CN114220894A - 一种不可见光发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不可见光发光二极管及制备方法,所述不可见光发光二极管包括半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包含第一电流扩展层,第一InX1Ga1‑x1As层,第一覆盖层,有源层和第二覆盖层。本发明所述不可见光发光二极管采用GaAs层和InXGa1‑xAs层作为吸收层,在电流密度大于1A/mm2情况下,可有效去除可见光部分,有效解决不可见光发光二极管的红爆现象。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,具体涉及不可见光发光二极管及制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)具有发光强度大、效率高、体积小、使用寿命长等优点,被认为是当前最具有潜力的光源之一。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。
目前不可见光发光二极管芯片普遍存在红爆现象:在点亮时使用人眼观察芯片发光状况,会看到部分深红色光从芯片发出,造成在应用上需要无红爆纯红外需求受到限制,所以市场上需开发出一种无可见光发射的不可见光发光二极管。
发明内容
为了解决上述的问题,本发明提出一种不可见光发光二极管,可以减少红爆现象。
本发明提出一种不可见光发光二极管,包括:半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一覆盖层、有源层、第二覆盖层;其特征在于:包含第一Inx1Ga1-x1As层,所述第一Inx1Ga1-x1As层位于所述第一电流扩展层和第一覆盖层之间,所述第一Inx1Ga1-x1As层的x1的范围为0<x1≤0.08。
在一些可选的实施例中,所述第一Inx1Ga1-x1As层的厚度为100~1000nm,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述第一电流扩展层为Aly1Ga1-y1As,所述y1的范围为0≤y1≤0.25。
在一些可选的实施例中,所述第一电流扩展层的厚度为5~9um;掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述不可见光发光二极管还包含第一In含量过渡层,位于所述第一电流扩展层和第一Inx1Ga1-x1As层之间,所述第一In含量过渡层的In含量自第一电流扩展层至第一Inx1Ga1-x1As层方向In含量为逐渐增加。
在一些可选的实施例中,所述第一In含量过渡层的In含量自第一电流扩展层至第一InxGa1-xAs层方向In含量为线性增加的或者分段性增加。
在一些可选的实施例中,还包含第二电流扩展层,所述第二电流扩展层位于第二覆盖层之上,所述第二电流扩展层为Aly2Ga1-y2As,所述y2的范围为0≤y2≤0.25。
在一些可选的实施例中,所述第二电流扩展层的厚度为0~3um;掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述不可见光发光二极管还包含第二Inx2Ga1-x2As层,所述第二Inx2Ga1-x2As层位于第二覆盖层和第二电流扩展层之间,所述第二Inx2Ga1-x2As层的In含量为0<x2≤0.08
在一些可选的实施例中,所述第二Inx2Ga1-x2As层的厚度为100~1000nm,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述不可见光发光二极管还包含第二In含量过渡层,位于所述第二覆盖层和第二Inx2Ga1-x2As层之间,所述第二In含量过渡层的In含量自所述第二覆盖层至第二Inx2Ga1-x2As层方向In含量为逐渐增加。
在一些可选的实施例中,所述第二In含量过渡层的In含量自所述第二覆盖层至第二Inx2Ga1-x2As层方向In含量为线性增加或者分段式增加。
本发明还提出一种不可见光发光二极管,包括:半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一类型覆盖层、有源层、第二类型覆盖层;其特征在于:所述第一电流扩展层为GaAs层,所述第一电流扩展层的厚度为5~9um;所述第一电流扩展层的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,还包含第二电流扩展层,所述第二电流扩展层位于第二覆盖层之上,所述第二电流扩展层为GaAs,所述第二电流扩展层的厚度为0~3um;所述第一电流扩展层的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
