一种不可见光发光二极管及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种不可见光发光二极管及其制作方法，所述发光二极管包括：N型欧姆接触半导体层、N型电流扩散层、N?GaAs可见光吸收层、N型覆盖层、发光层、P型覆盖层和P型欧姆接触半导体层。本发明所述不可见光发光二极管采用GaAs作为吸收层，在电流密度>1A/mm2情况下，可以完全有效的去除可见光部分，尤其是在3A/mm2电流密度以下都没看到可见光部分，有效解决了不可见光发光二极管的红爆现象。
【专利说明】
-种不可见光发光二极管及其制作方法
技术领域
[0001] 本发明属于光电子技术领域，特别设及不可见光发光二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 目前不可见光发光二极管忍片普遍存在红爆现象:在点亮时使用人眼观察忍片发 光状况，会看到部分深红光从忍片发出，造成在应用上需要无红爆纯红外光需求上受到限 审IJ，所W市场目前需要一无可见光的不可见光忍片。
[0003]中国专利申请公开案CN1758457A公开了 一种红外发光二极管，由于光吸收层的带 隙比有源层的带隙宽，能够借助吸收福射光谱中较短波长一侧的边缘处的分量来减少红光 分量的效果。然而该结构仍有一问题：因为光吸收层的厚度需在0.1 umW上，而厚度太大时 又会造成光吸收严重，使得光功率大大减少。并且该结构无法制作高亮度忍片，无法满足目 前安防系统市场需求。
【发明内容】
[0004] 针对前述问题，本发明提出一种不可见光发光二极管及其制作方法，将使用一外 延结构搭配忍片制程，达到高亮度无红爆的不可见光发光二极管，增加高亮度不可见光发 光二极管需求的应用。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案为:一种不可见光发光二极管，依次包括:电流扩 散层、GaAs可见光吸收层、第一类型覆盖层、发光层、第二类型覆盖层，当发光层的输入电流 密度> lA/mm2时，所述发光二极管的可见光比例<0.2%。
[0006] 优选地，所述GaAs可见光吸收层与发光层之间的能带隙差为0.13eV。
[0007] 优选地，所述GaAs可见光吸收层的渗杂浓度<7E17。
[000引优选地，所述GaAs可见光吸收层的厚度为IOOnmW下。
[0009]优选地，所述GaAs可见光吸收层的厚度为20~70nm。
[0010]优选地，所述电流扩散层为AlGaAs,其Al/Ga成分比值>0.3。
[0011] 优选地，所述电流扩散层的渗杂浓度<7E17。
[0012] 优选地，所述第一类型覆盖层包括第一覆盖层AlxGai-xAs和第二覆盖层AlYGai-YAs, 其中Y>X，藉由所述第一覆盖层及第二覆盖层的组份能阶变化，降低电子电桐在所述覆盖 层及所述可见光吸收层接口的能阶位障。较佳的，所述第一覆盖层的Al组分X为15%，渗杂浓 度为6E17;所述第一覆盖层的Al组分X为35%，渗杂浓度为化18。
[0013] 本发明还提供了一种不可见发光二极管外延片的制作方法，依次形成电流扩散 层、GaAs可见光吸收层、第一类型覆盖层、发光层、第二类型覆盖层，当发光层的输入电流密 度> 1 A/mm2时，所述发光二极管的可见光比例<0.2%。
[0014] 在一具体实施例中，为获得倒装垂直结构的不可见发光二极管，可通过下面方法 制备获得：1)外延生长:依次在一生长衬底上生长N型欧姆接触半导体层、N型电流扩散层、 N-GaAs可见光吸收层、N型覆盖层、发光层、P型覆盖层和P型欧姆接触半导体层；2)转移衬 底:在所述P型欧姆接触半导体层之上连接导电基板，移除所述生长衬底，裸露出所述N型欧 姆接触半导体层;3)制作电极:在所述N型欧姆接触半导体层之上制作N电极。
[0015] 本发明所述不可见光发光二极管采用GaAs作为吸收层，在电流密度〉1 A/mm2情况 下，可W完全有效的去除可见光部分，尤其是3A/mm2电流密度W下都基本看不到可见光部 分，有效解决了不可见光发光二极管的红爆现象。
[0016] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利 要求书W及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0017] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按 比例绘制。
