隧穿结及制备方法、多结红外LED外延结构及制备方法与流程

隧穿结及制备方法、多结红外led外延结构及制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种隧穿结及制备方法、多结红外led外延结构及制备方法。


背景技术：

2.红外led(ir light emitting diode，红外发光二极管)是一种可以将电能转换成近红外光的发光器件，其主要应用于各种光电耦合开关、安防监控、夜视监测、面部及虹膜识别和气体检测等领域，其中，安防监控、夜视监测、面部及虹膜识别等领域对红外led外延结构的亮度需求较高。为此，可以采用多个大尺寸单颗红外led以串联的形式来提升亮度，但是这种方式获得的发光器件的电阻大且工作电压高，同时占用空间大且可靠性较低。
3.为了解决以上问题，可以采用多结红外led外延结构，即在led外延结构制备过程中，利用隧穿结(tunnel junction)将多个led结构串联以提升亮度，也可以大大提高发光器件的集成度和可靠性。但是，目前的多结红外led外延结构的电阻依然较大，工作电压依然较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种隧穿结及制备方法、多结红外led外延结构及制备方法，可以降低多结红外led外延结构的电阻，从而降低多结红外led外延结构的工作电压。
5.为了解决上述问题，本发明提供一种隧穿结，由下至上依次包括第一过渡层、隧穿结材料层和第二过渡层，所述第一过渡层和第二过渡层中均包含有al组份，且所述第一过渡层和第二过渡层均掺杂有不同类型的掺杂剂，所述第一过渡层和第二过渡层均为掺杂浓度渐变层，且均为al组份渐变层。
6.可选的，所述第一过渡层掺杂有p型掺杂剂，所述p型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递增，且所述第一过渡层中的al组份由下至上逐渐递增。
7.进一步的，所述第一过渡层的材料为aldga
1-d
as，其中，d的取值范围为0.3～0.4；所述p型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
cm-3
～1.0
×
10
19
cm-3
。
8.可选的，所述第二过渡层掺杂有n型掺杂剂，所述n型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递减，且所述第二过渡层中的al组份由下至上逐渐递减。
9.进一步的，所述第二过渡层的材料为alega
1-e
as，其中，e的取值范围为0.3～0.4；所述n型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
cm-3
～1.0
×
10
19
cm-3
。
10.可选的，所述隧穿结材料层由下至上依次包括第一重掺杂层、非掺杂层和第二重掺杂层，所述第一重掺杂层和第二重掺杂层均掺杂有不同类型的掺杂剂，所述非掺杂层用于隔离所述第一重掺杂层和所述第二重掺杂层。
11.进一步的，所述非掺杂层的材料为incga
1-c
as，其中，c的取值范围为0.01～0.2。
12.进一步的，所述非掺杂层的厚度为0.2nm～10nm。
13.进一步的，所述第一重掺杂层掺杂有p型掺杂剂，所述第二重掺杂层掺杂有n型掺
杂剂，且所述第一重掺杂层的掺杂浓度和所述第二重掺杂层的掺杂浓度均大于2.0
×
10
19
cm-3
。
14.进一步的，所述第一重掺杂层的材料为alaga
1-a
as，其中，a的取值范围为0.2～0.8；
15.所述第二重掺杂层的材料为gabin
1-b
p，其中，b的取值范围为0.4～0.8。
16.另一方面，本发明还一种隧穿结的制备方法，包括以下步骤：
17.形成第一过渡层，所述第一过渡层中包含有al组份，且所述第一过渡层为al组份渐变层；
18.在所述第一过渡层上形成隧穿结材料层；以及
19.在所述隧穿结材料层上形成第二过渡层，所述第二过渡层中包含有al组份，且所述第二过渡层为al组份渐变层，其中，所述第一过渡层和第二过渡层均掺杂有不同类型的掺杂剂，且所述第一过渡层和第二过渡层均为掺杂浓度渐变层。
20.可选的，所述第一过渡层掺杂有p型掺杂剂，所述p型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递增，且所述第一过渡层中的al组份由下至上逐渐递增。
