CN108140695A - 包含二维空穴气体的紫外发光器件 - Google Patents

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Abstract

在各种实施例中，发光器件包括分级层，在分级层的一个或两个端点处具有组分偏移，以促进二维载流子气体的形成和极化掺杂，从而增强器件性能。

Description

包含二维空穴气体的紫外发光器件
相关申请
本申请要求2015年9月17日提交的美国临时专利申请No.62/219,881和2015年10月5日提交的美国临时专利申请No.62/237,027的权益和优先权，其全部公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
在各种实施例中，本发明涉及改善至基于氮化物的电子和光电子器件的载流子注入效率(例如，空穴注入效率)。
背景技术
基于氮化物半导体系统的短波长紫外发光二极管(UV LED)(即，发射波长小于350nm的光的LED)的输出功率、效率和寿命由于有源区域的高缺陷水平仍然受到限制。这些限制在设计用于发射小于280nm的波长的器件中特别成问题(并且值得注意)。特别是在蓝宝石等异质衬底上形成的器件的情况下，虽然尽大量努力来降低缺陷密度，但缺陷密度仍然很高。这些高缺陷密度限制了在这种衬底上生长的器件的效率和可靠性。
低缺陷结晶氮化铝(AlN)衬底的最近引入具有显著改善基于氮化物的光电子半导体器件的潜力，特别是那些具有高铝浓度的器件，这是由于在这些器件的有源区域中具有较低缺陷的益处。例如，与在其他衬底上形成的类似器件相比，已经证明在AlN衬底上假晶生长的UV LED具有更高的效率、更高的功率和更长的寿命。通常，这些假晶UV LED被安装用于以“倒装芯片”构造封装，其中在器件的有源区域中产生的光通过AlN衬底发射，而LED管芯具有接合到用于与LED芯片进行电接触和热接触的图案化基台的它们的前表面(即器件在接合之前在外延生长以及初始器件制造期间的顶表面)。一种良好的基台材料是多晶(陶瓷)AlN，因为具有与AlN芯片适配的相对较好的热膨胀性并且因为该材料具有高导热性。由于这种器件的有源器件区域可实现高结晶完整性，所以已经展示了超过60％的内部效率。
不幸的是，这些器件中的光子提取效率通常仍然非常差，使用表面图案化技术可实现范围在约4％至约15％的光子提取效率—远低于许多可见光(或“可见”)LED所显示的光子提取效率。因此，目前这一代的短波长UV LED具有低的电光转换效率(WPE)，最多只有百分之几，其中WPE被定义为由二极管实现的可用光功率(在这种情况下，发射的UV光)与供给至器件的电功率的比率。可以通过采用电效率(ηel)、光子提取效率(ηex)、和内部效率(IE)的乘积来计算LED的WPE；即，WPE＝ηel×ηex×IE。IE本身是当前注入效率(ηinj)和内部量子效率(IQE)的乘积；即，IE＝ηinj×IQE。因此，即使在通过例如使用上文提到的AlN衬底作为器件的平台使内部晶体缺陷减少而改善了IE之后，低的ηex也会有害地影响WPE。
存在几种导致低光子提取效率的可能因素。例如，目前可用的AlN衬底通常在UV波长范围内(甚至在比AlN中的带边缘更长的波长(其大约为210nm)处)具有一些吸收。这种吸收倾向于导致在器件的有源区域中产生的一些UV光被吸收在衬底中，从而减少从衬底表面发射的光的量。然而，可以如美国专利No.8,080,833(“'833专利”，其全部公开内容通过引用并入本文)所述通过减薄AlN和/或如美国专利No.8,012,257(其全部公开内容通过引用并入本文)所述通过减少AlN衬底中的吸收来减轻该损失机制。另外，由于大约50％的所产生的光子指向p触点(其通常包括光子吸收p-GaN)，所以UV LED通常受到损害。即使光子指向AlN表面，由于AlN的折射率大，因此通常只有约9.4％从未处理的表面逸出，这导致小的逃逸锥。这些损失是倍增的，并且平均光子提取效率可能非常低。
正如Grandusky等人最近发表的文章(James R.Grandusky等，2013Appl.Phys.Express,Vol.6,No.3,032101，以下称为“Grandusky 2013”，其全部公开内容通过引用并入本文)所展示的那样，可以通过将无机(通常为刚性)透镜经由密封剂薄层(例如，有机的、抗UV的密封化合物)直接附接到LED管芯而在AlN衬底上生长的假晶UV LED中将光子提取效率增加到大约15％。2012年7月19日提交的序列号为13/553,093的美国专利申请(“'093申请”，其全部公开内容通过引用并入本文)中也详细描述的这种封装方法增加了通过半导体管芯的顶表面的全内反射的临界角，这显著提高了UV LED的光子提取效率。另外，如上所述，如'833专利中所述，通过使AlN衬底减薄和通过使AlN衬底表面粗糙化，可以增加光子提取效率。
另外，在2014年3月13日提交的序列号为14/208,089的美国专利申请和2014年3月13日提交的序列号为14/208,379的美国专利申请中已经详细描述了用于改善接触冶金和平面性的技术，两个专利申请的全部内容通过引用并入本文。这种技术改善了在AlN衬底上制造的UV LED的器件性能。然而，这些申请中详述的器件的载流子注入效率、载流子扩展以及由此其它特性(例如WPE)可能不太理想。因此，需要用于UV发光器件的优化的外延器件结构，其进一步优化器件效率。
发明内容
在本发明的各种实施例中，氮化物发光器件结构的特征在于用于与金属触点形成电接触的掺杂(例如，p掺杂)盖层以及用于经由压电极化产生载流子(例如，空穴)的设置在盖层下面的分级层。令人惊奇的是，发光器件的性能通过包括在分级层的一端或两端(即顶部和/或底部)相对于设置在分级层下面的层(例如电子阻挡层)和/或相对于分级层上面的盖层的组分不连续性(或“偏移”)来改善。常规地，这种组分偏移以及分级层与与其相关的分级层之上和/或之下的层之间的增加的晶格失配，可预期增加发光器件中的缺陷密度并且因此有害地影响这种器件的效率和性能。根据本发明的实施例，每个组分偏移可导致在其附近形成二维空穴气体，这改善了垂直(即基本上垂直于器件的表面)载流子注入效率和/或在器件内扩散的水平(即，在与层的平面和它们之间的界面平行的平面中)电流，由此增强器件性能。以这种方式，与缺少这种分级层和组分偏移的器件相比，发光器件的发光效率得到改善。
术语二维空穴气体(2DHG)在本文中用于指作为距器件表面的距离(z)的函数的半导体器件结构中的界面附近的空穴浓度的局部增强。(同样，术语二维电子气体(2DEG)是电子的等同结构；术语二维载流子气体可以用于指2DHG或2DEG。)根据本发明的实施例，2DHG的形成至少部分归因于器件结构中的突然组分变化，诸如Al1-xGaxN合金的生长期间Al浓度的突然变化。2DHG中空穴浓度的提高分布在特定距离Δz(例如，约0.5nm至约15nm，或约0.5nm至约10nm，或约1nm至约10nm的距离)上。如果Δz足够小，那么可以在z方向上看到允许的空穴波函数中的量化。然而，根据本发明的实施例，波函数的这种量化对于效率的提高可能不是必需的。2DHG中空穴浓度的提高与Δz以及组分偏移有关。在各种实施例中，可以通过使Δz小于10nm并且在一些实施例中小于3nm来增进该提高。通过调节偏移并调整分级层(例如分级的形状和/或分级率)以控制Δz，Δz可以小于1nm。在各种实施例中，分级层的等级(即，组分梯度)可以是例如线性的、次线性的或超线性的。
相关地，本发明的实施例还可以利用极化掺杂来实现比仅通过使用常规杂质掺杂可以实现的载流子(例如，空穴)浓度高得多的载流子浓度。由于缺少杂质散射和载流子(例如空穴)浓度的降低的温度依赖性，本发明的实施例因此也可以具有改进的载流子迁移率。本发明实施例中的高载流子(例如空穴)浓度可以在缺乏杂质掺杂的情况下或除杂质掺杂之外实现。
在本文中对AlGaN或Al1-aGaaN合金和层(a是本文对AlGaN的引用可提供的任何下标)的引用被理解为可选地包括铟(In)，除非上述的合金或层被具体描述为基本上不含In；因此，除非另有说明，否则本文对AlGaN或Al1-aGaaN的引用被理解为等同于AlInGaN或Al1-a- bGaaInbN。如本文中所使用的，“基本上不含In”的层或合金是指该层或合金不含任何量的In或含微量的In，该微量的In可以通过化学分析来检测但对该层或合金的带隙或其他性质的影响不超过1％(或者在一些实施例中，不超过0.5％或不超过0.1％)。
在一个方面，本发明的实施例的特征在于一种紫外(UV)发光器件，其包括、基本上由或由以下部分组成：衬底、设置在衬底上方的有源发光器件结构、设置在有源发光器件结构上方的电子阻挡层、设置在电子阻挡层上方的分级AlzGa1-zN层、设置在分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层和设置在AlwGa1-wN盖层上方的金属触点。衬底具有AluGa1-uN顶表面，其中0≤u≤1.0，或甚至其中0.4≤U≤1.0。发光器件结构包括多量子阱层，基本上由其组成或由其组成。多量子阱层包括一个或多个量子阱，基本上由其组成，或由其组成，每个量子阱均具有位于其上的势垒层以及位于其下方的势垒层。例如，多量子层可以包括多个周期，基本上由其组成或由其组成，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制多量子阱层中的电荷载流子(即，电子和/或空穴)的量。电子阻挡层包括AlvGa1-vN，基本上由其组成，或由其组成，其中v>y和/或v>x。分级层的组分以Al浓度z分级，以使得Al浓度z在远离发光器件结构的方向上减小。在盖层中，0≤w≤0.4，或者甚至0≤w≤0.2。金属触点包括至少一种金属，基本上由其组成或由其组成。在分级层和电子阻挡层之间的界面处，分级层的Al浓度z比电子阻挡层的Al浓度v少不小于0.03(或0.05、或0.1、或0.15、或0.2、或0.25、或0.3)且不大于0.85(或0.8、或0.75、或0.7、或0.65、或0.6、或0.55、或0.5、或0.45)的量。在分级层和盖层之间的界面处，盖层的Al浓度w比分级层的Al浓度z少不小于0.03(或0.05、或0.1、或0.15、或0.2、或0.25、或0.3)且不大于0.85(或0.8、或0.75、或0.7、或0.65、或0.6、或0.55、或0.5、或0.45)的量。
