一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，在襯底層上依次生長第一型電流擴展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴展層；第二型電流擴展層由第一組成部分及第二組成部分組成，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。本實用新型采用該外延生長工藝形成具有漫反射作用的電流擴展層的外延結(jié)構(gòu)，明顯地提高了外量子效率，使得近紅外發(fā)光二極管能達到更大功率。
【專利說明】一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，尤其是指一種三五族砷磷化合物系紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近紅外發(fā)光二極管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等特性，被廣泛應(yīng)用于通信及遙感裝置等【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，近紅外產(chǎn)品主要為采用液相外延法生長的以AlGaAs異質(zhì)結(jié)為活性層的近紅外發(fā)光二極管，所述方法生長的近紅外二極管由于內(nèi)量子效率較低，從而使得其在功率上難以突破，難以滿足產(chǎn)品對近紅外發(fā)光二極管大功率需求。
[0004]隨著科技的發(fā)展，對近紅外發(fā)光二極管功率的需求越來越高，制造大功率近紅外發(fā)光二極管已成為發(fā)展趨勢。采用金屬有機化合物氣相外延生長具有量子阱的外延結(jié)構(gòu)能取得較高的內(nèi)量子效率。因此，提升外量子效率成為提高近紅外發(fā)光二極管發(fā)光功率的關(guān)鍵技術(shù)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，具有漫反射作用的電流擴展層的外延結(jié)構(gòu)，明顯地提高了外量子效率，使得近紅外發(fā)光二極管能達到更大功率。
[0006]為達成上述目的，本實用新型的解決方案為:
[0007]一種近紅外發(fā)光二 極管的外延結(jié)構(gòu)，在襯底層上依次生長第一型電流擴展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴展層；第二型電流擴展層由第一組成部分及第二組成部分組成，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。
[0008]進一步，襯底層為GaAs襯底層。
[0009]進一步，在襯底層與第一型電流擴展層之間生長形成腐蝕截止層。
[0010]進一步，腐蝕截止層的材料為三五簇化合物，包括(AlxGa1Ja5Ina5P和AlyGa^As,其中，O≤X≤1，O≤y≤I。
[0011]進一步,有源層的材料為三五簇化合物,包括GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlGaInAs。
[0012]進一步，第一型電流擴展層、第一型限制層、第二型限制層及第二型電流擴展層的材料為三五簇化合物，包括AlGaAs、AlGaInP。
[0013]進一步，第二型電流擴展層的第一組成部分的材料為AlxGahAs(0.1 ^ 0.35)，或者為(AlxGa1J 0.Jna5P (O ^ x ^ 0.2);第二型電流擴展層的第二組成部分的材料為 AlyGa1VVs (0.35 < y ^ 0.5)，或者為(AlyGai_y)。.5Ιηα5Ρ (0.2 < y ≤0.4)。
[0014]進一步，第二型電流擴展層第一組成部分的厚度為2-5 μ m;第二型電流擴展層第二組成部分的厚度為50-500nm，且滿足(2k+l) λ/ (4η)，其中，k≥O的正整數(shù)，λ為有源層發(fā)光波長，η為第二組成部分材料的折射率。
[0015]一種近紅外發(fā)光二極管的外延生長工藝，生長第二型電流擴展層的第二組成部分采用進入反應(yīng)室的生長氣流震蕩方法，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。
[0016]進一步，生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間以及在生長第二組成部分區(qū)間，進入反應(yīng)室的生長氣流較生長第一組成部分減少或增加200-300sCCm。
[0017]進一步，生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間以及在生長第二組成部分區(qū)間，進入反應(yīng)室的生長氣流的震蕩的次數(shù)為2-4次，且每次間隔時間20秒_40秒。
[0018]進一步，生長第二型電流擴展層的第二組成部分的MO源的出氣閥門，在開啟的瞬間引起的進入反應(yīng)室的生長氣流的震蕩到進入反應(yīng)室的生長氣流的穩(wěn)定之間的時間為0.4秒_0.8秒。
[0019]進一步，在生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間生長形成有停頓的界面。
[0020]進一步，生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間形成停頓的界面的停頓時間為5秒至30秒。