21.进一步的，所述第一过渡层的材料为aldga
1-d
as，其中，d的取值范围为0.3～0.4；所述p型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
cm-3
～1.0
×
10
19
cm-3
。
22.可选的，所述第二过渡层掺杂有n型掺杂剂，所述n型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递减，且所述第二过渡层中的al组份由下至上逐渐递减。
23.进一步的，所述第二过渡层的材料为alega
1-e
as，其中，e的取值范围为0.3～0.4；所述n型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
cm-3
～1.0
×
10
19
cm-3
。
24.可选的，形成所述隧穿结材料层包括由下至上依次形成第一重掺杂层、非掺杂层和第二重掺杂层，所述第一重掺杂层和第二重掺杂层均掺杂有不同类型的掺杂剂，所述非掺杂层用于隔离所述第一重掺杂层和所述第二重掺杂层。
25.进一步的，所述非掺杂层的材料为incga
1-c
as，其中，c的取值范围为0.01～0.2。
26.进一步的，所述非掺杂层的厚度为0.2nm～10nm。
27.进一步的，所述第一重掺杂层掺杂有p型掺杂剂，所述第二重掺杂层掺杂有n型掺杂剂，且所述第一重掺杂层的掺杂浓度和所述第二重掺杂层的掺杂浓度均大于2.0
×
10
19
cm-3
。
28.进一步的，所述第一重掺杂层的材料为alaga
1-a
as，其中，a的取值范围为0.2～0.8；
29.所述第二重掺杂层的材料为gabin
1-b
p，其中，b的取值范围为0.4～0.8。
30.再一方面，本发明还一种多结红外led外延结构，包括所述的隧穿结，还包括堆叠于衬底上的至少两个led结构，在每相邻两个所述led结构之间均设置有一所述隧穿结。
31.可选的，所述led结构由下至上依次包括n型半导体层、有源层和p型半导体层。
32.可选的，所述多结红外led外延结构还包括位于所述衬底和所述led结构之间的缓冲层和腐蚀停止层，所述缓冲层和腐蚀停止层依次设置在所述衬底上。
33.进一步的，所述多结红外led外延结构由下至上依次包括第一个led结构至第n个led结构，第一个所述led结构和第n个所述led结构均还包括电流扩展层和欧姆接触层，
34.第一个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层均位于所述n型半导体层
侧；第n个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层均位于所述p型半导体层侧，其中，n≥2，且为正整数。
35.进一步的，第一个所述led结构中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和n型半导体层之间，且所述电流扩展层掺杂有n型掺杂剂；以及
36.第n个所述led中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和p型半导体层之间，且所述电流扩展层掺杂有p型掺杂剂。
37.又一方面，本发明还一种多结红外led外延结构的制备方法，包括以下步骤：
38.提供一衬底；
39.在所述衬底上交替形成led结构和隧穿结，以得到n个所述led结构和n-1个所述隧穿结，每个所述隧穿结均位于相邻两个所述led结构之间，且第n个所述led结构位于第n-1个所述隧穿结上，从而形成多结红外led外延结构，其中，n≥2，且为正整数。
40.可选的，形成所述led结构包括由下至上依次形成n型半导体层、有源层和p型半导体层。
41.可选的，还包括在所述衬底和所述led结构之间形成缓冲层和腐蚀停止层，所述缓冲层和腐蚀停止层依次设置在所述衬底上。
42.进一步的，所述多结红外led外延结构由下至上依次包括第一个led结构至第n个led结构，第一个所述led结构和第n个所述led结构均还包括电流扩展层和欧姆接触层，
43.第一个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层均位于所述n型半导体层侧；第n个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层均位于所述p型半导体层侧。
