近紅外發(fā)光二極管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開近紅外發(fā)光二極管，在GaAs或AlGaAs襯底的頂部自下而上依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層及頂部第二型電流擴(kuò)展層；在襯底的底部自下而上依次形成第一型隧穿結(jié)、第二型隧穿結(jié)、底部第二型電流擴(kuò)展層、底部第二型限制層、底部有源層、底部第一型限制層及底部第一型電流擴(kuò)展層；所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0×1019以上。本發(fā)明使得近紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率得到較大的提升，且其制造工藝較為簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】近紅外發(fā)光二極管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及近紅外發(fā)光二極管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外發(fā)光二極管由于低功耗、尺寸小和可靠性高而被廣泛應(yīng)用于通信及遙感裝置等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，近紅外發(fā)光二極管主要采用液相外延法生長(zhǎng)，且以AlGaAs異質(zhì)結(jié)為活性層，所述方法生長(zhǎng)的紅外二極管由于內(nèi)量子效率較低。即便采用金屬有機(jī)化合物氣相外延法生長(zhǎng)的具有量子阱結(jié)構(gòu)的近紅外發(fā)光二極管，由于采用單個(gè)外延結(jié)構(gòu)而顯得功率相對(duì)不聞。
[0004]隨著對(duì)近紅外發(fā)光二極管功率的需求越來(lái)越高，現(xiàn)有技術(shù)的近紅外發(fā)光二極管無(wú)法滿足功率要求，而采用金屬有機(jī)化合物氣相外延生長(zhǎng)具有雙面量子阱的外延結(jié)構(gòu)能獲得較大的功率，本案由此產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供近紅外發(fā)光二極管及其制造方法，從而獲得大功率的近紅外發(fā)光二極管，使得近紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率得到較大的提升。
[0006]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
近紅外發(fā)光二極管，在GaAs或A lGaAs襯底的頂部自下而上依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部 有源層、頂部第二型限制層及頂部第二型電流擴(kuò)展層；在襯底的底部自下而上依次形成第一型隧穿結(jié)、第二型隧穿結(jié)、底部第二型電流擴(kuò)展層、底部第二型限制層、底部有源層、底部第一型限制層及底部第一型電流擴(kuò)展層；所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0X IO19以上。
[0007]近紅外發(fā)光二極管，在GaAs或AlGaAs襯底的頂部自下而上依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層及頂部第二型電流擴(kuò)展層；
在襯底的底部自下而上依次形成底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部有源層、底部第二型限制層、底部第二型電流擴(kuò)展層、第二型隧穿結(jié)、第一型隧穿結(jié)及第一型電流傳輸層；所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0 X IO19以上。
[0008]進(jìn)一步，第一型隧穿結(jié)的材料為(AlxGah)a5Ina5PS五族化合物，O≤x≤0.1，且厚度為20-80nm ;第二型隧穿結(jié)的材料為AlyGai_yAs三五族化合物，O≤y≤0.2，且厚度為30_90nm。
[0009]進(jìn)一步，AlGaAs, GaAs襯底為第一型摻雜，且摻雜濃度為1.0E+18以上。
