本发明涉及一种GaAs基红外倒装LED外延片结构及其制备方法，由下自上依次包括GaAs缓冲层、GaxIn1‑xP腐蚀阻挡层、AlyGaAs欧姆接触层、N‑AlzGaAs粗化层、AlaGaAs下限制层、InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区、AlcGaAs上限制层、AldGa1‑dInP过渡层、P‑GaP电流扩展层；本发明将P型电流扩展的AlxGaAs材料改为AlxGa1‑xInP材料过渡及GaP材料的电流扩展层，减少光吸收，提高出光效率，减少元件功率损耗的问题。本发明P型AlGaAs限制层采用C自掺杂代替Mg掺杂减少缺陷，提高成晶质量。
1.一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其特征在于，由下自上依次包括GaAs缓冲层、GaxIn1-xP腐蚀阻挡层、AlyGaAs欧姆接触层、N-AlzGaAs粗化层、AlaGaAs下限制层、InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区、AlcGaAs上限制层、AldGa1-dInP过渡层、P-GaP电流扩展层；x为0.3-
0.5，y为0-0.3，z为0.1-0.3，a为0.3-0.5，b为0.3-0.5，c为0.3-0.5，d为0.1-0.3；所述P-GaP电流扩展层的材质为GaP；所述AlaGaAs下限制层及所述AlcGaAs上限制层中均掺杂有C，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其特征在于，x＝0.5；x＝0.5；y＝0.3；z＝0.2；a＝0.3；b＝0.4；c＝0.3；d＝0.2。
3.根据权利要求1所述的一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其特征在于，所述GaAs缓冲层的厚度为200-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层的厚度为100-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；所述AlyGaAs欧姆接触层的厚度为3
100-300nm，掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm ；所述N-AlzGaAs粗化层的厚度为3000-
10000nm，掺杂浓度为1E17-1E18个原子/cm3；所述AlaGaAs下限制层的厚度1000-1500nm，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm3；所述InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区的厚度为5-50nm；所述AlcGaAs上限制层的厚度为1000-3000nm，掺杂浓度为1E17-1E18个原子/cm3；所述AldGa1-dInP过渡层的厚度为200-500nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/cm3；所述P-GaP电流扩展层的厚度为2000-5000nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其特征在于，所述GaAs缓冲层的厚度为300nm，掺杂浓度为2-3E18个原子/cm3；所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层厚度为
400nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3；所述AlyGaAs欧姆接触层的厚度为400nm，掺杂浓度为
1E18个原子/cm3；所述N-AlzGaAs粗化层的厚度为4000nm，掺杂浓度为5E17-2E18个原子/cm3；所述AlaGaAs下限制层的厚度为1200nm，掺杂浓度为5.0E17个原子/cm3；所述InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区的厚度为25nm；所述AlcGaAs上限制层的厚度为1200nm，掺杂浓度为4-
6E17个原子/cm3；所述AldGa1-dInP过渡层的厚度为300nm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm3；所述P-GaP电流扩展层的厚度为3000nm，掺杂浓度为1E18-3E19个原子/cm3。
5.一种权利要求1-4任一所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其特征在于，包括采用MOCVD方法在GaAs衬底上生长外延层，步骤如下：(1)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
(2)将MOCVD设备生长室内温度升至730-770℃，继续通入TMGa、TMIn和PH3，在GaAs缓冲层上生长GaxIn1-xP腐蚀阻挡层；
(3)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭TMIn和PH3，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaxIn1-xP腐蚀阻挡层上生长AlyGaAs欧姆接触层；
(4)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，继续通入TMAl、TMGa和AsH3，在AlyGaAs欧姆接触层上生长N-AlzGaAs粗化层；
(5)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在N-AlzGaAs粗化层上生长AlaGaAs下限制层；