本发明还提出一种不可见光发光二极管,包括:半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一类型覆盖层、有源层、第二类型覆盖层;其特征在于:包含Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层位于所述第一电流扩展层和第一覆盖层之间,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层中0.02<x3≤0.20,0≤y3≤0.25,0.7<z≤0.95。
在一些可选的实施例中,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层由N对Inx3Ga1-x3As和Aly3Ga1-y3AszP1-z交替堆叠形成,所述1≤N≤20。
在一些可选的实施例中,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层中Inx3Ga1-x3As单层的厚度为5~20nm;Aly3Ga1-y3AszP1-z单层的厚度为5~50nm。
在一些可选的实施例中,所述不可见光发光二极管辐射峰值波长为910~980nm的不可见光。
本发明提出一种不可见光发光二极管,至少具有以下有益效果:
1)本发明采用GaAs层和InxGa1-xAs层作为吸收层,在电流密度大于1A/mm2情况下,可有效去除可见光部分,有效解决不可见光发光二极管的红爆现象;
2)进一步地, 在所述第一电流扩展层和第一Inx1Ga1-x1As层之间引入In含量过渡层,减少InGaAs吸收层和基板之间的失配度,可改善外延层的晶体质量,可改善不可见光发光二极管器件的光电性能及可靠性。
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。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明,但本领域技术人员应当理解,并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之,旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中所涉及的不可见光外延结构的侧面剖视图。
图2~图3为实施例1中第一In含量过渡层的In含量的变化曲线图。
图4为实施例1中所涉及的不可见光发光二极管的侧面剖视图。
图5为实施例2中所涉及的不可见光外延结构侧面剖视图。
图6为实施例2中所涉及的不可见光发光二极管的侧面剖视图。
图7~8图为实施例2中所涉及的不可见光发光二极管的制备过程中的结构示意图。
图9为实施例3中所涉及的不可见光发光二极管的侧面剖视图。
图10为实施例4中所涉及的不可见光发光二极管的侧面剖视图。
附图标记:生长衬底:100;缓冲层:101;蚀刻截止层:102;第一欧姆接触层:103;第一电流扩展层:104;第一In含量过渡层:105a;第一Inx1Ga1-x1As层:105;第一覆盖层:106;有源层:107;第二覆盖层:108;第二电流扩展层:109;第二欧姆接触层:110;第二In含量过渡层:111a;第二Inx2Ga1-x2As层:111;Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层:112;基板:200;键合层:201;镜面层:202;P型欧姆接触金属层:202a;介电材料层:202b;第一电极:203;第二电极:204。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用了区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定与物理或者机械的连接,而是可以包括电性的连接、光连接等,不管是直接的还是间接的。
应当理解,本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的,而不是旨在限制本发明。进一步理解,当在本发明中使用术语“包含”、“包括"时,用于表明陈述的特征、整体、步骤、元件、和/或的存在,而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、元件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外,本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解,本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义,并且不应以理想化或过于正式的意义来理解,除本发明中明确如此定义之外。
实施例1
本实施例提供一种不可见光发光二极管及其制造方法,采用GaAs层和InxGa1-xAs层作为吸收层,在电流密度大于1A/mm2情况下,可有效去除可见光部分,有效解决不可见光发光二极管的红爆现象。
