CN211455711U - 一种红外发光二极管外延结构、芯片 - Google Patents

一种红外发光二极管外延结构、芯片 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种红外发光二极管外延结构、芯片，其中红外发光二极管外延结构包括：依次堆叠的衬底、N型欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、有源区、P型限制层、P型电流扩展层及复合欧姆接触层；所述复合欧姆接触层包括依次交替堆叠的P型欧姆接触层和改性层；所述改性层包括III‑V族化合物层，且禁带宽度大于所述P型欧姆接触层的禁带宽度。可提高发光二极管稳定性及抗老化性能。

Description

一种红外发光二极管外延结构、芯片
技术领域
本实用新型属于红外发光二极管领域，更为具体地说，涉及一种红外发光二极管外延结构、芯片。
背景技术
红外发光二极管具有低功耗、尺寸小和稳定性高等特性，被广泛应用于通信、测控及遥感装置等技术领域。现有技术中，采用反极性的外延及芯片结构的设计，可以大大提高器件的效率和功率，但是在传统的AlGaAs材料体系的外延设计中，通常采用AlGaAs层或GaP层作为P型欧姆接触层。当采用AlGaAs层作为P型欧姆接触层时，AlGaAs层不仅会吸光，同时，其化学性质比较活泼，易与酸碱产生化学反应而造成器件的稳定性下降；当采用GaP层作为P型欧姆接触层时，虽然能解决吸光问题，但由于GaP层和AlGaAs材料体是失配的，因此必须通过设置缓冲层作为外延层到P型欧姆接触层，如此势必会使产品工艺复杂，且GaP层和AlGaAs材料体的失配会影响红外发光二极管的晶体质量，使其内、外量子效率下降。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种红外发光二极管外延结构、芯片，以解决现有技术中因P型欧姆接触层所造成的吸光、稳定性低，及其与P电流扩展层所存在的晶格失配的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种红外发光二极管外延结构，包括：
衬底；
沿第一方向依次堆叠的N型欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、有源区、P型限制层、P型电流扩展层及复合欧姆接触层；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述N型欧姆接触层；
所述复合欧姆接触层包括沿所述第一方向依次交替堆叠的P型欧姆接触层和改性层；所述改性层包括III-V族化合物层，且禁带宽度大于所述P型欧姆接触层的禁带宽度。
优选地，所述复合欧姆接触层沿所述第一方向的最后一层为改性层。
优选地，所述最后一层改性层的厚度大于其他改性层的厚度。
优选地，各所述P型欧姆接触层的厚度均大于各所述改性层的厚度。
优选地，所述P型欧姆接触层的禁带宽度值为E，则所述改性层的禁带宽度值为E+0.01eV至E+0.5eV，包括端点值。
优选地，所述P型欧姆接触层包括AlGaAs层，所述改性层包括AlGaInAsP层。
优选地，其交替生长的对数为1-20对。
一种红外发光二极管芯片，包括：
上述任一项所述的红外发光二极管的外延结构；
绝缘层，其设置于所述复合欧姆接触层背离P型电流扩展层的一侧表面，且所述绝缘层内设有若干个贯穿所述绝缘层的通孔；
金属反射镜，其层叠于所述绝缘层的表面，并填充各所述通孔与所述复合欧姆接触层形成电连接；
键合层，其设置于所述金属反射镜背离所述绝缘层的一侧表面；
基板，其设置在所述键合层背离所述金属反射镜的一侧表面；
P型电极，其设置在所述基板背离所述键合层的一侧表面；
N型电极，其层叠于所述N型欧姆接触层背离所述N型电流扩展层的一侧表面。
经由上述的技术方案，从而达到如下效果：
1、本实用新型所提供的红外发光二极管外延结构，通过设置复合欧姆接触层，且所述复合欧姆接触层包括沿所述第一方向依次交替堆叠的P型欧姆接触层和改性层；所述改性层包括III-V族化合物层，且禁带宽度大于所述P型欧姆接触层的禁带宽度。在确保P电流扩展层可通过复合欧姆接触层的传导获取足够能量从价带跃迁到导带的同时，能实现所述P型欧姆接触层和改性层之间匹配性生长，避免晶格失配所造成的应力问题，从而保证发光二极管的低电压性能和稳定性；此外，在达到前述有益效果的同时，该红外发光二极管外延结构还可简化生产工艺，避免现有技术中通过设置缓冲层的繁杂工艺来解决P型欧姆接触层与P电流扩展层的晶格失配问题。
2、进一步地，通过设置复合欧姆接触层的最后一层为改性层，以化学性质稳定的改性层结尾，不易受酸碱溶液的腐蚀，从而提高红外发光二极管的稳定性。
3、进一步地，通过设置所述最后一层改性层的厚度大于其他改性层的厚度，能进一步地解决P型欧姆接触层和改性层之间的晶格失配问题，且避免因所述最后一层改性层被损坏而造成所述改性层的作用失效。
4、进一步地，通过设置所述P型欧姆接触层的禁带宽度值为E，所述改性层的禁带宽度值为E+0.01至E+0.5eV，解决了P型欧姆接触层和改性层的禁带宽度偏差过大所造成的晶体质量恶化和电接触效果差的问题。
5、本实用新型所提供的红外发光二极管芯片，通过使用前述的红外发光二极管外延结构并配合绝缘层、金属反射镜、键合层及电极的使用，即可有效解决芯片中因P型欧姆接触层所造成的吸光、稳定性低，及其与P电流扩展层所存在的晶格失配的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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为本实用新型实施例提供的一种红外发光二极管外延结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的P型欧姆接触层、改性层结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种红外发光二极管芯片结构示意图；
图中符号说明：
101、衬底；102、N型欧姆接触层；103、N型电流扩展层；104、N型限制层；105、有源区；106、P型限制层；107、P型电流扩展层；108、复合欧姆接触层；108a、P型欧姆接触层；108b、改性层；108b-1、最后一层改性层；108b-2、其他改性层；109、绝缘层；110、金属反射镜；111、键合层；112、基板；113、P型电极；114、N型电极。
