一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及LED技术领域，具体涉及一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法，所述LED外延片从下往上依次生长N型GaAs衬底、N型GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、N型电极保护层、N型电流扩展层、N型限制层、N侧空间层、发光有源层、P侧空间层、P型限制层、P型电流扩展层、P型过渡层、P型欧姆接触层；在所述N型电流扩展层之前，预先生长一层N型过渡层；所述N型电流扩展层从下往上依次生长有超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层。本发明专利技术的940nm反极性红外LED外延片表面干净光亮，同时保证了产品各光电参数性能稳定，有效地提高了外延片的产能和良率。的产能和良率。的产能和良率。

【技术实现步骤摘要】
一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及LED
，具体涉及一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着信息化时代的进步，光电子材料和器件已经越来越多地被应用于人们的日常生活当中。红外LED（Lighting Emitting Diode, 发光二极管）是一种将电能转换为光能的近红外发光器件，它具有体积小、功耗低、指向性好等一系列优点，常应用于遥控器、安防摄像头、光开关、红外遥感、红外高速通讯、医疗器具及红外照明等场景中。
[0003]940nm红外为不可见光，因此对环境的影响很小、且红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以940nm红外线遥控不会影响其它家用电器，也不会影响临近的无线电设备。然而，传统的940nm红外LED的光电转换效率较低、发光功率小，无法适用于大电流工作下的室外安防监控、红外探测器等监测系统。因此，技术人员提出了一种P面向下键合到硅、锗等具有反射层材料的基板上，可以减少光输出的全反射损耗，这样的红外LED芯片被业界称为反极性红外LED芯片。
[0004]目前，业界常规的940nm反极性红外LED外延片结构示意图如图1所示，由下往上依次生长外延材料，包括N型GaAs衬底1、N型GaAs缓冲层2、腐蚀截止层3、N型欧姆接触层4、N型电极保护层5、N型电流扩展层6、N型限制层7、N侧空间层8、多量子阱有源层9、P侧空间层10、P型限制层11、P型电流扩展层12、P型过渡层13、P型欧姆接触层14。现有的外延生长技术是利用MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）设备，在低压高温的环境中生长上述外延材料。
[0005]而现有940nm反极性红外LED外延结构在制备过程中存在以下缺点：由于940nm反极性红外LED外延结构中绝大多数都是AlGaAs或相关砷化物，少部分的外延功能层是磷化物，而AlGaAs等相关砷化物的热膨胀系数很小，在高温的生长环境中，受热胀冷缩的效应，无法稳定的粘附在MOCVD反应室内部的石墨备件上，从而导致脱落污染外延片。这些在现有的外延生长过程中发生因砷化物的颗粒脱落的现象，经常导致产品报废。所以，如何在装配石墨备件的MOCVD反应室中生长出表观良好的940nm反极性红外LED外延材料一直是困扰技术人员的难点。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种940nm反极性红外LED外延片及其制备方法，消除了现有940nm反极性红外LED外延生长过程中，砷化物颗粒脱落，导致外延片表面生长不干净、反应室内部容易掉颗粒导致外延片表面脏污多、良率低等问题，本专利技术获得的940nm反极性红外LED外延片表面干净光亮，同时保证了产品各光电参数性能稳定，有效地提高了外延片的产能和良率。
[0007]本专利技术的第一目的是提供一种940nm反极性红外LED外延片，所述LED外延片从下往上依次生长N型GaAs衬底、N型GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、N型电极保护层、
N型电流扩展层、N型限制层、N侧空间层、发光有源层、P侧空间层、P型限制层、P型电流扩展层、P型过渡层、P型欧姆接触层；在所述N型电流扩展层之前，预先生长一层N型过渡层；所述N型电流扩展层从下往上依次生长有超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层。
[0008]本技术方案中通过在N型电流扩展层之前预先生长一层N型过渡层，然后引入生长速率递进式的生长厚度较厚的N型电流扩展层，可避免砷化物产生过快而在石墨备件表面没有足够的时间冷却凝固，有效防止了砷化物颗粒脱落而导致外延片污染报废的现象发生，可提高外延片的良品率和稳定性。
[0009]进一步的，在所述N型电流扩展层和所述N型限制层之间插入有第一外延牢固层；在所述N型限制层和所述N侧空间层之间插入有第二外延牢固层；在所述P侧空间层和所述P型限制层之间插入有第三外延牢固层；在所述P型限制层和所述P型电流扩展层之间插入有第四外延牢固层。
[0010]本技术方案中在不同的外延功能层之间插入一层材料为AlGaAsP的外延牢固层，通过借助磷化物的附着稳定性，将各功能层覆盖住，进一步提高外延片的整体稳定性。
[0011]进一步的，所述N型过渡层的材料为GaAs，生长厚度为5nm～50nm，掺杂材料为Si，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3。
[0012]进一步的，所述超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层的材料均为Al
x1
Ga1‑
x1
As，其中x1的取值范围为0.05～0.15，掺杂材料均为Si，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2.5
×
10
18
cm
‑3。
[0013]进一步的，所述第一外延牢固层、第二外延牢固层、第三外延牢固层、第四外延牢固层的材料均为AlGaAsP；具体地，第一外延牢固层材料为(Al
y1
Ga1‑
y1
