一种发光二极管外延结构及其矩阵式激光器器件制造技术

本发明专利技术通过设置BAlGaAs/BInGaAs‑QW有源层，并在内掺杂有硼，以及设置P﹣BAlGaAs/BGaAs‑DBR层和P+GaAs帽层的厚度，好让电子和电洞有足够的空间，增强发光效率；通过采用钛涂覆的低成本硅衬片层,组成TiSi片，来生长长波段红光，不仅能让二极管变得易于扩展，还能结合钛金属层带来的诸多优势，包括更高的反射、更好的热耗散，还能使BAlGaAs/BInGaAs‑QW有源层仍能保持效率毫无衰减地作业；通过在BAlGaAs/BInGaAs‑QW有源层两侧各设置一层DBR，使N﹣BAlGaAs/BGaAs‑DBR层和所述P﹣BAlGaAs/BGaAs‑DBR层构成F‑P谐振腔，对BAlGaAs/BInGaAs‑QW有源层发出的光进行调制，使得更多的光能量达到能发射出来的发射角，因而提高了出光效率，发光效率可以达到单层DBR层的20倍；通过设置矩阵式的激光器器件，满足了高功率及超高功率应用的需求，最大功率可以达到500瓦。

A light emitting diode epitaxial structure and matrix laser device

By setting the active layer of BAlGaAs/BInGaAs_QW and doping boron in it, and setting the thickness of P-BAlGaAs/BGaAs_DBR layer and P+GaAs cap layer, the invention can make enough space for electrons and holes and enhance the luminous efficiency; TiSi sheet is formed by using low-cost silicon lining layer coated with titanium to grow Long-band red light, but not. It can not only make the diode easy to expand, but also combine many advantages brought by titanium metal layer, including higher reflection, better heat dissipation. It can also make the active layer of BAlGaAs/BInGaAs_QW work efficiently and without attenuation. By installing a layer of DBR on both sides of the active layer of BAlGaAs/BInGaAs_QW, N-BAlGaAs/BGaAs can be achieved. The DBR layer and the P-BAlGaAs/BGaAs_DBR layer constitute a F_P resonator, which modulates the light emitted by the active layer of BAlGaAs/BInGaAs_QW, so that more light energy can reach the emitted angle, thus improving the light-emitting efficiency, which can reach 20 times of the single layer DBR layer; By setting up a matrix laser, the light-emitting efficiency can be improved. It meets the requirements of high power and ultra high power applications, and the maximum power can reach 500 watts.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延结构及其矩阵式激光器器件
本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种发光二极管外延结构及其矩阵式激光器器件。
技术介绍
大功率发光二极管主要用在测距、定向、夜视、空间通讯等方面，在近年来得到了广泛的应用。现有的垂直结构vcsel激光器，普遍光效低，没有形成矩阵的超大功率，大功率发光二极管的核心器件为其外延结构。通常半导体由带有正电性质的P型半导体和带有电子的N型半导体组合，通电后具有正电性质的电洞（hole）将和电子（electron）结合并产生光，带有正电性质的P型半导体和带有电子的N型半导体之间所使用的材质将决定波长的长短。电子和电洞移动到中间位置时，有太多的电子同时被挤压到中间位置，会使其相互碰撞、无法有效的和电洞结合，降低发光效率，而这种情形又称之为欧格再结合（Augerrecombination）。而要解决这项问题的办法是增加中间层的厚度，好让电子和电洞有足够的空间，达到较高的发光效率。同时，传统的单只垂直结构vcsel激光器，瓦数偏小，无法满足高功率及超高功率应用的需要。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延结构及其矩阵式激光器器件，旨在解决现有激光器发光效率低、反射高、热耗散高且电流注入低的问题。本专利技术是这样实现的：一种发光二极管外延结构，包括带有正电性质的P型半导体、中间层以及带有电子的N型半导体，中间层包括从下到上依次设置的硅衬片层、AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层，所述硅衬片层上表面涂覆有钛层，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层内掺杂有硼。在本具体实施例中还包括，所述硅衬片层上表面采用高温涂覆钛层，所述硅衬片层和所述钛层一体成型，形成TiSi片。在本具体实施例中还包括，所述硅衬片层的长度大于所述AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层的长度。在本具体实施例中还包括，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层内掺杂的硼，掺杂质量比为十万分之一至万分之一。在本具体实施例中还包括，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层的厚度为一个波长，所述P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层的厚度为1.8um-3.2um，所述P+GaAs帽层的厚度为1.2um。在本具体实施例中还包括，所述N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层和所述P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层构成F-P谐振腔。在本具体实施例中还包括，所述发光二极管生长的长波段红光为120A/cm2。本专利技术还提供了另一种矩阵式激光器器件，包括若干激光器，所述激光器呈矩阵排列，所述矩阵为A行*B列，所述激光器为vcsel激光器，其中，A行为1,2,3,4,5……M中的任一个；B列为1,2,3,4,5……N中的任一个；各所述若干激光器包括所述发光二极管，所述发光二极管包括带有正电性质的P型半导体、中间层以及带有电子的N型半导体。