本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。分级层可以是未掺杂的(即，不是有意掺杂的和/或其中掺杂剂浓度和/或载流子浓度小于1013cm-3，小于1012cm-3，小于1011cm-3或甚至小于1010cm-3)。分级层可以是n型掺杂或p型掺杂。盖层的Al浓度w可以在0与0.2之间，在0与0.15之间，在0与0.1之间，在0与0.05之间或者大约为0。盖层的Al浓度w可以不小于0.05或不小于0.1，且不大于0.3，不大于0.25，不大于0.2或不大于0.15。衬底可以包括掺杂和/或未掺杂的AlN，基本上由其组成或由其组成。衬底可以是单晶的。衬底可以具有设置在其上的一个或多个外延层。一个或多个这样的外延层可以设置在发光器件结构下方。发光器件可以包括发光二极管(例如，裸片发光二极管或发光二极管芯片)或激光器(例如，裸片激光器或激光器芯片)，基本上由其组成或由其组成。盖层的厚度可以不小于1nm，不小于2nm，不小于5nm，或不小于10nm。盖层的厚度可以不大于50nm，不大于45nm，不大于40nm，不大于35nm，不大于30nm，不大于25nm，不大于20nm，或不大于15nm。
该器件可以包括设置在衬底和多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层。在底部接触层中，y可以小于n和/或n可以小于x。该器件可以包括设置在盖层的至少一部分上方的反射层。反射层可以对由发光器件结构发射的光(例如，UV和/或可见光)具有比对由金属触点的发光器件结构发射的光的反射率更大的反射率。反射层可以包括Al和/或聚四氟乙烯，基本上由其组成或由其组成。该器件可以包括设置在反射层的至少一部分与盖层之间的透射层。透射层对由发光结构发射的光的透射率可以大于对由金属触点的发光结构发射的光的透射率。透射层可以包括氧化物和/或氮化物层，基本上由其组成或由其组成。透射层可以是电绝缘的。透射层可以比金属触点和/或反射层导电性更小。透射层可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝和/或氧化镓，基本上由其组成或由其组成。
另一方面，本发明的实施例的特征在于一种紫外(UV)发光器件，其包括、基本上由或由以下部分组成：衬底、设置在衬底上方的有源发光器件结构、设置在有源发光器件结构上方的电子阻挡层、设置在电子阻挡层上方的分级AlzGa1-zN层、设置在分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层和设置在AlwGa1-wN盖层上方的金属触点。衬底具有AluGa1-uN顶表面，其中0≤u≤1.0，或甚至其中0.4≤u≤1.0。发光器件结构包括多量子阱层，基本上由其组成或由其组成。多量子阱层包括一个或多个量子阱，基本上由其组成，或由其组成，每个量子阱均具有位于其上的势垒层以及位于其下方的势垒层。例如，多量子层可以包括多个周期，基本上由其组成或由其组成，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制多量子阱层中的电荷载流子(即，电子和/或空穴)的量。电子阻挡层包括AlvGa1-vN，基本上由其组成，或由其组成，其中v>y和/或v>x。分级层的组分以Al浓度z分级，以使得Al浓度z在远离发光器件结构的方向上减小。在盖层中，0≤w≤0.4，或者甚至0≤w≤0.2。金属触点包括至少一种金属，基本上由其组成或由其组成。在分级层和电子阻挡层之间的界面处，分级层的Al浓度z比电子阻挡层的Al浓度v少不小于0.03(或0.05、或0.1、或0.15、或0.2、或0.25、或0.3)且不大于0.85(或0.8、或0.75、或0.7、或0.65、或0.6、或0.55、或0.5、或0.45)的量。
本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。分级层可以是未掺杂的(即，不是有意掺杂的和/或其中掺杂剂浓度和/或载流子浓度小于1013cm-3，小于1012cm-3，小于1011cm-3或甚至小于1010cm-3)。分级层可以是n型掺杂或p型掺杂。分级层与盖层之间的界面处的分级层的Al浓度z可以近似等于盖层的Al浓度w。盖层的Al浓度w可以在0与0.2之间，在0与0.15之间，在0与0.1之间，在0与0.05之间或者大约为0。盖层的Al浓度w可以不小于0.05或不小于0.1，且不大于0.3，不大于0.25，不大于0.2，或不大于0.15。衬底可以包括掺杂和/或未掺杂的AlN，基本上由其组成或由其组成。衬底可以是单晶的。衬底可以具有设置在其上的一个或多个外延层。一个或多个这样的外延层可以设置在发光器件结构下方。发光器件可以包括发光二极管(例如，裸片发光二极管或发光二极管芯片)或激光器(例如，裸片激光器或激光器芯片)，基本上由其组成或由其组成。盖层的厚度可以不小于1nm，不小于2nm，不小于5nm，或不小于10nm。盖层的厚度可以不大于50nm，不大于45nm，不大于40nm，不大于35nm，不大于30nm，不大于25nm，不大于20nm，或不大于15nm。
该器件可以包括设置在衬底和多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层。在底部接触层中，y可以小于n和/或n可以小于x。该器件可以包括设置在盖层的至少一部分上方的反射层。该反射可以对由发光器件结构发射的光(例如，UV和/或可见光)具有比对由金属触点的发光器件结构发射的光的反射率更大的反射率。反射层可以包括Al和/或聚四氟乙烯，基本上由其组成或由其组成。该器件可以包括设置在反射层的至少一部分与盖层之间的透射层。透射层对由发光结构发射的光的透射率可以大于对由金属触点的发光结构发射的光的透射率。透射层可以包括氧化物和/或氮化物层，基本上由其组成或由其组成。透射层可以是电绝缘的。透射层可以比金属触点和/或反射层导电性更小。透射层可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝和/或氧化镓，基本上由其组成或由其组成。
在又一个方面中，本发明的实施例的特征在于一种紫外(UV)发光器件，其包括、基本上由或由以下部分组成：衬底、设置在衬底上方的有源发光器件结构、设置在发光器件结构上方的分级AlzGa1-zN层、设置在分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层和设置在AlwGa1-wN盖层上方的金属触点。衬底具有AluGa1-uN顶表面，其中0≤u≤1.0，或甚至其中0.4≤u≤1.0。发光器件结构包括多量子阱层，基本上由其组成或由其组成。多量子阱层包括一个或多个量子阱，基本上由其组成，或由其组成，每个量子阱均具有位于其上的势垒层以及位于其下方的势垒层。例如，多量子层可以包括多个周期，基本上由其组成或由其组成，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制多量子阱层中的电荷载流子(即，电子和/或空穴)的量。分级层的组分以Al浓度z分级，以使得Al浓度z在远离发光器件结构的方向上减小。在盖层中，0≤w≤0.4，或者甚至0≤w≤0.2。金属触点包括至少一种金属，基本上由其组成或由其组成。在分级层和盖层之间的界面处，盖层的Al浓度w比分级层的Al浓度z少不小于0.03(或0.05、或0.1、或0.15、或0.2、或0.25、或0.3)且不大于0.85(或0.8、或0.75、或0.7、或0.65、或0.6、或0.55、或0.5、或0.45)的量。
本发明的实施例可以以各种组合中的任何一种包括以下中的一个或多个。分级层可以是未掺杂的(即，不是有意掺杂的和/或其中掺杂剂浓度和/或载流子浓度小于1013cm-3，小于1012cm-3，小于1011cm-3或甚至小于1010cm-3)。分级层可以是n型掺杂或p型掺杂。该器件可以包括设置在发光器件结构和/或多量子阱层与分级层之间的电子阻挡层。电子阻挡层可以包括AlvGa1-vN，基本上由其组成或由其组成。在电子阻挡层中，v可以大于y和/或v可以大于x。分级层和电子阻挡层之间的界面处的分级层的Al浓度z可以近似等于电子阻挡层的Al浓度v。盖层的Al浓度w可以在0与0.2之间，在0与0.15之间，在0与0.1之间，在0与0.05之间或者大约为0。盖层的Al浓度w可以不小于0.05或不小于0.1，且不大于0.3，不大于0.25，不大于0.2或不大于0.15。衬底可以包括掺杂和/或未掺杂的AlN，基本上由其组成或由其组成。衬底可以是单晶的。衬底可以具有设置在其上的一个或多个外延层。一个或多个这样的外延层可以设置在发光器件结构下方。发光器件可以包括发光二极管(例如，裸片发光二极管或发光二极管芯片)或激光器(例如，裸片激光器或激光器芯片)，基本上由其组成或由其组成。盖层的厚度可以不小于1nm，不小于2nm，不小于5nm，或不小于10nm。盖层的厚度可以不大于50nm，不大于45nm，不大于40nm，不大于35nm，不大于30nm，不大于25nm，不大于20nm，或不大于15nm。
该器件可以包括设置在衬底和多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层。在底部接触层中，y可以小于n和/或n可以小于x。该器件可以包括设置在盖层的至少一部分上方的反射层。该反射可以对由发光器件结构发射的光(例如，UV和/或可见光)具有比对由金属触点的发光器件结构发射的光的反射率更大的反射率。反射层可以包括Al和/或聚四氟乙烯，基本上由其组成或由其组成。该器件可以包括设置在反射层的至少一部分与盖层之间的透射层。透射层对由发光结构发射的光的透射率可以大于对由金属触点的发光结构发射的光的透射率。透射层可以包括氧化物和/或氮化物层，基本上由其组成或由其组成。透射层可以是电绝缘的。透射层可以比金属触点和/或反射层导电性更小。透射层可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝和/或氧化镓，基本上由其组成或由其组成。