图1为一较佳实施例的LED外延结构的示意图,所述LED外延结构包括:生长衬底100;半导体外延叠层,包含依次层叠于所述生长衬底100之上的第一电流扩展层104、第一In含量过渡层105a,第一Inx1Ga1-x1As层105、第一覆盖层106、有源层107、第二覆盖层108、第二电流扩展层109和第二欧姆接触层110。
具体地,参照图1,生长衬底100的材料包括但不限于GaAs,也可采用其他材料,例如GaP、InP等。在本实施例中以GaAs生长衬底100为例。可选地,在生长衬底100与第一电流扩展层104之间还依次设置有缓冲层101、蚀刻截止层102和欧姆接触层103;其中,由于缓冲层101的晶格质量相对生长衬底100晶格质量好,因而,在生长衬底100上生长缓冲层101有利于消除生长衬底100晶格缺陷对半导体外延叠层的影响;蚀刻截止层102用于后期步骤化学蚀刻的截止层,在一些可选的实施例中,蚀刻截止层102为n型刻蚀截止层,材料为n-GaInP。为了便于生长衬底100的后续移除,其厚度控制在500nm以内,更优选的为200nm以内。在一些可选的实施例中,欧姆接触层103为GaAs材料,厚度范围为10~100nm,掺杂浓度为1~10E+18/cm3,优选为2E18/cm3,以实现更好的欧姆接触结果。
半导体外延叠层可以通过物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)、外延生长(Epitaxy Growth Technology)和原子束沉积 (Atomic Layer Deposition,ALD)等方式形成在生长衬底100上。
半导体外延叠层为能够提供常规的如紫外、蓝、绿、黄、红、红外光等辐射的半导体材料,具体的可以是200~950nm的材料,如常见的氮化物,具体的如氮化镓基半导体外延叠层,氮化镓基外延叠层常见有掺杂铝、铟等元素,主要提供200~550nm波段的辐射;或者常见的铝镓铟磷基或铝镓砷基半导体外延叠层,主要提供550~950nm波段的辐射。本实施例中优选半导体外延叠层为铝镓砷基半导体外延叠层,辐射峰值波长为910~980nm的不可见光。
第一电流扩展层104起到电流扩展的作用,其扩展能力与厚度有关,因此在本实施例中可根据具体的器件尺寸选择其厚度,较佳厚度控制在2μm以上,10μm以下。本实施例中,优选所述第一电流扩展层104的厚度为5~9μm,可保证电流得到均匀的扩展。所述第一电流扩展层104材料为Aly1Ga1-y1As,所述y的范围为0≤y1≤0.25。所述第一电流扩展层104的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述第一电流扩展层104材料为GaAs,由于GaAs材料的本征带隙为1.42ev,可吸收870nm以下的波长,故第一电流扩展层104为GaAs材料时,可吸收部分可见光,解决不可见光发射时的红爆问题。
在一些可选的实施例中,所述第一电流扩展层104为Aly1Ga1-y1As材料,所述y1的范围为0<y1≤0.25,更优选的,0<y1≤0.1时,所述第一电流扩展层可吸收部分可见光,解决不可见光发射时的红爆问题。
为了更好地解决不可见光发射的红爆问题,本实施例在第一电流扩展层104和第一覆盖层106中插入第一Inx1Ga1-x1As层105,所述第一Inx1Ga1-x1As层105的x1的范围为0<X1≤0.08。在一些可选的实施例中,所述第一Inx1Ga1-x1As层105的厚度为100~1000nm,优选为200nm以上,一定厚度的第一Inx1Ga1-xAs层可吸收可见光,更好地解决不可见光的红爆问题。所述第一Inx1Ga1-x1As层105的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。本实施例中所述第一Inx1Ga1- x1As层105可吸收890nm以下波长的可见光发射,解决不可见光发光二极管的红爆问题。
由于第一Inx1Ga1-x1As层105和生长衬底100失配度较大,外延生长过程中存在较大的应力,会影响半导体外延叠层的晶体质量,如图1所示,本实施例优选在第一电流扩展层104和第一Inx1Ga1-x1As层105中插入第一In含量过渡层105a,所述第一In含量过渡层105a可减小第一Inx1Ga1-x1As层105和生长衬底100之间的失配引起的应力,改善半导体外延叠层的晶体质量,提升不可见光发光二极管的光电性能。所述第一In含量过渡层105a中的In含量自第一电流扩展层104至第一InxGa1-xAs层105是逐渐增加的。
较佳的,In含量的分布特点可以是沿着厚度方向为线性递增或分段性递增。具体的,如图2所示,所述的第一In含量过渡层具有t0的厚度,并且可以看成是单层,单层内的In含量为沿着厚度方向线性递增。或者如图3所示,所述的第一In含量过渡层可以是多层,例如至少两层或多层,例如包括第一层、第二层至第n层(n大于等于3)为InzGa1-zAs,其中第一层的z值在0~x1之间线性递增,第二层z值为x1,第三层为z值x1~x2之间线性递增,第四层z值为x2,第三层为z值x2~x3之间线性递增,其中x3=y值,由此形成阶段性递增模式。
