[发明专利]一种侧向发光的红外半导体发光管管芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，进一步涉及一种侧向发光的红外半导体发光管管芯的制备方法。

背景技术

III-V族砷化镓(GaAs)基化合物双异质结及其量子阱结构发光二极管具有高可靠性、高效率、长寿命等优点，应用于各种光控及遥控发射电路中，相比大量的红、蓝、绿、白色的可见光发光二极管来说，红外二极管的使用率可以和可见光LED相比拟，而且市场需求还在不断扩大。

目前市场上的红外LED均为双异质结结构的正向发光器件，半导体中的辐射跃迁(一个电子从基态能级跃迁到终态能级的同时产生一个光子)是光电子器件中最基本的物理过程之一，爱因斯坦在1971年首次提出了光子的产生可以有两种方式：自发辐射和受激辐射。受激辐射在半导体激光器和超辐射发光管中得到了广泛的应用，而自发辐射强调半导体中载流子的复合过程是自发实现的，换句话说没有办法来控制或影响自发辐射过程，但是，随着微腔光电器件的研究的不断深入，研究人员发现如果谐振腔的尺寸与发光波长可以相比拟的话，自发辐射就会得到有效的控制，包括发射的谱宽，发射的强度和指向性等等，但是谐振腔如果尺寸很小，制作工艺就会变得复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种利用波导的侧向导引作用实现的侧向发光红外发半导体发光管管芯的制备方法，该方法简单、适用，功率可以达到几十毫瓦，可以广泛用于红外成像和红外探测领域。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明一种侧向发光的红外半导体发光管管芯的制备方法，利用波导的侧向导引作用实现，其特征在于：在n型掺杂的GaAs衬底上依次生长n型GaAs缓冲层、n型Al0.45Ga0.55As下限制层、Al0.25Ga0.75As下波导层、Al0.07In0.02Ga0.91As/Al0.25Ga0.75As多量子阱、Al0.25Ga0.75As上波导层、p型Al0.45Ga0.55As上限制层、p型重掺杂GaAs欧姆接触层制得外延片；在p型GaAs欧姆接触层上生长绝缘层并光刻腐蚀出电极窗口，然后制备p面和n面电极，再将外延片分割成条状芯片，每条包含若干个管芯，在条状芯片的前后两端生长介质膜，两面均为增透膜；最后将条状芯片解理成单个管芯，典型尺寸可为300um～600um×500um。

本发明的绝缘层可采用SiO₂，也可以采用Si₃N₄，生长方法可采用磁控溅射、电子束溅射。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种红外发光管的发光区采用多量子阱结构，可以是单量子阱也可以是多量子阱，由于量子阱的量子尺寸效应，基态能级不再位于导带底和价带顶，可以通过细微调整量子阱的厚度等条件来调整发光管的中心波长；

本发明提供的这种红外发光管的量子阱中加入了少量In替代了Al产生了压应变，可以起到抑制缺陷生长的作用，提高了器件的可靠性；

本发明提供的这种红外发光管的发光区在上、下限制层之间加入了上、下波导层，从而提高了发光区的体积，即可以减少由于限制层的掺杂对光子的损耗，也可以减少当注入电流密度增加时载流子的泄露，从而减少了由此产生的光饱和效应；

本发明提供的这种红外发光管的上、下限制层的Al组分应比上、下波导层的Al组分高，从而使上、下限制层的折射率稍低于波导层的折射率，对光会产生限制作用，本外延片结构更适用于侧面发光的红外发光管的制作，但不限于此。

本发明提供的这种红外发光管的发光方向与外延生长方向垂直，通过在侧向的出光腔面上生长增透介质膜就可以实现几十mW的LED，制备工艺方便、简单，利于批量生产。

附图说明

图1是本发明侧向发光的红外发光管管芯的剖面图和电流注入示意图。

图2是本发明侧向发光的红外发光管管芯的侧视图及发光示意图。

图3是侧向发光的红外发光管管芯的p面电极图形及解理方向示意图。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明进一步详细说明。

本发明一种侧向发光的红外发光管芯的制作方法，包括如下步骤：