44.进一步的，第一个所述led结构中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和n型半导体层之间，且所述电流扩展层掺杂有n型掺杂剂；以及
45.第n个所述led中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和p型半导体层之间，且所述电流扩展层掺杂有p型掺杂剂。
46.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
47.1、通过第一过渡层和第二过渡层均为al组分渐变层和掺杂浓度渐变层，有效改善了所述隧穿结和所述多结红外led外延结构中位于所述隧穿结上的led结构的晶体质量，减小串联电阻，降低工作电压。
48.2、通过隧穿结的高al组份的第一重掺杂层和高带隙的第二重掺杂层作为隧穿结材料，使得经过隧穿结的光子可以直接穿过，从而有效降低隧穿结对led结构辐射光吸收，提升器件结构亮度。
49.3、通过在隧穿结材料层中以非掺杂层间隔不同掺杂类型的第一重掺杂层和第二重掺杂层，可以形成内建电场，使得所述第一重掺杂层和第二重掺杂层的杂质浓度分布陡峭，避免了所述第一重掺杂层和第二重掺杂层中的杂质相互扩散引起杂质补偿而降低所述第一重掺杂层和第二重掺杂层的掺杂浓度。
50.4、通过非掺杂层的材料选择(即选择incga
1-c
as材料，其中，c的取值范围为0.01～0.2)，使得所述非掺杂层的电阻率低且带隙较低，能够提升隧穿结的峰值电流，所述非掺杂层的厚度较薄，对所述多结红外延led结构的辐射光吸收较少。
51.5、通过第一重掺杂层和第二重掺杂层的高掺杂浓度能够有效降低所述隧穿结的串联电阻，从而进一步降低工作电压。
附图说明
52.图1为本发明一实施例提供的一种多结红外led外延结构的结构示意图；
53.图2为本发明一实施例提供的隧穿结的结构示意图；
54.图3为本发明一实施例提供的一种隧穿结的制备方法的流程示意图；
55.图4为本发明一实施例提供的一种多结红外led外延结构的制备方法的流程示意图；
56.图5为本发明一实施例提供的一种双结红外led外延结构的制备方法的流程示意图。
57.附图标记说明：
58.100-衬底；110-缓冲层；120-腐蚀停止层；200-第一led结构；210-第一欧姆接触层；220-第一电流扩展层；230-第一n型半导体层；240-第一有源层；250-第一p型半导体层；300-隧穿结；310-第一过渡层；320-第一重掺杂层；330-非掺杂层；340-第二重掺杂层；350-第二过渡层；400-第二led结构；410-第二n型半导体层；420-第二有源层；430-第二p型半导体层；440-第二电流扩展层；450-第二欧姆接触层。
具体实施方式
59.以下将对本发明的一种隧穿结及制备方法、多结红外led外延结构及制备方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
60.为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
61.为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
62.图1为本实施例提供的一种多结红外led外延结构的结构示意图。图2为本实施例提供的隧穿结的结构示意图。如图1和2所示，本实施例提供一种隧穿结300，用于连接多结红外led外延结构中每相邻的两个led结构，以将所有所述led结构串联连接。
63.所述隧穿结300由下至上依次包括第一过渡层310、隧穿结材料层和第二过渡层350。
64.所述第一过渡层310可以掺杂有p型掺杂剂，所述p型掺杂剂包括但不限于碳(c)，所述p型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
cm-3
～1.0
×
10
19
cm-3
，优选的，所述p型掺杂剂的掺杂浓度范围为5.0
×
10
18
cm-3
～8.0
×
10
18
cm-3
。所述第一过渡层310为掺杂浓度渐变层，可以改善载流子因掺杂浓度的差异引起的扩散，避免所述第一过渡层310两侧的膜层因浓度梯度过大导致高掺杂层杂质扩散，从而有效保证高掺杂层掺杂浓度达到需求浓度，降低串
联电阻。
65.且所述p型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递增，也就是说，所述第一过渡层310中的p型掺杂剂的掺杂浓度由下至上从5.0