)
0.5
As
0.5
P，y1的取值范围为0.2～0.4；第二外延牢固层材料为(Al
y2
Ga1‑
y2
)
0.5
As
0.5
P，y2的取值范围为0.4～0.6；第三外延牢固层材料为(Al
y4
Ga1‑
y4
)
0.5
As
0.5
P，y4的取值范围为0.4～0.6；第四外延牢固层材料为(Al
y5
Ga1‑
y5
)
0.5
As
0.5
P，y5的取值范围为0.2～0.4。
[0014]所述N型限制层、P型限制层、N侧空间层、P侧空间层、P型电流扩展层的材料均为AlGaAs；具体地，N型限制层、P型限制层材料均为Al
x2
Ga1‑
x2
As，x2的取值范围为0.2～0.4；N侧空间层、P侧空间层材料均为Al
x3
Ga1‑
x3
As，x3的取值范围为0.05～0.15。
[0015]进一步的，所述发光有源层为具有应变补偿的非对称量子阱结构，由4～6对非对称量子阱/垒结构组成，其中量子阱层的材料为InGaAs，量子垒层的材料为AlGaAsP；具体地，中量子阱层的材料为In
x4
Ga1‑
x4
As，厚度为4nm～9nm，x4的取值范围为0.16～0.18；量子垒层的材料为(Al
y3
Ga1‑
y3
)
0.5
As
0.5
P，厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述LED外延片从下往上依次生长N型GaAs衬底、N型GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、N型电极保护层、N型电流扩展层、N型限制层、N侧空间层、发光有源层、P侧空间层、P型限制层、P型电流扩展层、P型过渡层、P型欧姆接触层；在所述N型电流扩展层之前，预先生长一层N型过渡层；所述N型电流扩展层从下往上依次生长有超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层。2.根据权利要求1所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，在所述N型电流扩展层和所述N型限制层之间插入有第一外延牢固层；在所述N型限制层和所述N侧空间层之间插入有第二外延牢固层；在所述P侧空间层和所述P型限制层之间插入有第三外延牢固层；在所述P型限制层和所述P型电流扩展层之间插入有第四外延牢固层。3.根据权利要求1所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述N型过渡层的材料为GaAs，生长厚度为5nm～50nm，掺杂材料为Si，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层的材料均为Al
x1
Ga1‑
x1
As，其中x1的取值范围为0.05～0.15，掺杂材料均为Si，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2.5
×
10
18
cm
‑3。5.根据权利要求2所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述第一外延牢固层、第二外延牢固层、第三外延牢固层、第四外延牢固层的材料均为AlGaAsP；所述N型限制层、P型限制层、N侧空间层、P侧空间层、P型电流扩展层的材料均为AlGaAs。6.根据权利要求1所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述发光有源层为具有应变补偿的非对称量子阱结构，由4～6对非对称量子阱/垒结构组成，其中量子阱层的材料为InGaAs，量子垒层的材料为AlGaAsP；所述P型过渡层的材料为Ga
0.5
In
0.5
P；所述P型欧姆接触层材料为GaP。7.根据权利要求2
‑
6任一项所述的一种940nm反极性红外LED外延片的制备方法，其特征在于，利用MOCVD设备在N型GaAs衬底上，依次生长N型GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、N型电极保护层、N型过渡层、超低速N型电流扩展层、低速N型电流扩展层、中速N型电流扩展层、高速N型电流扩展层、第一外延牢固层、N型限制层、第二外延牢固层、N侧空间层、发光有源层、P侧空间层、第三外延牢固层、P型限制层、第四外延牢固层、P型电流扩展层、P型过渡层、P型欧姆接触层；所述N型电流扩展层采用生长速率递进式的方法生长，并在每次生长速率递进的过程中，根据比例调节MOCVD反应室顶部石墨隔板的背面H2/N2的吹扫气流。8.根据权利要求7所述的一种940nm反极性红外LED外延片的制备方法，其特征在于，所述超低速N型电流扩展层的生长步骤为：设定高温反应室内温度为650℃～670℃，在N型过渡层上通入TMGa、TMAl、AsH3，生长厚度为50nm～150nm的Al
x1
Ga1‑
x1
As材料，生长速率为0.05nm/s～0.15nm/s，并采用SiH4作为n型掺杂剂，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2.5
×
10
18
cm
‑3；其中，生长超低速N型电流扩展层时，反应室顶部的石墨隔板背面吹扫的H2与N2总气流量为500sccm，H2流量的设定值为500
×
1.325
×
K/（1+1.325
×
K），其中K值的取值范围为3～4；
所述低速N型电流扩展层的生长步骤为：设定高温反应室内温度为670℃～690℃，在超低速N型电流扩展层上通入TMGa、TMAl、AsH3，生长厚度为100nm～300nm的Al
x1
Ga1‑
x1
As材料，生长速率为0.1nm/s～0.5nm/s，采用SiH4作为N型掺杂剂，掺杂浓度为0.7
×
10
18
cm
‑3～2
×
10
18
cm
‑3；其中，生长低速N型电流扩展层时，反应室顶部的石墨隔板背面吹扫的H2与N2总气流量为500sccm，H2流量的设定值为500
×
1.325
×
K/（1+1.325
×
K），其中K值的取值范围为4～5；所述中速N型电流扩展层的生长步骤为：设定高温反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王苏杰，董耀尽，林晓珊，杨祺，宁如光，熊欢，
申请(专利权)人：南昌凯捷半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：