[0010]進(jìn)一步，第二型隧穿結(jié)由η層不同Al組分的AlGaAs材料層構(gòu)成，且3 Sn <6。[0011]進(jìn)一步，第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAS材料層由襯底往上生長(zhǎng)方向呈Al組分含量遞增趨勢(shì)，且每一層Al組分含量遞增值為3% — 6%。
[0012]進(jìn)一步，第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層的厚度由襯底往上生長(zhǎng)方向呈厚度減薄的趨勢(shì)，且每一層厚度變?yōu)樯弦粚雍穸鹊?0% — 60%。
[0013]進(jìn)一步，第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層之間間隔一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，停頓時(shí)間為15 < t < 120。
[0014]進(jìn)一步，生長(zhǎng)停頓區(qū)間由襯底往上生長(zhǎng)方向呈時(shí)間遞增趨勢(shì)，且每一個(gè)停頓區(qū)的時(shí)間為上一個(gè)停頓區(qū)時(shí)間的1.5—2倍。
[0015]進(jìn)一步，生長(zhǎng)停頓區(qū)間Mg的摻雜量由襯底往上生長(zhǎng)方向呈遞增趨勢(shì)，且每一個(gè)停頓區(qū)Mg摻雜量比上一個(gè)停頓區(qū)Mg摻雜量的增加值為30%-60%。
[0016]進(jìn)一步，頂部有源層及底部有源層的量子阱材料為AlGaInAs三五族化合物，且底部有源層禁帶寬度比頂部有源層窄O~0.007eV ;構(gòu)成頂部有源層及底部有源層量子壘的材料為AlGaAs三五族化合物。
[0017]進(jìn)一步，構(gòu)成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部第二型限制層、頂部第二型電流擴(kuò)展層、底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部第二型限制層及底部第二型電流擴(kuò)展層的材料為AlGaAs或AlGaInP三五族化合物。
[0018]進(jìn)一步，在頂部第二型電流擴(kuò)展層上依次形成第一保護(hù)層及第二保護(hù)層；其材料為三五族化合物，包括(AlxGa1Ja5Ina5P及AlyGai_yAs ;其中，第一保護(hù)層的Al組分為0.5 ^ I, 0.5 ^ y ^ 1，第二保護(hù)層的Al組分為O≤X≤0.2，O ^ y ^ 0.2 ;第一保護(hù)層的厚度為50~200nm，第二保護(hù)層的厚度為I~20 μ m ;頂部第二型電流擴(kuò)展層的材料為磷化物材料體系，對(duì)應(yīng)地，第一保護(hù)層及第二保護(hù)層的材料為砷化物材料體系；頂部第二型電流擴(kuò)展層的材料為砷化物材料體系，對(duì)應(yīng)地，第一保護(hù)層及二保護(hù)層的材料為磷化物材料體系。
[0019]近紅外發(fā)光二極管制造方法，包括以下步驟:
一，在襯底的一側(cè)采用金屬有機(jī)化合物氣相外延生長(zhǎng)依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層、頂部第二型電流擴(kuò)展層、第一保護(hù)層及第二保護(hù)層；
二，對(duì)襯底的另一側(cè)進(jìn)行腐蝕減薄、拋光、清洗，拋光后的襯底及第一次外延層的厚度為 160 ~180 μ m ；
三，在襯底的另一側(cè)自下而上依次形成第一型隧穿結(jié)、第二型隧穿結(jié)、底部第二型電流擴(kuò)展層、底部第二型限制層、底部有源層、底部第一型限制層及底部第一型電流擴(kuò)展層；或者在襯底的另一側(cè)自下而上依次形成底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部有源層、底部第二型限制層、底部第二型電流擴(kuò)展層、第二型隧穿結(jié)、第一型隧穿結(jié)及第一型電流傳輸層；
四，采用濕法腐蝕去除第一保護(hù)層及第二保護(hù)層；
五，在底部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過蒸鍍工藝形成金屬反射鏡及第一電極；
六，在頂部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過光刻、蝕刻、蒸鍍等電極工藝后形成第二電極。