具体实施方式
为本实用新型的内容更加清晰，下面结合附图对本实用新型的内容作进一步说明。本实用新型不局限于该具体实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实施例提供的一种红外发光二极管外延结构，如图1所示，包括：
衬底101；
沿第一方向依次堆叠的N型欧姆接触层102、N型电流扩展层103、N型限制层104、有源区105、P型限制层106、P型电流扩展层107及复合欧姆接触层108；第一方向垂直于衬底101，并由衬底101指向N型欧姆接触层102；
N型欧姆接触层102包括GaAs层；N型电流扩展层103、N型限制层104、P型限制层106和P型电流扩展层107包括AlxGa(1-x)As层，其中，x为0至1，包括端点值；有源区105包括AlxGa(1-x)As层或InxGa(1-x)As层，其中，x为0至1，包括端点值。
如图2所示，复合欧姆接触层108包括沿第一方向依次交替堆叠的P型欧姆接触层108a和改性层108b，其交替生长的对数为1-20对；改性层108b包括III-V族化合物层，且禁带宽度大于P型欧姆接触层108a的禁带宽度；
复合欧姆接触层108沿第一方向的最后一层为改性层108b-1；
最后一层改性层108b-1的厚度大于其他改性层108b-2的厚度；
各P型欧姆接触层108a的厚度均大于各改性层108b的厚度，P型欧姆接触层108a厚度优选2nm，其他改性层108b-2厚度优选1nm。
P型欧姆接触层108a的禁带宽度值为E，改性层108b的禁带宽度值为E+0.01至E+0.5eV，包括端点值。
P型欧姆接触层108a包括AlGaAs层，改性层108b包括AlGaInAsP层，AlGaInAsP层，其中In含量占AlGaInAsP总含量的5％以下；P含量占AlGaInAsP层总含量的10％以下。
本实施例提供一种红外发光二极管外延结构的制作方法，用于制作上述红外发光二极管外延结构，制作方法包括以下步骤：
步骤一、提供一生长衬底101；
步骤二、在衬底101表面依次生长N型欧姆接触层102、N型电流扩展层103、N型限制层104、有源区105、P型限制层106及P型电流扩展层107；
步骤三、在预设温度、预设压力及载气的生长氛围下，通入生长源，生长一层AlGaAs层，从而形成P型欧姆接触层108a；
步骤四、降低温度，保持步骤三的其他生长氛围，并保持步骤三的生长源，通入铟源和磷源，生长一层AlGaInAsP层，从而形成改性层108b；降低温度是从预设温度逐渐降低，降至一设定温度后，温度逐渐上升恢复至预设温度，预设温度与设定温度温度差范围低于20℃。
步骤五、重复上述步骤三至步骤四若干次，形成复合欧姆接触层108。
如图2所示，复合欧姆接触层108沿生长方向的最后一层为改性层108b-1；最后一层改性层108b-1的厚度大于其他改性层108b-2的厚度；各P型欧姆接触层108a的厚度均大于各改性层108b的厚度。
本实施例提供的一种红外发光二极管芯片，如图3所示，包括：
上述任一项的红外发光二极管的外延结构；
绝缘层109，其设置于复合欧姆接触层108背离P型电流扩展层107的一侧表面，且绝缘层109内设有若干个贯穿绝缘层109的通孔；
金属反射镜110，其层叠于绝缘层109的表面，并填充各通孔与复合欧姆接触层108形成电连接；
键合层111，其设置于金属反射镜110背离绝缘层109的一侧表面，键合层111为金属键合层；
基板112，其设置在键合层111背离金属反射镜110的一侧表面，基板112为导电基板；
P型电极113，其设置在基板112背离键合层111的一侧表面；
在N型欧姆接触层102背离N型电流扩展层103的一侧表面上蚀刻出N型电极114制作区域，露出N型电流扩展层103，在N型电极114制作区域上设置N型电极114。
综上所述，经由上述的技术方案，从而达到如下效果：
1、本实施例所提供的红外发光二极管外延结构，通过设置复合欧姆接触层，且所述复合欧姆接触层包括沿所述第一方向依次交替堆叠的P型欧姆接触层和改性层；所述改性层包括III-V族化合物层，且禁带宽度大于所述P型欧姆接触层的禁带宽度。在确保P电流扩展层可通过复合欧姆接触层的传导获取足够能量从价带跃迁到导带的同时，能实现所述P型欧姆接触层和改性层之间匹配性生长，避免晶格失配所造成的应力问题，从而保证发光二极管的低电压性能和稳定性；此外，在达到前述有益效果的同时，该红外发光二极管外延结构还可简化生产工艺，避免现有技术中通过设置缓冲层的繁杂工艺来解决P型欧姆接触层与P电流扩展层的晶格失配问题。
2、进一步地，通过设置复合欧姆接触层的最后一层为改性层，以化学性质稳定的改性层结尾，不易受酸碱溶液的腐蚀，从而提高红外发光二极管的稳定性。
3、进一步地，通过设置所述最后一层改性层的厚度大于其他改性层的厚度，能进一步地解决P型欧姆接触层和改性层之间的晶格失配问题，且避免因所述最后一层改性层被损坏而造成所述改性层的作用失效。
4、进一步地，通过设置所述P型欧姆接触层的禁带宽度值为E，所述改性层的禁带宽度值为E+0.01至E+0.5eV，解决了P型欧姆接触层和改性层的禁带宽度偏差过大所造成的晶体质量恶化和电接触效果差的问题。
5、本实施例所提供的红外发光二极管外延结构的制作方法，通过简单便捷的工艺制作所形成的红外发光二极管外延结构，即可有效解决因P型欧姆接触层所造成的吸光、稳定性低，及其与P电流扩展层所存在的晶格失配的问题。
6、本实施例所提供的红外发光二极管芯片，通过使用前述的红外发光二极管外延结构并配合绝缘层、金属反射镜、键合层及电极的使用，即可有效解决芯片中因P型欧姆接触层所造成的吸光、稳定性低，及其与P电流扩展层所存在的晶格失配的问题。
本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，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的部分互相参见即可。
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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (8)

