CN112968088A - 一种倒装红外发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种倒装红外发光二极管及其制备方法，其中，所述倒装红外发光二极管的电流扩展层为铝镓铟磷层，同时在电流扩展层与第一掺杂类型限制层之间设置了一层第一过渡层，所述第一过渡层的铝组分接于所述电流扩展层与所述第一掺杂类型限制层之间，这种二极管结构使得电流扩展层的厚度可以较薄，避免了电流扩展层生长过程中长晶质量难以控制的问题，同时第一过渡层的存在还解决了电流扩展层衔接第一掺杂类型限制层表面差的问题，使得外延层生长质量较好，大大减少了生长工艺的复杂性和成本，以有效地改善外延片表面，提高光效。进一步，由于所述电流扩展层为铝镓铟磷层，可有效控制电流扩展层的粗化深度，大大减少芯片工艺的复杂性和成本。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种倒装红外发光二极管及其制备方法。
背景技术
倒装红外发光二极管发展迅速，已经广泛应用于遥控器、监控摄像头、红外报警器和数据传输等传统领域。近年来，倒装红外发光二极管也开始逐渐应用到红外触摸屏、眼球追踪及车载夜视系统等新兴领域。
目前在砷化镓系红外发光二极管的结构中，通常包括腐蚀截止层、欧姆接触层、电极稳固层、电流扩展层以及其他功能层，其中，电流扩展层的表面形貌将直接影响后续外延生长各功能层的晶体质量，最终影响整个倒装红外发光二极管的效率和寿命。
目前为了使得电流更好的扩展，提升倒装红外发光二极管的发光效率，需要生长的电流扩展层的厚度较厚，通常在7～8μm左右，其中由4μm会在后续工艺中被粗化，较厚的电流扩展层在生长过程中难以控制其长晶质量，而电流扩展层的表面形貌不佳又将直接影响后续各层的晶体质量，在后续多量子阱层的生长中容易形成缺陷，这些缺陷会在多量子阱(Multiple Quantum Well)层中形成非辐射复合中心，从而导致红外发光二极管的亮度不好和寿命降低
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提供了一种倒装红外发光二极管及其制备方法，以解决较厚的电流扩展层在生长过程中长晶质量难以控制的问题。
为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种倒装红外发光二极管，包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的电流扩展层；所述电流扩展层包括铝镓铟磷层；
位于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第一过渡层；
位于所述第一过渡层背离所述衬底一侧的外延层，所述外延层包括靠近所述第一过渡层的第一掺杂类型限制层；
所述第一过渡层的铝组分大于所述电流扩展层中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
可选的，所述第一过渡层包括第一掺杂类型的铝镓砷层。
可选的，所述第一过渡层的厚度的取值范围为0.01～0.1μm。
可选的，所述第一过渡层的载流子浓度的取值范围为1×1018/cm3～5×1018/cm3。
可选的，还包括：缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层；
所述缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层均位于所述衬底与所述电流扩展层之间，并自所述衬底表面依次层叠设置。
可选的，所述外延层还包括：
位于所述第一掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的多量子阱；
位于所述多量子阱背离所述衬底一侧的第二掺杂类型限制层；
位于所述第二掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的窗口层；
位于所述窗口层背离所述衬底一侧的第二过渡层；
位于所述第二过渡层背离所述衬底一侧的磷化镓层。
一种倒装红外发光二极管的制备方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底一侧制备电流扩展层，所述电流扩展层包括铝镓铟磷层；
在所述电流扩展层背离所述衬底一侧制备第一过渡层；
在所述第一过渡层背离所述衬底一侧制备外延层，所述外延层包括靠近所述第一过渡层的第一掺杂类型限制层；
所述第一过渡层的铝组分大于所述电流扩展层中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
可选的，所述第一过渡层包括第一掺杂类型的铝镓砷层。
可选的，所述第一过渡层的厚度的取值范围为0.01～0.1μm。
可选的，所述第一过渡层的载流子浓度的取值范围为1×1018/cm3～5×1018/cm3。