[0020]進(jìn)一步，第二型隧穿結(jié)由η層不同Al組分的AlGaAs材料層構(gòu)成，且3 < η < 6 ;生長(zhǎng)每層不同Al組分AlGaAs材料層的生長(zhǎng)溫度相比量子阱的生長(zhǎng)溫度降低20-40攝氏度，且每層不同Al組分AlGaAs材料層的生長(zhǎng)溫度都相同；第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層之間間隔一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，停頓時(shí)間為15 < t < 120 ;每個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度為變溫，變溫趨勢(shì)為先增加在區(qū)間中間的溫度最大值后降低，且各個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度最大值相同，溫度最大值較量子阱的生長(zhǎng)溫度升高15-30攝氏度。
[0021]采用上述方案后，本發(fā)明在在襯底頂部及底部形成紅外發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，且在襯底的底部形成由第一型隧穿結(jié)及第二型隧穿結(jié)組成的隧穿結(jié)，所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0X IO19以上。因此，本發(fā)明近紅外發(fā)光二極管的發(fā)光功率得到較大的提升，且其制造工藝較為簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】 [0022]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管第一次外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管第二次外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的隧穿結(jié)外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的第二隧穿結(jié)生長(zhǎng)工藝中Mg的摻雜數(shù)值曲線圖；
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的第二隧穿結(jié)生長(zhǎng)工藝中溫度的變溫曲線圖；
圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管第一次外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管第二次外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的隧穿結(jié)外延結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的第二隧穿結(jié)生長(zhǎng)工藝中Mg的摻雜數(shù)值曲線；
圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管的第二隧穿結(jié)生長(zhǎng)工藝中溫度的變溫曲
線.-^4 ，
圖12是本發(fā)明第二實(shí)施例近紅外發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]標(biāo)號(hào)說(shuō)明 襯底I
頂部第一型電流擴(kuò)展層11頂部第一型限制層12
頂部有源層13頂部第二型限制層14
頂部第二型電流擴(kuò)展層15第一保護(hù)層16
第二保護(hù)層17第一型隧穿結(jié)18
第二型隧穿結(jié)19底部第二型電流擴(kuò)展層110
底部第二型限制層111底部有源層112
底部第一型限制層113底部第一型電流擴(kuò)展層114
金屬反射鏡115第一電極116 第二電極117 襯底2
頂部第一型電流擴(kuò)展層21頂部第一型限制層22 頂部有源層23頂部第二型限制層24
頂部第二型電流擴(kuò)展層25第一保護(hù)層26
第二保護(hù)層27底部第一型電流擴(kuò)展層28
底部第一型限制層29底部有源層210
底部第二型限制層211底部第二型電流擴(kuò)展層212
第二型隧穿結(jié)213第一型隧穿結(jié)214
底部第一型電流傳輸層215金屬反射鏡216
第一電極217第二電極218。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]實(shí)施例一
