[0001] 本发明属于光电子技术领域， 具体涉及一种改善电流扩散、 提高发光效率的红 外发光二级管。

背景技术

[0002] 红外发光二极管由于其特定的波段， 以及低功耗和高可靠性， 被广泛应用于安 全监控、 穿戴式装置、 空间通信、 遥控、 医疗器具、 传感器用光源及夜间照明 等领域。

技术问题

[0003] 一般使用 InGaAs作为活性层之多量子阱结构， 发光峰波长在 900nm以上的红外 光发光二极管， 覆盖层多使用非直接能隙的 AlGaAs, 其中 A1属于活性大、 容易 氧化的原子， 同吋材料电阻率较高， 使得电流扩散以及组件抗静电耐性较差。 问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 针对前述问题， 本发明提出一种具有低带隙覆盖层的红外发光 二极管， 其以砷 化镓 GaAs或者砷化铟镓 I _{n x} G _{a i} — _x As作为覆盖层， 相较于 AlGaAs材料， 砷化镓或 砷化铟镓具备较低的电阻率， 而且不含有容易氧化的 A1成份， 应用在覆盖层吋 ， 可以提高电流的横向传导， 具有较佳的电流扩散效果。

[0005] 本发明解决上述问题的技术方案为： 一种红外发光二极管， 包括： 第一型覆盖 层、 活性层、 第二覆盖层， 所述第一覆盖层为 In _x G _{a i} — _x

As , 其中 In组分为 Oy^X^ 各层间的晶格匹配差异 Aa。<3800ppm。

[0006] 进一步地， 所述第一覆盖层的厚度为 1~20微米。

[0007] 进一步地， 所述第二覆盖层为 In _y G _{a i} — _y As， 其中 In组分为 0<¾≤y≤5<¾， 各层间的 晶格匹配差异 。<3800ppm。

[0008] 在本发明的一个较佳实施例中， 一种红外发光二极管， 其自上而下包括 P型欧 姆电极、 接触层、 P型覆盖层、 活性层、 N型覆盖层、 缓冲层、 GaAs衬底、 N型 欧姆电极， 其特征为采用 In _x G _{a i} — _x As作为 N型覆盖层及 P型覆盖层， 或是两者其一 ， 优点在于采用 In _x G _{a i} — _x As作为覆盖层吋， 其材料低电阻值可有效提升电流扩散

， 并降低电压以及提高发光效率。

[0009] 在本发明的另一个较佳实施例中， 一种红外发光二极管， 其自上而下包括 N型 欧姆电极、 N型接触层、 N型覆盖层、 量子阱活性层、 P型覆盖层、 P型接触层、 金属键合层、 Si衬底、 N型欧姆电极， 其特征为采用 In _x G _{a i} — _x

As作为 N型覆盖层及 P型覆盖层， 或是两者其一。

[0010] 进一步地， N型覆盖层以及 P型覆盖层的厚度介于 1~20微米之间， 在此厚度范 围的组件， 其抗静电耐性较佳。

[0011] 进一步地， 当采用砷化铟镓作为 P型覆盖层和 /或 N型覆盖层吋， 活性层的发光 峰波长在 930nm以上， 高于砷化铟镓材料光吸收最大波长 910nm。

[0012] 进一步地， 活性层采用多量阱结构， 其中阱层使用 (In _x G _{a i} — _x )As或 (Al _xl G _{a i} — _xl )

_Y1 I _{n i} — _Y1 As材料， 与衬底相比为压应变， 其厚度为 dl， 再透过势垒层 (Al _xl G _{a i} — _xl

)As _X2 P ₂ 或(八1 _xl Ga !_ _xl ) _Y2 In 施以与阱层相反的应变， 其厚度为 d2， 藉由互 相堆栈不同应变的两种材料形成量子阱结构， 在分别控制 dl及 d2的情况下， 可 以使得总应变量互相调和， 最终量子阱晶格与衬底 GaAs互相匹配， 有效改善晶 格错位， 减少差排缺陷产生， 进而提高结构的发光效率。

发明的有益效果

有益效果

[0013] 本发明至少具有以下有益效果：

[0014] 一、 砷化镓及砷化铟镓材料具有较低的能隙值和较 低的电阻率， 可以降低 组件的串联电阻， 其电压值较低， 并加强电流横向扩散， 提高发光效率。

[0015] 二、 砷化镓及砷化铟镓材料可以阻隔可见光发出组 件， 在组件点亮发光吋， 不 会看件微弱的红色光， 改善红外发光二极管的红爆现象。

[0016] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中 阐述， 并且， 部分地从说明书中 变得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过 在说明书、 权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实 现和获得。

对附图的简要说明 附图说明

[0017] 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的 实施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。 此外， 附图数据是描 述概要， 不是按比例绘制。

[0018] 图 1为根据本发明实施的一种红外发光二极管结� �示意图。

[0019] 图 2为根据本发明实施的另一种一种红外发光二� �管结构示意图。

[0020] 图中标号如下：

[0021] 101： GaAs衬底

[0022] 102 : 缓冲层

[0023] 103： N型覆盖层

[0024] 104 : 量子阱活性层

[0025] 105： P型覆盖层

[0026] 106： 接触层

[0027] 107： N型欧姆电极

[0028] 108： P型欧姆电极

[0029] 201： Si衬底

[0030] 202 : 金属键合层

[0031] 203： P型接触层

[0032] 204 : P型覆盖层

[0033] 205： 量子阱活性层

[0034] 206： N型覆盖层

[0035] 207： N型接触层

[0036] 208： P型欧姆电极

[0037] 209： N型欧姆电极。

本发明的实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的 实施方式， 借此对本发明如何应 用技术手段来解决技术问题， 并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以 实 施。 需要说明的是， 只要不构成冲突， 本发明中的各个实施例以及各实施例中 的各个特征可以相互结合， 所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内 。

