一種不可見光發光二極管及其制作方法

一種不可見光發光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種不可見光發光二極管及其制作方法，所述發光二極管包括：N型歐姆接觸半導體層、N型電流擴散層、N?GaAs可見光吸收層、N型覆蓋層、發光層、P型覆蓋層和P型歐姆接觸半導體層。本發明所述不可見光發光二極管采用GaAs作為吸收層，在電流密度>1A/mm2情況下，可以完全有效的去除可見光部分，尤其是在3A/mm2電流密度以下都沒看到可見光部分，有效解決了不可見光發光二極管的紅爆現象。
【專利說明】
-種不可見光發光二極管及其制作方法
技術領域
[0001] 本發明屬于光電子技術領域，特別設及不可見光發光二極管及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 目前不可見光發光二極管忍片普遍存在紅爆現象:在點亮時使用人眼觀察忍片發 光狀況，會看到部分深紅光從忍片發出，造成在應用上需要無紅爆純紅外光需求上受到限 審IJ，所W市場目前需要一無可見光的不可見光忍片。
[0003]中國專利申請公開案CN1758457A公開了 一種紅外發光二極管，由于光吸收層的帶 隙比有源層的帶隙寬，能夠借助吸收福射光譜中較短波長一側的邊緣處的分量來減少紅光 分量的效果。然而該結構仍有一問題：因為光吸收層的厚度需在0.1 umW上，而厚度太大時 又會造成光吸收嚴重，使得光功率大大減少。并且該結構無法制作高亮度忍片，無法滿足目 前安防系統市場需求。

【發明內容】

[0004] 針對前述問題，本發明提出一種不可見光發光二極管及其制作方法，將使用一外 延結構搭配忍片制程，達到高亮度無紅爆的不可見光發光二極管，增加高亮度不可見光發 光二極管需求的應用。
[0005] 本發明解決上述問題的技術方案為:一種不可見光發光二極管，依次包括:電流擴 散層、GaAs可見光吸收層、第一類型覆蓋層、發光層、第二類型覆蓋層，當發光層的輸入電流 密度> lA/mm2時，所述發光二極管的可見光比例<0.2%。
[0006] 優選地，所述GaAs可見光吸收層與發光層之間的能帶隙差為0.13eV。
[0007] 優選地，所述GaAs可見光吸收層的滲雜濃度<7E17。
[000引優選地，所述GaAs可見光吸收層的厚度為IOOnmW下。
[0009]優選地，所述GaAs可見光吸收層的厚度為20~70nm。
[0010]優選地，所述電流擴散層為AlGaAs,其Al/Ga成分比值>0.3。
[0011] 優選地，所述電流擴散層的滲雜濃度<7E17。
[0012] 優選地，所述第一類型覆蓋層包括第一覆蓋層AlxGai-xAs和第二覆蓋層AlYGai-YAs, 其中Y>X，藉由所述第一覆蓋層及第二覆蓋層的組份能階變化，降低電子電桐在所述覆蓋 層及所述可見光吸收層接口的能階位障。較佳的，所述第一覆蓋層的Al組分X為15%，滲雜濃 度為6E17;所述第一覆蓋層的Al組分X為35%，滲雜濃度為化18。
[0013] 本發明還提供了一種不可見發光二極管外延片的制作方法，依次形成電流擴散 層、GaAs可見光吸收層、第一類型覆蓋層、發光層、第二類型覆蓋層，當發光層的輸入電流密 度> 1 A/mm2時，所述發光二極管的可見光比例<0.2%。
[0014] 在一具體實施例中，為獲得倒裝垂直結構的不可見發光二極管，可通過下面方法 制備獲得：1)外延生長:依次在一生長襯底上生長N型歐姆接觸半導體層、N型電流擴散層、 N-GaAs可見光吸收層、N型覆蓋層、發光層、P型覆蓋層和P型歐姆接觸半導體層；2)轉移襯 底:在所述P型歐姆接觸半導體層之上連接導電基板，移除所述生長襯底，裸露出所述N型歐 姆接觸半導體層;3)制作電極:在所述N型歐姆接觸半導體層之上制作N電極。
[0015] 本發明所述不可見光發光二極管采用GaAs作為吸收層，在電流密度〉1 A/mm2情況 下，可W完全有效的去除可見光部分，尤其是3A/mm2電流密度W下都基本看不到可見光部 分，有效解決了不可見光發光二極管的紅爆現象。
[0016] 本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在說明書、權利 要求書W及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【附圖說明】
[0017] 附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實 施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按 比例繪制。
