【技术实现步骤摘要】
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
1、发光波长为940nm的红外led（lighting emitting diode, 发光二极管）广泛应用于红外探测、红外遥感、高速红外通讯和安防监控等。随着应用领域不断发展，监控摄像头和红外感应探测器等主要工作条件是脉冲电流，与传统的恒定电流驱动相比，需要更高的发光功率、电流承受能力和更高的可靠性能。
2、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，自下而上依次生长外延材料，包括gaas衬底1、gaas缓冲层2、腐蚀截止层3、n型欧姆接触层4、电极保护层5、n型电流扩展层6、n型限制层7、n面空间层8、多量子阱有源层13、p面空间层9、p型限制层10、p型电流扩展层11、p型窗口层12。而现有的常规940nm反极性led在脉冲电流条件下无法达到稳定的发光效率和功率。业内人员为了提高发光效率，会增加多量子阱有源层中发光量子阱/垒的对数，然而采用的阱一般为ingaas材料，对数增加之后会由于ingaas材料的应变叠加偏大导致外延片晶格失配，外延片的表面会有失配的线条或裂纹，且在脉冲电流持续工作的过程中出现亮度降低、光效衰减等问题。
3、因此，如何在脉冲电流工作下，研制出高发光效率和高可靠性的940nm反极性红外led是困扰技术人员的难题。
技术实现思路
1、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，
2、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，从gaas衬底开始依次为gaas缓冲层、腐蚀截止层、n型欧姆接触层、电极保护层、n型电流扩展层、n型限制层、n面空间层、n面应变缓解层、第一发光有源层、中间应变缓解层、第二发光有源层、p面应变缓解层、p面空间层、p型限制层、p型电流扩展层、p型窗口层；
3、所述n面应变缓解层、中间应变缓解层、p面应变缓解层的材料均为gaasp，且均为非掺杂。
4、本技术方案中在n面空间层和多量子阱有源层之间，多量子阱有源层中间，p面空间层和多量子阱有源层之间，均插入应变缓解层gaasp材料，通过该结构的设计可以避免量子阱对数增加的过程中，阱层材料ingaas的压应变叠加过大产生的晶格失配；同时利用应变缓解层材料gaasp的张应变特性，在有源区的两侧和中间均可补偿ingaas材料的压应变导致的晶格失配问题，提高外延材料的晶体质量及led的可靠性能。
5、进一步的，所述n面应变缓解层和p面应变缓解层的厚度均为300nm～500nm，可保证有足够厚度外延层材料帮助补偿和释放应力；所述中间应变缓解层的厚度均为60nm～70nm，可以帮助在核心的发光区域缓解应力，同时厚度控制可避免电压上升。本技术方案中通过在不同的位置采用不同厚度的应变缓解层，提高外延材料的晶体质量及可靠性。
6、进一步的，所述第一发光有源层和所述第二发光有源层组成发光有源层，所述发光有源层为量子阱层和量子垒层交替生长的周期性循环结构，循环对数为6对～8对；所述量子垒层自下而上依次为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层。
7、进一步的，所述量子阱层的材料为inx4ga1-x4as，单个阱的厚度为6nm～8nm，其中x4的取值范围为0.16～0.18；所述量子垒层中第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层的材料均为(aly1ga1-y1)0.5as0.5p，且第一应变补偿层和第三应变补偿层的厚度均为4nm～8nm，第二应变补偿层的厚度为10nm～20nm，其中y1的取值范围为0.1～0.2。本技术方案中将常规的量子垒层algaasp改进为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层，且各层材料及厚度不同，可有效解决因应变太大而抑制发光效率的问题。
8、进一步的，所述腐蚀截止层和电极保护层的材料均为ga0.5in0.5p，掺杂材料为si，掺杂浓度均为1.5×1018cm-3～3.0×1018cm-3，所述腐蚀截止层的厚度为200nm～400nm，所述电极保护层的厚度为20nm～40nm；所述n型欧姆接触层的材料为gaas，掺杂材料为si，掺杂浓度为2.0×1018cm-3～5.0×1018cm-3，厚度为40nm～80nm。