为了实现第一In含量过渡层105a中In含量逐渐递增,例如外延生长一层InzGa1- zAs,z从0逐渐递增到0.08,生长过程中可使In的供给速率为线性增速或分段性的增速。
在一些可选的实施例中,在第一Inx1Ga1-xAs层105和第一覆盖层106之间含有第三In含量过渡层(图中未示出),所述第三In含量过渡层中的In含量自第一Inx1Ga1-xAs层105自第一覆盖层106是逐渐降低的。较佳的,In含量的分布特点可以是沿着厚度方向为线性递减或分段性递减的。
半导体外延叠层中的第一覆盖层106和第二覆盖层108分别具有不同的掺杂类型。于本实施例中,第一覆盖层106为提供电子的n型,第二覆盖层108为提供空穴的p型,可通过掺杂元素实现第一覆盖层106或第二覆盖层108具有n型或p型的掺杂类型。第一覆盖层106的能隙与第二覆盖层108能隙皆大于有源层107的能隙。第一覆盖层106可通过掺杂Si或者Te实现n型掺杂;第二覆盖层108可通过掺杂C或者Mg实现p型掺杂。
有源层107为电子和空穴复合提供光辐射的区域,根据发光波长的不同可选择不同的材料,有源层107可以是单量子阱或多量子阱的周期性结构。有源层107包含阱层和垒层,其中垒层具有比阱层更大的带隙。通过调整有源层107中半导体材料的组成比,以期望辐射出不同波长的光。有源层107为提供电致发光辐射的材料层,如铟镓砷或铝镓砷,更优选的为铟镓砷,铟镓砷为单量子阱或者多量子阱。本实施例中,优选所述半导体外延叠层辐射红外光。
第二电流扩展层109起到电流扩展的作用,其扩展能力与厚度有关,因此在本实施例中可根据具体的器件尺寸选择其厚度优选所述第二电流扩展层109的厚度为0~3μm,可保证电流得到均匀的扩展。所述第二电流扩展层109材料为Aly2Ga1-y2As,所述y2的范围为0≤y2≤0.25。所述第二电流扩展层109为p型掺杂,其掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
在一些可选的实施例中,所述第二电流扩展层109材料为GaAs,由于GaAs材料的本征带隙为1.42ev,可吸收870nm以下的波长,故第二电流扩展层109为GaAs材料时,可吸收部分可见光,解决不可见光发射时的红爆问题。
在一些可选的实施例中,所述第二电流扩展层109为Aly2Ga1-y2As材料,所述y2的范围为0<y2≤0.25,更优选的,0<y2≤0.1时,所述第二电流扩展层109可吸收部分可见光,解决不可见光发射时的红爆问题。
第二欧姆接触层110为与第二电极204形成欧姆接触,优选材料为GaP,掺杂浓度为5E18/cm3,更优选为1E19/cm3以上,以实现更好的欧姆接触。所示第二欧姆接触层110的厚度优选为30nm以上,100nm以下。本实施例中,优选所述第二欧姆接触层110的厚度为50nm。
图4显示了一种不可见光发光二极管的示意图,所述不可见光发光二极管采用图1所示的外延结构,所述不可见光发光二极管包含一基板200,所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上,所述半导体外延叠层包括在所述基板200上依次层叠的第二欧姆接触层110,第二电流扩展层109,第二覆盖层108,有源层107,第一覆盖106,第一Inx1Ga1- x1As层105,第一In含量过渡层105a,第一电流扩展层104和第一欧姆接触层103。
所述基板200为导电性基板,导电性基板可以为硅、碳化硅或者金属基板,所述金属基板优选为铜、钨或者钼基板。为了能够以充分的机械强度支撑半导体外延叠层,基板200的厚度优选为50μm以上。另外,为了便于在向半导体外延叠层键合后对基板200的机械加工,优选基板200的厚度不超过300μm。本实施例中,优选基板200为硅基板。
欧姆接触层103上设置有第一电极203,第一电极203与第一欧姆接触层103之间形成欧姆接触,以实现电流流通。第一欧姆接触层103仅保留第一电极203垂直下方的部分。第一电流扩展层104在水平方向上包括两个部分,即包括位于第一电极203下方的部分P1,未位于第一电极203下方的部分P2被暴露定义为出光面。第一电流扩展层104的出光面可以环绕第一电极203形成。出光面进一步通过蚀刻工艺形成图形面或粗化面,其中图形面可以是蚀刻获得图形。粗化面可具有规则的表面结构或者任意的不规则的表面微纳米结构,粗化表面或图形表面实质上为发光层的光能够更加容易的逃逸出去,提高出光效率。优选地,出光面为粗化面,粗化形成的表面结构的高度差(或者高低差)低于1微米,优选地为10~300nm。
第一电流扩展层104包括仅位于第一电极500下方的部分P1的第二表面,由于被第一电极203保护而不会被粗化。第一电流扩展层104的粗化面的水平高度由于粗化工艺实质上相对于位于第一电极203下方的第二表面(界面)的水平高度更低。
