一种用于倒装红外发光二极管的外延片的制作方法

本发明属于发光二极管的外延技术领域，特别是一种用于倒装红外发光二极管的外延片的制备方法。

背景技术：

红外发光二极管是一种能发出红外线的二极管，应用于安全监控、穿戴式装置、红外线通信、红外线遥控装置、传感器用光源及夜间照明等领域，特别是气体检测领域。使用InGaAs/GaAsP应变补偿多量子阱结构和InGaAs/GaAs应变量子阱结构作为有源层，可制备发光波长在850nm以上的发光二极管。

在应变补偿量子阱材料生长过程中，InGaAs 和GaAsP 于界面处会发生互相扩散，很难得到界面质量较好的量子阱和量子垒层，故使目前的发光二极管产品亮度无法有效提高。

技术实现要素：

本发明目的是提出一种可有效提高发光二极管亮度的用于倒装红外发光二极管的外延片。

本发明有两种技术方案：

方案一：在衬底同一侧依次外延设置n-GaAs缓冲层、n-GaInP腐蚀截止层、n-GaAs接触层、n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层、n-Al_xGa_1-xAs下限制层、Al_xGa_1-xAs下波导层、有源层、Al_xGa_1-xAs上波导层、p-Al_xGa_1-xAs上限制层、p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层和p-GaAs 覆盖层，其特征在于所述有源层包括呈周期交替的InGaAs量子阱层和GaAsP垒层，所述周期数为2～6。

本发明在有源层采用InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构，采用应变补偿量子阱可抑制载流子的横向流动到位错形成非辐射复合，从而提高了量子效率。

在所述有源层的一组InGaAs量子阱层和GaAsP垒层之间设置GaAs层或InP层。

本发明在有源层的量子阱和垒之间插入一层薄的GaAs或InP ，可以有效缓解量子阱和垒之间的晶格失配，提高界面质量，减小应力，生长出高质量的量子阱材料，进而生长出高质量的用于倒装红外发光二极管芯片的外延片，提升红外发光二极管器件的光电性能，以达到提高亮度的目的。

进一步地，所述GaAs层或InP层的厚度范围为1nm～8nm。该厚度可以阻挡化合物InGaAs 和GaAsP 的相互扩散，并有效缓解量子阱和垒之间的晶格失配，提高界面质量，减小应力，生长出高质量的量子阱材料。

方案二：在衬底同一侧依次外延设置n-GaAs缓冲层、n-GaInP腐蚀截止层、n-GaAs接触层、n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层、n-Al_xGa_1-xAs下限制层、Al_xGa_1-xAs下波导层、有源层、Al_xGa_1-xAs上波导层、p-Al_xGa_1-xAs上限制层、p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层和p-GaAs 覆盖层，其特征在于所述有源层包括呈周期交替的InGaAs量子阱层和GaAs垒层，所述周期数为2～6。

本发明在有源层采用InGaAs/GaAs应变量子阱结构，采用应变量子阱可抑制载流子的横向流动到位错形成非辐射复合，从而提高了量子效率。

进一步地，本发明所述有源层的一组InGaAs量子阱层和GaAs垒层之间设置InGaAs 层。

在有源层的量子阱和垒之间插入In 组分含量较低( 与量子阱中In 组分相比较低) 的InGaAs 层，该插入层使得量子阱、垒界面具有较佳的界面平整度，较低的表面位错密度，并增强了量子阱发光特性。InGaAs/GaAs应变量子阱生长时，高In 组分生长与衬底的失配度大，导致晶体质量降低，在阱与垒之间插入InGaAs 层，可以有效缓解量子阱和垒之间的晶格失配，提高界面质量，减小应力，生长出高质量的量子阱材料，进而生长出高质量的用于倒装红外发光二极管芯片的外延片，提升红外发光二极管器件的光电性能，同样也可达到提高亮度的目的。

进一步地，本发明所述InGaAs 层的厚度范围为1nm～8nm。在阱与垒之间插入InGaAs 薄层，可以有效缓解量子阱和垒之间的晶格失配，提高界面质量，减小应力，生长出高质量的量子阱材料。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为本发明结构中一种有源层的局部放大示意图。