參閱圖1至圖6所示，本發(fā)明揭示的近紅外發(fā)光二極管第一實(shí)施例，如圖1所示的近紅外發(fā)光二極管的第一次外延結(jié)構(gòu)，在AlGaAs襯底I的頂部第一次外延自下而上依次為頂部第一型電流擴(kuò)展層U、頂部第一型限制層12、頂部有源層13、頂部第二型限制層14、頂部第二型電流擴(kuò)展層15、第一保護(hù)層16及第二保護(hù)層17，該第一保護(hù)層16及第二保護(hù)層17組成保護(hù)層。
[0026]其中襯底I采用20%A1組分的AlGaAs，厚度為300 μ m,且為第一型摻雜，摻雜濃度為1.0E+18。頂部有源層13的量子講米用AlGalnAs/AlGaAs的量子講結(jié)構(gòu)，頂部量子講的對(duì)數(shù)為5對(duì),發(fā)光波長(zhǎng)為850nm。頂部第一型電流擴(kuò)展層11的組成材料為Ala2Gaa8As且厚度為3μηι。頂部第一型限制層12的組成材料為Ala4Gaa6As且厚度為500nm。頂部第二型限制層14的組成材料為Ala4Gaa6As且厚度為500nm。頂部第二型電流擴(kuò)展層15的組成材料為Ala2Gaa8As且厚度為ΙΟμπι。頂部第一型采用N型摻雜且摻雜源為Si，頂部第二型采用P型摻雜且摻雜源為Mg。第一保護(hù)層16組成材料為(Ala6Gaa4)a5Ina5P且厚度為50nm，第二保護(hù)層17組成材料為Gaa5Ina5P且厚度為I μ m。
[0027]第一次外延結(jié)束后對(duì)AlGaAs襯底I的頂部進(jìn)行腐蝕減薄、拋光、清洗；拋光后的襯底加上第一次外延層的厚度為165 μ m。接著在襯底背部的上表面第二次生長(zhǎng)底部外延結(jié)構(gòu)。
[0028]如圖2所示的近紅外發(fā)光二極管經(jīng)過第二次外延后的外延結(jié)構(gòu)，在AlGaAs襯底I的底部第二次外延自下而上依次為第一型隧穿結(jié)18、第二型隧穿結(jié)19、底部第二型電流擴(kuò)展層110、底部第二型限制層111、底部有源層112、底部第一型限制層113、底部第一型電流擴(kuò)展層114。
[0029]其中，底部有源層112的量子阱采用AlGalnAs/AlGaAs的量子阱結(jié)構(gòu)，底部量子阱的對(duì)數(shù)為3對(duì)，發(fā)光波長(zhǎng)為850nm。底部第二型電流擴(kuò)展層110的組成材料為Ala2Gaa8As且厚度為3 μ m。底部第二型限制層111的組成材料為Ala4Gaa6As且厚度為500nm。底部第一型限制層113的組成材料為Ala4Gaa6As且厚度為500nm。底部第一型電流擴(kuò)展層114的組成材料為Ala2Gaa8As且厚度為ΙΟμπι。底部第一型采用N型摻雜且摻雜源為Si，底部第二型采用P型摻雜且摻雜源為Mg。
[0030]隧穿結(jié)由第一型隧穿結(jié)18及第二型隧穿結(jié)19組成，其中，構(gòu)成第一型隧穿結(jié)18的材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P,且厚度為50nm。第二型隧穿結(jié)19由4層不同Al組分的AlGaAs材料組成，如圖3所示，由襯底I往上生長(zhǎng)分別為:第一層第二型隧穿結(jié)單層19a為Alatl5Gaa95As材料且厚度為28nm，第二層第二型隧穿結(jié)單層19b為Alatl7Gaa93As材料且厚度為14醒，第三層第二型隧穿結(jié)單層19c為Alatl9Gaa91As材料且厚度為7nm，第四層第二型隧穿結(jié)單層19d為AlanGaa89As材料且厚度為3.5nm。
[0031]如圖4所示，生長(zhǎng)四層第二型隧穿結(jié)單層之間都間隔著一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，第一停頓時(shí)間為30s，第二停頓時(shí)間為45s，第三停頓時(shí)間為67.5s。三個(gè)停頓區(qū)間的Mg摻雜源繼續(xù)通入，第一個(gè)停頓區(qū)Mg的摻雜量為400，第二個(gè)停頓區(qū)Mg的摻雜量為520，第三個(gè)停頓區(qū)Mg的摻雜量為676。
[0032]生長(zhǎng)四層第二型隧穿結(jié)單層的生長(zhǎng)溫度都為560攝氏度，相比量子阱的生長(zhǎng)溫度590攝氏度降低了 30攝氏度。三個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度都由剛停頓的560攝氏度升高至625攝氏度，變溫曲線如圖5所示。