[0021]進一步，生長第二型電流擴展層的第二組成部分的進入反應(yīng)室的生長氣流較生長第一組成部分的進入反應(yīng)室的生長氣流減少或增加400-600sccm。
[0022]進一步，生長第二型電流擴展層的第二組成部分的MO源的出氣閥門，在開啟瞬間引起的反應(yīng)室生長氣流的震蕩到反應(yīng)室生長氣流的穩(wěn)定之間的時間為0.1秒至0.4秒。
[0023]一種近紅外發(fā)光二極管芯片制作工藝，把上述外延結(jié)構(gòu)通過倒置芯片工藝將頂部的第二型電流擴展層鍵合于Si基板上，且在Si基板與第二型電流擴展層之間形成金屬反射鏡；由此得到的芯片結(jié)構(gòu)從下往上順序變成Si基板、金屬反射鏡、第二型電流擴展層、第二型限制層、有源層、第一型限制層、第一型電流擴展層；在31基板背面設(shè)置第一電極，且通過Si通孔連接第一電極與金屬反射鏡；在第一型電流擴展層設(shè)置第二電極。
[0024]本實用新型在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。有源層發(fā)出的大角度的光被形成于第一組成部分和第二組成部分之間具有漫反射效果的接觸界面反射，增加了出光角度，能較有效地提高外量子效率，進而得到高功率的近紅外發(fā)光二極管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是生長本實用新型第一實施例的外延結(jié)構(gòu)所使用的外延工藝在生長第二型電流擴展層時注入反應(yīng)室的生長氣流與時間的關(guān)系曲線圖。
[0027]圖3是本實用新型第一實施例經(jīng)過芯片工藝制作后所形成的近紅外發(fā)光二極管芯片示意圖。
[0028]圖4是本實用新型第二實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是生長本實用新型第二實施例的外延結(jié)構(gòu)所使用的外延工藝在生長第二型電流擴展層時注入反應(yīng)室的生長氣流與時間的關(guān)系曲線圖。[0030]圖6是本實用新型第二實施例經(jīng)過芯片工藝制作后所形成的近紅外發(fā)光二極管芯片示意圖。
[0031]標號說明
[0032]近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)第一實施例100
[0033]GaAs襯底11腐蝕截止層12
[0034]第一型電流擴展層13 第一型限制層14
[0035]有源層15第二型限制層16
[0036]第二型電流擴展層17 第一組成部分171
[0037]第二組成部分172Si基板18
[0038]第一電極191第二電極192
[0039]金屬反射鏡10
[0040]近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)第二實施例200
[0041]GaAs襯底21第一型電流擴展層22
[0042]第一型限制層23有源層24
[0043]第二型限制層25第二型電流擴展層26
[0044]第一組成部分261第二組成部分262
[0045]Si基板27第一電極281
[0046]第二電極282金屬反射鏡29。
【具體實施方式】
[0047]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做詳細描述。
[0048]本實用新型公開一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，在GaAs襯底層上依次生長第一型電流擴展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴展層；第二型電流擴展層由第一組成部分及第二組成部分組成，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。
[0049]可以在襯底層與第一型電流擴展層之間生長形成腐蝕截止層，也可以不生長形成腐蝕截止層。腐蝕截止層的材料為三五簇化合物，包括(AlxGa1Ja5Ina5P和AlyGai_yAs，其中，0<χ≤1，O≤ y ≤1
[0050]有源層的材料為三五簇化合物，包括GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlGaInAs。
[0051]第一型電流擴展層、第一型限制層、第二型限制層及第二型電流擴展層的材料為三五簇化合物，包括AlGaAs、AlGaInP。
[0052]第二型電流擴展層的第一組成部分的材料為AlxGai_xAs(0.1 ≤ x ≤ 0.35)，或者為(AlxGah) 0.5I%5P (O ≤ X ≤ 0.2);第二型電流擴展層的第二組成部分的材料為AlyGapyAs(0.35 < 0.5)，或者為(AlyGah)a5Ina5P (0.2<y<0.4)。第二型電流擴展層第一組成部分的厚度為2-5 μ m;第二型電流擴展層第二組成部分的厚度為50-500nm，且滿足(2k+l) λ/ (4η)，其中，k≥O的正整數(shù)，λ為有源層發(fā)光波長，η為第二組成部分材料的折射率。
[0053]本實用新型還公開所述一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)外延生長工藝，生長第二型電流擴展層的第二組成部分采用進入反應(yīng)室的生長氣流震蕩方法，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面，即在第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間的界面上形成界面畸變，接觸界面的平整度變差，從而具有漫反射效果。其中，第二型電流擴展層第一組成部分采用現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)外延工藝生長，此處不贅述。