1.一种红外发光二极管外延结构，其特征在于，包括：
衬底；
沿第一方向依次堆叠的N型欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、有源区、P型限制层、P型电流扩展层及复合欧姆接触层；所述第一方向垂直于所述衬底，并由所述衬底指向所述N型欧姆接触层；
所述复合欧姆接触层包括沿所述第一方向依次交替堆叠的P型欧姆接触层和改性层；所述改性层包括I I I-V族化合物层，且禁带宽度大于所述P型欧姆接触层的禁带宽度。
2.根据权利要求1所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：所述复合欧姆接触层沿所述第一方向的最后一层为改性层。
3.根据权利要求2所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：所述最后一层改性层的厚度大于其他改性层的厚度。
4.根据权利要求1所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：各所述P型欧姆接触层的厚度均大于各所述改性层的厚度。
5.根据权利要求1所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：所述P型欧姆接触层的禁带宽度值为E，则所述改性层的禁带宽度值为E+0.01eV至E+0.5eV，包括端点值。
6.根据权利要求1至5中任一所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：所述P型欧姆接触层包括AlGaAs层，所述改性层包括AlGaInAsP层。
7.根据权利要求1所述的红外发光二极管外延结构，其特征在于：其交替生长的对数为1-20对。
8.一种红外发光二极管芯片，其特征在于，包括：
采用权利要求1-7任一项所述的外延结构；
绝缘层，其设置于所述复合欧姆接触层背离P型电流扩展层的一侧表面，且所述绝缘层内设有若干个贯穿所述绝缘层的通孔；
金属反射镜，其层叠于所述绝缘层的表面，并填充各所述通孔与所述复合欧姆接触层形成电连接；
键合层，其设置于所述金属反射镜背离所述绝缘层的一侧表面；
基板，其设置在所述键合层背离所述金属反射镜的一侧表面；
P型电极，其设置在所述基板背离所述键合层的一侧表面；
N型电极，其层叠于所述N型欧姆接触层背离所述N型电流扩展层的一侧表面。
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CN111403564A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 厦门乾照半导体科技有限公司 一种红外发光二极管外延结构、芯片及其制作方法

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