(6)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在AlaGaAs下限制层上生长InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区；
(7)将MOCVD设备生长室内温度降至580-620℃，调整V/III比为40-60，在InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区上生长AlcGaAs上限制层；
(8)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭AsH3，通入TMGa、TMIn和PH3，在AlcGaAs上限制层上生长AldGa1-dInP过渡层；
(9)保持MOCVD设备生长室内温度为730-770℃，在AldGa1-dInP过渡层上生长P-GaP电流扩展层。
6.根据权利要求5所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其特征在于，所述GaAs缓冲层、所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层、所述AlyGaAs欧姆接触层、所述N-AlzGaAs粗化层、所述AlaGaAs下限制层的N型掺杂源为Si2H6；所述AldGa1-dInP过渡层和所述P-GaP电流扩展层的P 型掺杂源为Cp2Mg。
7.根据权利要求6所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)之前，执行以下步骤：将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2条件下，将MOCVD设备生长室内的温度升至730-770℃，烘烤20-40min，通入AsH3,去除GaAs衬底表面水氧，完成表面热处理。
8.根据权利要求7所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其特征在于，所述H2的流量为8000-50000sccm；所述TMGa的纯度为99.9999％，所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；所述TMIn的纯度为99.9999％，所述TMIn的恒温槽的温度为15-20℃；所述TMAl的纯度为99.9999％，所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；所述AsH3的纯度为99.9999％；
所述Si2H6的纯度为99.9999％；所述Cp2Mg的纯度为99.9999％，所述Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃。
一种GaAs基红外倒装LED外延片结构及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种GaAs基红外倒装LED外延片结构及其制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
[0002] 发光元件的种类很多，依光谱大致可分为红外线发光元件及可见光的发光元件。一般而言，砷化镓的红外线发光二极管切入电压约需1V，而镓质的红色发光二极管切入电压约需1.8V；绿色发光二极管切入电压约需2.0V左右。当加入之电压超过切入电压后，电流便急速上升，而周围温度对二极管的切入电压影响很大，当温度较高时，将使其切入电压数值升高，反之，切入电压降低。红外线发光二极管工作在反向电压时，只有微小的漏电流，但反向电压超过崩溃电压时，便立即产生大量的电流，将使元件烧毁，一般红外线二极管反向耐压之值约为3-6V，在使用时尽量避免有此情形发生。
[0003] 红外线发光二极管的热损失，是因元件所外加的电压、产生的电流累积而来的，除了一小部分能量作为光的发射外，大部分形成热能而散发，所散发的热能即所谓的损失。元件的功率损耗，在最大值的60％以下范围内，元件使用上会很安全，功率的损耗最大值与周围温度亦有关系。
[0004] 中国专利文献CN106299058A公开了一种用于倒装红外发光二极管的外延片，在衬底同一侧依次外延层，有源层包括呈周期交替的InGaAs量子阱层和GaAsP垒层，所述周期数为2～6在有源层采用InGaAs/GaAsP应变补偿量子阱结构，采用应变补偿量子阱可抑制载流子的横向流动到位错形成非辐射复合，从而提高了量子效率。该专利主要通过优化应变补偿量子阱来提高内量子效率，未改善其他外延常规结构，不能起到提高出光效率、减少元件功率损耗的作用。
发明内容
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种GaAs基红外倒装LED外延片结构；
[0006] 本发明还提供了上述LED外延片结构的制备方法；
[0007] 术语解释：
[0008] 1、MOCVD，是金属有机化合物化学气相淀积(Metalorganic Chemical Vapor Deposition)的缩写。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] 一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，由下自上依次包括GaAs缓冲层、GaxIn1-xP腐蚀阻挡层、AlyGaAs欧姆接触层、N-AlzGaAs粗化层、AlaGaAs下限制层、InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区、AlcGaAs上限制层、AldGa1-dInP过渡层、P-GaP电流扩展层；x为0.3-0.5，y为0-0.3，z为0.1-0.3，a为0.3-0.5，b为0.3-0.5，c为0.3-0.5，d为0.1-0.3；所述P-GaP电流扩展层的材质为GaP；所述AlaGaAs下限制层及所述AlcGaAs上限制层中均掺杂有C，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm3。