[0054]生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間以及在生長第二組成部分區(qū)間，進入反應(yīng)室的生長氣流較生長第一組成部分減少或增加200-300sCCm。生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間以及在生長第二組成部分區(qū)間，進入反應(yīng)室的生長氣流的震蕩的次數(shù)為2-4次，且每次間隔時間20秒-40秒。生長第二型電流擴展層的第二組成部分的MO源的出氣閥門，在開啟的瞬間引起的進入反應(yīng)室的生長氣流的震蕩到進入反應(yīng)室的生長氣流的穩(wěn)定之間的時間為0.4秒-0.8秒。
[0055]可以在生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間生長形成有停頓的界面。生長第二型電流擴展層的第一組成部分和第二組成部分之間形成停頓的界面的停頓時間為5秒至30秒。生長第二型電流擴展層的第二組成部分的進入反應(yīng)室的生長氣流較生長第一組成部分的進入反應(yīng)室的生長氣流減少或增加400-600sccm。生長第二型電流擴展層的第二組成部分的MO源的出氣閥門，在開啟瞬間引起的反應(yīng)室生長氣流的震蕩到反應(yīng)室生長氣流的穩(wěn)定之間的時間為0.1秒至0.4秒。
[0056]本實用新型還公開一種近紅外發(fā)光二極管芯片制作工藝，把本實用新型所述的外延結(jié)構(gòu)通過倒置芯片工藝將頂部的第二型電流擴展層鍵合于Si基板上，且在Si基板與第二型電流擴展層之間形成金屬反射鏡。由此得到的芯片結(jié)構(gòu)從下往上順序變成Si基板、金屬反射鏡、第二型電流擴展層、第二型限制層、有源層、第一型限制層、第一型電流擴展層；在Si基板背面設(shè)置第一電極，且通過Si通孔連接第一電極與金屬反射鏡；在第一型電流擴展層設(shè)置第二電極。第二型電流擴展層由第一組成部分及第二組成部分組成，且在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。
[0057]經(jīng)過倒置芯片工藝制作后，第二型電流擴展層會置于發(fā)光層的底部。有源層發(fā)出的大角度的光在傳輸?shù)浇饘俜瓷溏R之前，會被第二型電流擴展層第二組成部分的漫反射界面反射，增加了出光角度，且經(jīng)過多次反射的光也能得到漫反射層和金屬反射鏡的有效反射，能較有效地提高外量子效率，進而得到高功率的近紅外發(fā)光二極管。
[0058]實施例一
[0059]如圖1所示，本實用新型揭示的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)第一實施例100，在GaAs襯底11上依次外延腐蝕截止層12、第一型電流擴展層13、第一型限制層14、有源層15、第二型限制層16、第二型電流擴展層17，第二型電流擴展層17由第一組成部分171和第二組成部分172構(gòu)成。
[0060]其中，腐蝕截止層12為(AlaiGaa9)a5Ina5PM料構(gòu)成；有源層15采用AlGaInAs/AlGaAs的量子阱結(jié)構(gòu)，量子阱的對數(shù)為7對，發(fā)光波長為850nm ;第一型電流擴展層13構(gòu)成材料AlGaAs且厚度為10 μ m,第一型限制層14、第二型限制層16由AlGaAs材料構(gòu)成，第二型電流擴展層第一組成部分171構(gòu)成材料為Ala Aaa9As三五族化合物且厚度為5 μ m,第二型電流擴展層第二組成部分172的構(gòu)成材料為Ala4Gaa6As三五族化合物且厚度為64nm。
[0061]采用的外延工藝在生長第二型電流擴展層第一組成部分171的反應(yīng)室壓力為200mbar，且進入反應(yīng)室的氣流流量為17600sCCm (標準毫升/分鐘)，生長完成第二型電流擴展層17的第一組成部分171之后，停止外延層生長10秒。在開始生長第二型電流擴展層17第二組成部分172的瞬間，通過控制MO源的出氣閥門使得進入反應(yīng)室的氣流較生長第二型電流擴展層17的第一組成部分171時進入反應(yīng)室的氣流減少400sCCm，即進入反應(yīng)室的氣流流量為17200SCCm。生長第二型電流擴展層17的第二組成部分172的MO源的出氣閥門在開啟瞬間引起的反應(yīng)室的生長氣流震蕩，從開始氣流震蕩到氣流平衡的時間為0.2秒，其氣流震蕩曲線如圖2所示。
[0062]完成外延結(jié)構(gòu)后經(jīng)過倒置芯片工藝制作:把第二型電流擴展層17鍵合于Si基板18上，通過打磨及腐蝕工藝把GaAs襯底層11及腐蝕截止層12去除掉，因此第一電流擴展層13會置于有源層15之上，而第二型電流擴展層17會置于發(fā)光層的底部，在Si基板18上設(shè)置第一電極191，而在第一型電流擴展層13設(shè)置第二電極192，可以在Si基板18與第二型電流擴展層17之間形成金屬反射鏡10，形成如圖3所示的近紅外發(fā)光二極管。
[0063]實施例二
[0064]如圖4所示本實用新型揭示的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)第二實施例200，在GaAs襯底21上依次外延第一型電流擴展層22、第一型限制層23、有源層24、第二型限制層25、第二型電流擴展層26，第二型電流擴展層26由第一組成部分261和第二組成部分262構(gòu)成。