9、进一步的，所述n型电流扩展层和p型电流扩展层的材料均为alx1ga1-x1as，其中x1的取值范围为0.1～0.2；所述n型电流扩展层的掺杂材料为si，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6.0×1018cm-3，厚度为7000nm～8000nm；所述p型电流扩展层的掺杂材料为c，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6×1018cm-3，厚度为2000nm～3000nm；所述n型限制层和p型限制层的材料均为alx2ga1-x2as，其中x2的取值范围为0.2～0.4，所述n型限制层的厚度为300nm～500nm，掺杂材料为si，掺杂浓度为2×1018cm-3～4×1018cm-3；所述p型限制层的厚度为400nm～600nm，掺杂材料为c，掺杂浓度为2×1018cm-3～4×1018cm-3；所述n面空间层和p面空间层的材料均为alx3ga1-x3as，其中x3的取值范围为0.05～0.15，其厚度均为500nm～800nm，且均为非掺杂。
10、所述p型窗口层的材料为gap，厚度为150nm～200nm，掺杂材料为mg，掺杂浓度为0.5×1019cm-3～2×1019cm-3。
11、本专利技术的第二目的是提供一种940nm反极性红外led外延片的制备方法，利用mocvd（金属有机化合物化学气相淀积）设备在gaas衬底上，依次生长gaas缓冲层、腐蚀截止层、n型欧姆接触层、电极保护层、n型电流扩展层、n型限制层、n面空间层、n面应变缓解层、第一发光有源层、中间应变缓解层、第二发光有源层、p面应变缓解层、p面空间层、p型限制层、p型电流扩展层、p型窗口层；所述第一发光有源层和所述第二发光有源层均为量子阱层和量子垒层交替生长的周期性循环结构；所述量子垒层自下而上依次为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层；所述量子阱层和量子垒层之间采用停顿吹扫式的生长方式生长。
12、本技术方案中在量子阱层和量子垒层之间采用停顿吹扫式的生长方式生长，即在生长每层量子阱层的前后，通过控制通入气体原料及流量，可提升量子阱层的表面平整度，从而有利于脉冲电流工作下的发光效率。
13、进一步的，所述n面应变本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，从GaAs衬底开始依次为GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、电极保护层、N型电流扩展层、N型限制层、N面空间层、N面应变缓解层、第一发光有源层、中间应变缓解层、第二发光有源层、P面应变缓解层、P面空间层、P型限制层、P型电流扩展层、P型窗口层；
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，所述N面应变缓解层和P面应变缓解层的厚度均为300nm～500nm；所述中间应变缓解层的厚度均为60nm～70nm。
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，所述第一发光有源层和所述第二发光有源层组成发光有源层，所述发光有源层为量子阱层和量子垒层交替生长的周期性循环结构，循环对数为6对～8对；所述量子垒层自下而上依次为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层。
4.根据权利要求3所述的一种940nm反极性红外LED外延片，其特征在于，所述量子阱层的材料为Inx4Ga1-x4As，单个阱的厚度为6n
5.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，所述腐蚀截止层和电极保护层的材料均为Ga0.5In0.5P，掺杂材料为Si，掺杂浓度均为1.5×1018cm-3～3.0×1018cm-3，所述腐蚀截止层的厚度为200nm～400nm，所述电极保护层的厚度为20nm～40nm；所述N型欧姆接触层的材料为GaAs，掺杂材料为Si，掺杂浓度为2.0×1018cm-3～5.0×1018cm-3，厚度为40nm～80nm。
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N型电流扩展层和P型电流扩展层的材料均为Alx1Ga1-x1As，其中x1的取值范围为0.1～0.2；所述N型电流扩展层的掺杂材料为Si，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6.0×1018cm-3，厚度为7000nm～8000nm；所述P型电流扩展层的掺杂材料为C，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6×1018cm-3，厚度为2000nm～3000nm；所述N型限制层和P型限制层的材料均为Alx2Ga1-x2As，其中x2的取值范围为0.2～0.4，所述N型限制层的厚度为300nm～500nm，掺杂材料为Si，掺杂浓度为2×1018cm-3～4×1018cm-3；所述P型限制层的厚度为400nm～600nm，掺杂材料为C，掺杂浓度为2×1018cm-3～4×1018cm-3；所述N面空间层和P面空间层的材料均为Alx3Ga1-x3As，其中x3的取值范围为0.05～0.15，其厚度均为500nm～800nm，且均为非掺杂。