具体的,如图4所示,于本实施例中,第一电流扩展层104包括位于第一电极203下方的部分P1以及不位于第一电极203下方的部分P2,第一电流扩展层104在电极覆盖的部分P1具有第一厚度t1,未被第一电极覆盖的第一电流扩展层104具有第二厚度t2。优选地,第一厚度t1为1.5~2.5微米,第二厚度t2为0.5~1.5μm。P1部分的厚度t1大于P2部分的厚度t2。较佳的,第二厚度t2大于第一厚度t1至少0.3μm。
半导体外延叠层与基板200之间可设置镜面层202,镜面层202包括P型欧姆接触金属层202a和介电材料层202b,两者配合一方面与第二欧姆接触层110形成欧姆接触,另一方面用于将有源层106发出的光束反射至第一电流扩展层104的出光面或者半导体外延叠层的侧壁进行出光。
所述不可见光发光二极管还包含第二电极204。在一些实施例中,所述第二电极204位于所述基板200的背面。或者设置的第二电极204位于在基板200上,与半导体外延叠层同侧。
所述第一电极203和第二电极204包括透明导电材料和或金属材料。透明导电材料包括透明导电层,如ITO或IZO,金属材料包括GeAuNi、AuGe、AuZn、Au、Al、Pt、Ti中至少一种。
本发明采用GaAs层和InXGa1-xAs层作为吸收层,在电流密度大于1A/mm2情况下,可有效去除可见光部分,有效解决不可见光发光二极管的红爆现象。由于InGaAs吸收层和基板失配度较大,外延生长过程中存在较大应力,本实施例通过引入In含量过渡层,可改善外延层的晶体质量,提升不可见光发光二极管器件的光电性能及可靠性。
实施例2
图5为另一较佳实施例的LED外延结构的示意图,与实施例1的图1中的外延结构的区别在于,本实施例中外延结构在第二覆盖层108和第二电流扩展层109之间存在一第二Inx2Ga1-x2As层111,所述第二Inx2Ga1-x2As层111的x2的范围为0<x2≤0.08。在一些可选的实施例中,所述第二Inx2Ga1-x2As层111的厚度为100~1000nm,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。所述第二Inx2Ga1-x2As层111可吸收890nm以下波长的可见光发射,可进一步解决不可见光发光二极管的红爆问题。
由于第二Inx2Ga1-x2As层111与基板失配度大存在较大的应力,为了缓解这种应力,本实施例优选在第二覆盖层108和第二Inx2Ga1-x2As层111之间插入第二In含量过渡层111a,所述第二In含量过渡层111a可减小第二InxGa1-xAs层111和生长衬底100之间的失配引起的应力,改善半导体外延叠层的晶体质量,提升不可见光发光二极管的光电性能。第二InxGa1-xAs层111中的In含量自第二电流扩展层108至第二Inx2Ga1-x2As层111是逐渐增加的。
在一些实施例中,所述第二InxGa1-xAs层111中的In含量自第二覆盖层108至第二Inx2Ga1-x2As层111是线性增加的,可通过生长过程中控制In源的通入量调整第二In含量过渡层的In含量。
在一些实施例中,自第二覆盖层层108至第二Inx2Ga1-x2As层111是分段性增加的。
在一些可选的实施例中,在第二Inx2Ga1-x2As层111和第二电流扩展层109之间含有第四In含量过渡层(图中未示出),所述第四In含量过渡层中的In含量自第二Inx2Ga1-x2As层111自第二电流扩展层10是逐渐降低的。较佳的,In含量的分布特点可以是沿着厚度方向为线性递减或分段性递减的。
图6为本实施例中不可见光发光二极管的结构示意图,使用本实施例中图5所述的外延结构。下面结合制造方法对本发明之高亮度不可见光发光二极管进行详细说明。
首先,提供一个外延结构,如图5所示,其具体包括:提供一个生长衬底100,优选地为砷化镓,生长衬底100上通过磊晶工艺如MOCVD外延生长半导体外延叠层,半导体外延叠层包括依次层叠在生长衬底100表面的缓冲层101以及蚀刻截止层102,用于移除外延生长衬底100,然后生长第一欧姆接触层103,第一电流扩展层104,第一In含量过渡层105a,第一Inx1Ga1-x1As层105,第一覆盖层106,有源层107,第二覆盖层108,第二In含量过渡层111a,第二Inx2Ga1-x2As层111,第二电流扩展层109和第二欧姆接触层110。
接着,将半导体外延叠层转移至基板200上,去除生长衬底100,获得如图7所示的结构,具体的包含如下步骤:在第二欧姆接触层110制作镜面层202,其包括P型欧姆接触金属层202a和介电材料层202b,两者配合一方面与第二欧姆接触层110形成欧姆接触,另一方面用于反射有源层射向下方的光线;提供基板200,在基板200上设置金属键合层201,将基板201与镜面层202进行键合,并去除生长衬底100,生长衬底100为砷化镓的情况下,可采用湿法蚀刻工艺移除,直至露出第一欧姆接触层103。
