CN105489719A - 一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其量子阱层包括具有(InXGa1-X)As或(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1As的阱层、具有(AlX1Ga1-X1)AsX2P1-X2或(AlX1Ga1-X1)Y2In1-Y2P的势垒层；其中0＜X、X1、X2、Y1、Y2＜1；量子阱对数介于3对到25对之间。本发明利用量子阱应变调和后，晶格与衬底互相匹配，可以有效改善晶格错位的产生，抑制差排缺陷，改善后的结构具有较佳的亮度输出，且电压值也较低。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管领域，尤其是涉及一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管。
背景技术
红外光发光二极管主要应用于红外线通信、红外线遥控装置、传感器用光源及夜间照明。早期使用液相外延法(LPE)成长使用AlGaAs作为活性层的双异质结构发光二极管，难以做出单色性优异且发光波长900nm以上的多量子阱结构。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种带应变调和的多量子阱结构红外发光二极管，以形成高效率以及单色性优异，发光峰波长在900nm以上的红外发光二极管。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其量子阱层包括具有(InXGa1-X)As或(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1As的阱层、具有(AlX1Ga1-X1)AsX2P1-X2或(AlX1Ga1-X1)Y2In1-Y2P的势垒层；其中0＜X、X1、X2、Y1、Y2＜1；优选的，量子阱对数介于3对到25对之间。
优选的，以三元材料AlGaAs作为覆盖层。
优选的，所述阱层的厚度为3～80nm，大于80nm会使阱层产生缺陷；所述势垒层的厚度为5～90nm，大于90nm会使势垒层产生缺陷。
优选的，其芯片从上到下依次包括P型奥姆电极、ITO电流扩展层(ITO氧化铟锡电流扩散层)、接触层、P型第一覆盖层、P型第二覆盖层、量子阱层、N型第二覆盖层、N型第一覆盖层、缓冲层、GaAs衬底、N型奥姆电极。
优选的，所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～35％，浓度为介于5E18～3E20原子/厘米。
优选的，所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，浓度为8E17～6E18原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，浓度为5E17～3E18原子/厘米。
优选的，所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，浓度为5E17～2E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，浓度为5E17～2E18原子/厘米。
优选的，所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度介于8E17～5E18原子/厘米。
优选的，所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为介于8E17～3E18原子/厘米。
本发明同时提供一种制备如上所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管的方法，使用有机金属气相外延法(OMVPE)成长。
相对于现有技术，本发明所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，具有以下优势：本发明针对旧有液相外延法(LPE)方式，使用AlGaAs做为活性层的双异质结构红外光发光二极管，难以成长与衬底GaAs相比晶格常数差异较大之材料，并且很难形成发光波长在900nm以上的多量子阱结构，为了解决此一问题，提出使用有机金属气相外延法(OMVPE)成长带有应变调和之成长方式，在此为阱层使用(InXGa1-X)As或(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1As材料，与衬底相比为压应变，其厚度为d1，再透过势垒层(AlX1Ga1-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d1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，减少差排缺陷产生，进而提高结构的发光效率。
利用量子阱应变调和后，晶格与衬底互相匹配，可以有效改善晶格错位的产生，抑制差排缺陷，改善后的结构具有较佳的亮度输出，且电压值也较低。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的红外发光二极管的芯片的简单结构示意图；
图2为本发明实施例所述的量子阱层的简单结构示意图。
附图标记说明：
1-GaAs衬底，2-缓冲层，3-N型第一覆盖层，4-N型第二覆盖层，5-量子阱层，6-P型第二覆盖层，7-P型第一覆盖层，8-接触层，9-ITO电流扩展层，10-N型欧姆电极，11-P型欧姆电极，5a-阱层，5b-势垒层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其芯片从上到下依次包括P型欧姆电极11、ITO电流扩展层(ITO氧化铟锡电流扩散层)9、接触层8、P型第一覆盖层7、P型第二覆盖层6、量子阱层5、N型第二覆盖层4、N型第一覆盖层3、缓冲层2、GaAs衬底1、N型欧姆电极10；所述量子阱包括阱层5a以及势垒层5b。
实施例一
所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为8E18原子/厘米。
所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为8E17原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为6E17原子/厘米。
所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度为1.5E18原子/厘米。
所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为1.2E18原子/厘米。
所述量子阱层包括阱层和势垒层，量子阱对数为12对；阱层使用(In0.15Ga0.85)As，厚度d1为8nm，其材料对衬底GaAs施以压应变。
势垒层使用(Al0.1Ga0.9)As0.85P0.15，厚度d2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，晶格得以互相匹配通入正向电流20mA情况下，正向电压为1.28V，发光峰波长为956nm，发光输出功率为4.9mW。
实施例二
所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为8E18原子/厘米。