7.根据权利要求1-6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GaAs衬底上，依次生长GaAs缓冲层、腐蚀截止层、N型欧姆接触层、电极保护层、N型电流扩展层、N型限制层、N面空间层、N面应变缓解层、第一发光有源层、中间应变缓解层、第二发光有源层、P面应变缓解层、P面空间层、P型限制层、P型电流扩展层、P型窗口层；所述第一发光有源层和所述第二发光有源层均为量子阱层和量子垒层交替生长的周期性循环结构；所述量子垒层自下而上依次为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层；所述量子阱层和量子垒层之间采用停顿吹扫式的生长方式生长。
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N面应变缓解层的生长步骤为：设定反应室温度为680℃±20℃，在N面空间层上通入TMGa、AsH3、PH3，生长厚度为300nm～500nm的GaAsP材料，其中TMGa的流量设定为100sccm～150sccm，AsH3的流量设定为400sccm～500sccm，PH3的流量设定为300sccm～400sccm；
9.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，所述量子垒层的生长步骤为：设定反应室温度为670℃±20℃，通入TMAl、TMGa、AsH3、PH3，生长第一应变补偿层、第二应变补偿层和第三应变补偿，材料均为AlGaAsP，厚度依次为4nm～8nm...
【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，从gaas衬底开始依次为gaas缓冲层、腐蚀截止层、n型欧姆接触层、电极保护层、n型电流扩展层、n型限制层、n面空间层、n面应变缓解层、第一发光有源层、中间应变缓解层、第二发光有源层、p面应变缓解层、p面空间层、p型限制层、p型电流扩展层、p型窗口层；
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，所述n面应变缓解层和p面应变缓解层的厚度均为300nm～500nm；所述中间应变缓解层的厚度均为60nm～70nm。
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，所述第一发光有源层和所述第二发光有源层组成发光有源层，所述发光有源层为量子阱层和量子垒层交替生长的周期性循环结构，循环对数为6对～8对；所述量子垒层自下而上依次为第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层。
4.根据权利要求3所述的一种940nm反极性红外led外延片，其特征在于，所述量子阱层的材料为inx4ga1-x4as，单个阱的厚度为6nm～8nm，其中x4的取值范围为0.16～0.18；所述量子垒层中第一应变补偿层、第二应变补偿层、第三应变补偿层的材料均为(aly1ga1-y1)0.5as0.5p，且第一应变补偿层和第三应变补偿层的厚度均为4nm～8nm，第二应变补偿层的厚度为10nm～20nm，其中y1的取值范围为0.1～0.2。
5.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，所述腐蚀截止层和电极保护层的材料均为ga0.5in0.5p，掺杂材料为si，掺杂浓度均为1.5×1018cm-3～3.0×1018cm-3，所述腐蚀截止层的厚度为200nm～400nm，所述电极保护层的厚度为20nm～40nm；所述n型欧姆接触层的材料为gaas，掺杂材料为si，掺杂浓度为2.0×1018cm-3～5.0×1018cm-3，厚度为40nm～80nm。
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n型电流扩展层和p型电流扩展层的材料均为alx1ga1-x1as，其中x1的取值范围为0.1～0.2；所述n型电流扩展层的掺杂材料为si，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6.0×1018cm-3，厚度为7000nm～8000nm；所述p型电流扩展层的掺杂材料为c，掺杂浓度为3.0×1018cm-3～6×1018cm-3，厚度为2000nm～3000nm；所述n型限制层和p型限制层的材料均为alx2ga1-x2as，其中x2的取值范围为0.2～0.4，所述n型限制层的厚度为300nm～500nm，掺...
【专利技术属性】
技术研发人员：林晓珊，王苏杰，
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：
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