[0018] 圖1為根據本發明實施的一種不可見光L邸外延結構的側面剖視圖。
[0019] 圖2為根據本發明實施的制作一種不可見光L邸過程剖視圖。
[0020] 圖3為采用圖1所示外延結構制作的不可見光L邸忍片結構的側面剖視圖。
[0021] 圖4為圖3所示L邸忍片中N-GaAs可見光吸收層的厚度與器件輸出光功率關系圖。
[0022] 圖5為圖3所示L邸忍片中N-GaAs可見光吸收層的厚度與器件輸出可光見比例關系 圖。
[0023] 圖6顯示了圖3所示L邸忍片的光譜圖與傳統不可見光L邸忍片的光譜圖。
[0024] 圖7為根據本發明實施的另一種不可見光發光二極管結構的側面剖視圖。
【具體實施方式】
[0025] W下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用 技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據W實施。
[0026] 需要說明的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例W及各實施例中的各個 特征可W相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。。
[0027] 在發明中，第一類型覆蓋層和第二類型覆蓋層系互為反型的半導體層，諸如第一 類型覆蓋層為N型半導體層時，則第二類型覆蓋層為P型半導體層，如果第一類型覆蓋層為P 型半導體層時，則第二類型覆蓋層為N型半導體層。
[002引實施例一 請參看附圖1，根據本發明實施的一種發光二極管的外延結構，包括:生長襯底100,蝕 刻截止層m、N型歐姆接觸層112、N型電流擴散層113、N-GaAs可見光吸收層114、N型覆蓋層 115、發光層116、P型覆蓋層117和P型歐姆接觸層118。
[0029]具體的，生長襯底100采用GaAs材料;蝕刻截止層111采用N-InGaP材料;N型歐姆接 觸層112的材料為GaAs;N型電流擴散層113為n- AlGaAs，滲雜濃度至少為7E17W上，較佳值 為1E18,滲雜材料可W為Si、Te，厚度至少為1微米W上，較佳值為7微米;N-GaAs可見光吸收 層114滲雜Si,滲雜濃度小于7E17,其厚度最大值不超過lOOnm，較佳厚度值為20~70nm，最佳 厚度值為50nm;N型覆蓋層114的材料為滲雜Si的AlxGai-xAs，其中X介于10%~45%，優選X為 35%，濃度為祀17~沈18,優選濃度為化18;發光層116采用不具有滲雜的多量子阱結構，阱 層采用InGaAs材料，其厚度為3~80皿，優選厚度為8皿，勢壘層為AlGaAsP，其厚度為5~90皿， 優選厚度為25nm，量子阱對數介于3對到25對之間，優選對數為12對為多量子阱結構;P型覆 蓋層117采用滲雜C的Al泌ai-xAs，其中X介于5%~40%，優選X為35%，濃度為8E17~6E18，優選濃 度為IE18; P型歐姆接觸層118的材料為P-GaP，滲雜濃度至少為8E17 W上，較佳值為化18，滲 雜材料可W為Mg、Zn、C。
[0030] 下面結合制作方法對本發明之高亮度不可見光L邸忍片進行詳細說明。
[0031] 首先，采用外延生長方法形成圖1所示的外延結構。
[0032] 接著，進行襯底轉移:在P型歐姆接觸層118的表面上制作鏡面層122,其包括P型歐 姆接觸金屬層122a和高透光性介電材料層12化，兩者配合一方面提供P型歐姆接觸層，另一 方面用于反射發光層射向下方的光線;提供導電基板101，在其上涂布金屬鍵合層121，將導 電基板101與鏡面層122進行黏合，并去除生長襯底100,裸露半導體外延疊層的N側表面，如 圖2所示。
[0033] 再接著，制作電極：利用鹽酸與憐酸將蝕刻截止層111去除，使用黃光、化學濕制 程、金屬蒸鍛制程，完成N歐姆接觸電極131和P電極132。
[0034] 最后，制作取光結構:使用硝酸、醋酸與水混和液將N型電流擴散層113表面做粗化 效果。如圖3所不。
[0035] 下而親格列難下閣1所示LRD外巧結構中各房的豐要材魁巧巧相黃參猶的優選值。
[0036] 采用上述材料及相關參數制作獲得的不可見光Lm)忍片，其光吸收層與發光層之 間的能帶隙差達〇.13eV，因此該光吸收層對亮度吸收不多，可有效減少因改善紅爆現象而 帶來的光功率下降問題。