[0018] 图1为根据本发明实施的一种不可见光L邸外延结构的侧面剖视图。
[0019] 图2为根据本发明实施的制作一种不可见光L邸过程剖视图。
[0020] 图3为采用图1所示外延结构制作的不可见光L邸忍片结构的侧面剖视图。
[0021] 图4为图3所示L邸忍片中N-GaAs可见光吸收层的厚度与器件输出光功率关系图。
[0022] 图5为图3所示L邸忍片中N-GaAs可见光吸收层的厚度与器件输出可光见比例关系 图。
[0023] 图6显示了图3所示L邸忍片的光谱图与传统不可见光L邸忍片的光谱图。
[0024] 图7为根据本发明实施的另一种不可见光发光二极管结构的侧面剖视图。
【具体实施方式】
[0025] W下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据W实施。
[0026] 需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例W及各实施例中的各个 特征可W相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。。
[0027] 在发明中，第一类型覆盖层和第二类型覆盖层系互为反型的半导体层，诸如第一 类型覆盖层为N型半导体层时，则第二类型覆盖层为P型半导体层，如果第一类型覆盖层为P 型半导体层时，则第二类型覆盖层为N型半导体层。
[002引实施例一 请参看附图1，根据本发明实施的一种发光二极管的外延结构，包括:生长衬底100,蚀 刻截止层m、N型欧姆接触层112、N型电流扩散层113、N-GaAs可见光吸收层114、N型覆盖层 115、发光层116、P型覆盖层117和P型欧姆接触层118。
[0029]具体的，生长衬底100采用GaAs材料;蚀刻截止层111采用N-InGaP材料;N型欧姆接 触层112的材料为GaAs;N型电流扩散层113为n- AlGaAs，渗杂浓度至少为7E17W上，较佳值 为1E18,渗杂材料可W为Si、Te，厚度至少为1微米W上，较佳值为7微米;N-GaAs可见光吸收 层114渗杂Si,渗杂浓度小于7E17,其厚度最大值不超过lOOnm，较佳厚度值为20~70nm，最佳 厚度值为50nm;N型覆盖层114的材料为渗杂Si的AlxGai-xAs，其中X介于10%~45%，优选X为 35%，浓度为祀17~沈18,优选浓度为化18;发光层116采用不具有渗杂的多量子阱结构，阱 层采用InGaAs材料，其厚度为3~80皿，优选厚度为8皿，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5~90皿， 优选厚度为25nm，量子阱对数介于3对到25对之间，优选对数为12对为多量子阱结构;P型覆 盖层117采用渗杂C的Al泌ai-xAs，其中X介于5%~40%，优选X为35%，浓度为8E17~6E18，优选浓 度为IE18; P型欧姆接触层118的材料为P-GaP，渗杂浓度至少为8E17 W上，较佳值为化18，渗 杂材料可W为Mg、Zn、C。
[0030] 下面结合制作方法对本发明之高亮度不可见光L邸忍片进行详细说明。
[0031] 首先，采用外延生长方法形成图1所示的外延结构。
[0032] 接着，进行衬底转移:在P型欧姆接触层118的表面上制作镜面层122,其包括P型欧 姆接触金属层122a和高透光性介电材料层12化，两者配合一方面提供P型欧姆接触层，另一 方面用于反射发光层射向下方的光线;提供导电基板101，在其上涂布金属键合层121，将导 电基板101与镜面层122进行黏合，并去除生长衬底100,裸露半导体外延叠层的N侧表面，如 图2所示。
[0033] 再接着，制作电极：利用盐酸与憐酸将蚀刻截止层111去除，使用黄光、化学湿制 程、金属蒸锻制程，完成N欧姆接触电极131和P电极132。
[0034] 最后，制作取光结构:使用硝酸、醋酸与水混和液将N型电流扩散层113表面做粗化 效果。如图3所不。
[0035] 下而亲格列難下阁1所示LRD外巧结构中各房的丰要材魁巧巧相黄参猶的优选值。
[0036] 采用上述材料及相关参数制作获得的不可见光Lm)忍片，其光吸收层与发光层之 间的能带隙差达〇.13eV，因此该光吸收层对亮度吸收不多，可有效减少因改善红爆现象而 带来的光功率下降问题。