从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种倒装红外发光二极管及其制备方法，其中，所述倒装红外发光二极管的电流扩展层为铝镓铟磷层，同时在电流扩展层与第一掺杂类型限制层之间设置了一层第一过渡层，所述第一过渡层的铝组分接于所述电流扩展层与所述第一掺杂类型限制层之间，这种二极管结构使得电流扩展层的厚度可以较薄，避免了电流扩展层生长过程中长晶质量难以控制的问题，同时第一过渡层的存在还解决了电流扩展层衔接第一掺杂类型限制层表面差的问题，使得外延层生长质量较好，大大减少了生长工艺的复杂性和成本，以有效地改善外延片表面，提高光效。
进一步，由于所述电流扩展层为铝镓铟磷层，可有效控制电流扩展层的粗化深度，大大减少芯片工艺的复杂性和成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种倒装红外发光二极管的剖面结构示意图；
图2为本申请的另一个实施例提供的一种倒装红外发光二极管的剖面结构示意图；
图3为本申请的又一个实施例提供的一种倒装红外发光二极管的剖面结构示意图；
图4为本申请的一个实施例提供的一种倒装红外发光二极管的制备方法的流程示意图；
图5-图7为本申请的一个实施例提供的一种倒装红外发光二极管的制备流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种倒装红外发光二极管，如图1所示，包括：
衬底10；
位于所述衬底10一侧的电流扩展层20；所述电流扩展层20包括铝镓铟磷层；
位于所述电流扩展层20背离所述衬底10一侧的第一过渡层30；
位于所述第一过渡层30背离所述衬底10一侧的外延层40，所述外延层40包括靠近所述第一过渡层30的第一掺杂类型限制层；
所述第一过渡层30的铝组分大于所述电流扩展层20中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
一般情况下，现有技术中的电流扩展层20多为铝镓砷层，本申请实施例提供的倒装红外发光二极管采用铝镓铟磷层作为电流扩展层20，不同于铝镓砷材料作为电流扩展层20需要很厚的厚度，这样可以减少外延生长的时间，避免成本的浪费，同时也提高了外延层的长晶质量，改善了倒装红外发光二极管外延层的发光效率及制备良率、寿命。
另外，所述倒装红外发光二极管在第一缠在类型限制层和电流扩展层20之间增加了一层铝镓砷层作为第一过渡层30，且第一过渡层30的铝组分大于所述电流扩展层20中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分，可以解决难以控制电流扩展层20长晶质量而影响到后续膜层晶体质量的问题，减少后续多量子阱层生长过程中缺陷造成的非辐射复合，提高倒装红外发光二极管的亮度和寿命。
同时使用铝镓铟磷材料作为所述电流扩展层20，比铝镓砷材料更易形成第一掺杂类型材料，只需少量掺杂源即可达到同等的掺杂浓度，可节约成本。
进一步的，铝镓砷材料易氧化，容易吸收870nm以下的红外光，本申请实施例提供的电流扩展层20材料为铝镓铟磷层，可以减少对于红外光的吸收，提高了倒装红外发光二极管的出光效率，减少了元件功率损耗的问题。
可选的，所述第一过渡层30包括第一掺杂类型的铝镓砷层。
所述第一过渡层30的厚度的取值范围为0.01～0.1μm。
可选的，所述第一掺杂类型为N型，相应的，第二掺杂类型可为P型，可选的，所述第一过渡层30的载流子浓度的取值范围为1×1018/cm3～5×1018/cm3。
参考图2，可选的，所述倒装红外发光二极管还包括：
缓冲层50、腐蚀截止层60、欧姆接触层70和电极稳固层80；
所述缓冲层50、腐蚀截止层60、欧姆接触层70和电极稳固层80均位于所述衬底10与所述电流扩展层20之间，并自所述衬底10表面依次层叠设置。
其中，所述缓冲层50可以为砷化镓N型缓冲层，所述腐蚀截止层60可以为镓铟磷N型腐蚀截止层，所述欧姆接触层70可以为砷化镓N型欧姆接触层，所述电极稳固层80可以包括镓铟磷N型电极稳固层。
参考图3，可选的，所述倒装红外发光二极管还包括：
位于所述第一掺杂类型限制层背离所述衬底10一侧的多量子阱41；
位于所述多量子阱背离所述衬底10一侧的第二掺杂类型限制层42；
位于所述第二掺杂类型限制层背离所述衬底10一侧的窗口层43；
位于所述窗口层背离所述衬底10一侧的第二过渡层44；
位于所述第二过渡层背离所述衬底10一侧的磷化镓层45。
可选的，所述第一掺杂类型限制层可以为铝镓砷N型限制层。
所述多量子阱层可以包括铟镓砷/铝镓砷层叠设置的量子阱有源层，铟镓砷/铝镓砷的重复生长对数为4～12对，总厚度可选为0.5～1.5μm。
所述第二掺杂类型限制层可选为P型限制层。
所述窗口层可选为铝镓砷P型窗口层。
所述第二过渡层可选为镓铟磷P型过渡层。