通过参考以下描述、附图和权利要求，这里公开的本发明的这些和其他目的以及优点和特征将变得更加明显。此外，应该理解，这里描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。如本文所使用的，术语“大约”、“约”和“基本上”是指±10％，并且在一些实施例中是±5％。除非另有说明，本文中指定的所有数值范围均包括其端点。术语“基本上由...组成”是指排除有助于功能的其他材料，除非在此另外定义。尽管如此，这些其他材料可能微量地共同或单独存在。
附图说明
在附图中，相同的附图标记在不同的视图中通常指代相同的部分。而且，附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。在以下描述中，参考以下附图来描述本发明的各种实施例，其中：
图1是根据本发明的各种实施例的发光器件结构的示意性横截面；
图2是根据本发明的各种实施例的作为距离基于氮化物的发光器件结构的表面的深度的函数的铝浓度的曲线图；
图3A是根据本发明的各种实施例的包含电极层和反射层的发光器件结构的示意性平面图；
图3B是图3A的发光器件结构的示意性横截面；
图4和5是根据本发明的各种实施例的包含电极层和反射层的发光器件结构的示意性横截面；
图6和7是根据本发明的各种实施例的包含电极层、反射层和透射层的发光器件结构的示意性横截面；以及
图8是根据本发明的各种实施例的具有两个顶部触点的发光器件结构的示意性横截面。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的发光器件结构100。根据本发明实施例的发光器件结构100可以包括例如发光二极管或激光器，基本上由其组成或由其组成。如图所示，器件结构100包括衬底105，衬底105在各种实施例中包括半导体衬底，基本上由其组成或由其组成。在各种实施例中，衬底105的顶表面(即，器件结构100中的其他层被设置在其上的表面)是AluGa1-uN，其中u≥0.4(并且u≤1.0)。衬底105的全部或一部分可以是未掺杂的(即，不是有意掺杂的)或有意地掺杂有一种或多种掺杂剂。衬底105可以基本上完全由AluGa1-uN材料(例如，AlN)组成，或者衬底105可以包括、基本上由或由不同材料(例如，碳化硅、硅、MgO、Ga2O3、氧化铝、ZnO、GaN、InN和/或蓝宝石)组成，其上通过例如外延生长形成有AluGa1- uN材料；这种材料可以是基本上完全晶格弛豫的并且可以具有例如至少1μm的厚度。
在各种实施例中，衬底105不需要对器件结构100发射的辐射(例如UV辐射)是透明的，因为其可以在器件制造期间部分地或基本上移除。半导体衬底105可能被错误切割，以使得其c轴与其表面法线之间的角度在大约0°和大约4°之间。在各种实施例中，例如对于不是故意或可控地错误切割的衬底105，衬底105的表面的错误定向小于约0.3°。在其他实施例中，例如对于故意和可控地错误切割的衬底105，衬底105的表面的错误定向大于约0.3°。在各种实施例中，错误切割的方向朝向a轴。衬底105的表面可以具有III族(例如，Al-)极性，并且可以例如通过化学机械抛光被平坦化。对于10μm×10μm的面积，衬底105的RMS表面粗糙度优选地小于约0.5nm。在一些实施例中，当用原子力显微镜探测时，原子级阶梯在表面上是可检测的。可以使用例如在450℃下5分钟的KOH-NaOH共晶蚀刻之后的蚀坑密度测量来测量衬底105的螺纹位错密度。在各种实施例中，螺纹位错密度小于约2×103cm-2。在一些实施例中，衬底105甚至具有更低的螺纹位错密度。衬底105可以在顶部具有同质外延层(未示出)，该同质外延层包括存在于衬底105中或衬底105上的相同材料，例如AlN，基本上由该材料组成或由该材料组成。
设置在衬底105上方的器件结构100的各层可以通过各种不同技术中的任何一种来形成，例如外延生长技术，诸如化学气相沉积(CVD)法，诸如金属有机CVD(MOCVD)。
器件结构100还包括设置在衬底105上方的底部接触层110。在各种实施例中，底部接触层110是n型掺杂的，例如掺杂有诸如P、As、Sb、C、H、F、O、Mg和/或Si的杂质。底部接触层110可以包括、基本上由或由例如AlxGa1-xN组成，并且铝浓度x可以与衬底105中的相应铝含量大致相同或不同。在一个实施例中，可选的分级缓冲层(未示出)设置在衬底105上方和底部接触层110下方。分级缓冲层可包括一种或多种半导体材料，例如AlxGa1-xN，基本上由其组成或由其组成。在各种实施例中，分级缓冲层在与衬底105的界面处具有与衬底105的组分大致相同的组分，以便促进二维生长并避免有害的孤岛效应(这种孤岛效应可导致分级缓冲层和随后生长的层中的不期望的弹性应变消除和/或表面粗糙化)。分级缓冲层在与底部接触层110的界面处的组分可以被选择为接近(例如，近似等于)器件的期望有源区域的组分(例如，将导致从发光器件的期望波长发射的AlxGa1-xN浓度)。在一个实施例中，分级缓冲层包括掺杂或未掺杂的AlxGa1-xN，基本上由其组成或由其组成，掺杂或未掺杂的AlxGa1-xN从约100％的Al浓度x到约60％的Al浓度x进行分级。
底部接触层110可以具有足够的厚度以防止器件制造之后的电流拥挤和/或在蚀刻期间停止以制造触点。例如，底部接触层320的厚度可以从约100nm到约500nm，或从约100nm到约2μm。当利用底部接触层110时，最终的发光器件可以制造有背面触点。在各种实施例中，由于当底部接触层110为假晶时保持的低缺陷密度，底部接触层110即使具有小的厚度也将具有高导电率。如本文所使用的，假晶薄膜是以下薄膜：其中与薄膜和下层或衬底之间的界面平行的应变大致为使薄膜中的晶格扭曲以匹配衬底(或在衬底上方并在假晶薄膜下方的弛豫的、即基本上非应变的层)的晶格所需的应变。因此，假晶薄膜中的平行应变将接近或近似等于平行于界面的非应变衬底和平行于界面的非应变外延层之间的晶格参数的差异。
如图1所示，器件结构还包括设置在底部接触层110上方的有源发光器件结构(即，被配置为响应于所施加的电压发射光的一个或多个层(例如，量子阱))。例如，有源发光器件结构可包括设置在底部接触层110上方的多量子阱(“MQW”)层115，基本上由其组成或由其组成。在各种实施例中，MQW层115直接设置在底部接触层110上。在其他实施例中，可选层(例如，包括、基本上由或由诸如AlGaN的未掺杂半导体材料组成的未掺杂层)可以设置在底部接触层110和MQW层115之间。可以用与底部接触层110相同的掺杂极性(例如n型掺杂)掺杂MQW层115。MQW层115可以包括一个或多个量子阱，基本上由其组成，或由其组成，所述一个或多个量子阱由势垒(barrier)隔开(或两侧被势垒包围)。例如，MQW层115的每个周期可具有AlxGa1-xN量子阱和AlyGa1-yN势垒，其中x不同于y。典型地，对于设计成发射波长小于300nm的光的发光器件，y大于0.4，对于短波长发射器，y可以大于0.7。对于设计用于以小于250nm的波长发射的器件，y甚至可以大于0.9。x的值将至少部分地决定器件的发射波长。对于长于280nm的发射波长，x可以低至0.2。对于250nm和280nm之间的波长，x可以在0.2和0.7之间变化。对于短于250nm的波长，x可以大于0.6。在各种实施例中，x和y之间的差足够大以获得对有源区域中的电子和空穴的良好限制，从而实现辐射复合与非辐射复合的高比率。在一个实施例中，x与y之差大约为0.25，例如，x大约为0.5并且y大约为0.75。MQW层115可以包括多个这样的周期，并且可以具有范围从20nm到100nm或小于约50nm的总厚度。
在本发明的各种实施例中，电子阻挡层120可以设置在器件结构100的有源发光器件结构上方(例如，设置在MQW层115之上)。电子阻挡层120通常具有比MQW层115内的带隙(例如，其中的势垒层的带隙)更宽的带隙。在各种实施例中，电子阻挡层120可以包括，基本由或由例如AlxGa1-xN组成，并且电子阻挡层120可以被掺杂。例如，电子阻挡层120可以用与底部接触层110和/或MQW层115(例如，n型掺杂)相同的掺杂极性掺杂。在各种实施例中，电子阻挡层120中的x的值大于用于MQW层115中的势垒层中的Al摩尔分数的值。对于发射波长大于300nm的较长波长器件，x可以低至0.4，并且对于较短波长的器件，x可以大于0.7。对于设计用于以短于250nm的波长发射的器件，x甚至可以大于0.9。电子阻挡层120可以具有例如可以在约10nm与约50nm之间，或者甚至在约10nm与约30nm之间的范围的厚度。在本发明的各种实施例中，电子阻挡层120足够薄(例如，厚度小于约30nm，或小于约20nm)，以促进载流子(例如空穴)穿过电子阻挡层120。在本发明的各种实施例中，电子阻挡层120从器件结构100中省略。
如图1所示，器件结构100还可以包括设置在电子阻挡层120之上(或者在省略了电子阻挡层120的实施例中的有源发光器件结构之上)的分级层125，以及盖层130可以设置在分级层125上方。盖层130可以用与底部接触层110的掺杂极性相反的掺杂极性掺杂，例如用诸如Mg、Be和/或Zn的一种或多种掺杂剂进行p型掺杂。在其他实施例中，因为载流子(例如，空穴)可以从电极注入设置在盖层130和分级层125之间的界面处的二维载流子气体中，所以盖层130可以是未掺杂的。(尽管在这里描述的示例性实施例中，盖层130是p型掺杂的并且底部接触层110是n型掺杂的，但这些层的掺杂极性被切换的实施例也在本发明的范围内；在这样的实施例中，如本领域技术人员所理解的，电子阻挡层120(如果存在的话)可以被认为是“空穴阻挡层”。)盖层130可以具有范围从例如大约1nm到大约100nm、或者大约1nm至大约50nm、或者大约1nm至大约20nm的厚度。在各种实施例中，盖层130包括AlxGa1-xN，基本上由其组成，或由其组成，并且在各种实施例中，铝浓度x的范围可以从0(即，纯GaN)到大约0.2。
分级层125的分析可以通过使用各种分析方法进行，例如X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱测定法(EDX)、X射线荧光分析(XRF)、俄歇电子能谱(AES)、二次离子质谱法(SIMS)、电子能量损失谱(EELS)和/或原子探针(AP)。例如，分级层125可以表现出超过一种或多种这样的分析技术的测量准确度的组分梯度。
