红外发光二极管的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外光发光二极管,自上而下包括P型欧姆电极、接触层、P型覆盖层、活性层、N型覆盖层、缓冲层、GaAs衬底、N型欧姆电极,其特征为采用InxGa1?xAs作为N型覆盖层及P型覆盖层,或是两者其一,优点在于采用InxGa1?xAs作为覆盖层时,其材料低电阻值可有效提升电流扩散,并降低电压以及提高发光效率。
【专利说明】
红外发光二极管
技术领域
[0001]本发明属于光电子技术领域,具体涉及一种改善电流扩散、提高发光效率的红外发光二级管。
【背景技术】
[0002]红外发光二极管由于其特定的波段,以及低功耗和高可靠性,被广泛应用于安全监控、穿戴式装置、空间通信、遥控、医疗器具、传感器用光源及夜间照明等领域。
[0003]—般使用InGaAs作为活性层之多量子阱结构,发光峰波长在900nm以上的红外光发光二极管,覆盖层多使用非直接能隙的AlGaAs,其中Al属于活性大、容易氧化的原子,同时材料电阻率较高,使得电流扩散以及组件抗静电耐性较差。
【发明内容】
[0004]针对前述问题,本发明提出一种具有低带隙覆盖层的红外发光二极管,其以砷化镓GaAs或者砷化铟镓InxGapxAs作为覆盖层,相较于AlGaAs材料,砷化镓或砷化铟镓具备较低的电阻率,而且不含有容易氧化的Al成份,应用在覆盖层时,可以提高电流的横向传导,具有较佳的电流扩散效果。
[0005]本发明解决上述问题的技术方案为:一种红外发光二极管,包括:第一型覆盖层、活性层、第二覆盖层,所述第一覆盖层为InxGa1IAs,其中In组分为0% 5%,各层间的晶格匹配差异Aao〈3800ppm。
[0006]进一步地,所述第一覆盖层的厚度为I?20微米。
[0007]进一步地,所述第二覆盖层为InyGa1-yAs,其中In组分为0%Sy ^ 5%,各层间的晶格匹配差异 Λειο〈3800ρρπι。
[0008]在本发明的一个较佳实施例中,一种红外发光二极管,其自上而下包括P型欧姆电极、接触层、P型覆盖层、活性层、N型覆盖层、缓冲层、GaAs衬底、N型欧姆电极,其特征为采用InxGapxAs作为N型覆盖层及P型覆盖层,或是两者其一,优点在于采用InxGa1-xAs作为覆盖层时,其材料低电阻值可有效提升电流扩散,并降低电压以及提高发光效率。
[0009]在本发明的另一个较佳实施例中,一种红外发光二极管,其自上而下包括N型欧姆电极、N型接触层、N型覆盖层、量子阱活性层、P型覆盖层、P型接触层、金属键合层、Si衬底、N型欧姆电极,其特征为采用InxGanAs作为N型覆盖层及P型覆盖层,或是两者其一。
[0010]进一步地,N型覆盖层以及P型覆盖层的厚度介于卜20微米之间,在此厚度范围的组件,其抗静电耐性较佳。
[0011]进一步地,当采用砷化铟镓作为P型覆盖层和/或N型覆盖层时,活性层的发光峰波长在930nm以上,高于砷化铟镓材料光吸收最大波长910nmo
[0012]进一步地,活性层采用多量阱结构,其中阱层使用(InxGaH)As或(AlxiGa1-M)nlm-nAs材料,与衬底相比为压应变,其厚度为dl,再透过势皇层(AlxiGa1-X1)AsX2P1-X2或(AlX1Ga1-X1)Y2In1-Y2P施以与阱层相反的应变,其厚度为d2,藉由互相堆栈不同应变的两种材料形成量子阱结构,在分别控制dl及d2的情况下,可以使得总应变量互相调和,最终量子阱晶格与衬底GaAs互相匹配,有效改善晶格错位,减少差排缺陷广生,进而提尚结构的发光效率。
[0013]本发明至少具有以下有益效果:
一、砷化镓及砷化铟镓材料具有较低的能隙值和较低的电阻率,可以降低组件的串联电阻,其电压值较低,并加强电流横向扩散,提高发光效率。
[0014]二、砷化镓及砷化铟镓材料可以阻隔可见光发出组件,在组件点亮发光时,不会看件微弱的红色光,改善红外发光二极管的红爆现象。
[0015]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、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0016]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。
[0017]图1为根据本发明实施的一种红外发光二极管结构示意图。
[0018]图2为根据本发明实施的另一种一种红外发光二极管结构示意图。
[0019]图中标号如下:
101: GaAs 衬底102:缓冲层
103: N型覆盖层 104:量子阱活性层 105:P型覆盖层 106:接触层 107: N型欧姆电极 108: P型欧姆电极 201: Si衬底 202:金属键合层 203: P型接触层 204: P型覆盖层 205:量子阱活性层 206: N型覆盖层 207: N型接触层 208: P型欧姆电极 209:N型欧姆电极。
【具体实施方式】
[0020]以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以实施。需要说明的是,只要不构成冲突,本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合,所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0021]在发明中,第一覆盖层和第二覆盖层系互为反型的半导体层,诸如第一覆盖层为N型半导体层时,则第二覆盖层为P型半导体层,如果第一覆盖层为P型半导体层时,则第二覆盖层为N型半导体层。
[0022]实施例一
如图1所示,一种具有低带隙覆盖层的红外发光二极管芯片,从上到下依次包括P型欧姆电极108、接触层106、P型覆盖层105、量子阱活性层104、N型覆盖层103、缓冲层102、GaAs衬底101、N型欧姆电极107。在本实施例中,采用有机金属气相外延法(OMVPE)成长,以InGaAs作为阱层及AlGaAsP作为势皇层构成之多量子阱活性层,其发光峰波长在900nm以上,量子阱对数介于3对到25对之间。