相应的，本申请实施例还提供了一种倒装红外发光二极管的制备方法，如图4所示，包括：
S101：提供衬底；所述衬底的剖面结构示意图参考图5。
S102：在所述衬底一侧制备电流扩展层，所述电流扩展层包括铝镓铟磷层；
经过步骤S102后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图6。
S103：在所述电流扩展层背离所述衬底一侧制备第一过渡层；
经过步骤S103后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图7。
S104：在所述第一过渡层背离所述衬底一侧制备外延层，所述外延层包括靠近所述第一过渡层的第一掺杂类型限制层；
经过步骤S104后的衬底及其表面结构的剖面结构示意图参考图1。
所述第一过渡层的铝组分大于所述电流扩展层中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
参考图2，可选的，所述倒装红外发光二极管还包括：
缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层；
所述缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层均位于所述衬底与所述电流扩展层之间，并自所述衬底表面依次层叠设置。
其中，所述缓冲层可以为砷化镓N型缓冲层，所述腐蚀截止层可以为镓铟磷N型腐蚀截止层，所述欧姆接触层可以为砷化镓N型欧姆接触层，所述电极温度层可以包括镓铟磷N型电极稳固层。
参考图3，可选的，所述倒装红外发光二极管还包括：
位于所述第一掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的多量子阱；
位于所述多量子阱背离所述衬底一侧的第二掺杂类型限制层；
位于所述第二掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的窗口层；
位于所述窗口层背离所述衬底一侧的第二过渡层；
位于所述第二过渡层背离所述衬底一侧的磷化镓层。
可选的，所述第一掺杂类型限制层可以为铝镓砷N型限制层。
所述多量子阱层可以包括铟镓砷/铝镓砷层叠设置的量子阱有源层，铟镓砷/铝镓砷的重复生长对数为4～12对，总厚度可选为0.5～1.5μm。
所述第二掺杂类型限制层可选为P型限制层。
所述窗口层可选为铝镓砷P型窗口层。
所述第二过渡层可选为镓铟磷P型过渡层。
下面对所述倒装红外发光二极管的具体制备过程进行描述。
该倒装红外发光二极管的具体制备过程可包括：
步骤1、GaAs N型缓冲层
采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)技术，将厚度为350μm的GaAs衬底放入反应室，在600～750℃的温度范围内生长一层材料为0.1～0.2μm的GaAs缓冲层，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为1E17/cm3-5E18/cm3。
步骤2、GaInP N型腐蚀截止层
保持600～750℃的温度，生长GaInP N型腐蚀截止层，厚度在0.1～0.3μm之间，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为7E17/cm3～5E18/cm3；
步骤3、GaAs N型欧姆接触层
保持600～750℃的温度，生长GaAs N型欧姆接触层，其厚度在0.05-0.1μm，掺入N型掺杂源，载流子浓度为7E17/cm3～5E18/cm3；
步骤4、GaInP N型电极稳固层
保持600-750℃的温度，生长GaInP N型电极稳固层，厚度在0.01～0.1μm之间，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为7E17/cm3～5E18/cm3；
步骤5、AlbGa1-b InP N型电流扩展层
将温度调整至600-800℃，生长AlbGa1-b InP(0<b<a<1)材料作为N型电流扩展层(5)，厚度为3～4μm之间，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为1E18/cm3～5E18/cm3；
步骤6、AlcGa1-c As N型过渡层
将温度保持在600～800℃，将P源切换为As源，生长AlcGa1-c As(b<c<a)材料作为N型过渡层，其中被过渡层采用Al组分介于N型层和AlGaInP电流扩展层之间，厚度为0.01～0.1μm之间，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为1E18/cm3～5E18/cm3。步骤7、AlaGa1-a As N型限制层
