[发明专利]一种用于多结LED的隧穿结、多结LED及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于多结LED的隧穿结、多结LED及其制备方法，所述隧穿结包括：P型掺杂隔离层；重掺杂P型层；金属原子层；重掺杂N型层；N型掺杂隔离层。其中，所述N、P型掺杂隔离层作为高势垒层，能阻止高掺杂层的杂质扩散和杂质复合（俄歇复合），所述金属原子层作为辅助隧穿层，具有1~2原子层厚度，晶格处于应变状态，不存在晶格失配问题，同时能够有效减小遮光效应，不影响器件亮度，也可以有效减小串联电阻，提高光电转化效率。

技术领域

本发明涉及一种用于多结LED的隧穿结、多结LED及其制备方法，属半导体材料技术领域。

背景技术

研究表明脸部与虹膜识别在移动设备上的应用将逐渐普及，预计到2020年搭载红外LED识别器件的移动设备将达到20亿部。届时红外LED脸部与虹膜识别器件产值将达到2.5亿美元，成为IR LED最具潜力的应用之一。商业化的虹膜识别系统主要采用700~900nm的近红外LED，利用其可拍摄出景深与立体影像的特征，辅助相机系统获取虹膜特征影像。

此系统对于IR LED的亮度要求较高，常用的解决方案是多结LED串联，即在外延生长过程中利用隧穿结将各个子器件串联起来，其关键技术是高峰值电流密度的隧穿结的外延生长，通常引入隧穿结峰值电流的概念来描述其特性。子电池间的隧穿结应是超薄高掺的“零压降”欧姆连接：1、p/n结双侧掺杂浓度足够高，使半导体进入简并状态，一般的其掺杂浓度达到10¹⁹cm^-3；2、p/n结界面杂质浓度分布应尽可能陡峭，以避免杂质相互扩散引起杂质补偿；3、隧穿结p区和n区的厚度应尽可能的薄（小于15 nm）。为获得尽可能高的隧穿峰值电流，隧穿结材料的选择、掺杂源的选择、掺杂浓度及材料生长工艺等都是必须考虑的。此外，在后续生长过程中应避免有序掺杂剂的记忆效应和掺杂杂质的扩散等作用影响p/n结质量，进而恶化器件性能。

隧穿电流计算公式为：

在杂质全部电离的情况下，等于n和p区的掺杂浓度。

从上面公式可以看出：与隧穿结峰值电流关系最大的是掺杂浓度，还与材料的带隙有关，掺杂浓度越高，峰值电流越大，隧穿结材料的带隙越低，峰值电流越大。例如：带隙较低的GaInAs做隧穿结，4寸片J_peak>1kA/cm²。

在多结LED实际应用中，随着大尺寸高亮度产品的需求（例如车灯、舞台灯、虹膜识别等产品），器件的注入电流越来越大，对隧穿结的峰值电流密度的要求也越来越高（J_peak>100 A/cm²）。由于低带隙隧穿结存在的吸光现象，严重影响器件的发光亮度。因此通过降低隧穿结半导体材料的带隙来提高峰值电流密度的方法行不通。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明旨在提供提一种用于多结LED的隧穿结、多结LED及其制备方法。

根据本发明的第一个方面，一种多结LED用高峰值电流密度的隧穿结，依次包括：P型掺杂隔离层；重掺杂P型层；金属原子层；重掺杂N型层；N型掺杂隔离层。

优选地，所述重掺杂P型层具有大于隧穿结上下两侧LED带隙的第一带隙，所述重掺杂N型层具有大于隧穿结上下两侧LED带隙的第二带隙；所述P型掺杂隔离层具有大于第一带隙的第三带隙；所述N型掺杂隔离层具有大于第二带隙的第四带隙。