接着,第一欧姆接触层103上形成第一电极203,第一电极203与第一欧姆接触层103形成良好的欧姆接触,在基板200的背面侧形成第二电极204,借此在第一电极203和第二电极204以及半导体外延叠层之间可以通过传导电流。基板200具有一定的厚度,能够支撑其上的所有层。
然后,形成掩膜覆盖在第一电极203上,第一电极203周围的第一欧姆接触层103被暴露;进行蚀刻工艺,蚀刻去除第一电极203周围的第一欧姆接触层103,使非位于第一电极109下方的欧姆接触层103被完全移除,同时暴露第一电流扩展层104,接着蚀刻第一电流扩展层104,以形成图形化或粗化面,形成如图6所示的结构。欧姆接触层的去除工艺以及第一电流扩展层104进行粗化处理可以是同一步骤或者多个步骤的湿法蚀刻工艺,湿法蚀刻的溶液可以是酸性溶液,如盐酸、硫酸或者氢氟酸或者柠檬酸,或者其它任何较佳的化学试剂。
最后,根据尺寸需要通过蚀刻、劈裂等工艺获得单元化的不可见光发光二极管。
实施例3
图9为本实施例中不可见光发光二极管的结构示意图,如图9所示,所述不可见光发光二极管包含一基板200,所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上,所述半导体外延叠层包括在所述基板200上依次层叠的第二欧姆接触层110,第二电流扩展层109,第二覆盖层108,有源层107,第一覆盖106,第一电流扩展层104和第一欧姆接触层103。
所述第一电流扩展层104为GaAs层,所述第一电流扩展层104的厚度为5~9um。所述第一电流扩展层104的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。由于GaAs 材料的本征带隙为1.42ev,可吸收870nm以下的波长,故所述第一电流扩展层104为GaAs层,可解决不可见光发光二极管的红爆问题。
在一些可选的实施例中,优选所述第二电流扩展层109为GaAs层,所述第二电流扩展层109的厚度为0~3um。所述第二电流扩展层109的掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。所述第二电流扩展层设置为GaAs,可进一步改善不可见光发光二极管的红爆问题,提升不可见光发光二极管纯红外方面的运用。
实施例4
图10为本实施例中不可见光发光二极管的结构示意图,如图10所示,所述不可见光发光二极管包含基板200,所述半导体外延叠层通过键合层201键合至基板200上,所述半导体外延叠层包括在所述基板200上依次层叠的第二欧姆接触层110,第二电流扩展层109,第二覆盖层108,有源层107,第一覆盖106,Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层112,第一电流扩展层104和第一欧姆接触层103。
所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层112中0.02<x3≤0.20,0≤y3≤0.25,0.7<z≤0.95。
在一些可选的实施例中,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层112由N对Inx3Ga1- x3As和Aly3Ga1-y3AszP1-z交替堆叠形成,所述1≤N≤20。
在一些可选的实施例中,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层112中Inx3Ga1-x3As单层的厚度为5~20nm;Aly3Ga1-y3AszP1-z单层的厚度为5~50nm。
本实施例中所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层112中Inx3Ga1-x3As层可吸收不可见光发光二极管中的可见光发射,同时采用这种Inx3Ga1-x3As和Aly3Ga1-y3AszP1-z交替堆叠的方式生长,可缓解Inx3Ga1-x3As和生长衬底200之间失配度大引起的应力问题,改善半导体外延叠层的晶体生长质量,提升不可见光发光二极管的光电性能。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (18)
1.不可见光发光二极管,包括:
半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一覆盖层、有源层、第二覆盖层;
其特征在于:包含第一Inx1Ga1-x1As层,所述第一Inx1Ga1-x1As层位于所述第一电流扩展层和第一覆盖层之间,所述第一Inx1Ga1-x1As层的x1的范围为0<x1≤0.08。
2.根据权利要求1所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第一Inx1Ga1-x1As层的厚度为100~1000nm,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