器件结构100还可以包含金属触点以促进与器件的电接触。例如，金属触点可以包括或基本上由设置在盖层130之上或设置在盖层130上的电极层135组成。电极层135的组分和/或形状不受特别限制，只要其能够将载流子(例如，空穴)注入盖层130中。在其中空穴被注入到p型掺杂的基于氮化物的半导体盖层130中的实施例中，电极层135可以包括具有大的功函数的一种或多种金属(例如Ni、Au、Pt、Ag、Rh和/或Pd)、这些金属中的两种或更多种的合金或混合物、或基于氧化物和/或透明的电极材料(诸如氧化铟锡(ITO))，或基本上由前者组成或由前者组成。根据本发明实施例的电极层135不限于这些材料。电极层135的厚度可以例如在约10nm与约100nm之间，或在约10nm与约50nm之间，或在约10nm与约30nm之间，或在约25nm与约40nm之间。
如上所述，本发明的实施例的特征在于设置在盖层130和电子阻挡层120(或在其中省略了电子阻挡层120的实施例中的MQW层115)之间的分级层125。分级层125通常包括氮化物半导体，基本上由其组成或由其组成，例如Ga、In和/或Al与N的混合物或合金。分级层125内的组分梯度可以是基本上连续的或阶梯式的，并且分级层125内的分级率可以是基本上恒定的，或者可以在分级层125的厚度内改变一次或多次。分级层125可以是未掺杂的。在其他实施例中，分级层125利用一种或多种掺杂剂(例如，C、H、F、O、Mg、Be、Zn和/或Si)进行n型或p型掺杂。分级层125的厚度可以例如在约5nm与约100nm之间，在约10nm与约50nm之间，或在约20nm与约40nm之间。在各种实施例中，用于形成器件结构100的各个层的外延生长工艺可以在分级层125和下层和/或上覆层之间的生长之间暂时停止。在各种实施例中，分级层125被假晶地应变至一个或多个下层。
通常，作为分级层125的厚度的函数的组分的趋势是从下层(例如，电子阻挡层120或MQW层115)的组分延伸至上覆层(例如，盖层130)的组分。然而，在各种实施例中，分级层125在其与电子阻挡层120的界面处的组分不匹配电子阻挡层120的组分，和/或分级层125在其与盖层130的界面处的组分不匹配盖层130的组分。图2示出了作为深度的函数的示例性器件结构100的各层内的铝浓度的(未按比例的)表示，其中器件的顶表面朝向图的右侧。如图2中所示，器件结构100可以在与分级层125的界面中的一个或两个界面处包含组分“跳跃”，即，组分的偏移或不连续性，以便于在器件操作期间在界面的一个或两个处形成二维空穴气体。分级层125和电子阻挡层120和/或盖层130之间的组分差异可以通过多种分析方法中的一种或多种来分析，例如X射线衍射(XRD)、能量色散X射线光谱测定法(EDX)、X射线荧光分析(XRF)、俄歇电子能谱(AES)、二次离子质谱法(SIMS)和/或电子能量损失谱(EELS)。
如图2所示，对于其中各层包含不同量的铝的示例性器件结构100，器件结构100可包含铝浓度的组分偏移200；即，分级层125的初始底部处(例如，分级层125与其下面的层之间的界面处)的铝浓度可以低于电子阻挡层120和/或MQW层115的铝浓度。在本发明的各种实施例中，该组分差异200可以是至少0.05、或至少0.1、或至少0.2，并且其可以高达0.55、或高达0.75或0.85。示例性器件结构100还可以或者替代地包含铝浓度的组分偏移205；即，分级层的最终顶部处(例如，在分级层125和覆盖它的层之间的界面处)的铝浓度可以高于盖层130的铝浓度。在本发明的各种实施例中，该组分差异205可以为至少0.05、或至少0.1、或至少0.2，并且它可以高达0.55，或高达0.75或0.85。至有源区域(例如，MQW层115)的空穴注入可以通过组分偏移200来增强，并且有源区域和盖层130和/或其上的电极之间的空穴注入(和/或在盖层130内散布的载流子和/或电流)可以通过组分偏移205来增强。因此，二维载流子气体(例如二维空穴气体)可以有利地在发光器件的操作期间接近组分偏移200、205而形成。在包括分级层125和盖层130之间的组分偏移205的本发明的各实施例中，为了在接近组分偏移205的二维空穴气体内的载流子的更高响应度，盖层可以具有不大于约20nm的厚度(例如，在约1nm和约20nm之间，在约1nm和约10nm之间，在约5nm和约15nm之间，或在约5nm和约10nm之间)；较厚的盖层130可能导致二维空穴气体提供的至少一部分益处的损失。
分级层125内的大约2×1019cm-3或更大、或甚至3×1019cm-3或更大的空穴浓度可以通过不掺杂杂质的极化掺杂(例如，甚至基本上没有掺杂杂质)来实现，如使用可从弗吉尼亚州里士满的STR集团公司获得的SiLENSe软件进行建模。通常，由于金属原子和氮原子之间的电负性差异，氮化物材料中的极化可实现极化掺杂。这导致在纤锌矿晶体结构中沿非对称方向的极化场。另外，这些层中的应变可能导致附加的压电极化场并因此导致额外的极化掺杂。这些场在突变界面(例如，二维片)或分级组分层(例如三维体积)处产生固定电荷，这导致相反符号的移动载流子。总电荷的大小可以通过例如分级层内的Al组分差异，即起始组分和最终组分之间的差异来定义。载流子的浓度由总电荷除以分级层厚度来定义。可以通过在小厚度上的高组分变化来实现非常高的载流子浓度，而较低的组分变化或较大的分级厚度通常导致较小的载流子浓度；然而，对于给定的组分变化，载流子的总数可以近似恒定。
在具有电子阻挡层120和分级层125之间的组分偏移200的示例性器件结构100中，在MQW层115上方形成包括、基本由或由Al0.8Ga0.2N或Al0.85Ga0.15N组成的电子阻挡层120。在形成包括GaN、基本上由其组成或由其组成的盖层130之前，在电子阻挡层120上方形成分级层125。分级层125可以跨约30nm的厚度，按组分从例如Al0.85Ga0.15N至GaN进行分级。分级层125可以由例如MOCVD形成，并且在该实施例中，通过在约24分钟的时间段内使TMA和TMG的流从用于形成比电子阻挡层120低的Al摩尔分数的层的条件分别渐变(通过渐变穿过它们各自的起泡器的氢气流)至0标准立方厘米/分钟(sccm)和6.4sccm来形成，由此产生从Al0.75Ga0.25N至GaN的单调分级(所有其他生长条件是基本固定的)。在该示例性实施例中的分级层125的厚度大约为30nm。应该强调的是，该特定实施例是示例性的，并且本发明的实施例的特征在于具有各种组分端点(即，与下层和/或上覆层的界面处的各种组分)和组分偏移200和/或205的分级层125。
在本发明的各种实施例中，类似于2008年1月25日提交的序列号为12/020,006的美国专利申请、2010年4月21日提交的序列号为12/764,584的美国专利申请和2014年3月13日提交的序列号为14/208,379的美国专利申请中描述的器件层，器件结构100的一个或多个(或甚至全部)层可以是假晶应变的，所述专利申请中的每一个的全部公开内容通过引用并入本文。因此，如其中详细描述的，在各种实施例中，器件结构100的一个或多个层可以是假晶的并且可以具有比(例如，经由Maxwell-Blakeslee理论)其预测的临界厚度更大的厚度。此外，器件结构100的总体层结构可以具有大于被共同考虑的层的预测临界厚度的总厚度(即，对于多层结构，即使当每个独立层将会小于单独考虑的其预测临界厚度时，整体结构也具有预测临界厚度)。在其他实施例中，器件结构100的一个或多个层是假晶应变的，并且盖层130部分地或基本上完全弛豫。例如，盖层130与衬底105和/或MQW层115之间的晶格失配可以大于约1％，大于约2％或甚至大于约3％。在示例性实施例中，盖层130包括未掺杂或掺杂的GaN，基本上由其组成或由其组成，衬底105包括掺杂或未掺杂的AlN(例如，单晶AlN)，基本上由其组成或由其组成，以及MQW层115包括与Al0.75Ga0.25N势垒层交错的多个Al0.55Ga0.45N量子阱，基本上由其组成或由其组成，并且盖层130晶格失配约2.4％。盖层130可以基本上是弛豫的，即可以具有近似等于其理论非应变晶格常数的晶格参数。部分或基本上弛豫的盖层130可以包含具有螺旋布置到盖层130的表面的片段的应变消除位错(这种位错可以被称为“螺纹位错”)。弛豫的盖层130的螺纹位错密度可以比衬底105和/或盖层130下面的层的螺纹位错密度大例如一个、两个或三个数量级，或者甚至更大。
本发明的实施例可包含反射层，其用于将由器件结构100产生的光的至少一部分往回远离反射层进行反射(例如，往回朝向衬底105或背接触层110)。在各种实施例中，电极层135可以与盖层130形成良好的欧姆接触，但可能不反射在器件结构100的有源器件结构(例如，MQW层115)内产生的光(例如，UV光)。例如，电极层135可以包括、基本上由或由不反射UV光的Ni/Au组成。在示例性实施例中，电极层135与盖层130的接触电阻率小于约1.0mΩ-cm2，或者甚至小于约0.5mΩ-cm2。可以通过例如传输线测量(TLM)方法(诸如在SolidState Electronics,Vol.25,No.2,pp.91-94中描述的传输线测量方法)确定各种基于金属的层(例如，电极层135和/或反射层)与它们接触的基于半导体的层(例如，盖层130)之间的接触电阻。
因此，在各种实施例中，电极层135可以与反射器件结构100的有源器件结构内产生的光的反射层结合使用。例如，如图3A和3B所示，至少部分反射由器件结构100发射的光的反射层可以至少部分地围绕电极层135(或者甚至在一些实施例中与电极层135至少部分地重叠)。取决于由器件结构100发射的光的波长，反射层300可以包括例如Ag、Rh和/或Al、多层电介质膜或一种或多种氟塑料(例如聚四氟乙烯(PTFE))，基本上由其组成或由其组成，然而本发明的实施例不限于这些材料。例如，Ag对各种波长的可见光基本上是反射性的，而Al对各种波长的UV光基本上是反射性的(例如对波长约为265nm的光的反射率>90％)。如所示出的，即使反射层300不与盖层130形成良好的欧姆接触，电极层135仍然与盖层130的至少部分接触，从而实现与器件结构100的良好欧姆接触。
