CN105633226A - 一种具有双结的红外光发光二极管 - Google Patents

一种具有双结的红外光发光二极管 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种具有双结的红外光发光二极管，以隧穿结串连两个多量子阱，所述隧穿结是重掺杂P型AlXGa1-XAs材料与重掺杂N型AlXGa1-XAs或重掺杂N型InGaP材料相接而成。用隧穿结串联两个发光二极管，其上部活性层与底部活性层同时发光，使得发光强度更强，可以获得单结型发光二极管1.5倍以上发光亮度，并且可以复合不同波长，达到调适波长的效果，形成高效率且复合发光波长的双结红外光发光二极管。

Description

一种具有双结的红外光发光二极管
技术领域
本发明属于发光二极管技术领域，尤其是涉及一种具有双结的红外光发光二极管。
背景技术
应用于安全监控、穿戴式装置、红外线通信、红外线遥控装置、传感器用光源及夜间照明的红外光发光二极管。一般使用InGaAs作为活性层之多量子阱结构，发光波长850nm以上的发光二极管，是以单一的p-i-n结通入电流做电子空穴复合发光，形成高效率单色性优异的红外光发光二极管。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有双结的红外光发光二极管，以克服现有技术中的不足，在此双结红外光发光二极管中，其上部活性层与底部活性层同时发光，使得发光强度更强，可以获得单结型发光二结管1.5倍以上发光亮度，并且可以复合不同波长，达到调适波长的效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有双结的红外光发光二极管，以隧穿结串连两个多量子阱，所述隧穿结是重掺杂P型AlXGa1-XAs材料与重掺杂N型AlXGa1-XAs或重掺杂N型InGaP材料相接而成。优选的，所述多量子阱是以InGaAs作为阱层及AlGaAsP作为势垒层构成；所述多量子阱对数介于3对到25对之间。本发明使用有机金属气相外延法(OMVPE)成长。
优选的，所述重掺杂P型AlXGa1-XAs材料为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为10％；浓度为5E18～1E20原子/厘米，优选浓度为5E19原子/厘米；所述重掺杂N型AlXGa1-XAs材料为掺杂Te的N型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为10％，浓度为5E18～1E20原子/厘米，优选浓度为2E19原子/厘米。
利用重掺杂P型AlXGa1-XAs材料与重掺杂N型AlXGa1-XAs材料相接形成隧穿结，其中x介于0～35％之间，优选为10％，当组分x大于35％时，会造成势垒位障提高，使组件的操作电压跟着提高，调整此组份比例可以改变隧穿结层的能隙大小，当能隙越大，使得底部活性层的发光在越容易穿透隧穿结层，则可以获取更高的亮度，在此隧穿结中，电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层，藉此串联两个发光二极管，其上部活性层与底部活性层同时发光，使得发光强度更强，可以获得单结型发光二结管1.5倍以上发光亮度，并且可以复合不同波长，达到调适波长的效果，形成高效率且复合发光波长的双结红外光发光二极管。
优选的，其芯片从上到下依次包括N型欧姆电极、N型接触层、上部N型窗层、上部N型覆盖层、上部量子阱层、上部P型覆盖层、隧穿结层、底部N型覆盖层、底部量子阱层、底部P型第二覆盖层、底部P型第一覆盖层、P型接触层、金属键合层、Si衬底以及P型欧姆电极。
优选的，所述Si衬底浓度为8E17～3E18原子/厘米，优选浓度为1.2E18原子/厘米；P型接触层为掺杂C的GaP，浓度为介于1E18～1E20原子/厘米，优选浓度为5E19原子/厘米。
优选的，底部P型第一覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为5％，浓度为5E17～3E18原子/厘米，优选浓度为8E17原子/厘米；底部P型第二覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，优选X为35％，浓度为8E17～6E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米。
优选的，底部量子阱层用InGaAs材料，其厚度为3～80nm，优选厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5～90nm，优选厚度为24nm；底部N型覆盖层为掺杂Si的AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，优选X为35％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米。
优选的，上部P型覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，优选X为35％，浓度为8E17～6E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米；上部量子阱活性层，用InGaAs材料，其厚度为3～80nm，优选厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5～90nm，优选厚度为24nm。
优选的，上部N型覆盖层为掺杂Si的AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，优选X为35％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米；上部N型窗层为掺杂Si的AlXGa1-XAs利用湿蚀刻法粗化，其中X介于0％～35％，优选X为5％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为7E17原子/厘米。
优选的，N型接触层为掺杂Si的GaAs，浓度为5E17～6E18原子/厘米，优选浓度为2E18原子/厘米。
相对于现有技术，本发明所述的一种具有双结的红外光发光二极管，具有以下优势：本发明中以隧穿结串连两个使用InGaAs做为多量子阱的发光二极管，当中隧穿结是以重掺杂P型材料与重掺杂N型材料相接，成为一重掺杂的PN结，而厚度必须相对较薄，以达到势垒穿透的效果产生，在此隧穿结中，电子能够直接从N型层穿透PN结势垒进入P型层，藉此串联两个发光二极管，用隧穿结串联两个发光二极管，其上部活性层与底部活性层同时发光，使得发光强度更强，可以获得单结型发光二结管1.5倍以上发光亮度，并且可以复合不同波长，达到调适波长的效果，形成高效率且复合发光波长的双结红外光发光二极管。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的红外发光二极管的芯片的简单结构示意图；
图2为本发明实施例所述的隧穿结层的简单结构示意图。
