[发明专利]高速调制发光二极管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种高速调制发光 二极管及其制造方法。

背景技术

半导体照明亦称固态照明，是指用固态发光器件作为光源的照 明，包括发光二极管(LightEmittingDiode，LED)和有机发光二 极管(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)。近年来，被誉为 “绿色照明”的半导体照明技术发展迅猛，与传统照明光源相比，LED 不仅功耗低，使用寿命长，尺寸小，绿色环保，更具有调制性能好， 响应灵敏度高等优点。利用LED的这种特性，使它能用作照明的同 时，还可以把信号调制到LED可见光束上进行数据传输，实现一种 新兴的光无线通信技术，即可见光通信(Visiblelightcommunication， VLC)技术。

LED的调制带宽是指器件在加载调制信号时，能承载信号最大 的频带宽度，一般定义为LED输出的交流光功率下降到某一低频参 考频率值得一半时的频率定为LED的调制带宽。LED的调制带宽是 可见光通信系统信道容量和传输速率的决定性因素，受到器件实际 的调制深度、伏安特性等因素的多方面影响。一般来说，影响LED 调制特性的因素主要取决于以下两个方面：RC时间常数和载流子 自发辐射寿命。

异质结双极型晶体管(HeterojunctionBipolarTransistor，HBT) 的基本原理是利用从发射区注入到基区的少子与基区的多子进行复 合发光而不再是类似于传统LED在空间电荷区复合发光。虽然 HBT相较LED大幅提升了晶体管发光速度，但仍不能满足可见光 通信，所以急需改造发光器件的结构，从而提升发光器件响应的上 限频率，增加调制宽度。

发明内容

为了解决上述异质结双极型晶体管存在上限频率低无法满足可 见光通信需要的技术问题，本发明提供一种建立在HBT结构基础上 的高速调制发光二极管及其制造方法，在保留与传统发光二极管相 近的出光功率同时，大大提升了该发光器件的调制宽度。

本发明提供一种高速调制发光二极管，包括发光二极管芯片， 所述发光二极管芯片包括衬底、发光外延结构、集电极、基极及发 射极，所述发光外延结构包括依次叠设的缓冲层、第一N型氮化镓 接触层、氮化镓耗尽层、P型铝镓氮电子阻挡层、第一P型铟镓氮 层、量子阱层、第二P型铟镓氮层、N型氮化镓层、第二N型氮化 镓接触层和导电层，所述缓冲层叠设于所述衬底的外延生长面上， 所述量子阱层为未掺杂的In_0.2Ga_0.8N/In_0.05Ga_0.95N量子阱层和沉积 四周期浓度为5×10¹⁷cm^-3的硅掺杂势垒的铟镓氮/氮化镓量子阱层中 的任意一种，所述集电极设于所述第一N型氮化镓接触层，所述基 极设于所述第二P型铟镓氮层，所述发射极设于所述导电层。

在本发明提供的高速调制发光二极管的一种较佳实施例中，所 述第一P型铟镓氮层和所述第二P型铟镓氮层均为重掺的P型 In_0.05Ga_0.95N基极，材料为重掺杂镁杂质的铟镓氮，掺杂浓度为 3×10¹⁹cm^-3。

本发明提供的高速调制发光二极管的一种较佳实施例中，所述 衬底的材质为蓝宝石，所述缓冲层、所述氮化镓耗尽层和所述N型 氮化镓层的材料均为非故意掺杂氮化镓，所述第一N型氮化镓接触 层和所述第二N型氮化镓接触层的材料均为重掺杂硅杂质的氮化镓， 掺杂浓度为3×10¹⁷cm^-3，所述P型铝镓氮电子阻挡层的材料为 Al_0.15Ga_0.85N，所述导电层为氧化铟锡透明导电层。

在本发明提供的高速调制发光二极管的一种较佳实施例中，所 述第一N型氮化镓接触层包括设于其表面的集电极接触台面，所述 第二P型铟镓氮层包括设于其表面的基极接触台面。

在本发明提供的高速调制发光二极管的一种较佳实施例中，所 述集电极设于所述集电极接触台面，所述基极设于所述基极接触台 面。

本发明提供了上述高速调制发光二极管的制造方法，具体步骤 如下：