在本发明的实施例中，电极层135和/或反射层300的各种不同配置是可能的。例如，如图4所示，反射层300可以覆盖整个电极层135。在这样的实施例中，反射层300可以但不一定覆盖器件结构100的基本整个顶表面。如图5所示，在本发明的实施例中，反射层300的部分(或离散区域)可以直接设置在盖层130上，并且电极层135的部分可以与反射层300的这些部分重叠，同时电极层135的一部分与盖层130直接接触。
在本发明的实施例中，如图6所示，器件结构还可以包括结合电极层135和/或反射层300的透射层600。透射层600可包括，基本上由或由以下材料组成，该材料对器件结构100发射的光具有较大的透射率，并且在一些实施例中甚至可以对这样的光基本上透明。例如，透射层600可以包括绝缘材料和/或氧化物和/或氮化物，例如氧化硅、氮化硅、氧化铝和/或氧化镓，基本上由其组成或由其组成。如图6所示，透射层600可以设置在反射层300和盖层130之间，并且反射层300的任何部分都不直接接触盖层。可替换地，如图7所示，反射层300的至少部分可以接触盖层130，并且透射层600设置在反射层300的其他部分和盖层130之间。
在本发明的各种实施例中，可以经由设置在器件结构的顶部上的电极层135并且经由设置在器件结构100的背面上的触点来实现与器件结构100的电接触。例如，背部触点可以设置在衬底105的背面上，或者在制造器件结构105的其他层之后移除衬底105的实施例中，背部触点可以设置在背接触层110的背面上。可替换地，如图8所示，可以移除器件结构100的一个或多个区域中的多个上层(例如，通过化学或干法/等离子体蚀刻)，并且背部触点800可以设置在背接触层110的顶部或背接触层110的未移除部分的顶部上。背部触点800可以包括例如本文中针对电极层135所描述的一种或多种材料，基本上由其组成或由其组成。
本发明的实施例可以利用在'093申请中描述的光子提取技术。这些技术包括表面处理(例如，粗糙化、纹理化和/或图案化)、衬底减薄、衬底移除和/或使用具有薄中间密封剂层的刚性透镜。示例性的衬底移除技术包括激光剥离，如在“High brightness LEDs forgeneral lighting applications using the new Thin GaNTM–Technology”,V.Haerle等人,Phys.Stat.Sol.(a)201,2736(2004)中所述，其全部公开内容通过引用并入本文。
在其中器件衬底被减薄或移除的实施例中，衬底的背面可以例如用600至1800号砂砾轮研磨。为了避免损坏衬底或其上的器件层，可有目的地将该步骤的移除速率维持在低水平(大约0.3-0.4μm/s)。在可选的研磨步骤之后，背面可以用抛光浆料抛光，例如等份的蒸馏水和二氧化硅在KOH和水的缓冲溶液中的商业胶态悬浮液的溶液。该步骤的移除速率可以在约10μm/min和约15μm/min之间变化。衬底可以减薄至约200μm至约250μm的厚度，或甚至减薄至约20μm至约50μm的厚度，但本发明的范围不限于该范围。在其他实施例中，衬底被减薄至约20μm或更小，或者甚至基本上完全移除。减薄步骤之后优选在例如一种或多种有机溶剂中进行晶片清洁。在本发明的一个实施例中，清洁步骤包括将衬底浸入沸腾的丙酮中约10分钟，然后浸入沸腾的甲醇中约10分钟。
示例
示例1
制造与图1所示类似的三种不同的器件结构，以研究根据本发明实施例的组分偏移对内部器件效率的影响。器件结构A缺少组分偏移200、205，因此缺少二维空穴气体。具体而言，器件结构A包含Al含量为85％的AlxGa1-xN电子阻挡层，并且上覆的分级层在其与电子阻挡层的界面处具有85％的Al含量。器件结构B包含根据本发明实施例的组分偏移200。具体而言，器件结构B包含Al含量为85％的AlxGa1-xN电子阻挡层，并且上覆的分级层在其与电子阻挡层的界面处具有75％的Al含量。器件结构C包含电子阻挡层和上覆的分级层之间的组分偏移，但是在与图2所示相反的方向上，即在分级层开始处的Al摩尔分数大于下层的Al摩尔分数。具体地，器件结构C包含Al含量为85％的AlxGa1-xN电子阻挡层，并且上覆的分级层在其与电子阻挡层的界面处具有95％的Al含量。
发光器件由三种不同的器件结构制造，并且与器件结构A相比，根据本发明的实施例的组分偏移200提供了显著的器件效率增益(例如，平均内部效率)-器件结构B的平均内部效率约为40％，是器件结构A的平均内部效率(约为20％)的两倍。相反，甚至与没有任何组分偏移的器件相比，器件结构C中在相反方向上的组分偏移导致器件性能的显著降低，因为平均内部效率小于5％。本示例中使用的内部效率是使用预定和恒定的提取效率以及在减薄衬底之前和之后测量的输出功率对内部量子效率和注入效率的乘积的计算估计。具体而言，内部效率IE计算如下：
其中L是输出功率，α是衬底的吸收系数，t是衬底的厚度，Eλ是峰值光发射的带隙，并且I是输入电流。常数0.047是使用在峰值光发射的波长λ处适合于AlN的折射率(对于具有小折射率的衬底，该值会增加)通过光滑平面衬底逸出的光的计算分数。
示例2
n型AlGaN背接触层、AlGaN多量子阱、其中Al组分从多量子阱向p型GaN盖层从85％至20％连续分级的AlGaN分级层、以及p型GaN盖层(具有10nm的厚度)在AlN衬底上顺序地沉积。因此，在分级层和盖层之间的界面处，存在Al含量为20％的组分偏移。使用氯基气体对层结构的一部分进行干法蚀刻，以使得n型AlGaN背接触层的一部分暴露。然后，在暴露的n型AlGaN背接触层上设置由Ti、Al、Ni和Au的合金构成的n型电极。将由Ni和Au的合金构成的接触电极设置在p型GaN盖层的一部分上，并将由Al构成的反射层设置在p型GaN盖层的暴露部分上以及接触电极上，从而获得根据本发明实施例的发光器件。当使电流在n型电极和接触电极之间流动时，以100mA的电流获得波长为275nm和功率为3.2mW的光发射。
示例3
n型AlGaN背接触层、AlGaN多量子阱、其中Al组分从多量子阱向p型GaN盖层从85％至20％连续分级的AlGaN分级层、以及p型GaN盖层(具有10nm的厚度)在AlN衬底上顺序地沉积。因此，在分级层和盖层之间的界面处，存在Al含量为20％的组分偏移。使用氯基气体对层结构的一部分进行干法蚀刻，以使得n型AlGaN背接触层的一部分暴露。然后，在暴露的n型AlGaN背接触层上设置由Ti、Al、Ni和Au的合金构成的n型电极。将由Ni和Au的合金构成的接触电极设置在p型GaN盖层的一部分上，从而获得根据本发明实施例的发光器件。当使电流在n型电极和接触电极之间流动时，以100mA的电流获得波长为275nm和功率为2.7mW的光发射。
比较示例
n型AlGaN背接触层、AlGaN多量子阱、其中Al组分从多量子阱向p型GaN盖层从85％至0％连续分级的AlGaN分级层、以及p型GaN盖层(具有10nm的厚度)在AlN衬底上顺序地沉积。因此，在分级层和盖层之间的界面处，Al含量没有组分偏移。使用氯基气体对层结构的一部分进行干法蚀刻，以使得n型AlGaN背接触层的一部分暴露。然后，在暴露的n型AlGaN背接触层上设置由Ti、Al、Ni和Au的合金构成的n型电极。将由Ni和Au的合金构成的接触电极设置在p型GaN盖层的一部分上，由此获得发光器件。当使电流在n型电极和接触电极之间流动时，以100mA的电流获得波长为275nm和功率为2.0mW的光发射。与示例2和3相比，该器件表现出的较低的发射功率证明了根据本发明实施例的器件的一个益处。
注意，本文提供的示例仅被设计为比较器件结构以便展示本发明的各种实施例的功效，并且不表示进一步优化以产生最先进输出功率的器件。例如，示例3中描述的结构已经被用于其中在制造之后将AlN衬底减薄至200微米以减少衬底吸收并且被封装在具有良好导热性(约10K/W)的标准表面安装设计(SMD)封装中的器件中。当以约270nm的峰值波长、以400mA的输入电流操作时，获得大于38mW的器件输出功率。通过添加示例2中所述的反射层，可预期更大的功率。
这里使用的术语和表达被用作描述的术语而不是限制，并且在使用这样的术语和表达时，没有意图排除所示出和描述的特征的任何等同物或其部分，而是被理解为在要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。

Claims (36)

1.一种紫外(UV)发光器件，包括：
具有AluGa1-uN顶表面的衬底，其中0.4≤u≤1.0；
设置在所述衬底上方的有源发光器件结构，所述器件结构包括多量子阱层，所述多量子阱层包括多个周期，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制所述多量子阱层中的电荷载流子的量；
设置在所述多量子阱层上方的电子阻挡层，所述电子阻挡层包含AlvGa1-vN，其中v>y且v>x；
设置在所述电子阻挡层上方的分级AlzGa1-zN层，所述分级层的组分以Al浓度z分级，以使得所述Al浓度z在远离所述发光器件结构的方向上减小；
设置在所述分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层，其中0≤w≤0.2；以及
设置在所述AlwGa1-wN盖层上方并包含至少一种金属的金属触点，
其中(i)在所述分级层和所述电子阻挡层之间的界面处，所述分级层的Al浓度z比所述电子阻挡层的Al浓度v少不小于0.1且不大于0.55的量，以及(ii)在所述分级层和所述盖层之间的界面处，所述盖层的Al浓度w比所述分级层的Al浓度z少不小于0.1且不大于0.75的量。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述分级层是未掺杂的。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述盖层的Al浓度w近似为0。
4.根据权利要求1所述的器件，其中所述衬底包括掺杂或未掺杂的AlN。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述发光器件包括发光二极管。
6.根据权利要求1所述的器件，其中所述盖层的厚度不小于1nm并且不大于20nm。
7.根据权利要求1所述的器件，还包括设置在所述衬底和所述多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层，其中y<n<x。
