一种正极性红外LED的外延结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体材料的，尤其涉及一种正极性红外led的外延结构及其制备方法。

背景技术：

1、红外led是一种将电能转换为光能的近红外发光器件，其波长集中在1μm-3μm范围，其具有体积小、功耗低、寿命长、稳定性高、指向性好等一系列优点。目前，红外led被广泛用于遥控、遥测、光隔离、光开关、光电控制、目标跟踪等系统。

2、现有技术中，正极性红外led的外延结构中，p型层材料为algaas，掺杂元素为mg或者c，但是仍存在以下缺陷：使用mg掺时，外延生长的窗口小，比较容易出现mg引起的外延缺陷，且吸光严重；使用c掺时，对反应室温度和气流的要求比较高，例如aixtron-g4-15片机设备中生长c掺外延层，由于小盘较大与边缘侧壁水冷的原因极易出现平边的c掺量比圆边的c掺量高1～2倍的情况，导致片内电性差别很大。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种正极性红外led的外延结构及其制备方法，可以减少p型层的吸光，使外延片内的空穴浓度均匀，提高外延层的晶体质量。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种正极性红外led的外延结构，其特征在于，包括依次层叠设置的缓冲层、n-algaas电流扩展层、n-algaas限制层、多量子阱层、p-algaas限制层、p-algaas电流扩展层、p型gaas欧姆接触层；

3、其中，所述p-algaas电流扩展层为c掺杂algaas层和mg掺杂algaas层周期性交替层叠形成的超晶格，周期数为33～150，每个周期中，所述c掺杂algaas层位于所述mg掺杂algaas层的下方。

4、作为上述方案的改进，所述p-algaas电流扩展层的总厚度为4μm～9μm。

5、作为上述方案的改进，所述c掺杂algaas层的厚度为30nm～60nm，所述mg掺杂algaas层的厚度为30nm～60nm。

6、作为上述方案的改进，所述p-algaas电流扩展层中的空穴溶度大于3.5×1018cm-3，所述c掺杂algaas层的掺杂量小于所述mg掺杂algaas层的掺杂量。

7、作为上述方案的改进，所述c掺杂algaas层中c的掺杂量为3×1018cm-3～4×1018cm-3；

8、所述mg掺杂algaas层中mg的掺杂量为3.5×1018cm-3～4.5×1018cm-3。

9、作为上述方案的改进，所述c掺杂algaas层中al组分为0.1～0.4；

10、所述mg掺杂algaas层中al组分为0.1～0.4。

11、作为上述方案的改进，所述c掺杂algaas层的生长温度为650℃～720℃，生长压力为30～80mbar；

12、所述mg掺杂algaas层的生长温度为650℃～720℃，生长压力为30～80mbar。

13、作为上述方案的改进，所述mg掺杂algaas层生长完成后进行退火处理，随后生长下一周期的c掺杂algaas层，所述退火处理为：保持温度650℃～720℃进行退火5s～10s。

14、本发明第二方面还提供了一种所述的正极性红外led的外延结构的制备方法，包括：

15、在衬底上生长缓冲层；

16、在缓冲层上生长n-algaas电流扩展层；

17、在n-algaas电流扩展层上生长n-algaas限制层；

18、在n-algaas限制层上生长多量子阱层；

19、在多量子阱层上生长p-algaas限制层；

20、在p-algaas限制层上生长p-algaas电流扩展层；

21、在p-algaas电流扩展层上生长p型gaas欧姆接触层；

22、其中，所述p-algaas电流扩展层为c掺杂algaas层和mg掺杂algaas层周期性交替层叠形成的超晶格，每个周期中，所述c掺杂algaas层位于所述mg掺杂algaas层的下方；

23、作为上述方案的改进，在p-algaas限制层上生长p-algaas电流扩展层包括：

24、(1)控制反应室温度保持在650℃～720℃，通过c源、al源、ga源、as源生长c掺杂algaas层；

25、(2)关闭c源，通入mg源、al源、ga源、as源生长mg掺杂algaas层，完成一个周期的生长；

26、(3)关闭ⅲ族源和mg源，保持温度进行退火5s～10s；

27、(4)重复步骤(1)～(3)，直至厚度或者周期数达到预设值。

28、实施本发明，具有如下有益效果：

29、本发明中，在p-algaas限制层和p型gaas欧姆接触层上设置p-algaas电流扩展层且p-algaas电流扩展层为c掺杂algaas层和mg掺杂algaas层周期性交替层叠形成的超晶格，相比传统mg掺结构，更容易生长出高质量外延层，外延缺陷少，c掺的吸光比mg掺吸光少，可以有效地提高外延发光效率，相比传统c掺结构，更容易生长出高均匀性的p-algaas，片内电性均匀性对比单c掺大大提高，改善了发光强度。

30、本发明中采用循环退火的方式，让mg掺杂在c掺algaas层里扩散，使对温度非常敏感的c掺algaas层由于mg掺杂的扩散在片内的空穴溶度均匀性更好，片内电性良率大大提高；进一步地提高了外延片的良率。

技术特征：

1.一种正极性红外led的外延结构，其特征在于，包括依次层叠设置的缓冲层、n-algaas电流扩展层、n-algaas限制层、多量子阱层、p-algaas限制层、p-algaas电流扩展层、p型gaas欧姆接触层；

2.如权利要求1所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述p-algaas电流扩展层的总厚度为4μm～9μm。

3.如权利要求1或2所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述c掺杂algaas层的厚度为30nm～60nm，所述mg掺杂algaas层的厚度为30nm～60nm。

4.如权利要求1所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述p-algaas电流扩展层中的空穴溶度大于3.5×1018cm-3，所述c掺杂algaas层的掺杂量小于所述mg掺杂algaas层的掺杂量。

5.如权利要求4所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述c掺杂algaas层中c的掺杂量为3×1018cm-3～4×1018cm-3；

6.如权利要求1所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述c掺杂algaas层中al组分为0.1～0.4；

7.如权利要求1所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述c掺杂algaas层的生长温度为650℃～720℃，生长压力为30～80mbar；

8.如权利要求7所述的正极性红外led的外延结构，其特征在于，所述mg掺杂algaas层生长完成后进行退火处理，随后生长下一周期的c掺杂algaas层，所述退火处理为：保持温度650℃～720℃进行退火5s～10s。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的正极性红外led的外延结构的制备方法，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的正极性红外led的外延结构的制备方法，其特征在于：在p-algaas限制层上生长p-algaas电流扩展层包括：

技术总结
本发明涉及半导体材料的技术领域，公开了一种正极性红外LED的外延结构及其制备方法，所述外延结构包括依次层叠设置的缓冲层、N‑AlGaAs电流扩展层、N‑AlGaAs限制层、多量子阱层、P‑AlGaAs限制层、P‑AlGaAs电流扩展层、P型GaAs欧姆接触层，P‑AlGaAs电流扩展层为C掺杂AlGaAs层和Mg掺杂AlGaAs层周期性交替层叠形成的超晶格，有利于将外延层的空穴分布得更加均匀，生长出高质量、高均匀性的外延层，提高LED芯片的良率，同时减少吸光，有效提高发光效率和发光强度。

技术研发人员：金钊,曹广亮,徐洲,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西耀驰科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11