[发明专利]红外LED外延结构及其制造方法

说明书

本申请公开了一种红外LED外延结构及其制造方法，该红外LED外延结构包括从下至上依次堆叠的：衬底、第一半导体层、第一空间层、多量子阱层、第二空间层以及第二半导体层，第一半导体层和第二半导体层的掺杂类型相反，其中，第一空间层和第二空间层为超晶格结构，第一空间层各层中的最高Al组分小于第二空间层各层中的最高Al组分以使第一空间层和第二空间层形成非对称结构。本申请中的非对称空间层能够提高有效势垒的高度，抑制载流子的溢出，提升对载流子的量子限制效应；并且由于超晶格的隧道特性，载流子的迁移率得到提升；此外，采用非对称设计可以有效降低载流子溢出多量子阱，改善光场分布，提升红外发光二极管的光电效率及可靠性。

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种红外LED外延结构及其制造方法。

背景技术

红外LED(IR Light Emitting Diode，红外发光二极管)是一种能够将电能转换成近红外光的发光器件，具备功耗低、长寿命等优点而广泛应用于各种光电耦合开关、安防监控、夜视监测等领域。现有的红外LED外延结构中，为了提升红外发光二极管的亮度，通常做法是采用宽带隙的量子阱势垒层或载流子限制层，增强对载流子的量子限制效应，提高载流子复合几率，缺点是会导致红外发光二极管的工作电压升高，反而有可能降低红外发光二极管的光电效率。同时由于工作电压升高、光电效率降低，会导致红外发光二极管的结温升高，可靠性下降。

因此，有必要提供一种红外LED外延结构及其制备方法，提高红外发光二极管的光电效率及可靠性。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的目的在于提供一种红外LED外延结构及其制备方法，以达到兼顾红外发光二极管的载流子复合几率、光电效率及可靠性的目的。

根据本公开实施例的一方面，提供了一种红外LED外延结构，包括从下至上依次堆叠的：衬底、第一半导体层、第一空间层、多量子阱层、第二空间层以及第二半导体层，所述第一半导体层和所述第二半导体层的掺杂类型相反，

其中，所述第一空间层和所述第二空间层为超晶格结构，所述第一空间层各层中的最高Al组分小于所述第二空间层各层中的最高Al组分以使所述第一空间层和所述第二空间层形成非对称结构。

可选地，所述第一空间层中的超晶格层的单周期厚度不大于所述第二空间层中的超晶格层的单周期厚度，且所述第一空间层的厚度不大于所述第二空间层的厚度。

可选地，所述第一空间层包括：

第一波导层，位于所述第一半导体层上；以及

第一超晶格层，位于所述第一波导层与所述多量子阱层之间。

可选地，所述第一波导层为Al_aGa_1-aAs层，所述第一超晶格层为Al_bGa_1-bAs/Al_cGa_1-cAs叠层，

其中，ba且bc，a的取值范围包括0.1～0.2，b的取值范围包括0.2～0.3，c的取值范围包括0.1～0.2。

可选地，所述第一超晶格层的周期数为2～6，单周期的厚度范围包括4nm～20nm，所述第一波导层的厚度范围包括100nm～600nm。

可选地，所述第二空间层包括：

第二超晶格层，位于所述多量子阱层上；以及

第二波导层，位于所述第二超晶格层与所述第二半导体层之间。