在本具体实施例中还包括，所述M和N均为大于或等于10的正整数。在本具体实施例中还包括，所述中间层包括从下到上依次设置的硅衬片层、AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层，所述硅衬片层上表面涂覆有钛层，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层内掺杂有硼。本申请的有益效果为：1、通过设置BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层，并在内掺杂有硼和砷化铟镓，以及设置P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层和P+GaAs帽层的厚度，增加中间层的厚度，好让电子和电洞有足够的空间，增强发光效率；2、通过采用钛涂覆的低成本硅衬片层,组成TiSi片，来生长长波段红光，在高达120A/cm2的注入电流下，不仅能让二极管变得易于扩展，还能结合钛金属层带来的诸多优势，包括更高的反射、更好的热耗散，还能使BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层仍能保持效率毫无衰减地作业；3、通过在BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层两侧各设置一层DBR，使N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层和所述P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层构成F-P谐振腔，对BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层发出的光进行调制，使得更多的光能量达到能发射出来的发射角，因而提高了出光效率，发光效率可以达到单层DBR层的20倍；4、通过设置矩阵式的激光器器件，满足了高功率及超高功率应用的需求，最大功率可以达到500瓦。附图说明图1是本专利技术发光二极管外延结构的结构示意图；图2是本专利技术发光二极管外延结构的中间层结构示意图；图3是本专利技术激光器器件整体外观示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的实现进行详细描述：如图1-2所示，本专利技术提供了一种发光二极管外延结构，包括带有正电性质的P型半导体1、中间层2以及带有电子的N型半导体3。其中，带有正电性质的P型半导体1是在4价si中掺入3价硼元素，形成以空穴载流子为主，少数载流子为电子。带有电子的N型半导体3是在4价si中掺入5价磷元素，形成以电子载流子为主的M型半导体，多数载流子为电子，少数载流子为空穴。带有正电性质的P型半导体1以及带有电子的N型半导体3通电后具有正电性质的电洞（hole）会和电子（electron）结合并产生光。进一步地，所述中间层3包括从下到上依次设置的硅衬片层31、AlGaAs过渡层32、N﹣GaAs缓冲层33、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层34、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层35、P+GaAs帽层36和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层37，所述硅衬片层31上表面涂覆有钛层311，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层35内掺杂有硼。在本具体实施例中还包括，所述硅衬片层31上表面采用高温涂覆钛层311，硅衬片层31和钛层一体成型311，形成TiSi片。具体地，钛是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀，可以进一步防止激光器腐蚀失去光泽。通过采用钛涂覆的低成本硅衬片层,组成TiSi片，来生长长波段红光，在高达120A/cm2的注入电流下，不仅能让二极管变得易于扩展，还能结合TiSi片带来的诸多优势，包括更高的反射、更好的热耗散，还能使BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层35仍能保持效率毫无衰减地作业具体地，所述硅衬片层31的长度大于所述AlGaAs过渡层32、N﹣GaAs缓冲层33、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层34、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层35、P+GaAs帽层36和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层37的长度。在本具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延结构，包括带有正电性质的P型半导体、中间层以及带有电子的N型半导体，其特征在于，所述中间层包括从下到上依次设置的硅衬片层、AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs‑DBR层、BAlGaAs/BInGaAs ‑QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs‑DBR层 ，所述硅衬片层上表面涂覆有钛层，所述BAlGaAs/BInGaAs ‑QW有源层内掺杂有硼。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延结构，包括带有正电性质的P型半导体、中间层以及带有电子的N型半导体，其特征在于，所述中间层包括从下到上依次设置的硅衬片层、AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层，所述硅衬片层上表面涂覆有钛层，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层内掺杂有硼。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述硅衬片层上表面采用高温涂覆钛层，所述硅衬片层和所述钛层一体成型，形成TiSi片。3.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述硅衬片层的长度大于所述AlGaAs过渡层、N﹣GaAs缓冲层、N﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层、BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层、P+GaAs帽层和P﹣BAlGaAs/BGaAs-DBR层的长度。4.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层内掺杂的硼，掺杂质量比为十万分之一至万分之一。5.根据权利要求1所述的发光二极管外延结构，其特征在于，所述BAlGaAs/BInGaAs-QW有源层的厚度为一个波长，所述P﹣BAlGaAs/BGaAs-DB...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶浩文，李锋，吉爱华，黄明学，
申请(专利权)人：深圳市光脉电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44