×
10
18
cm-3
渐变至8.0
×
10
18
cm-3
。
66.所述第一过渡层310的材料为aldga
1-d
as，其中，d的取值范围为0.3～0.4，优选的，d的取值范围为0.3～0.35。所述第一过渡层310为al组分渐变层，使得所述第一过渡层310带隙渐变，可以改善所述隧穿结300和所述led结构中的半导体层晶格质量。所述第一过渡层310中的al组份由下至上逐渐递增，也就是说，所述第一过渡层310中的al组份由下至上从al
0.3
ga
0.7
as渐变至al
0.35
ga
0.65
as。所述第一过渡层310的厚度可以为10nm～50nm，优选的，所述第一过渡层310的厚度为30nm。所述第一过渡层310通过掺杂浓度渐变和带隙渐变，改善了所述隧穿结300和所述多结红外led外延结构中位于所述隧穿结300上的led结构的晶体质量，从而减小了串联电阻，降低工作电压。
67.所述隧穿结材料层由下至上依次包括第一重掺杂层320、非掺杂层330和第二重掺杂层340。
68.所述第一重掺杂层320可以掺杂有p型掺杂剂，所述p型掺杂剂包括但不限于碳(c)，所述p型掺杂剂的掺杂浓度大于2.0
×
10
19
cm-3
，优选的，所述p型掺杂剂的掺杂浓度为8.0
×
10
19
cm-3
，所述第一重掺杂层320的高掺杂浓度能够有效降低所述隧穿结300的串联电阻，从而降低工作电压。
69.所述第一重掺杂层320的材料为alaga
1-a
as，其中，a的取值范围为0.2～0.8，优选的，a的取值为0.4，高al组份的alaga
1-a
as作为隧穿结材料，使得经过隧穿结的光子可以直接穿过，从而可以有效降低隧穿结300对led结构辐射光吸收，提升器件结构亮度。所述第一重掺杂层320的厚度可以为2nm～50nm，优选的，所述第一重掺杂层320的厚度为10nm。
70.所述第二重掺杂层340可以掺杂有n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括但不限于锑(te)，所述n型掺杂剂的掺杂浓度大于2.0
×
10
19
cm-3
，优选的，所述n型掺杂剂的掺杂浓度为1.0
×
10
20
cm-3
。所述第二重掺杂层340的高掺杂浓度能够有效降低所述隧穿结300的串联电阻，从而降低工作电压。
71.所述第二重掺杂层340的材料为gabin
1-b
p，其中，b的取值范围为0.4～0.8，优选的，b的取值为0.54，高带隙的gabin
1-b
p作为隧穿结材料，使得经过隧穿结的光子可以直接穿过，从而可以有效降低隧穿结300对led结构的辐射光吸收，提升器件结构亮度。所述第二重掺杂层340的厚度可以为2nm～50nm，优选的，所述第二重掺杂层340的厚度为8nm。
72.所述非掺杂层330的材料为incga
1-c
as，其中，c的取值范围为0.01～0.2，优选的，c的取值为0.05，使得所述非掺杂层330的电阻率低且带隙较低，能够提升隧穿结300的峰值电流。所述非掺杂层330为非故意掺杂层，即所述非掺杂层330在生长过程中不通入掺杂剂；所述非掺杂层330的厚度可以为0.2nm～10nm，优选的，所述非掺杂层330的厚度为2nm，由于厚度较小，对所述多结红外延led结构的辐射光吸收较少。在所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340之间设置所述非掺杂层330，可以形成内建电场，使得所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340的杂质浓度分布陡峭，避免了所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340中的杂质相互扩散引起杂质补偿而降低所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340的掺杂浓度。
73.所述第二过渡层350可以掺杂有n型掺杂剂，所述n型掺杂剂包括但不限于硅(si)，
所述n型掺杂剂的掺杂浓度范围为4.0
×
10
18
～1.0
×
10
19
cm-3
，优选的，所述n型掺杂剂掺杂浓度为5.0
×
10
18
cm-3
～8.0
×
10
18
cm-3
。所述第二过渡层350为掺杂浓度渐变层，可以改善载流子因掺杂浓度的差异引起的扩散，且所述n型掺杂剂的掺杂浓度由下至上逐渐递减，也就是说，所述第二过渡层350中的n型掺杂剂的掺杂浓度由8.0