[0033]通過兩次外延生長(zhǎng)工藝后，再對(duì)保護(hù)層進(jìn)行腐蝕后，最終形成如圖2所示本發(fā)明的近紅外發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。在底部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過蒸鍍工藝形成金屬反射鏡115及第一電極116。在頂部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過光刻、蝕刻、蒸鍍等電極工藝后形成第二電極117，即得到如圖6所示的近紅外發(fā)光二極管。
[0034]實(shí)施例二
參閱圖7至圖12所示，本發(fā)明揭示的近紅外發(fā)光二極管第二實(shí)施例，如圖7所示的近紅外發(fā)光二極管的第一次外延結(jié)構(gòu)，在GaAs襯底2的頂部第一次外延自下而上依次為頂部第一型電流擴(kuò)展層21、頂部第一型限制層22、頂部有源層23、頂部第二型限制層24、頂部第二型電流擴(kuò)展層25、第一保護(hù)層26及第二保護(hù)層27，該第一保護(hù)層26及第二保護(hù)層27組成保護(hù)層。
[0035]其中，襯底2采用厚度為300μπι且為第一型摻雜，摻雜濃度為1.0E+18。頂部有源層24的量子阱采用GalnAs/AlGaAs的量子阱結(jié)構(gòu)，頂部量子阱的對(duì)數(shù)為3對(duì)，發(fā)光波長(zhǎng)為940nm。頂部第一型電流擴(kuò)展層21的組成材料為GaAs且厚度為900nm。頂部第一型限制層22的組成材料為Alai5Gaa85As且厚度為400nm。頂部第二型限制層24的組成材料為Al0.15Ga0.85As且厚度為400nm。頂部第二型電流擴(kuò)展層25的組成材料為GaAs且厚度為7 μ m。第一保護(hù)層26組成材料為(Ala6Gaa4)a5Ina5P且厚度為90nm，第二保護(hù)層27組成材料為Ga0 5In0 5P 且厚度為 1.2 μ m。
[0036]第一次外延結(jié)束后對(duì)GaAs襯底2的頂部進(jìn)行腐蝕減薄、拋光、清洗；拋光后的襯底加上第一次外延層的厚度為160 μ m。接著在襯底底部的上表面第二次生長(zhǎng)底部外延結(jié)構(gòu)。
[0037]如圖8所示的近紅外發(fā)光二極管經(jīng)過第二次外延后的外延結(jié)構(gòu)，在GaAs襯底2的底部第二次外延自下而上依次為底部第一型電流擴(kuò)展層28、底部第一型限制層29、底部有源層210、底部第二型限制層211、底部第二型電流擴(kuò)展層212、第二型隧穿結(jié)213、第一型隧穿結(jié)214、底部第一型電流傳輸層215。
[0038]其中，底部有源層210的量子講米用GalnAs/AlGaAs的量子講結(jié)構(gòu)，底部量子講的對(duì)數(shù)為3對(duì)，發(fā)光波長(zhǎng)為940nm。底部第一型電流擴(kuò)展層28的組成材料為GaAs且厚度為900nm。底部第一型限制層29的組成材料為Alai5Gaa85As且厚度為400nm。底部第二型限制層211的組成材料為Alai5Gaa85As且厚度為400nm。底部第二型電流擴(kuò)展層212的組成材料為GaAs且厚度為5 μ m。底部第一型電流傳輸層215的組成材料為GaAs且厚度為2 μ m。底部第一型采用N型摻雜且摻雜源為Si，底部第二型采用P型摻雜且摻雜源為Mg。
[0039]隧穿結(jié)由第二型隧穿結(jié)213及第一型隧穿結(jié)214組成，其中，構(gòu)成第一型隧穿結(jié)214的材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P且厚度為50nm。第二型隧穿結(jié)213由3層不同Al組分的AlGaAs材料組成，如圖9所示，由襯底2往上生長(zhǎng)分別為:第一層第二型隧穿結(jié)單層213a為GaAs材料且厚度為36nm，第二層第二型隧穿結(jié)單層213b為Alatl4Gaa96As材料且厚度為18nm,第三層第二型隧穿結(jié)單層213c為Alatl8Gaa92As材料且厚度為9nm。
[0040]生長(zhǎng)三層第二型隧穿結(jié)單層之間都間隔著一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，第一停頓時(shí)間為60s，第二停頓時(shí)間為90s。兩個(gè)停頓區(qū)間的Mg摻雜源繼續(xù)通入，第一個(gè)停頓區(qū)Mg的摻雜量為460，第二個(gè)停頓區(qū)Mg的摻雜量為690，Mg的摻雜數(shù)值曲線如圖10所示。