[0023]具体的,该GaAs衬底101采用掺杂Si的单晶N型GaAs衬底,浓度为介于8E17?3E18原子/厘米,优选浓度为1.2E18原子/厘米;该缓冲层102由GaAs构成,浓度介于8E17?5E18原子/厘米,优选浓度为1.5E18原子/厘米;该N型覆盖层为砷化铟镓InxGa1-xAS,其中铟组分X介于0%?5%,优选X为2%,浓度为5E17?2E18原子/厘米,优选浓度为7E17原子/厘米,厚度介于1-20微米之间;该活性层104为不具有掺杂的多量子阱结构活性层,其中阱层为AlInGaAs材料,其厚度为3~80nm,势皇层为AlGaAsP,其厚度为5?90nm,优选厚度为24nm,量子阱对数介于3对到25对之间,优选对数为12对;该P型覆盖层105为掺杂C的砷化铟镓InxGa1IAs,其中铟组分X介于0%?5%,优选X为2%,浓度为8E17?6E18原子/厘米,优选浓度为1E18原子/厘米;该P型接触层106为重掺杂C的GaAs,浓度为大于5E18原子/厘米,优选浓度为8E18原子/厘米。
[0024]在本实施例中,活性层104采用多量子阱结构,量子阱对数为12对,阱层可使用(In0.15Ga0.75)As s,厚度为8nm,其材料对衬底GaAs施以压应变,势皇层使用(Al0.Wa0.9)As0.85P0.15,厚度为24nm,其材料对衬底GaAs施以张应变。在此厚度时总应变调和与衬底符合,晶格得以互相匹配。在此厚度时总应变调和与衬底符合,晶格得以互相匹配,各层间的晶格匹配差异Aao〈1500ppm,不会产生失配缺陷。
[0025]上述红外发光二极管在通入正向电流20mA情况下,正向电压为1.27V,发光峰波长为956nm,发光输出功率为4.9mW。采用砷化铟镓InxGa1IAs作为覆盖层,其光吸收最大波长为910nm,可以阻隔可见光发光,观察组件点亮时不会看到微弱的红色光。
[0026]实施例二
如图2所示,一种具有低带隙覆盖层的红外发光二极管芯片,从上到下依次包括N型欧姆电极209、N型接触层207、N型覆盖层206、活性层205、P型覆盖层204、P型接触层203、金属键合层202、Si衬底201和P型欧姆电极208。在本实施例,采用Si衬底,并使用金属键合层反射活性层向下的光线,有效提高光取出,进而提升发光效率。
[0027]具体的,N型覆盖层206和P型覆盖层204采用砷化铟镓InxGai—xAS,其中铟组分X介于0%?5%,优选X为2%,浓度为5E17?2E18原子/厘米,优选浓度为7E17原子/厘米。活性层205为多量子阱层,包括阱层和势皇层,量子阱对数为12对,其中阱层使用(In0.15Ga().85)AS,厚度为8nm,其材料对生长衬底GaAs施以压应变;势皇层使用(AlQ.Q5Ga().95)().65In().35P,厚度为20nm,其材料对生长衬底GaAs施以张应变,在此厚度时总应变调和与衬底符合,晶格得以互相匹配,同时控制了覆盖层的铝组分X介于0%?5%,从而保证各层间的晶格匹配差异Aao〈1500ppm,不会产生失配缺陷。
[0028]上述红外发光二极管在通入正向电流50mA情况下,正向电压为1.42V,发光峰波长为950nm,发光输出功率为16.5mW。采用砷化铟镓作为覆盖层,其光吸收最大波长910nm,可以阻隔可见光发光,观察组件点亮时不会看到微弱的红色光。
[0029]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】
1.一种红外发光二极管,包括:第一覆盖层、活性层、第二覆盖层,其特征在于:所述第一覆盖层为InxGapxAs,其中In组分为0%SXS5%,各层间的晶格匹配差异Aao〈3800ppm。2.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述第一覆盖层和第二覆盖层的厚度为I?20微米。3.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述所述第一覆盖层为InxGa1-xAs的In组分为2。4.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述第二覆盖层为InyGanAs,其中In组分为0%SyS5%,各层间的晶格匹配差异Aao〈3800ppm。5.根据权利要求4所述的红外发光二极管,其特征在于:所述所述第二覆盖层为InyGa1-yAs的In组分为2。6.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述第一覆盖层为砷化铟镓,所述活性层的发光峰波长为930nm以上。7.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述活性层为多量子阱结构,其中阱层和皇层具有相反方向的应变,其总应变量互相调和。8.根据权利要求7所述的红外发光二极管,其特征在于:各层间的晶格匹配差异Aao〈1500ppm。9.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述发光二极管自上而下包括第一欧姆电极、接触层、第一覆盖层、活性层、第二覆盖层、缓冲层、GaAs衬底和第二型欧姆电极。10.根据权利要求1所述的红外发光二极管,其特征在于:所述发光二极管自上而下包括第二型欧姆电极、接触层、第二覆盖层、活性层、第二型覆盖层、接触层、金属键合层、Si衬底和第一型欧姆电极。
【文档编号】H01L31/0304GK105870227SQ201610403930
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】黄俊凯, 吴俊毅, 王笃祥, 吴超瑜, 王进
【申请人】天津三安光电有限公司