8.根据权利要求1所述的器件，还包括设置在所述盖层的至少一部分上方的反射层，所述反射对由所述发光器件结构发射的光的反射率大于对由所述金属触点的所述发光器件结构发射的光的反射率。
9.根据权利要求8所述的器件，其中所述反射层包含Al。
10.根据权利要求8所述的器件，还包括设置在所述反射层的至少一部分与所述盖层之间的透射层，所述透射层对由所述发光结构发射的光的透射率大于对由所述金属触点的发光结构发射的光的透射率。
11.根据权利要求10所述的器件，其中所述透射层包括氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化镓中的至少一种。
12.一种紫外(UV)发光器件，包括：
具有AluGa1-uN顶表面的衬底，其中0.4≤u≤1.0；
设置在所述衬底上方的有源发光器件结构，所述器件结构包括多量子阱层，所述多量子阱层包括多个周期，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制所述多量子阱层中的电荷载流子的量；
设置在所述多量子阱层上方的电子阻挡层，所述电子阻挡层包含AlvGa1-vN，其中v>y且v>x；
设置在所述电子阻挡层上方的分级AlzGa1-zN层，所述分级层的组分以Al浓度z分级，以使得所述Al浓度z在远离所述发光器件结构的方向上减小；
设置在所述分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层，其中0≤w≤0.2；以及
设置在所述AlwGa1-wN盖层上方并包含至少一种金属的金属触点，
其中在所述分级层和所述电子阻挡层之间的界面处，所述分级层的Al浓度z比所述电子阻挡层的Al浓度v少不小于0.1且不大于0.55的量。
13.根据权利要求12所述的器件，其中所述分级层是未掺杂的。
14.根据权利要求12所述的器件，其中所述分级层与所述盖层之间的界面处的所述分级层的Al浓度z近似等于所述盖层的Al浓度w。
15.根据权利要求12所述的器件，其中所述盖层的Al浓度w近似为0。
16.根据权利要求12所述的器件，其中所述衬底包括掺杂或未掺杂的AlN。
17.根据权利要求12所述的器件，其中所述发光器件包括发光二极管。
18.根据权利要求12所述的器件，其中所述盖层的厚度不小于1nm且不大于20nm。
19.根据权利要求12所述的器件，还包括设置在所述衬底和所述多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层，其中y<n<x。
20.根据权利要求12所述的器件，还包括设置在所述盖层的至少一部分上方的反射层，所述反射对由所述发光器件结构发射的光的反射率大于对由所述金属触点的所述发光器件结构发射的光的反射率。
21.根据权利要求20所述的器件，其中所述反射层包含Al。
22.根据权利要求20所述的器件，还包括设置在所述反射层的至少一部分与所述盖层之间的透射层，所述透射层对由所述发光结构发射的光的透射率大于对由所述金属触点的发光结构发射的光的透射率。
23.根据权利要求22所述的器件，其中所述透射层包含氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化镓中的至少一种。
24.一种紫外(UV)发光器件，包括：
具有AluGa1-uN顶表面的衬底，其中0.4≤u≤1.0；
设置在所述衬底上方的有源发光器件结构，所述器件结构包括多量子阱层，所述多量子阱层包括多个周期，每个周期包括应变AlxGa1-xN势垒和应变AlyGa1-yN量子阱，x和y相差有助于限制所述多量子阱层中的电荷载流子的量；
设置在所述多量子阱层上方的分级AlzGa1-zN层，所述分级层的组分以Al浓度z分级，以使得所述Al浓度z在远离所述发光器件结构的方向上减小；
设置在所述分级层上方的p掺杂AlwGa1-wN盖层，其中0≤w≤0.2；以及
设置在所述AlwGa1-wN盖层上方并包含至少一种金属的金属触点，
其中在所述分级层和所述盖层之间的界面处，所述盖层的Al浓度w比所述分级层的Al浓度z少不小于0.1且不大于0.75的量。
25.根据权利要求24所述的器件，其中所述分级层是未掺杂的。
26.根据权利要求24所述的器件，还包括设置在所述多量子阱层与所述分级层之间的包含AlvGa1-vN的电子阻挡层，其中v>y且v>x。
27.根据权利要求26所述的器件，其中所述分级层和所述电子阻挡层之间的界面处的所述分级层的Al浓度z近似等于所述电子阻挡层的Al浓度v。
28.根据权利要求24所述的器件，其中所述盖层的Al浓度w近似为0。
29.根据权利要求24所述的器件，其中所述衬底包括掺杂或未掺杂的AlN。
30.根据权利要求24所述的器件，其中所述发光器件包括发光二极管。
31.根据权利要求24所述的器件，其中所述盖层的厚度不小于1nm且不大于20nm。
32.根据权利要求24所述的器件，还包括设置在所述衬底与所述多量子阱层之间的n掺杂AlnGa1-nN底部接触层，其中y<n<x。
33.根据权利要求24所述的器件，还包括设置在所述盖层的至少一部分上方的反射层，所述反射对由所述发光器件结构发射的光的反射率大于对由所述金属触点的所述发光器件结构发射的光的反射率。
34.根据权利要求33所述的器件，其中所述反射层包含Al。
35.根据权利要求33所述的器件，还包括设置在所述反射层的至少一部分与所述盖层之间的透射层，所述透射层对由所述发光结构发射的光的透射率大于对由所述金属触点的发光结构发射的光的透射率。
36.根据权利要求35所述的器件，其中所述透射层包含氧化硅、氮化硅、氧化铝或氧化镓中的至少一种。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860358A (zh) * 2018-11-26 2019-06-07 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法
CN114342194A (zh) * 2019-09-27 2022-04-12 旭化成株式会社 激光二极管
CN115036402A (zh) * 2022-08-12 2022-09-09 江苏第三代半导体研究院有限公司 诱导增强型Micro-LED同质外延结构及其制备方法
CN116632134A (zh) * 2023-07-24 2023-08-22 江西乾照光电有限公司 一种电子阻挡层及其制备方法、外延片及发光二极管
CN117175347A (zh) * 2023-09-01 2023-12-05 安徽格恩半导体有限公司 一种半导体激光器
CN117175347B (zh) * 2023-09-01 2024-04-26 安徽格恩半导体有限公司 一种半导体激光器

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017049053A1 (en) 2015-09-17 2017-03-23 Crystal Is, Inc. Ultraviolet light-emitting devices incorporating two-dimensional hole gases
US10490696B2 (en) * 2016-08-10 2019-11-26 Soraa, Inc. III-nitride LED with tunnel junction
US10340415B2 (en) 2016-09-01 2019-07-02 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor device and semiconductor device package including the same
EP3511990B1 (en) 2016-09-10 2023-12-13 Suzhou Lekin Semiconductor Co., Ltd. Semiconductor device
JP7403797B2 (ja) 2016-09-13 2023-12-25 スージョウ レキン セミコンダクター カンパニー リミテッド 半導体素子およびこれを含む半導体素子パッケージ
US10903395B2 (en) 2016-11-24 2021-01-26 Lg Innotek Co., Ltd. Semiconductor device having varying concentrations of aluminum
JP6912962B2 (ja) 2017-07-26 2021-08-04 旭化成株式会社 窒化物半導体発光素子、紫外線発光モジュール
KR102390828B1 (ko) 2017-08-14 2022-04-26 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체 소자
US10937928B2 (en) * 2017-11-09 2021-03-02 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor element, nitride semiconductor light emitting element, ultraviolet light emitting element
JP7228176B2 (ja) * 2017-11-10 2023-02-24 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
WO2019139366A1 (ko) * 2018-01-11 2019-07-18 엘지이노텍 주식회사 반도체 소자
CN108231961B (zh) * 2018-01-30 2019-05-14 厦门乾照光电股份有限公司 一种led芯片结构的制作方法
WO2020012392A1 (en) * 2018-07-13 2020-01-16 Silanna UV Technologies Pte Ltd Semiconductor-metal contacts with spontaneous and induced piezoelectric polarization
