CN108028296B - 红外led - Google Patents
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Abstract
一种具有单片的和堆叠状的结构(10)的红外LED，其具有：n掺杂的包括GaAs的基础衬底(14)、上包覆层(16)、用于产生红外辐射的有源层(18)、上包覆层(20)、电流分配层(24)以及上接通层(26)，其中，所述层以所提及的顺序布置，其中，所述上包覆层(20)与所述电流分配层(24)之间布置有第一隧道二极管(22)，并且其中，所述电流分配层(24)主要包括n掺杂的含Ga的具有大于1％的Ga含量的层。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外LED。
背景技术
为了提高红外LED的效率，可以以不同的方式优化红外LED的外延结构。
由DE 10 2010 014 667 A1已知一种具有外延结构的红外LED，所述外延结构在载体层与p掺杂的包覆层之间具有由一个或多个p掺杂的AlGaAs层构成的500nm厚的电流扩展层。
由DE 102 11 531 A1已知一种红外LED外延结构，其除了多个由III-V族的化合物构成的半导体层之外为了提高效率具有高反射的金属层作为反射器。
Yongqin Yu等人的文献《MOCVD growth of strain-compensated multi-quantumwells light emitting diode》，2003出版的Vacuum，第69卷，第489-493页，研究红外发光二极管的量子效率以及光输出功率，所述红外发光二极管具有分别不同的由借助低压CVD渗入的InGaAs/GaAsP构成的MQW有源层。
根据US 2007/0075327 A1，p掺杂的并且通过氢原子掺杂的III-V半导体层布置为p掺杂的包覆层与p掺杂的接通层之间的缓冲层，以便阻止接通层与包覆层之间的掺杂剂的扩散。
由EP 2 009 753 A1已知一种多射束激光二极管，其由彼此上下地布置的并且通过隧道通道串联电连接的激光堆叠构成。由DE 10 2006 057 747 A1且由US 2005/0173724 A1、DE 10 2007 032 555 A1和US 5 936 266 A同样已知不同的LED半导体层堆叠。
发明内容
在这些背景下，本发明的任务在于，说明一种扩展现有技术的设备。
所述任务通过按照本发明的红外LED解决，其具有单片的和堆叠状的结构，所述红外LED具有：
包括GaAs的n掺杂的基础衬底、下包覆层、用于产生红外辐射的有源层、上包覆层、电流分配层以及上接通层，其中，这些层以所提及的顺序布置，
其中，所述上接通层外延地生长，并且在所述上包覆层与所述电流分配层之间布置有第一隧道二极管，其中，所述电流分配层主要具有n掺杂的含Ga的层，所述n掺杂的含Ga的层具有大于1％的Ga含量，并且所述电流分配层具有层电阻RS＜75Ω，并且所述电流分配层由GaAs或AlGaAs或InGaP构成，
所述第一隧道二极管具有30nm至150nm之间的厚度并且包括含As的p层以及含P的n层，其中，含As的层以碳掺杂，掺杂剂浓度大于1×1019N/cm3，其中，含P的层以碲掺杂，掺杂剂浓度大于3×1018N/cm3。。本发明的有利的构型是下述说明的主题。
根据本发明的主题，红外LED具有单片的、堆叠状的并且外延生长的结构，所述结构具有包括GaAs的n掺杂的基础衬底、下包覆层、用于产生红外辐射的有源层、上包覆层、电流分配层以及上接通层，其中，所述层以所提及的顺序布置，其中，在上包覆层与电流分配层之间布置有第一隧道二极管，并且其中，电流分配层主要具有n掺杂的含Ga的层，所述n掺杂的含Ga的层具有大于1％的Ga含量。
需要说明的是，有源层优选地构造为MQW层，其中，优选将有源层实施为InxGa1- xAs/GaAs1-yPy多量子阱结构(0.1≤x≤0.2并且0.1≤y≤0.3)。此外需要说明的是，MQW层包含一个或多个层，并且所述一个或多个MQW层具有比下包覆层和/或上包覆层更小的能带间隙能量(Bandlückenergie)。
MQW层当前表示多量子阱结构(Multi Quantum Wells或MQW)，其中，名称“量子阱结构”不包含关于量子化的维度的说明。此外，名称“量子阱结构”包括量子槽、量子线和量子点以及以上提及的结构的每种组合。可以理解，只要在两个接通层处施加合适的电压，则在MQW结构内产生红外光。光耦合输出优选地通过上接通层实现。
此外需要说明的是，下包覆层优选地具有n掺杂和/或上包覆层优选地具有p掺杂。