[0037] 图4和图5分别显示了图3所示的不可见光发光二极管之N-GaAs可见光吸收层的厚 度与器件输出光功率关系图和可光见比例关系图。从图中可看出，当N-GaAs可见光吸收层 的厚度控制在20nmW上时，其可见光比例即可降低至0.2%W下;进一步地，在输出光功率影 响不大并且可见光比例<0.1%的条件下，厚度最佳值为50nm，最大厚度lOOnm。
[0038] 请参看图6,从两种不同结构的光谱图可W明显看出，在图3所示的发光二极管（即 新结构）中，可见光部分因为N-GaAs可见光吸收层的功能，有效的去除可见光部分，达到无 红爆不可见光忍片。
[0039] 实施例二 请参看图7,在本实施例中，N型覆盖层115由第一覆盖层115a和第二覆盖层11化构成， 藉由第一及第二覆盖层的组份能阶变化，可W降低电子在覆盖层及可见光吸收层接口能阶 位障，W获得较低的电压值。较佳的，所述第一覆盖层Al泌ai-xAs的Al组分X为15%，渗杂浓度 为6E17;所述第一覆盖层AlYGai-YAs的Al组分X为35%，渗杂浓度为1E18。
[0040] W上实施例W第一类型覆盖层为N型覆盖层、第二类型覆盖层为P型覆盖层为例， 需要特别说明的是，本发明同样适用于第一类型覆盖层为P型半导体层的发光二极管器件 结构，相应的，电流扩散层、GaAs可见光吸收层等材料层为P型渗杂。
[0041] 很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发 明构思的所有可能的实施方式。
【主权项】
1. 一种不可见光发光二极管，依次包括：电流扩散层、GaAs可见光吸收层、第一类型覆 盖层、发光层、第二类型覆盖层，当发光层的输入电流密度2 1 A/mm2时，所述发光二极管的 可见光比例<0.2%。2. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述GaAs可见光吸收 层与发光层之间的能带隙差为〇.13eV。3. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述GaAs可见光吸收 层的掺杂浓度<7E17。4. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述GaAs可见光吸收 层的厚度为l〇〇〇nm以下。5. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述GaAs可见光吸收 层的厚度为200~700nm〇6. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述电流扩散层为N-AlGaAs，其 Al/Ga 成分比值 >0.3。7. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述电流扩散层的掺 杂浓度<7E17。8. 根据权利要求1所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述第一类型覆盖层 包括第一覆盖层AlxGai- XAs和第二覆盖层AhGaPYAs，其中Y>X，藉由所述第一覆盖层及第二 覆盖层的组份能阶变化，降低电子在所述第一类型覆盖层及所述可见光吸收层接口的能阶 位障。9. 根据权利要求8所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述第一覆盖层的Α1 组分X为15%，掺杂浓度为6Ε17。10. 根据权利要求8所述的一种不可见光发光二极管，其特征在于:所述第一覆盖层的 Α1组分X为35%，掺杂浓度为1Ε18。11. 不可见发光二极管的制作方法，依次形成电流扩散层、GaAs可见光吸收层、第一类 型覆盖层、发光层、第二类型覆盖层，当发光层的输入电流密度2 1 A/mm2时，所述发光二极 管的可见光比例<0.2%。12. 根据权利要求9所述的不可见发光二极管的制作方法，包括步骤： 外延生长：依次在一生长衬底上生长电流扩散层、GaAs可见光吸收层、第一类型覆盖 层、发光层、第二类型覆盖层； 2 )转移衬底:在所述第二类型覆盖层之上连接导电基板，移除所述生长衬底； 3 )制作电极:在所述电流扩散层之上制作N电极。
【文档编号】H01L33/02GK105845793SQ201610381153
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】吴超瑜, 吴俊毅, 黄俊凯, 王笃祥
【申请人】天津三安光电有限公司