[0041]生長(zhǎng)四層第二型隧穿結(jié)單層的生長(zhǎng)溫度都為550攝氏度，相比量子阱的生長(zhǎng)溫度590攝氏度降低了 30攝氏度。三個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度都由剛停頓的560攝氏度升高至620攝氏度，變溫曲線如圖11所示。
[0042]通過兩次外延生長(zhǎng)工藝后，再對(duì)保護(hù)層進(jìn)行腐蝕。在底部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過蒸鍍工藝形成金屬反射鏡216及第一電極217。在頂部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過光刻、蝕刻、蒸鍍等電極工藝后形成第二電極218，即得到如圖12所示的近紅外發(fā)光二極管。
[0043]本發(fā)明外延結(jié)構(gòu)及其生長(zhǎng)工藝能有效地把Mg摻雜濃度提高至2.0XlO19以上，達(dá)到第二型隧穿結(jié)所需要的重?fù)诫s濃度。第二型隧穿結(jié)采用Mg摻雜源替代傳統(tǒng)的C摻雜，解決了 C摻雜會(huì)導(dǎo)致發(fā)光二極管的外延工藝的碳污染的問題。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:在GaAs或AlGaAs襯底的頂部自下而上依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層及頂部第二型電流擴(kuò)展層； 在襯底的底部自下而上依次形成第一型隧穿結(jié)、第二型隧穿結(jié)、底部第二型電流擴(kuò)展層、底部第二型限制層、底部有源層、底部第一型限制層及底部第一型電流擴(kuò)展層；所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0X IO19以上。
2.近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:在GaAs或AlGaAs襯底的頂部自下而上依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層及頂部第二型電流擴(kuò)展層； 在襯底的底部自下而上依次形成底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部有源層、底部第二型限制層、底部第二型電流擴(kuò)展層、第二型隧穿結(jié)、第一型隧穿結(jié)及第一型電流傳輸層；所述第二型隧穿結(jié)采用多層膜的外延結(jié)構(gòu)，第二型隧穿結(jié)的摻雜源為Mg，且摻雜濃度為2.0 X IO19以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:第一型隧穿結(jié)的材料為(AlxGah)a5Ina5PS五族化合物，O ^ x ^ 0.1，且厚度為20_80nm ;第二型隧穿結(jié)的材料為AlyGa1^yAs三五族化合物，O≤y≤0.2，且厚度為30_90nm ；AlGaAs, GaAs襯底為第一型摻雜，且摻雜濃度為1.0E+18以上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:第二型隧穿結(jié)由η層不同Al組分的AlGaAs材料層構(gòu)成，且3 < η < 6。
5.如權(quán)利要求4所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層由襯底往上生長(zhǎng)方向呈Al組分含量遞增趨勢(shì)，且每一層Al組分含量遞增值為3% — 6% ;第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層的厚度由襯底往上生長(zhǎng)方向呈厚度減薄的趨勢(shì)，且每一層厚度變?yōu)樯弦粚雍穸鹊?0% — 60%。
6.如權(quán)利要求4所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGapyAs材料層之間間隔一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，停頓時(shí)間為15 < t < 120 ;生長(zhǎng)停頓區(qū)間由襯底往上生長(zhǎng)方向呈時(shí)間遞增趨勢(shì)，且每一個(gè)停頓區(qū)的時(shí)間為上一個(gè)停頓區(qū)時(shí)間的1.5—2倍；生長(zhǎng)停頓區(qū)間Mg的摻雜量由襯底往上生長(zhǎng)方向呈遞增趨勢(shì)，且每一個(gè)停頓區(qū)Mg摻雜量比上一個(gè)停頓區(qū)Mg摻雜量的增加值為30%-60%。