[0011] P-GaP电流扩展层的材质为GaP，减少光吸收，提高出光效率，减少元件功率损耗的问题；AlaGaAs下限制层及AlcGaAs上限制层中均掺杂有C，减少缺陷，提高成晶质量。
[0012] 进一步优选的，x＝0.5；x＝0.5；y＝0.3；z＝0.2；a＝0.3；b＝0.4；c＝0.3；d＝0.2。
[0013] 根据本发明优选的，所述GaAs缓冲层的厚度为200-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层的厚度为100-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；所述AlyGaAs欧姆接触层的厚度为100-300nm，掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3；所述N-AlzGaAs粗化层的厚度为3000-10000nm，掺杂浓度为1E17-1E18个原子/cm3；所述AlaGaAs3
下限制层的厚度1000-1500nm，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm ；所述InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区的厚度为5-50nm；所述AlcGaAs上限制层的厚度为1000-3000nm，掺杂浓度为
1E17-1E18个原子/cm3；所述AldGa1-dInP过渡层的厚度为200-500nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/cm3；所述P-GaP电流扩展层的厚度为2000-5000nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/
3
cm。
[0014] 进一步优选的，所述GaAs缓冲层的厚度为300nm，掺杂浓度为2-3E18个原子/cm3；所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层厚度为400nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3；所述AlyGaAs欧姆接触层的厚度为400nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3；所述N-AlzGaAs粗化层的厚度为4000nm，掺杂浓度为5E17-2E18个原子/cm3；所述AlaGaAs下限制层的厚度为1200nm，掺杂浓度为
5.0E17个原子/cm3；所述InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区的厚度为25nm；所述AlcGaAs上限制层的厚度为1200nm，掺杂浓度为4-6E17个原子/cm3；所述AldGa1-dInP过渡层的厚度为
300nm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm3；所述P-GaP电流扩展层的厚度为3000nm，掺杂浓度为1E18-3E19个原子/cm3。
[0015] 上述GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，包括采用MOCVD方法在GaAs衬底上生长外延层，步骤如下：
[0016] (1)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；
[0017] (2)将MOCVD设备生长室内温度升至730-770℃，继续通入TMGa、TMIn和PH3，在GaAs缓冲层上生长GaxIn1-xP腐蚀阻挡层；
[0018] (3)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭TMIn和PH3，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaxIn1-xP腐蚀阻挡层上生长AlyGaAs欧姆接触层；
[0019] (4)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，继续通入TMAl、TMGa和AsH3，在AlyGaAs欧姆接触层上生长N-AlzGaAs粗化层；
[0020] (5)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在N-AlzGaAs粗化层上生长AlaGaAs下限制层；
[0021] (6)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在AlaGaAs下限制层上生长InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区；
[0022] (7)将MOCVD设备生长室内温度降至580-620℃，调整V/III比为40-60，在InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区上生长AlcGaAs上限制层；
[0023] (8)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭AsH3，通入TMGa、TMIn和PH3，在AlcGaAs上限制层上生长AldGa1-dInP过渡层；
[0024] (9)保持MOCVD设备生长室内温度为730-770℃，在AldGa1-dInP过渡层上生长P-GaP电流扩展层。