通过构造用于p掺杂的包覆层与电流分配层之间的第一隧道二极管的隧道二极管层可以特别简单地实现由n-AlGaAs构成的n掺杂的电流分配层。由于载流子在n掺杂的层内与p掺杂的电流分配层相比更高的迁移率(Beweglichkeit)，可以在更小的层厚度的情况下实现相同的电流分配或相同的效果。研究已经示出，p-Al26GaAs具有大约μp＝100cm2/Vs的迁移率，而在n-Al26GaAs内的迁移率是大约μn＝750cm2/Vs。
由于n-AlGaAs电流分配层的与在能带间隙之外的p-AlGaAs层相比更小的吸收系数，以n-AlGaAs电流分配层代替p-AlGaAs的电流分配层可以提高LED的光功率。由此，与p-AlGaAs电流分配层相比可以提高n-AlGaAs的电流分配层的掺杂。通过提高的掺杂和n-AlGaAs电流分配层中的与p-AlGaAs电流分配层相比降低的横向电阻，可以提高电流的横向分配，也就是说，提高n电流分配层中的均匀性。
在一种实施方式中，n掺杂的电流分配层由GaAs或AlGaAs或InGaP构成。优选地，电流分配层包括n掺杂的AlxGa1-xAs层，所述n掺杂的AlxGa1-xAs层具有0％至20％之间的Al含量x。
在一种扩展方案中，n掺杂的电流分配层具有0.1μm至4.0μm的厚度。优选地，电流分配层具有0.5μm至2.5μm之间的厚度并且最优选具有1.5μm的厚度。
在一种实施方式中，电流分配层具有比1.0E18N/cm3更大的n掺杂剂浓度。优选地，电流分配层的掺杂剂浓度处于4E17N/cm3至5E18 N/cm3的范围内。
此外优选地，电流分配层具有层电阻R□＜400Ω或R□＜75Ω。
在一种实施方式中，电流分配层具有0.1μm至5μm的范围内的厚度和/或4Ω至350Ω的范围内的R□，或者电流分配层具有0.2μm至1.5μm的范围内的厚度和/或4Ω至75Ω的范围内的层电阻R□。层电阻R□当前理解为特定的面电阻。
根据本发明的设备的优点是：降低尺寸以及提高光功率和降低制造成本。根据本发明的设备的另一优点是：通过使用n掺杂的上电流分配层结合电流分配层与上包覆层之间的隧道二极管还可以使用n掺杂的GaAs衬底用于制造红外LED。在不根据本发明使用第一隧道二极管的情况下，必须使用更昂贵的并且质量更差的p-GaAs衬底用于制造LED。
在一种替代的实施方式中，在电流分配层与上接通层之间布置有第二隧道二极管，并且p掺杂地构造上接通层，使得在连接端方面向外地得出所述结构的接口，所述接口与不具有隧道二极管层的经典的红外LED结构相一致。
根据另一扩展方案，下包覆层和/或上包覆层由GaAs或AlGaAs或InGaAsP或GaAsP或InGaP或AlInGaP构成，或者主要包括由GaAs或AlGaAs或InGaAsP或GaAsP或InGaP或AlInGaP构成的化合物。
在另一实施方式中，有源层的厚度或MQW层的厚度构造在15nm至350nm之间或在30nm至300nm之间或最优选地在200nm至400nm之间。在一种扩展方案中，有源层的厚度或MQW层的厚度具有300nm。优选地，隧道二极管具有30nm至150nm之间的厚度、优选45nm至55nm之间的厚度并且最优选50nm的厚度。
优点是：与p掺杂的电流分配层的通常的厚度相比可以节省超过4μm的层厚度，所述层厚度相应于大约35％的节省并且以附加的隧道二极管对明显地降低红外LED的结构高度和提高光功率作出贡献。
在一种实施方式中，在n掺杂的基础衬底以下构造n掺杂的下接通层。在一种扩展方案中，第一隧道二极管和/或第二隧道二极管包括含As的层，其中，所述含As的层以碳掺杂。在另一实施方式中，第一隧道二极管和/或第二隧道二极管包括含P的层，其中，所述含P的以碲层掺杂。优选地，第一隧道二极管和/或第二隧道二极管包括具有大于3×1018N/cm3的掺杂剂浓度的至少一个n掺杂的层和具有大于1×1019N/cm3的掺杂剂浓度的至少一个p掺杂的层。
可以理解，在第一隧道二极管的情况下，在p包覆层上首先布置有p掺杂的隧道二级管层，并且接下来跟随n掺杂的隧道二极管层，并且此后跟随n电流分配层。在第二隧道二极管的情况下，掺杂层的极性的顺序是相反的。在n电流分配层之后跟随n隧道二极管层，并且接下来跟随p隧道二极管层，并且此后跟随p接通层。
附图说明
以下参照附图进一步阐述本发明。在此，同类的部分以同样的标志来标记。所显示的实施方式是强烈示意性的，也就是说，间距以及横向和纵向的延伸不是按比例的并且——只要未另外说明——彼此也不具有能推导的几何关系。在此示出：
图1：红外LED的根据本发明的第一实施方式的示意性视图；
图2：红外LED的根据本发明的第二实施方式的示意性视图；
图3：根据现有技术的红外LED的实施方式的示意性视图。
具体实施方式
