有其他不同的层次结构，本公开对此不做限制。

图3是本公开实施例提供的一种红外发光二极管外延片制备方法流程图，参考图3可知，该红外发光二极管外延片制备方法包括：

s101：提供一衬底。

s102：在衬底上生长n型gainp腐蚀停层。

s103：在n型gainp腐蚀停层上生长n型gaas欧姆接触层。

s104：在n型gaas欧姆接触层上生长n型algaas电流扩展层。

s105：在n型algaas电流扩展层上生长n型algaas限制层。

s106：在n型algaas限制层上生长发光层。

s107：在发光层上生长p型algaas限制层。

s108：在p型algaas限制层上生长p型algaas电流扩展层。

s109：在p型algaas电流扩展层上生长p型gaasp欧姆接触层。

在生长完红外发光二极管外延片中的p型algaas电流扩展层之后，在p型algaas电流扩展层上直接生长p型gaasp欧姆接触层。p型gaasp欧姆接触层与p型algaas电流扩展层之间的晶格失配非常小，可以实现在p型algaas电流扩展层上的良好生长，保证p型gaasp欧姆接触层内的缺陷较少。p型gaasp欧姆接触层内的p原子由于原子半径较小，还可以填补部分空位缺陷，减少p型gaasp欧姆接触层内部存在的缺陷。缺陷的减少可以减小电子被缺陷捕获的概率，保证电子的稳定流动，整体的体电阻相对较低。最终得到的红外发光二极管即使在大电流情况下进行使用，红外发光二极管所产生的热量也较小，减小发热对红外发光二极管内部的零件的影响，延长红外发光二极管的使用寿命。

执行完步骤s109之后的红外发光二极管外延片的结构可参考图1。

图4是本公开实施例提供的另一种红外发光二极管外延片制备方法流程图，参考图4可知，该红外发光二极管外延片制备方法包括：

s201：提供一衬底。

步骤s201中，衬底的材料可为砷化镓。

s202：在衬底上生长gaas缓冲层。

可选地，gaas缓冲层的生长条件包括：生长温度650～670度，厚度150～300nm，v/iii为20～30，生长速率0.5～0.8nm/s。

s203：在gaas缓冲层上生长n型gainp腐蚀停层。

可选地，n型gainp腐蚀停层的生长条件包括：生长温度650～670度，厚度150～200nm，v/iii为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s，载流子浓度5～7e18。

s204：在n型gainp腐蚀停层上生长n型gaas欧姆接触层。

示例性地，n型gaas欧姆接触层生长条件包括：生长温度650～670度，厚度60～90nm，v/iii为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s，载流子浓度4～6e18。

s205：在gaas缓冲层上生长n型algaas电流扩展层。

可选地，n型algaas电流扩展层生长条件包括：生长温度670～680度，厚度6～8um，v/iii为40～50，生长速率1.2～1.7nm/s，载流子浓度1～2e18。

s206：在n型algaas电流扩展层上生长n型algaas限制层。

可选地，n型algaas限制层生长条件包括：生长温度670-680度，厚度250-350nm，v/iii为40-50，生长速率1.2-1.7nm/s，载流子浓度1～2e18。

s207：在n型algaas限制层上发光层。

可选地，发光层的生长条件包括：生长温度660～670度，厚度150～200nm，v/iii为20～30，生长速率0.4～0.6nm/s。能够得到质量较好的发光层。

s208：在发光层上生长p型algaas限制层。

可选地，p型algaas限制层生长条件包括：生长温度670～680度，厚度350～450nm，v/iii为40～50，生长速率1.2～1.7nm/s，载流子浓度1～2e18。

s209：在p型algaas限制层上生长p型algaas电流扩展层。

示例性地，p型algaas电流扩展层的生长条件包括：生长温度640～660度，厚度1～3um，v/iii为20～30，生长速率1.0～1.5nm/s，载流子浓度1～2e18；需根据波长长短选定al组分，一般选择0.1～0.3。能够得到质量较好的p型algaas电流扩展层。

s210：在p型algaas电流扩展层上生长p型gaasp欧姆接触层。

步骤s210可包括：在p型algaas电流扩展层上生长渐变子层；在渐变子层上生长匹配子层，渐变子层与匹配子层的材料均为gaasp，匹配子层的生长温度低于渐变子层的生长温度。

匹配子层的生长温度低于渐变子层的生长温度，可以起到释放一定应力的作用，可以保证匹配子层在渐变子层的基础上得到质量更好的匹配子层，保证与p电极之间的良好连接。

示例性地，渐变子层的生长温度为680～700度，匹配子层的生长温度为600～620度。能够得到质量较好的p型gaasp欧姆接触层。

可选地，可以向反应腔内通入ash3、ph3与cbr4，在p型algaas电流扩展层上依次反应生成渐变子层与匹配子层。

示例性地，生长渐变子层时，向反应腔内通入的ash3的流量为200sccm，ph3的流量由100线性增加到400sccm。能够得到质量较好的渐变子层。

示例性地，生长匹配子层时，向反应腔内通入的ash3的流量为200sccm，ph3的流量为400sccm。能够得到质量较好的匹配子层。

以上所述，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。