7.如權(quán)利要求1或2所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:頂部有源層及底部有源層的量子阱材料為AlGaInAs三五族化合物，且底部有源層禁帶寬度比頂部有源層窄O~0.007eV ;構(gòu)成頂部有源層及底部有源層量子壘的材料為AlGaAs三五族化合物；構(gòu)成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部第二型限制層、頂部第二型電流擴(kuò)展層、底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部第二型限制層及底部第二型電流擴(kuò)展層的材料為AlGaAs或AlGaInP三五族化合物。
8.如權(quán)利要求1或2所述的近紅外發(fā)光二極管，其特征在于:在頂部第二型電流擴(kuò)展層上依次形成第一保護(hù)層及第二保護(hù)層；其材料為三五族化合物，包括(AlxGa1Ja5Ina5P及AlyGai_yAs ;其中，第一保護(hù)層的Al組分為0.5≤x≤1，0.5 ^ y ^ 1，第二保護(hù)層的Al組分為O≤X≤0.2，O≤y≤0.2 ;第一保護(hù)層的厚度為50~200nm，第二保護(hù)層的厚度為I~20 μ m ;頂部第二型電流擴(kuò)展層的材料為磷化物材料體系，對(duì)應(yīng)地，第一保護(hù)層及第二保護(hù)層的材料為砷化物材料體系；頂部第二型電流擴(kuò)展層的材料為砷化物材料體系，對(duì)應(yīng)地，第一保護(hù)層及二保護(hù)層的材料為磷化物材料體系。
9.近紅外發(fā)光二極管制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 一，在襯底的一側(cè)采用金屬有機(jī)化合物氣相外延生長(zhǎng)依次形成頂部第一型電流擴(kuò)展層、頂部第一型限制層、頂部有源層、頂部第二型限制層、頂部第二型電流擴(kuò)展層、第一保護(hù)層及第二保護(hù)層； 二，對(duì)襯底的另一側(cè)進(jìn)行腐蝕減薄、拋光、清洗，拋光后的襯底及第一次外延層的厚度為 160 ~180 μ m ； 三，在襯底的另一側(cè)自下而上依次形成第一型隧穿結(jié)、第二型隧穿結(jié)、底部第二型電流擴(kuò)展層、底部第二型限制層、底部有源層、底部第一型限制層及底部第一型電流擴(kuò)展層；或者在襯底的另一側(cè)自下而上依次形成底部第一型電流擴(kuò)展層、底部第一型限制層、底部有源層、底部第二型限制層、底部第二型電流擴(kuò)展層、第二型隧穿結(jié)、第一型隧穿結(jié)及第一型電流傳輸層； 四，采用濕法腐蝕去除第一保護(hù)層及第二保護(hù)層； 五，在底部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過蒸鍍工藝形成金屬反射鏡及第一電極； 六，在頂部外延結(jié)構(gòu)上表面經(jīng)過光刻、蝕刻、蒸鍍等電極工藝后形成第二電極。
10.如權(quán)利要求9所 述的近紅外發(fā)光二極管制造方法，其特征在于:第二型隧穿結(jié)由η層不同Al組分的AlGaAs材料層構(gòu)成，且3 < η < 6 ;生長(zhǎng)每層不同Al組分AlGaAs材料層的生長(zhǎng)溫度相比量子阱的生長(zhǎng)溫度降低20-40攝氏度，且每層不同Al組分AlGaAs材料層的生長(zhǎng)溫度都相同；第二型隧穿結(jié)的η層不同Al組分的AlyGai_yAs材料層之間間隔一個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間，停頓時(shí)間為15≤t≤120 ;每個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度為變溫，變溫趨勢(shì)為先增加在區(qū)間中間的溫度最大值后降低，且各個(gè)生長(zhǎng)停頓區(qū)間的區(qū)間溫度最大值相同，溫度最大值較量子阱的生長(zhǎng)溫度升高15-30攝氏度。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103715326SQ201410015583
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】林志偉, 陳凱軒, 蔡建九, 張永, 林志園, 堯剛, 姜偉 申請(qǐng)人:廈門乾照光電股份有限公司