[0025] 根据本发明优选的，所述GaAs缓冲层、所述GaxIn1-xP腐蚀阻挡层、所述AlyGaAs欧姆接触层、所述N-AlzGaAs粗化层、所述AlaGaAs下限制层的N型掺杂源为Si2H6；所述AlxGa1-xInP过渡层和所述P-GaP电流扩展层的P型掺杂源为Cp2Mg。
[0026] 根据本发明优选的，所述步骤(1)之前，执行以下步骤：将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2条件下，将MOCVD设备生长室内的温度升至730-770℃，烘烤20-40min，通入AsH3,去除GaAs衬底表面水氧，完成表面热处理。
[0027] 上述对GaAs衬底的前期处理，去除GaAs衬底表面水氧，提高成晶质量。
[0028] 根据本发明优选的，所述H2的流量为8000－50000sccm；所述TMGa的纯度为99.9999％，所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；所述TMIn的纯度为99.9999％，所述TMIn的恒温槽的温度为15-20℃；所述TMAl的纯度为99.9999％，所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；所述AsH3的纯度为99.9999％；所述Si2H6的纯度为99.9999％；所述Cp2Mg的纯度为99.9999％，所述Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃。
[0029] 本发明的有益效果为：
[0030] 1、P型电流扩展的AlxGaAs材料易氧化，本发明将P型电流扩展的AlxGaAs材料改为AlxGa1-xInP材料过渡及GaP材料，其通过激子和等电子陷阱进行非带间复合，外量子效率可达2％-4％，减少光吸收，提高出光效率，减少元件功率损耗的问题。
[0031] 2、本发明P型AlGaAs限制层采用C自掺杂代替Mg掺杂，降低位错等缺陷密度，提高晶体质量。
附图说明
[0032] 图1为本发明GaAs基红外倒装LED外延片结构的示意图；
[0033] 1、GaAs缓冲层，2、GaxIn1-xP腐蚀阻挡层，3、AlyGaAs欧姆接触层，4、N-AlzGaAs粗化层,5、AlaGaAs下限制层，6、InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区，7、AlcGaAs上限制层,8、AldGa1-dInP过渡层，9、P-GaP电流扩展层。
具体实施方式
[0034] 下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
[0035] 实施例1
[0036] 一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，如图1所示，由下自上依次包括GaAs缓冲层1、GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2、AlyGaAs欧姆接触层3、N-AlzGaAs粗化层4、AlaGaAs下限制层5、InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区6、AlcGaAs上限制层7、AldGa1-dInP过渡层8、P-GaP电流扩展层
9；x为0.3-0.5，y为0-0.3，z为0.1-0.3，a为0.3-0.5，b为0.3-0.5，c为0.3-0.5，d为0.1-0.3；
P-GaP电流扩展层9的材质为GaP；AlaGaAs下限制层5及AlcGaAs上限制层7中均掺杂有C，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm3。
[0037] P-GaP电流扩展层9的材质为GaP，减少光吸收，提高出光效率，减少元件功率损耗的问题；AlaGaAs下限制层5及AlcGaAs上限制层7中均掺杂有C，减少缺陷，提高成晶质量。
[0038] GaAs缓冲层1的厚度为200-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2的厚度为100-500nm，掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3；AlyGaAs欧姆接触层3的厚度为100-300nm，掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3；N-AlzGaAs粗化层4的厚度为3000-10000nm，掺杂浓度为1E17-1E18个原子/cm3；AlaGaAs下限制层5的厚度1000-1500nm，掺杂浓度为4.0-6.0E17个原子/cm3；InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区6的厚度为5-50nm；AlcGaAs上限制层7的厚度为1000-3000nm，掺杂浓度为1E17-1E18个原子/cm3；AldGa1-dInP过渡层8的厚度为200-500nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/cm3；P-GaP电流扩展层9的厚度为2000-
5000nm，掺杂浓度为5E17-1E20个原子/cm3。
[0039] 实施例2
[0040] 根据实施例1所述的一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其区别在于，x＝0.5；x＝0.5；y＝0.3；z＝0.2；a＝0.3；b＝0.4；c＝0.3；d＝0.2。