×
10
18
cm-3
渐变至5.0
×
10
18
cm-3
。
74.所述第二过渡层350的材料为alega
1-e
as，其中，e的取值范围为0.3～0.4，优选的，d的取值范围为0.3～0.35。所述第二过渡层350为al组分渐变层，使得所述第二过渡层350带隙渐变，可以改善所述隧穿结300和所述led结构中的半导体层晶格质量。所述第二过渡层350中的al组份由下至上逐渐递减，也就是说，所述第二过渡层350中的al组份由下至上从al
0.35
ga
0.65
as渐变至al
0.3
ga
0.7
as。所述第二过渡层350的厚度可以为10nm～50nm，优选的，所述第二过渡层350的厚度为20nm。所述第二过渡层350通过掺杂浓度渐变和带隙渐变，改善了所述隧穿结300和所述多结红外led外延结构中位于所述隧穿结300上的led结构的晶体质量，从而减小了串联电阻，降低工作电压。
75.图3为本实施例提供的一种隧穿结的制备方法的流程示意图。如图3所示，请继续参阅图1和图2，本实施例还提供一种隧穿结的制备方法，包括以下步骤：
76.步骤s11，形成第一过渡层310，所述第一过渡层310中包含有al组份，且所述述第一过渡层310为al组份渐变层；
77.步骤s12，在所述第一过渡层310上形成隧穿结材料层；
78.步骤s13，在所述隧穿结材料层上形成第二过渡层350，所述第二过渡层350中包含有al组份，且所述第二过渡层350为al组份渐变层；以及
79.其中，所述第一过渡层310和第二过渡层350均掺杂有不同类型的掺杂剂，且所述第一过渡层310和第二过渡层350均为掺杂浓度渐变层。
80.请继续参阅图1和图2，本实施例还提供一种多结红外led外延结构，所述多结红外led外延结构可以为多结反极性红外led外延结构。
81.所述多结红外led外延结构包括堆叠于衬底100上的至少两个led结构，例如是n个led结构，即，所述多结红外led外延结构由下至上依次包括第一个led结构至第n个led结构，在每相邻两个所述led结构之间设置有一隧穿结300，例如是n-1个隧穿结300，其中，n≥2，且为正整数。
82.其中，所述led结构的辐射波长范围为780nm～1100nm。
83.所述衬底100例如掺杂有n型掺杂剂，且所述衬底100包括但不限于gaas(砷化镓)衬底和si衬底，优选的，所述衬底100为gaas衬底。
84.在所述衬底100和所述led结构之间还形成有缓冲层110和腐蚀停止层120，所述缓冲层110位于所述衬底100上，所述腐蚀停止层120位于所述缓冲层110上。
85.所述缓冲层110可以为gaas缓冲层110，所述缓冲层110能够减少由于所述衬底100的表面缺陷导致的多结红外led外延结构出现的缺陷和位错，并为下一步后续工艺(即形成腐蚀停止层120)提供良好的表面质量。其中，所述缓冲层110的厚度可以为100nm～500nm，优选的，所述缓冲层110的厚度为300nm。所述腐蚀截止层的材料为gainp，所述腐蚀截止层的厚度可以为100nm～500nm，优选的，所述腐蚀截止层的厚度为200nm，所述腐蚀截止层能够配合多结红外led外延结构的后续工艺，以使得所述多结红外led外延结构具有非常高的光电效率。
86.所述led结构由下至上依次包括n型半导体层、有源层和p型半导体层。
87.所述n型半导体层用于提供电子并限制光场分布。所述n型半导体层的材料为alhga
1-h
as，其中，h的取值范围可以为0.2～0.4，优选的，h的取值为0.3。所述n型半导体层的厚度为200nm～600nm，优选的，所述n型半导体层为厚度是400nm。
88.所述有源层由下至上依次包括第一空间层、多量子阱层和第二空间层，所述第一空间层的材料为aliga
1-i
as，其中，i的取值范围为0.1～0.3，所述第一空间层为非故意掺杂层，即所述第一空间层在生长过程中不通入掺杂剂。所述第二空间层的材料为aljga
1-j
as，其中，j的取值范围为0.1～0.3，所述第二空间层为非故意掺杂层，即所述第二空间层在生长过程中不通入掺杂剂。
89.所述多量子阱层为预设周期数p的阱层和势垒层交替生长的多量子阱结构，其中，所述预设周期数p的取值范围为3～15。所述阱层的材料为in
x
ga
1-x
as，其中，x的取值范围为0～0.5，单层所述阱层的厚度可以为4nm～15nm。所述势垒层材料为alyga