3.根据权利要求1所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第一电流扩展层为Aly1Ga1-y1As,所述y1的范围为0≤y1≤0.25。
4.根据权利要求3所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第一电流扩展层的厚度为5~9um;掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
5.根据权利要求1所述的不可见光发光二极管,其特征在于:还包含第一In含量过渡层,位于所述第一电流扩展层和第一Inx1Ga1-x1As层之间,所述第一In含量过渡层的In含量自所述第一电流扩展层至第一Inx1Ga1-x1As层方向In含量为逐渐增加。
6.根据权利要求5所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第一In含量过渡层的In含量自所述第一电流扩展层至第一Inx1Ga1-x1As层方向In含量为线性增加的或者分段性增加。
7.根据权利要求1所述的不可见光发光二极管,其特征在于:还包含第二电流扩展层,位于所述第二覆盖层之上,所述第二电流扩展层为Aly2Ga1-y2As,所述y2的范围为0≤y2≤0.25。
8.根据权利要求7所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第二电流扩展层的厚度为0~3um;掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
9.根据权利要求7所述的不可见光发光二极管,其特征在于:还包含第二Inx2Ga1-x2As层,所述第二Inx2Ga1-x2As层位于第二覆盖层和第二电流扩展层之间,所述第二Inx2Ga1-x2As层的In含量为0<x2≤0.08。
10.根据权利要求9所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第二Inx2Ga1-x2As层的厚度为100~1000nm,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
11.根据权利要求9所述的不可见光发光二极管,其特征在于:还包含第二In含量过渡层,位于所述第二覆盖层和第二Inx2Ga1-x2As层之间,所述第二In含量过渡层的In含量自所述第二覆盖层至第二Inx2Ga1-x2As层方向In含量为逐渐增加。
12.根据权利要求11所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述第二In含量过渡层的In含量自所述第二覆盖层至第二Inx2Ga1-x2As层方向In含量为线性增加或者分段式增加。
13.一种不可见光发光二极管,包括:
半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一类型覆盖层、有源层、第二类型覆盖层;
其特征在于:所述第一电流扩展层为GaAs层,所述第一电流扩展层的厚度为5~9um,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
14.根据权利要求13所述的不可见光发光二极管,其特征在于:还包含第二电流扩展层,位于所述第二覆盖层之上,所述第二电流扩展层为GaAs层,所述第二电流扩展层的厚度为0~3um,掺杂浓度为1E+17~4E+18/cm3。
15.一种不可见光发光二极管,包括:
半导体外延叠层,具有相对的第一表面和第二表面,自第一表面至第二表面依次包括第一电流扩展层,第一类型覆盖层、有源层、第二类型覆盖层;
其特征在于:包含Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层,所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层位于所述第一电流扩展层和第一覆盖层之间,其中0.02<x3≤0.20,0≤y3≤0.25,0.7<z≤0.95。
16.根据权利要求15所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层由N对Inx3Ga1-x3As和Aly3Ga1-y3AszP1-z交替堆叠形成,所述1≤N≤20。
17.根据权利要求16所述的不可见光发光二极管,其特征在于:所述Inx3Ga1-x3As/Aly3Ga1-y3AszP1-z层中Inx3Ga1-x3As单层的厚度为5~20nm;Aly3Ga1-y3AszP1-z单层的厚度为5~50nm。
18.根据权利要求1或权利要求13或权利要求15所述的不可见光发光二极管,所述不可见光发光二极管辐射峰值波长为910~980nm的不可见光。
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