[發明專利]一種用于多結LED的隧穿結、多結LED及其制備方法

有效

• 申請號: 201710610318.5
• 申請日: 2017-07-25
• 公開（公告）號: CN107482091B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 畢京鋒;吳超瑜;王篤祥;李森林;吳俊毅;連愷熙
• 申請（專利權）人: 天津三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/02;H01L33/00
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本發明公開了一種用于多結LED的隧穿結、多結LED及其制備方法，所述隧穿結包括：P型摻雜隔離層；重摻雜P型層；金屬原子層；重摻雜N型層；N型摻雜隔離層。其中，所述N、P型摻雜隔離層作為高勢壘層，能阻止高摻雜層的雜質擴散和雜質復合（俄歇復合），所述金屬原子層作為輔助隧穿層，具有1~2原子層厚度，晶格處于應變狀態，不存在晶格失配問題，同時能夠有效減小遮光效應，不影響器件亮度，也可以有效減小串聯電阻，提高光電轉化效率。

技術領域

本發明涉及一種用于多結LED的隧穿結、多結LED及其制備方法，屬半導體材料技術領域。

背景技術

研究表明臉部與虹膜識別在移動設備上的應用將逐漸普及，預計到2020年搭載紅外LED識別器件的移動設備將達到20億部。屆時紅外LED臉部與虹膜識別器件產值將達到2.5億美元，成為IR LED最具潛力的應用之一。商業化的虹膜識別系統主要采用700~900nm的近紅外LED，利用其可拍攝出景深與立體影像的特征，輔助相機系統獲取虹膜特征影像。

此系統對于IR LED的亮度要求較高，常用的解決方案是多結LED串聯，即在外延生長過程中利用隧穿結將各個子器件串聯起來，其關鍵技術是高峰值電流密度的隧穿結的外延生長，通常引入隧穿結峰值電流的概念來描述其特性。子電池間的隧穿結應是超薄高摻的“零壓降”歐姆連接：1、p/n結雙側摻雜濃度足夠高，使半導體進入簡并狀態，一般的其摻雜濃度達到10¹⁹cm^-3；2、p/n結界面雜質濃度分布應盡可能陡峭，以避免雜質相互擴散引起雜質補償；3、隧穿結p區和n區的厚度應盡可能的薄（小于15 nm）。為獲得盡可能高的隧穿峰值電流，隧穿結材料的選擇、摻雜源的選擇、摻雜濃度及材料生長工藝等都是必須考慮的。此外，在后續生長過程中應避免有序摻雜劑的記憶效應和摻雜雜質的擴散等作用影響p/n結質量，進而惡化器件性能。

隧穿電流計算公式為：

在雜質全部電離的情況下，等于n和p區的摻雜濃度。

從上面公式可以看出：與隧穿結峰值電流關系最大的是摻雜濃度，還與材料的帶隙有關，摻雜濃度越高，峰值電流越大，隧穿結材料的帶隙越低，峰值電流越大。例如：帶隙較低的GaInAs做隧穿結，4寸片J_peak>1kA/cm²。

在多結LED實際應用中，隨著大尺寸高亮度產品的需求（例如車燈、舞臺燈、虹膜識別等產品），器件的注入電流越來越大，對隧穿結的峰值電流密度的要求也越來越高（J_peak>100 A/cm²）。由于低帶隙隧穿結存在的吸光現象，嚴重影響器件的發光亮度。因此通過降低隧穿結半導體材料的帶隙來提高峰值電流密度的方法行不通。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明旨在提供提一種用于多結LED的隧穿結、多結LED及其制備方法。

根據本發明的第一個方面，一種多結LED用高峰值電流密度的隧穿結，依次包括：P型摻雜隔離層；重摻雜P型層；金屬原子層；重摻雜N型層；N型摻雜隔離層。

優選地，所述重摻雜P型層具有大于隧穿結上下兩側LED帶隙的第一帶隙，所述重摻雜N型層具有大于隧穿結上下兩側LED帶隙的第二帶隙；所述P型摻雜隔離層具有大于第一帶隙的第三帶隙；所述N型摻雜隔離層具有大于第二帶隙的第四帶隙。