图3为本发明结构中另一种有源层的局部放大示意图。

具体实施方式

一、制备方法：

如图1所示，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法在n-GaAs衬底上至下而上依次外延生长各层。

在n-GaAs衬底1上由下至上外延生长n-GaAs缓冲层2，n-GaInP腐蚀截止层3，n-GaAs接触层4， n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层5，n-Al_xGa_1-xAs下限制层6， Al_xGa_1-xAs下波导层7，有源层8，Al_xGa_1-xAs上波导层9，p-Al_xGa_1-xAs上限制层10，p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层11，p-GaAs 覆盖层12。

其中：n-GaAs衬底1为（100）面的N 型GaAs 材料。

n-GaInP腐蚀截止层3厚度为200nm，采用Si₂H₆作为掺杂源。

n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层5厚度在1000nm到10000nm之间，且0<x<0.3，采用Si₂H₆作为掺杂源。

n-Al_xGa_1-xAs下限制层6厚度在300nm到1000nm之间，且0.3<x<0.6，采用Si₂H₆作为掺杂源。

AlxGa1-xAs 上波导层9的厚度小于所述AlxGa1-xAs 下波导层厚度，上波导层和下波导层的厚度范围为70nm 至1000nm，且0<x<0.3。

p-Al_xGa_1-xAs上限制层10厚度在300nm到1000nm之间，且0.3<x<0.6，采用CBr₄作为掺杂源。

p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层11厚度在1000nm到10000nm之间，且0<x<0.3，采用CBr₄作为掺杂源。

p-GaAs覆盖层12厚度150nm，分为两个部分，前50nm采用CBr₄作为掺杂源，后100nm表层使用DMZn作为掺杂源。

不同的是：

方案一中：如图2所示，在制作有源层8时，外延生长呈周期交替的InGaAs量子阱层8-1和GaAsP垒层8-3，周期数为2～6。并在其中的一个周期中，生长形成量子阱层8-1后，生长一层厚度范围为1～8nm的GaAs层或InP层8-2，然后再生长GaAsP垒层8-3。

方案二中：如图3所示，在制作有源层8时，外延生长呈周期交替的InGaAs量子阱层8-3和GaAs垒层8-1，周期数为2～6。并在其中的一个周期中，生长形成量子阱层8-3后，生长一层厚度范围为1～8nm的In 组分含量较低( 与量子阱中In 组分相比较低) 的InGaAs 层8-2，然后再生长GaAs垒层8-1。

二、产品结构特点：

1、如图1、2所示，在衬底1同一侧依次外延设置n-GaAs缓冲层2、n-GaInP腐蚀截止层3、n-GaAs接触层4、n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层5、n-Al_xGa_1-xAs下限制层6、Al_xGa_1-xAs下波导层7、有源层8、Al_xGa_1-xAs上波导层9、p-Al_xGa_1-xAs上限制层10、p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层11和p-GaAs 覆盖层12。

特点是：有源层8由周期数为2～6的交替的InGaAs量子阱层8-1和GaAsP垒层8-3组成，在其中的一个相邻的InGaAs量子阱层8-1和GaAsP垒层8-3之间设置厚度范围为1～8nm的GaAs层或InP层8-2。

2、如图1、3所示，在衬底1同一侧依次外延设置n-GaAs缓冲层2、n-GaInP腐蚀截止层3、n-GaAs接触层4、n-Al_xGa_1-xAs电流扩展层5、n-Al_xGa_1-xAs下限制层6、Al_xGa_1-xAs下波导层7、有源层8、Al_xGa_1-xAs上波导层9、p-Al_xGa_1-xAs上限制层10、p-Al_xGa_1-xAs电流扩展层11和p-GaAs 覆盖层12。

特点是：有源层8由周期数为2～6的交替的InGaAs量子阱层8-1和GaAs垒层8-3组成，在其中的一个相邻的InGaAs量子阱层8-3和GaAs垒层8-1之间设置厚度范围为1～8nm的InGaAs层8-2。