[0037] 圖4和圖5分別顯示了圖3所示的不可見光發光二極管之N-GaAs可見光吸收層的厚 度與器件輸出光功率關系圖和可光見比例關系圖。從圖中可看出，當N-GaAs可見光吸收層 的厚度控制在20nmW上時，其可見光比例即可降低至0.2%W下;進一步地，在輸出光功率影 響不大并且可見光比例<0.1%的條件下，厚度最佳值為50nm，最大厚度lOOnm。
[0038] 請參看圖6,從兩種不同結構的光譜圖可W明顯看出，在圖3所示的發光二極管（即 新結構）中，可見光部分因為N-GaAs可見光吸收層的功能，有效的去除可見光部分，達到無 紅爆不可見光忍片。
[0039] 實施例二 請參看圖7,在本實施例中，N型覆蓋層115由第一覆蓋層115a和第二覆蓋層11化構成， 藉由第一及第二覆蓋層的組份能階變化，可W降低電子在覆蓋層及可見光吸收層接口能階 位障，W獲得較低的電壓值。較佳的，所述第一覆蓋層Al泌ai-xAs的Al組分X為15%，滲雜濃度 為6E17;所述第一覆蓋層AlYGai-YAs的Al組分X為35%，滲雜濃度為1E18。
[0040] W上實施例W第一類型覆蓋層為N型覆蓋層、第二類型覆蓋層為P型覆蓋層為例， 需要特別說明的是，本發明同樣適用于第一類型覆蓋層為P型半導體層的發光二極管器件 結構，相應的，電流擴散層、GaAs可見光吸收層等材料層為P型滲雜。
[0041] 很明顯地，本發明的說明不應理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發 明構思的所有可能的實施方式。
【主權項】
1. 一種不可見光發光二極管，依次包括：電流擴散層、GaAs可見光吸收層、第一類型覆 蓋層、發光層、第二類型覆蓋層，當發光層的輸入電流密度2 1 A/mm2時，所述發光二極管的 可見光比例<0.2%。2. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述GaAs可見光吸收 層與發光層之間的能帶隙差為〇.13eV。3. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述GaAs可見光吸收 層的摻雜濃度<7E17。4. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述GaAs可見光吸收 層的厚度為l〇〇〇nm以下。5. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述GaAs可見光吸收 層的厚度為200~700nm〇6. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述電流擴散層為N-AlGaAs，其 Al/Ga 成分比值 >0.3。7. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述電流擴散層的摻 雜濃度<7E17。8. 根據權利要求1所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述第一類型覆蓋層 包括第一覆蓋層AlxGai- XAs和第二覆蓋層AhGaPYAs，其中Y>X，藉由所述第一覆蓋層及第二 覆蓋層的組份能階變化，降低電子在所述第一類型覆蓋層及所述可見光吸收層接口的能階 位障。9. 根據權利要求8所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述第一覆蓋層的Α1 組分X為15%，摻雜濃度為6Ε17。10. 根據權利要求8所述的一種不可見光發光二極管，其特征在于:所述第一覆蓋層的 Α1組分X為35%，摻雜濃度為1Ε18。11. 不可見發光二極管的制作方法，依次形成電流擴散層、GaAs可見光吸收層、第一類 型覆蓋層、發光層、第二類型覆蓋層，當發光層的輸入電流密度2 1 A/mm2時，所述發光二極 管的可見光比例<0.2%。12. 根據權利要求9所述的不可見發光二極管的制作方法，包括步驟： 外延生長：依次在一生長襯底上生長電流擴散層、GaAs可見光吸收層、第一類型覆蓋 層、發光層、第二類型覆蓋層； 2 )轉移襯底:在所述第二類型覆蓋層之上連接導電基板，移除所述生長襯底； 3 )制作電極:在所述電流擴散層之上制作N電極。
【文檔編號】H01L33/02GK105845793SQ201610381153
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】吳超瑜, 吳俊毅, 黃俊凱, 王篤祥
【申請人】天津三安光電有限公司