所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为8E17原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为6E17原子/厘米。
所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度为1.5E18原子/厘米。
所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为1.2E18原子/厘米。
所述量子阱层包括阱层和势垒层，量子阱对数为12对；阱层使用(In0.15Ga0.85)As，厚度d1为8nm，其材料对衬底GaAs施以压应变；势垒层使用(Al0.05Ga0.95)0.65In0.35P，厚度d2为20nm，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，晶格得以互相匹配通入正向电流20mA情况下，正向电压为1.32V，发光峰波长为950nm，发光输出功率为4.8mW。
实施例三
所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为8E18原子/厘米。
所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为8E17原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为6E17原子/厘米。
所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度为1.5E18原子/厘米。
所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为1.2E18原子/厘米。
所述量子阱层包括阱层和势垒层，量子阱对数为12对；阱层5a使用(Al0.05Ga0.95)0.85In0.15As，厚度d1为12nm，其材料对衬底GaAs施以压应变，势垒层使用(Al0.1Ga0.9)As0.85P0.15，厚度d2为20nm，其材料对衬底GaAs施以张应变。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，晶格得以互相匹配通入正向电流20mA情况下，正向电压为1.24V，发光峰波长为916nm，发光输出功率为4.6mW。
实施例四
所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为8E18原子/厘米。
所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为8E17原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为35％，浓度为1E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X为15％，浓度为6E17原子/厘米。
所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度为1.5E18原子/厘米。
所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为1.2E18原子/厘米。
所述量子阱层包括阱层和势垒层，量子阱对数为12对；阱层使用(Al0.05Ga0.95)0.85In0.15As，厚度d1为12nm，其材料对衬底GaAs施以压应变势垒层5b使用(Al0.05Ga0.95)0.65In0.35P，厚度d2为17nm，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，晶格得以互相匹配通入正向电流20mA情况下，正向电压为1.27V，发光峰波长为910nm，发光输出功率为4.4mW。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：其量子阱层包括具有(InXGa1-X)As或(AlX1Ga1-X1)Y1In1-Y1As的阱层、具有(AlX1Ga1-X1)AsX2P1-X2或(AlX1Ga1-X1)Y2In1-Y2P的势垒层；其中0＜X、X1、X2、Y1、Y2＜1；优选的，量子阱对数介于3对到25对之间。
2.根据权利要求1所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：以三元材料AlGaAs作为覆盖层。
3.根据权利要求1所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述阱层的厚度为3～80nm；所述势垒层的厚度为5～90nm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：其芯片从上到下依次包括P型欧姆电极、ITO电流扩展层、接触层、P型第一覆盖层、P型第二覆盖层、量子阱层、N型第二覆盖层、N型第一覆盖层、缓冲层、GaAs衬底、N型欧姆电极。
5.根据权利要求4所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述接触层为重掺杂C的P型接触层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～35％，浓度为介于5E18～3E20原子/厘米。
6.根据权利要求4所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述P型第一覆盖层为掺杂C的P型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，浓度为8E17～6E18原子/厘米；所述P型第二覆盖层为掺杂C的P型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，浓度为5E17～3E18原子/厘米。
7.根据权利要求4所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述N型第二覆盖层为掺杂Si的N型第二覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，浓度为5E17～2E18原子/厘米；所述N型第一覆盖层为掺杂Si的N型第一覆盖层AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，浓度为5E17～2E18原子/厘米。
8.根据权利要求4所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述缓冲层为由GaAs构成的缓冲层，浓度介于8E17～5E18原子/厘米。
9.根据权利要求4所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管，其特征在于：所述GaAs衬底为掺杂Si的单晶N型GaAs衬底，浓度为介于8E17～3E18原子/厘米。
10.一种制备如权利要求1～9任一项所述的带应变调和多量子阱结构的红外发光二极管的方法，其特征在于：使用有机金属气相外延法成长。
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