图1的图示出第一实施方式的视图，所述第一实施方式具有红外LED，所述红外LED具有单片的堆叠的外延生长的结构10，所述结构以以下顺序具有由GaAs构成的n掺杂的基础衬底14、n掺杂的包覆层16、MQW层18、p掺杂的包覆层20、第一隧道二极管22、n掺杂的电流分配层24以及第二n掺杂的接通层26。在处理用于LED芯片的外延生长的结构的情况下，在其他处理过程中施加第一接通部12以及第二n接通部30。
在图2的图中示出具有外延生长的结构10的红外LED的另一实施方式。以下仅阐述与图1的图的区别。在电流分配层24上跟随第二隧道二极管28并且p掺杂地构造相连接的上接通层26。因此，跟随上接通层的接通部30也构造为至p半导体层的金属接通部。由此，根据本发明的红外LED结构10的接通部相应于由现有技术已知的没有隧道二极管22和n掺杂的电流分配层24的红外LED结构10(如在图3中描述的那样)的接通部。可以理解，电流分配层24根据现有技术在图3中是p掺杂的。
Claims (13)
1.一种红外LED，其具有单片的和堆叠状的结构(10)，所述红外LED具有：
包括GaAs的n掺杂的基础衬底(14)、下包覆层(16)、用于产生红外辐射的有源层(18)、上包覆层(20)、电流分配层(24)以及上接通层(26)，其中，这些层以所提及的顺序布置，
其特征在于，
其中，所述上接通层外延地生长，并且在所述上包覆层(20)与所述电流分配层(24)之间布置有第一隧道二极管(22)，其中，所述电流分配层(24)主要具有n掺杂的含Ga的层，所述n掺杂的含Ga的层具有大于1％的Ga含量，并且所述电流分配层(24)具有层电阻RS＜75Ω，并且所述电流分配层(24)由GaAs或AlGaAs或InGaP构成，
所述第一隧道二极管(22)具有30nm至150nm之间的厚度并且包括含As的p层以及含P的n层，其中，含As的层以碳掺杂，掺杂剂浓度大于1×1019N/cm3，其中，含P的层以碲掺杂，掺杂剂浓度大于3×1018N/cm3。
2.根据权利要求1所述的红外LED，其特征在于，在所述电流分配层(24)与所述上接通层(26)之间布置有第二隧道二极管(28)并且所述上接通层(26)是p掺杂的。
3.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述下包覆层(16)主要包括由GaAs或AlGaAs或InGaAsP或GaAsP或InGaP或AlInGaP构成的化合物。
4.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述上包覆层(20)主要包括由GaAs或AlGaAs或InGaAsP或GaAsP或InGaP或AlInGaP构成的化合物。
5.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述有源层(18)由多量子阱结构构成并且具有15nm至350nm之间的厚度。
6.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述电流分配层(24)具有0.1μm至3.0μm之间的厚度。
7.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述电流分配层(24)包括n掺杂的AlxGa1-xAs层，所述n掺杂的AlxGa1-xAs层具有0％至20％之间的Al含量x。
8.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述电流分配层(24)具有大于1.0E18N/cm3的n掺杂剂浓度。
9.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述有源层(18)由InxGa1-xAs/GaAs1-yPy多量子阱结构构成，其中，0.1≤x≤0.2并且0.1≤y≤0.3。
10.根据权利要求2所述的红外LED，其特征在于，所述第二隧道二极管(28)包括含As的层，其中，所述含As的层以碳掺杂，和/或，所述第二隧道二极管包括含P的层，其中，所述含P的层以碲掺杂。
11.根据权利要求2或10所述的红外LED，其特征在于，所述第二隧道二极管(28)包括具有大于3×1018N/cm3的掺杂剂浓度的n掺杂的层和具有大于1×1019N/cm3的掺杂剂浓度的p掺杂的层。
12.根据权利要求1或2所述的红外LED，其特征在于，所述下包覆层(16)具有n掺杂和/或所述上包覆层(20)具有p掺杂。
13.根据权利要求5所述的红外LED，其特征在于，所述有源层(18)具有30nm至300nm之间的厚度。
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