1-y
aszp
1-z
，其中，y的取值范围为0～0.4，z的取值范围为0.5～1，单层所述势垒层的厚度可以为5nm～50nm。
90.所述p型半导体层用于提供空穴并限制光场分布，所述p型半导体层的材料为alkga
1-k
as，其中，k的取值范围为0.2～0.4，优选的，k的取值为0.3。所述p型半导体层的厚度可以为200nm～600nm，优选的，所述p型半导体层为厚度为400nm。
91.第一个所述led结构和第n个所述led结构均还可以包括电流扩展层和欧姆接触层。在第一个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层均位于所述n型半导体层侧，具体的，在第一个所述led结构中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和所述n型半导体层之间，此时，所述电流扩展层的掺杂类型与所述n型半导体层的掺杂类型相同，例如均是n型掺杂；在第n个所述led结构中，所述电流扩展层和欧姆接触层位于所述p型半导体层侧，具体的，在第n个所述led中，所述电流扩展层位于所述欧姆接触层和所述p型半导体层之间，此时，所述电流扩展层的掺杂类型与所述p型半导体层的掺杂类型相同，例如均是p型掺杂。所述电流扩展层有利于后续工艺，可以提升产品亮度，所述欧姆接触层用于提供后续形成电极时的欧姆接触。
92.所述电流扩展层的材料为algga
1-g
as，其中，g的取值范围为0.1～0.4，优选的，g的取值为0.2。所述电流扩展层的厚度可以为0.2μm～10μm。所述电流扩展层可以掺杂有n型掺杂剂或者p型掺杂剂，当所述电流扩展层位于所述n型半导体层侧时，所述电流扩展层掺杂有n型掺杂剂，所述电流扩展层位于所述p型半导体层侧时，所述电流扩展层掺杂有p型掺杂剂。
93.所述欧姆接触层的材料包括但不限于gaas和gap，所述欧姆接触层的厚度可以为50nm～150nm，优选的，所述欧姆接触层的厚度为100nm。所述欧姆接触层可以掺杂有n型掺杂剂或者p型掺杂剂，当所述欧姆接触层位于所述n型半导体层侧时，所述欧姆接触层掺杂有n型掺杂，所述欧姆接触层位于所述p型半导体层侧时，所述欧姆接触层掺杂有p型掺杂。
94.本实施例通过隧穿结300的第一过渡层310和第二过渡层350均为al组分渐变层和掺杂浓度渐变层，有效改善了所述隧穿结300和所述多结红外led外延结构中位于所述隧穿结300上的led结构的晶体质量，减小了串联电阻，降低工作电压；还通过隧穿结300的高al组份的第一重掺杂层320和高带隙的第二重掺杂层340作为隧穿结材料，使得经过隧穿结的光子可以直接穿过，从而有效降低隧穿结300对led结构辐射光吸收，提升器件结构亮度，以
及第一重掺杂层320和第二重掺杂层340的高掺杂浓度能够有效降低所述隧穿结300的串联电阻，从而进一步降低工作电压；还通过在隧穿结材料层中以非掺杂层330间隔不同掺杂类型的第一重掺杂层320和第二重掺杂层340，可以形成内建电场，使得所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340的杂质浓度分布陡峭，避免了所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340中的杂质相互扩散引起杂质补偿而降低所述第一重掺杂层320和第二重掺杂层340的掺杂浓度；同时非掺杂层330的材料选择(即选择ingaas材料)，使得所述非掺杂层330的电阻率低且带隙较低，能够提升隧穿结300的峰值电流，所述非掺杂层330的厚度较薄，对所述多结红外延led结构的辐射光吸收较少。
95.需要说明的是，由于所述多结红外led外延结构包括n个led结构和n-1个隧穿结，使得每个led结构中各半导体层的具体组成相同或不同，例如每个led结构中的所述n型半导体层的材料alhga
1-h
as中的h、所述第一空间层的材料aliga
1-i
as中的i、所述第二空间层的材料aljga
1-j
as中的j、所述阱层的材料in
x
ga
1-x
as中的x、所述势垒层材料alyga
1-y
aszp
1-z
中的z、所述p型半导体层的材料alkga
1-k
as中的k、所述电流扩展层的材料algga
1-g
as中的g可以分别相同或不同。
96.同样的，每个所述隧穿结中的所述第一过渡层310的材料aldga
1-d