CN109346583B (zh) * 2018-08-31 2021-04-27 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN109300980B (zh) * 2018-09-25 2020-04-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种高迁移率高空穴浓度P型AlGaN材料及其生长方法
WO2020095826A1 (ja) * 2018-11-05 2020-05-14 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法
EP3879583A4 (en) * 2018-11-05 2022-08-03 DOWA Electronics Materials Co., Ltd. GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR ELECTROLUMINESCENT ELEMENT AND METHOD FOR MAKING IT
DE102018133526A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer zwischenschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
JP7410508B2 (ja) 2019-03-07 2024-01-10 旭化成株式会社 窒化物半導体素子
JP2020167321A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 旭化成株式会社 窒化物半導体発光素子
JP6698925B1 (ja) 2019-08-06 2020-05-27 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子
JP6727385B1 (ja) * 2019-08-20 2020-07-22 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子
JP2021170637A (ja) * 2020-04-14 2021-10-28 旭化成株式会社 紫外レーザダイオードの製造方法および紫外レーザダイオード
JP7141425B2 (ja) * 2020-04-28 2022-09-22 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子
JP7469150B2 (ja) 2020-06-18 2024-04-16 豊田合成株式会社 発光素子
JP7166318B2 (ja) * 2020-10-27 2022-11-07 日機装株式会社 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080246047A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Advanced Optoelectronic Technology Inc. Semiconductor light-emitting device
US20090179221A1 (en) * 2008-01-15 2009-07-16 Sang Hoon Han Semiconductor light emitting device
US20100264460A1 (en) * 2007-01-26 2010-10-21 Grandusky James R Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
CN102150272A (zh) * 2008-03-31 2011-08-10 普瑞光电股份有限公司 具供设置反射性电极的平滑表面的发光二极管
US20110235665A1 (en) * 2009-12-14 2011-09-29 John Simon Compositionally graded heterojunction semiconductor device and method of making same
CN102299482A (zh) * 2011-07-25 2011-12-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓基半导体激光器外延结构及其制作方法
CN102820394A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 山东华光光电子有限公司 一种采用铝组分渐变电子阻挡层的led结构
US20130099141A1 (en) * 2011-04-28 2013-04-25 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet light emitting device incorporting optically absorbing layers
WO2014151264A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Crystal Is, Inc. Planar contacts to pseudomorphic electronic and optoelectronic devices
CN104201263A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 圆融光电科技有限公司 发光二极管外延及发光二极管电子阻挡层的生长方法
US20150048397A1 (en) * 2013-08-13 2015-02-19 Palo Alto Research Center Incorporated Transparent electron blocking hole transporting layer
US20150060908A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Sensor Electronic Technology, Inc. Optoelectronic Device with Modulation Doping
CN104733582A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 夏普株式会社 具有双分级电子阻挡层的氮化物led结构

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5670798A (en) * 1995-03-29 1997-09-23 North Carolina State University Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same
US6447604B1 (en) 2000-03-13 2002-09-10 Advanced Technology Materials, Inc. Method for achieving improved epitaxy quality (surface texture and defect density) on free-standing (aluminum, indium, gallium) nitride ((al,in,ga)n) substrates for opto-electronic and electronic devices
US6958497B2 (en) 2001-05-30 2005-10-25 Cree, Inc. Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures
US6618413B2 (en) 2001-12-21 2003-09-09 Xerox Corporation Graded semiconductor layers for reducing threshold voltage for a nitride-based laser diode structure
US7638346B2 (en) 2001-12-24 2009-12-29 Crystal Is, Inc. Nitride semiconductor heterostructures and related methods
US6841001B2 (en) 2002-07-19 2005-01-11 Cree, Inc. Strain compensated semiconductor structures and methods of fabricating strain compensated semiconductor structures
KR100752007B1 (ko) * 2005-01-28 2007-08-28 도요다 고세이 가부시키가이샤 3족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US7619238B2 (en) * 2006-02-04 2009-11-17 Sensor Electronic Technology, Inc. Heterostructure including light generating structure contained in potential well
CN101454487B (zh) 2006-03-30 2013-01-23 晶体公司 氮化铝块状晶体的可控掺杂方法
WO2008094464A2 (en) 2007-01-26 2008-08-07 Crystal Is, Inc. Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
KR101330898B1 (ko) * 2007-04-05 2013-11-18 엘지전자 주식회사 반도체 레이저 다이오드