将温度保持在600～800℃，生长AlaGa1-a As(0<a<1)材料作为N型限制层，厚度为0.2～0.5μm之间，掺入N型掺杂源，其载流子浓度为1E18/cm3～5E18/cm3。
步骤8、InGaAs/AlGaAs量子阱有源层
将温度调整至600～750℃，生长材料InGaAs/AlGaAs的量子阱有源层，InGaAs为势阱的材料，AlGaAs为势垒材料，重复生长4～12对，其总厚度为0.5～1.5μm。
步骤9、AlGaAs P型限制层
将温度调整600～800℃，生长AlGaAs P型限制层，厚度为0.2～0.5μm之间；
步骤10、AlGaAs P型窗口层
将温度保持600～800℃，生长AlGaAs P型窗口层，厚度为1.0～3μm之间；掺入P型掺杂源，其载流子浓度5E17/cm3～1E18/cm3；
步骤11、GaInP P型过渡层
将温度保持600～800℃，生长GaInP P型掺杂过渡层，厚度为0.01～0.02μm之间，掺入P型掺杂源，载流子浓度为1E18/cm3～5E18/cm3；
步骤12、GaP层
将温度上升至700～800℃，生长GaP层，厚度为0.15～3μm之间，掺入P型掺杂源，其载流子浓度为1E18/cm3～5E18/cm3。
综上所述，本申请实施例提供了一种倒装红外发光二极管及其制备方法，其中，所述倒装红外发光二极管的电流扩展层为铝镓铟磷层，同时在电流扩展层与第一掺杂类型限制层之间设置了一层第一过渡层，所述第一过渡层的铝组分接于所述电流扩展层与所述第一掺杂类型限制层之间，这种二极管结构使得电流扩展层的厚度可以较薄，避免了电流扩展层生长过程中长晶质量难以控制的问题，同时第一过渡层的存在还解决了电流扩展层衔接第一掺杂类型限制层表面差的问题，使得外延层生长质量较好，大大减少了生长工艺的复杂性和成本，以有效地改善外延片表面，提高光效。
进一步，由于所述电流扩展层为铝镓铟磷层，可有效控制电流扩展层的粗化深度，大大减少芯片工艺的复杂性和成本。
本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种倒装红外发光二极管，其特征在于，包括：
衬底；
位于所述衬底一侧的电流扩展层；所述电流扩展层包括铝镓铟磷层；
位于所述电流扩展层背离所述衬底一侧的第一过渡层；
位于所述第一过渡层背离所述衬底一侧的外延层，所述外延层包括靠近所述第一过渡层的第一掺杂类型限制层；
所述第一过渡层的铝组分大于所述电流扩展层中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
2.根据权利要求1所述的倒装红外发光二极管，其特征在于，所述第一过渡层包括第一掺杂类型的铝镓砷层。
3.根据权利要求2所述的倒装红外发光二极管，其特征在于，所述第一过渡层的厚度的取值范围为0.01～0.1μm。
4.根据权利要求2所述的倒装红外发光二极管，其特征在于，所述第一过渡层的载流子浓度的取值范围为1×1018/cm3～5×1018/cm3。
5.根据权利要求1所述的倒装红外发光二极管，其特征在于，还包括：缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层；
所述缓冲层、腐蚀截止层、欧姆接触层和电极稳固层均位于所述衬底与所述电流扩展层之间，并自所述衬底表面依次层叠设置。
6.根据权利要求1所述的倒装红外发光二极管，其特征在于，所述外延层还包括：
位于所述第一掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的多量子阱；
位于所述多量子阱背离所述衬底一侧的第二掺杂类型限制层；
位于所述第二掺杂类型限制层背离所述衬底一侧的窗口层；
位于所述窗口层背离所述衬底一侧的第二过渡层；
位于所述第二过渡层背离所述衬底一侧的磷化镓层。
7.一种倒装红外发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底一侧制备电流扩展层，所述电流扩展层包括铝镓铟磷层；
在所述电流扩展层背离所述衬底一侧制备第一过渡层；
在所述第一过渡层背离所述衬底一侧制备外延层，所述外延层包括靠近所述第一过渡层的第一掺杂类型限制层；
所述第一过渡层的铝组分大于所述电流扩展层中的铝组分，且小于所述第一掺杂类型限制层中的铝组分。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一过渡层包括第一掺杂类型的铝镓砷层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一过渡层的厚度的取值范围为0.01～0.1μm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一过渡层的载流子浓度的取值范围为1×1018/cm3～5×1018/cm3。
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