[0065]其中，有源層24采用AlGalnAs/AlGaAs的量子阱結(jié)構(gòu)，量子阱的對數(shù)為3對，發(fā)光波長為850nm ;第一型電流擴展層22構(gòu)成材料為AlGaInP三五族化合物，且厚度為8.5 μ m，第一型限制層23、第二型限制層25由AlGaInP三五族化合物構(gòu)成，第二型電流擴展層26第一組成部分261構(gòu)成材料為(Ala Aaa9) ^5Ina5P三五族化合物且厚度為4μηι,第二型電流擴展層26第二組成部分262的 構(gòu)成材料為(Ala3Gaa7) 0.5Ιη0.5Ρ三五族化合物，且厚度為128nm。
[0066]采用外延工藝在生長第二型電流擴展層26第一組成部分261的反應(yīng)室壓力為200mbar，且進入反應(yīng)室的氣流流量為17600sCCm，生長完成第二型電流擴展層26第一組成部分261后，在開始生長第二型電流擴展層26第二組成部分262的瞬間，通過控制MO源的出氣閥門，使得進入反應(yīng)室的生長氣流較生長第二型電流擴展層26第一組成部分261的進入反應(yīng)室的生長氣流減少200sccm，即進入反應(yīng)室的氣流流量為17400sccm。生長第二型電流擴展層26的第二組成部分262的MO源的出氣閥門，在開啟瞬間引起的進入反應(yīng)室的生長氣流的震蕩至進入反應(yīng)室的生長氣流的平衡時間為0.4秒。生長第二型電流擴展層26第二組成部分262區(qū)間的第二次氣流震蕩時的進入反應(yīng)室的生長氣流增加200sCCm，即進入反應(yīng)室氣流流量為17600SCCm。生長第二型電流擴展層26的第二組成部分262的MO源的出氣閥門，在開啟瞬間引起的反應(yīng)室的生長氣流震蕩，從開始氣流震蕩到氣流平衡的時間為0.4秒，兩次震蕩之間的時間間隔為30秒，其氣流震蕩曲線如圖5所示。
[0067]完成外延結(jié)構(gòu)后經(jīng)過倒置芯片工藝制作:把第二型電流擴展層26鍵合于Si基板27上，通過打磨及腐蝕工藝把GaAs襯底層21去除掉，因此第一電流擴展層22變成置于有源層24之上，而第二型電流擴展層26置于發(fā)光層的底部。在Si基板27上設(shè)置第一電極281，而在第一型電流擴展層22上設(shè)置第二電極282，可以在Si基板27與第二型電流擴展層26之間形成金屬反射鏡29，形成如圖6所示本的近紅外發(fā)光二極管。
[0068]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并非對本案設(shè)計的限制，凡依本案的設(shè)計關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:在襯底層上依次生長第一型電流擴展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴展層；第二型電流擴展層由第一組成部分及第二組成部分組成，在第一組成部分和第二組成部分之間形成具有漫反射效果的接觸界面。
2.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:襯底層為GaAs襯底層。
3.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:在襯底層與第一型電流擴展層之間生長形成腐蝕截止層。
4.如權(quán)利要求3所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:腐蝕截止層的材料為三五簇化合物，包括其中，O≤X≤1，O≤y≤1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:有源層的材料為三五族化合物,包括GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlGaInAs。
6.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:第一型電流擴展層、第一型限制層、第二型限制層及第二型電流擴展層的材料為三五簇化合物，包括AlGaAs,AlGaInP0
7.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:第二型電流擴展層的第一組成部分的材料為AlxGai_xAs，0.1 ≤ x ≤ 0.35，或者為(AlxGa1J α5Ιηα5P，O ≤ X ≤ 0.2 ;第二型電流擴展層的第二組成部分的材料為AlyGai_yAs，0.35 < y < 0.5，或者為(AlyGa1-) 0.5In0.5P,0.2 < y ≤ 0.4。
8.如權(quán)利要求1所述的一種近紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:第二型電流擴展層第一組成部分的厚度為2-5μπι;第二型電流擴展層第二組成部分的厚度為50-500nm，且滿足(2k+l) λ/ (4η)，其中，k≥O的正整數(shù)，λ為有源層發(fā)光波長，η為第二組成部分材料的折射率。
【文檔編號】H01L33/00GK203589069SQ201320597060
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】林志偉, 陳凱軒, 蔡建九, 張永, 林志園, 堯剛 申請人:廈門乾照光電股份有限公司