DE102007057674A1 (de) * 2007-11-30 2009-06-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED mit Stromaufweitungsschicht
TWI466314B (zh) * 2008-03-05 2014-12-21 Advanced Optoelectronic Tech 三族氮化合物半導體發光二極體
US8507929B2 (en) 2008-06-16 2013-08-13 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor light emitting device including graded region
KR20100003331A (ko) 2008-06-26 2010-01-08 서울옵토디바이스주식회사 발광 소자 및 그 제조 방법
DE102009034359A1 (de) 2009-07-17 2011-02-17 Forschungsverbund Berlin E.V. P-Kontakt und Leuchtdiode für den ultravioletten Spektralbereich
JP5549338B2 (ja) 2010-04-09 2014-07-16 ウシオ電機株式会社 紫外光放射用窒素化合物半導体ｌｅｄおよびその製造方法
JP2012146847A (ja) * 2011-01-13 2012-08-02 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子および半導体光学装置
US8962359B2 (en) 2011-07-19 2015-02-24 Crystal Is, Inc. Photon extraction from nitride ultraviolet light-emitting devices
JP2013069795A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Toshiba Corp 半導体発光素子
US8806389B2 (en) 2011-10-20 2014-08-12 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for model based flexible MRC
CN102569571B (zh) * 2012-03-06 2015-06-24 华灿光电股份有限公司 半导体发光二极管及其制造方法
KR102005236B1 (ko) * 2012-07-05 2019-07-31 삼성전자주식회사 반사 전극 형성을 위한 콘택층을 포함하는 반도체 발광 소자
KR101957816B1 (ko) * 2012-08-24 2019-03-13 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
US8970948B2 (en) * 2012-09-12 2015-03-03 Innovative Photonic Solutions, Inc. Method and system for operating semiconductor optical amplifiers
US9219189B2 (en) * 2012-09-14 2015-12-22 Palo Alto Research Center Incorporated Graded electron blocking layer
KR101954205B1 (ko) * 2013-02-04 2019-05-31 엘지이노텍 주식회사 발광 소자
JP6192378B2 (ja) * 2013-06-18 2017-09-06 学校法人 名城大学 窒化物半導体発光素子
KR102085957B1 (ko) 2013-09-17 2020-04-14 엘지이노텍 주식회사 발광소자
KR20150062530A (ko) 2013-11-29 2015-06-08 엘지이노텍 주식회사 발광소자
CN103887385B (zh) * 2014-03-13 2016-08-24 中国科学院半导体研究所 提高发光效率的极性面氮化镓基发光器件
KR102212561B1 (ko) * 2014-08-11 2021-02-08 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 반도체 발광 소자 패키지
WO2017049053A1 (en) 2015-09-17 2017-03-23 Crystal Is, Inc. Ultraviolet light-emitting devices incorporating two-dimensional hole gases

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100264460A1 (en) * 2007-01-26 2010-10-21 Grandusky James R Thick pseudomorphic nitride epitaxial layers
US20080246047A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Advanced Optoelectronic Technology Inc. Semiconductor light-emitting device
US20090179221A1 (en) * 2008-01-15 2009-07-16 Sang Hoon Han Semiconductor light emitting device
CN102150272A (zh) * 2008-03-31 2011-08-10 普瑞光电股份有限公司 具供设置反射性电极的平滑表面的发光二极管
US20110235665A1 (en) * 2009-12-14 2011-09-29 John Simon Compositionally graded heterojunction semiconductor device and method of making same
US20130099141A1 (en) * 2011-04-28 2013-04-25 Palo Alto Research Center Incorporated Ultraviolet light emitting device incorporting optically absorbing layers
CN102820394A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 山东华光光电子有限公司 一种采用铝组分渐变电子阻挡层的led结构
CN102299482A (zh) * 2011-07-25 2011-12-28 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 氮化镓基半导体激光器外延结构及其制作方法
WO2014151264A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Crystal Is, Inc. Planar contacts to pseudomorphic electronic and optoelectronic devices
US20150048397A1 (en) * 2013-08-13 2015-02-19 Palo Alto Research Center Incorporated Transparent electron blocking hole transporting layer
US20150060908A1 (en) * 2013-09-03 2015-03-05 Sensor Electronic Technology, Inc. Optoelectronic Device with Modulation Doping
CN104733582A (zh) * 2013-12-24 2015-06-24 夏普株式会社 具有双分级电子阻挡层的氮化物led结构
CN104201263A (zh) * 2014-09-15 2014-12-10 圆融光电科技有限公司 发光二极管外延及发光二极管电子阻挡层的生长方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109860358A (zh) * 2018-11-26 2019-06-07 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法
CN114342194A (zh) * 2019-09-27 2022-04-12 旭化成株式会社 激光二极管
CN114342194B (zh) * 2019-09-27 2024-03-19 旭化成株式会社 激光二极管
CN115036402A (zh) * 2022-08-12 2022-09-09 江苏第三代半导体研究院有限公司 诱导增强型Micro-LED同质外延结构及其制备方法
CN116632134A (zh) * 2023-07-24 2023-08-22 江西乾照光电有限公司 一种电子阻挡层及其制备方法、外延片及发光二极管
CN116632134B (zh) * 2023-07-24 2023-10-10 江西乾照光电有限公司 一种电子阻挡层及其制备方法、外延片及发光二极管
CN117175347A (zh) * 2023-09-01 2023-12-05 安徽格恩半导体有限公司 一种半导体激光器
CN117175347B (zh) * 2023-09-01 2024-04-26 安徽格恩半导体有限公司 一种半导体激光器

Also Published As

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WO2017049053A1 (en) 2017-03-23

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