101、P型欧姆电极；102、Si衬底；103、金属键合层；104、P型接触层；105、底部P型第一覆盖层；106、底部P型第二覆盖层；107、底部量子阱层；108、底部N型覆盖层；109、隧穿结层；110、上部P型覆盖层；111、上部量子阱层；112、上部N型覆盖层；113、上部N型窗层；114、N型接触层；115、N型欧姆电极；109a、重掺杂P型材料；109b、重掺杂N型材料。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
如图1所示，一种具有双结的红外光发光二极管，其芯片从上到下依次包括N型欧姆电极115、N型接触层114、上部N型窗层113、上部N型覆盖层112、上部量子阱层111、上部P型覆盖层110、隧穿结层109、底部N型覆盖层108、底部量子阱层107、底部P型第二覆盖层106、底部P型第一覆盖层105、P型接触层104、金属键合层103、Si衬底102以及P型欧姆电极101。
所述Si衬底102浓度为1.2E18原子/厘米；P型接触层104为掺杂C的GaP，浓度为5E19原子/厘米。
底部P型第一覆盖层105为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，X为5％，浓度为8E17原子/厘米；底部P型第二覆盖层106为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
底部量子阱层107用InGaAs材料，厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，厚度为24nm；底部N型覆盖层108为掺杂Si的AlXGa1-XAs，X为35％，浓度为1E18原子/厘米。
上部P型覆盖层110为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，X为35％，浓度为1E18原子/厘米；上部量子阱活性层111，用InGaAs材料，其厚度为3～80nm，优选厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5～90nm，优选厚度为24nm。
上部N型覆盖层112为掺杂Si的AlXGa1-XAs，X为35％，浓度为1E18原子/厘米；上部N型窗层113为掺杂Si的AlXGa1-XAs利用湿蚀刻法粗化，X为5％，浓度为7E17原子/厘米。
N型接触层114为掺杂Si的GaAs，浓度为2E18原子/厘米。
实施例二
与实施例一不同之处为重掺杂N型材料109b为掺杂Te的N型InGaP，浓度为2E19原子/厘米。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：以隧穿结串连两个多量子阱，所述隧穿结是重掺杂P型AlXGa1-XAs材料与重掺杂N型AlXGa1-XAs或重掺杂N型InGaP材料相接而成。
2.根据权利要求1所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：所述多量子阱是以InGaAs作为阱层及AlGaAsP作为势垒层构成；所述多量子阱对数介于3对到25对之间。
3.根据权利要求1或2所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：所述重掺杂P型AlXGa1-XAs材料为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为10％；浓度为5E18～1E20原子/厘米，优选浓度为5E19原子/厘米；所述重掺杂N型AlXGa1-XAs材料为掺杂Te的N型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为10％，浓度为5E18～1E20原子/厘米，优选浓度为2E19原子/厘米。
4.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：其芯片从上到下依次包括N型欧姆电极、N型接触层、上部N型窗层、上部N型覆盖层、上部量子阱层、上部P型覆盖层、隧穿结层、底部N型覆盖层、底部量子阱层、底部P型第二覆盖层、底部P型第一覆盖层、P型接触层、金属键合层、Si衬底以及P型欧姆电极。
5.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：所述Si衬底浓度为8E17～3E18原子/厘米，优选浓度为1.2E18原子/厘米；P型接触层为掺杂C的GaP，浓度为介于1E18～1E20原子/厘米，优选浓度为5E19原子/厘米。
6.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：底部P型第一覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于0％～35％，优选X为5％，浓度为5E17～3E18原子/厘米，优选浓度为8E17原子/厘米；底部P型第二覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，优选X为35％，浓度为8E17～6E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米。
7.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：底部量子阱层用InGaAs材料，其厚度为3～80nm，优选厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5～90nm，优选厚度为24nm；底部N型覆盖层为掺杂Si的AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，优选X为35％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米。
8.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：上部P型覆盖层为掺杂C的P型AlXGa1-XAs，其中X介于5％～40％，优选X为35％，浓度为8E17～6E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米；上部量子阱活性层，用InGaAs材料，其厚度为3～80nm，优选厚度为8nm，势垒层为AlGaAsP，其厚度为5～90nm，优选厚度为24nm。
9.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：上部N型覆盖层为掺杂Si的AlXGa1-XAs，其中X介于10％～45％，优选X为35％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为1E18原子/厘米；上部N型窗层为掺杂Si的AlXGa1-XAs利用湿蚀刻法粗化，其中X介于0％～35％，优选X为5％，浓度为5E17～2E18原子/厘米，优选浓度为7E17原子/厘米。
10.根据权利要求3所述的具有双结的红外光发光二极管，其特征在于：N型接触层为掺杂Si的GaAs，浓度为5E17～6E18原子/厘米，优选浓度为2E18原子/厘米。
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