[0039] 在发明中， 第一覆盖层和第二覆盖层系互为反型的半导体 层， 诸如第一覆盖层 为 N型半导体层吋， 则第二覆盖层为 P型半导体层， 如果第一覆盖层为 P型半导体 层吋， 则第二覆盖层为 N型半导体层。

[0040] 实施例一

[0041] 如图 1所示， 一种具有低带隙覆盖层的红外发光二极管芯片 ， 从上到下依次 包括 P型欧姆电极 108、 接触层 106、 P型覆盖层 105、 量子阱活性层 104、 N型覆盖 层 103、 缓冲层 102、 GaAs衬底 101、 N型欧姆电极 107。 在本实施例中， 采用有 机金属气相外延法 (OMVPE)成长， 以 InGaAs作为阱层及 AlGaAsP作为势垒层构 成之多量子阱活性层， 其发光峰波长在 900nm以上， 量子阱对数介于 3对到 25对 之间。

[0042] 具体的， 该 GaAs衬底 101采用惨杂 Si的单晶 N型 GaAs衬底， 浓度为介于 8E17 ~ 3E18原子 /厘米， 优选浓度为 1.2E18原子 /厘米； 该缓冲层 102由 GaAs构成， 浓度 介于 8E17~5E18原子 /厘米， 优选浓度为 1.5E18原子 /厘米； 该 N型覆盖层为砷化铟 镓 In Ga i— _x As， 其中铟组分 X介于 O^ S 优选 X为 2<¾， 浓度为 5E17~ 2E18原子 / 厘米， 优选浓度为 7E17原子厘米， 厚度介于 1-20微米之间； 该活性层 104为不具 有惨杂的多量子阱结构活性层， 其中阱层为 AlInGaAs材料， 其厚度为 3~80nm， 势垒层为 AlGaAsP , 其厚度为 5~90nm， 优选厚度为 24nm， 量子阱对数介于 3对到 25对之间， 优选对数为 12对； 该 P型覆盖层 105为惨杂 C的砷化铟镓 In _x G _{a i} — _x As， 其中铟组分 X介于 0<¾~5<¾， 优选 X为 2%， 浓度为 8E17 ~ 6E18原子 /厘米， 优选浓 度为 1E18原子 /厘米； 该 P型接触层 106为重惨杂 C的 GaAs , 浓度为大于 5E18原子 / 厘米， 优选浓度为 8E18原子 /厘米。

[0043] 在本实施例中， 活性层 104采用多量子阱结构， 量子阱对数为 12对， 阱层可使 用 (In ₀ . ₁₅ Ga o. ₇₅ )As

s， 厚度为 8nm， 其材料对衬底 GaAs施以压应变， 势垒层使用 (Al _i Ga。. ₉ )As。. ₈₅ P o.i5 , 厚度为 24nm， 其材料对衬底 GaAs施以张应变。 在此厚度吋总应变调和与衬 底符合， 晶格得以互相匹配。 在此厚度吋总应变调和与衬底符合， 晶格得以互 相匹配， 各层间的晶格匹配差异 Aa。<1500ppm， 不会产生失配缺陷。

[0044] 上述红外发光二极管在通入正向电流 20mA情况下， 正向电压为 1.27V, 发光峰 波长为 956nm， 发光输出功率为 4.9mW。 采用砷化铟镓 In _x Ga _x As作为覆盖层， 其光吸收最大波长为 910nm， 可以阻隔可见光发光， 观察组件点亮吋不会看到微 弱的红色光。

[0045] 实施例二

[0046] 如图 2所示， 一种具有低带隙覆盖层的红外发光二极管芯片 ， 从上到下依次 包括 N型欧姆电极 209、 N型接触层 207、 N型覆盖层 206、 活性层 205、 P型覆盖层 204、 P型接触层 203、 金属键合层 202、 Si衬底 201和 P型欧姆电极 208。 在本实施 例， 采用 Si衬底， 并使用金属键合层反射活性层向下的光线， 有效提高光取出， 进而提升发光效率。

[0047] 具体的， N型覆盖层 206和 P型覆盖层 204采用砷化铟镓 In _x Ga ,_ _x

As , 其中铟组分 X介于 0<¾~5<¾， 优选 X为 2<¾， 浓度为 5E17 ~ 2E18原子 /厘米， 优 选浓度为 7E17原子 /厘米。 活性层 205为多量子阱层， 包括阱层和势垒层， 量子阱 对数为 12对， 其中阱层使用 (In。. ₁₅ Ga。. ₈₅

)As， 厚度为 8nm， 其材料对生长衬底 GaAs施以压应变； 势垒层使用 (Al。 _O5 Ga。. ₉₅ ) 6 ₅ Ιη。. ₃₅ Ρ， 厚度为 20nm， 其材料对生长衬底 GaAs施以张应变， 在此厚度吋总应 变调和与衬底符合， 晶格得以互相匹配， 同吋控制了覆盖层的铝组分 X介于 0%~ 5% , 从而保证各层间的晶格匹配差异 Aa。<1500ppm， 不会产生失配缺陷。

[0048] 上述红外发光二极管在通入正向电流 50mA情况下， 正向电压为 1.42V, 发光峰 波长为 950nm， 发光输出功率为 16.5mW。 采用砷化铟镓作为覆盖层， 其光吸收 最大波长 910nm， 可以阻隔可见光发光， 观察组件点亮吋不会看到微弱的红色光

[0049] 很明显地， 本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施 例， 而是包括利用本 发明构思的所有可能的实施方式。