as中的d、所述第一重掺杂层320的材料alaga
1-a
as中的a、所述第二重掺杂层340的材料gabin
1-b
p中的b、所述非掺杂层330的材料incga
1-c
as中的c、所述第二过渡层350的材料alega
1-e
as中的e可以分别相同或不同。
97.请参阅图1，以下以所述多结红外led外延结构为双结红外led外延结构为例进行举例说明。
98.所述双结红外led外延结构由下至上依次包括衬底100、缓冲层110、腐蚀停止层120、第一led结构200、隧穿结300和第二led结构400。
99.所述第一led结构200由下至上依次包括第一欧姆接触层210、第一电流扩展层220、第一n型半导体层230、第一有源层240和第一p型半导体层250。其中，所述第一欧姆接触层210和第一电流扩展层220均掺杂有n型掺杂剂，所述第一电流扩展层220的厚度可以为3μm～10μm，优选的，所述第一电流扩展层220的厚度为8μm。所述第一欧姆接触层210的材料为gaas。所述第一有源层240的所述多量子阱层的势垒层材料为alyga
1-y
aszp
1-z
，当y＝0时，所述势垒层材料为gaaszp
1-z
，所述预设周期数p的取值为12时，此时，所述多量子阱层的辐射波长为850nm。
100.所述第二led结构400由下至上依次包括第二n型半导体层410、第二有源层420、第二p型半导体层430、第二电流扩展层440和第二欧姆接触层450。其中，所述第二电流扩展层440和第二欧姆接触层450均掺杂有p型掺杂剂，所述第二电流扩展层440的厚度可以为0.2μm～4μm，优选的，所述第二电流扩展层440的厚度为2μm。所述第二欧姆接触层450的材料为gap。所述第二有源区的所述多量子阱层的势垒层材料为alyga
1-y
aszp
1-z
，当y＝0时，所述势垒层材料为gaaszp
1-z
，所述预设周期数p的取值为6时，所述多量子阱层的辐射波长为850nm。
101.图4为本实施例提供的一种多结红外led外延结构的制备方法的流程示意图。如图4所示，同时请参阅图1和图2，本实施例还提供一种多结红外led外延结构的制备方法，所述制备方法的各步骤可以采用mocvd工艺、分子束外延工艺、hvpe工艺、等离子体辅助化学气
相沉积和溅射工艺中的任意一种，优选的，所述制备方法的各步骤均采用mocvd工艺。所述制备方法包括以下步骤：
102.步骤s21，提供一衬底100；
103.步骤s22，在所述衬底100上交替形成led结构和隧穿结300，以得到n个所述led结构和n-1个所述隧穿结300，每个所述隧穿结300均位于相邻两个所述led结构之间，且第n个所述led结构位于第n-1个所述隧穿结300上，从而形成多结红外led外延结构，其中，n≥2，且为正整数。
104.以下以所述多结红外led外延结构为双结红外led外延结构为例进行举例说明。
105.图5为本实施例提供的一种双结红外led外延结构的制备方法的流程示意图。如图5所示，同时请参阅图1和图2，所述多结红外led外延结构为双结红外led外延结构。所述制备方法包括以下步骤：
106.步骤s31，提供一衬底100；
107.步骤s32，在所述衬底100上依次形成堆叠的第一led结构200、隧穿结300和第二led结构400，从而形成双结红外led外延结构。
108.在本实施例中，配合反极性红外led工艺，制备了面积为350μm*350μm的红外led，与传统单结反极性红外led相比，本实施例的双结红外led亮度提升了50％～60％，且双结红外led的工作电压小于单结反极性红外led的工作电压的两倍。
109.综上所述，本发明提供一种隧穿结及制备方法、多结红外led外延结构及制备方法，隧穿结由下至上依次包括第一过渡层、隧穿结材料层和第二过渡层，所述第一过渡层和第二过渡层中均包含有al组份，且所述第一过渡层和第二过渡层均掺杂有不同类型的掺杂剂，所述第一过渡层和第二过渡层均为掺杂浓度渐变层，且均为al组份渐变层。本发明通过隧穿结的第一过渡层和第二过渡层均为al组分渐变层和掺杂浓度渐变层，有效改善了所述隧穿结和所述多结红外led外延结构中位于所述隧穿结上的led结构的晶体质量，减小串联电阻，降低工作电压。
110.此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
111.可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。