[0041] GaAs缓冲层1的厚度为300nm，掺杂浓度为2-3E18个原子/cm3；GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2厚度为400nm，掺杂浓度为1E18个原子/cm3；AlyGaAs欧姆接触层3的厚度为400nm，掺杂浓度
3 3
为1E18个原子/cm ；N-AlzGaAs粗化层4的厚度为4000nm，掺杂浓度为5E17-2E18个原子/cm ；
AlaGaAs下限制层5的厚度为1200nm，掺杂浓度为5.0E17个原子/cm3；InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区6的厚度为25nm；AlcGaAs上限制层7的厚度为1200nm，掺杂浓度为4-6E17个原子/cm3；
AldGa1-dInP过渡层8的厚度为300nm，掺杂浓度为5E17-5E18个原子/cm3；P-GaP电流扩展层9
3
的厚度为3000nm，掺杂浓度为1E18-3E19个原子/cm。
[0042] 实施例3
[0043] 实施例1或2所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，包括采用MOCVD方法在GaAs衬底上生长外延层，步骤如下：
[0044] (1)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层1；
[0045] (2)将MOCVD设备生长室内温度升至730-770℃，继续通入TMGa、TMIn和PH3，在GaAs缓冲层1上生长GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2；
[0046] (3)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭TMIn和PH3，通入TMAl、TMGa和AsH3，在GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2上生长AlyGaAs欧姆接触层3；
[0047] (4)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，继续通入TMAl、TMGa和AsH3，在AlyGaAs欧姆接触层3上生长N-AlzGaAs粗化层4；
[0048] (5)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在N-AlzGaAs粗化层4上生长AlaGaAs下限制层5；
[0049] (6)保持MOCVD设备生长室内温度为680-720℃，在AlaGaAs下限制层5上生长InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区6；
[0050] (7)将MOCVD设备生长室内温度降至580-620℃，调整V/III比为40-60，在InGaAs/AlbGaAs量子阱发光区6上生长AlcGaAs上限制层7；
[0051] (8)将MOCVD设备生长室内温度降至680-720℃，关闭AsH3，通入TMGa、TMIn和PH3，在AlcGaAs上限制层7上生长AldGa1-dInP过渡层8；
[0052] (9)保持MOCVD设备生长室内温度为730-770℃，在AldGa1-dInP过渡层8上生长P-GaP电流扩展层9。
[0053] 实施例4
[0054] 根据实施例3所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其区别在于，[0055] GaAs缓冲层1、GaxIn1-xP腐蚀阻挡层2、AlyGaAs欧姆接触层3、N-AlzGaAs粗化层4、AlaGaAs下限制层5的N型掺杂源为Si2H6；AlxGa1-xInP过渡层8和P-GaP电流扩展层9的P型掺杂源为Cp2Mg。
[0056] 实施例5
[0057] 根据实施例3所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其区别在于，[0058] 步骤(1)之前，执行以下步骤：将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2条件下，将MOCVD设备生长室内的温度升至730-770℃，烘烤20-40min，通入AsH3,去除GaAs衬底表面水氧，完成表面热处理。
[0059] 上述对GaAs衬底的前期处理，去除GaAs衬底表面水氧，提高成晶质量。
[0060] 实施例6
[0061] 根据实施例3所述的GaAs基红外倒装LED外延片结构的制备方法，其区别在于，H2的流量为8000－50000sccm；TMGa的纯度为99.9999％，TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃；TMIn的纯度为99.9999％，TMIn的恒温槽的温度为15-20℃；TMAl的纯度为99.9999％，TMAl的恒温槽的温度为10-28℃；AsH3的纯度为99.9999％；Si2H6的纯度为99.9999％；Cp2Mg的纯度为99.9999％，Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃。
[0062] 对比例1
[0063] 根据实施例2所述的一种GaAs基红外倒装LED外延片结构，其区别在于，[0064] P-GaP电流扩展层9的材质为AlxGaAs；
[0065] 实施例3中GaAs基红外倒装LED外延片结构与该对比例中的GaAs基红外倒装LED外延片结构相比，出光效率、元件功率耗损如表1所示：
[0066] 表1
[0067]
[0068] 由表1可知，本发明将P型电流扩展层9的材质改为电阻率低的AlxGa1-xInP材料过渡及GaP材料，GaP为间接复合，其通过激子和等电子陷阱进行非带间复合，外量子效率可达2％-4％，减少光吸收，提高出光效率，减少元件功率损耗的问题。
