TWI455353B - 深紫外線發光二極體 - Google Patents

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Description

深紫外線發光二極體
本揭示內容概言之係關於氮化物基異質結構，且更特定而言，係關於改良之紫外線發光氮化物基異質結構。
本申請案主張在2010年6月18日申請之題目為「深紫外線二極體，」之共同待決美國臨時申請案第61/356,484號之權益，且其因此以引用方式併入本文。
依照國家科學基金會授予之SBIR II期授權號IIP-0956746之條款，美國政府在本發明中具有完全支付許可及在有限的情形下根據合理條款要求專利所有人許可他人之權利。
新興的深紫外線發光二極體(DUV LED)覆蓋低至210奈米(nm)之紫外線(UV)範圍，且所提供之輸出功率對許多應用而言已足夠。此外，該等裝置具有高調變頻率、低噪音、靈活的形狀因數及光譜及空間功率分佈、高內部量子效率及獲得高插座效率(wall plug efficiency)之潛力。例如，光致發光(PL)研究及光路追跡計算顯示，280 nm DUV LED可獲得相當高之內部量子效率，例如，介於15%與70%之間。
然而，典型DUV LED之外部量子效率及插座效率低於3%，其中280 nm LED具有最高效率且發射具有較短波長之紫外光之LED具有較低效率。外部效率及插座效率較低之一些原因包含因藍寶石基板及藍寶石/空氣界面之內部反射導致之極低光擷取效率，及在頂部低鋁(Al)含量之p-型氮化鋁鎵(AlGaN)及p-型氮化鎵(GaN)層中之強吸收。LED之效率在較高電流及/或較高生成功率下進一步降低。
在發射具有較短波長紫外光之UV LED中，內部量子效率亦因具有高鋁含量AlGaN結構之生長所致之材料問題而下降。此生長尤其因Al吸附原子之低遷移率(可導致Al組成不均勻及側向相分離)以及高密度之穿透差排及點缺陷而複雜化。
本發明之多個態樣提供發光二極體，其包含n-型觸點層及與該n-型觸點層相鄰之光生成結構。光生成結構包含一組量子井。觸點層及光生成結構可經組態以使n-型觸點層之能量與量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量。此外，光生成結構可經組態以使其寬度與注入光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當。二極體可包含阻擋層，其經組態以使阻擋層之能量與量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量。二極體可包含複合觸點，該複合觸點包含對光生成結構生成之光至少部分透明之黏合層及經組態以反射光生成結構生成之光之至少一部分之反射性金屬層。
本發明之第一態樣提供發光異質結構，其包括：n-型觸點層；及具有與n-型觸點層相鄰之第一側面之光生成結構，該光生成結構包含一組量子井，其中n-型觸點層之能量與該組量子井中量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量，且其中光生成結構之寬度與注入光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當。
本發明之第二態樣提供發光異質結構，其包括：n-型觸點層；及具有與n-型觸點層相鄰之第一側面之光生成結構，該光生成結構包含一組量子井，其中光生成結構之寬度與注入光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當；及位於光生成結構與第一側面相對之第二側面上之阻擋層，其中該阻擋層之能量與該組量子井中量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量。
本發明之第三態樣提供發光裝置，其包括：n-型觸點層；具有與n-型觸點層相鄰之第一側面之光生成結構；及複合觸點，該複合觸點包括：黏合層，其中該黏合層對光生成結構生成之光至少部分透明；及經組態以反射光生成結構生成之光之至少一部分之反射性金屬層。
本發明之其他態樣提供設計及/或製造本文所示及所述之異質結構及裝置之方法，以及設計及/或製造包含該等裝置之電路之方法，及所得電路。本發明之說明性態樣經設計以解決一或多個本文所述之問題及/或一或多個未論述之其他問題。
根據下文對本發明各態樣之詳細說明並結合繪示本發明各態樣之附圖，將更易於理解本揭示內容之該等及其他特徵。
如上所述，本發明之態樣提供發光二極體，其包含n-型觸點層及與該n-型觸點層相鄰之光生成結構。光生成結構包含一組量子井。觸點層及光生成結構可經組態以使n-型觸點層之能量與量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量。此外，光生成結構可經組態以使其寬度與注入光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當。二極體可包含阻擋層，其經組態以使阻擋層之能量與量子井之電子基態能量之間之差大於光生成結構材料中極性光學聲子之能量。二極體可包含複合觸點，該複合觸點包含對光生成結構生成之光至少部分透明之黏合層及經組態以反射光生成結構生成之光之至少一部分之反射性金屬層。除非另有說明，否則如本文所用術語「組」意指一或多個(即，至少一個)且片語「任一解決方案」意指任一現在已知或隨後研發之解決方案。此外，應理解，如本文所用術語「光」包含任一波長之電磁輻射，無論其係在可見光譜之內或在可見光譜之外。
參見圖式，圖1顯示根據先前解決方案包含能量槽4之深UV發光異質結構2之說明性能帶圖。特定而言，異質結構2之光生成多重量子井(MQW)結構6限制於能量槽4中。然而，本發明者已發現，此能帶圖對於Al之莫耳分率極高(例如，大於50%)之短波長結構而言可能難以實施。
圖2顯示一實施例之說明性發光異質結構10之能帶圖。在此情形中，異質結構10包含光生成結構12及與光生成結構12相鄰之至少部分透明(例如，半透明或透明)之注入器披覆層14。如圖所示，光生成結構12可包含多組交錯之勢壘(能帶圖中之較高能量)及量子井(能帶圖中之較低能量)。就此而言，在光生成結構12中之每一量子井均具有一或多個相鄰勢壘，且在光生成結構12中之每一勢壘均具有一或多個相鄰量子井。在異質結構10中，n-型觸點層18之能量與光生成結構12中量子井之電子基態能級之間之能量差16(例如，能帶差距)略大於光生成結構12之材料內之極性光學聲子之能量(E光學聲子 )。在一實施例中，該能量差16超過極性光學聲子能量之值約等於熱能，其在室溫下約為26毫電子伏(meV)。
此外，光生成結構12之總寬度13可經選擇以與注入光生成結構12中之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當。在一實施例中，光生成結構12之寬度13經組態以略大於平均自由路徑，例如，超過平均自由路徑約10%以下。在一實施例中，光生成結構寬度13超過平均自由路徑約5%以下。然而，應理解，在其他實施例中，光生成結構之寬度13可超過發射極性光學聲子之平均自由路徑10%以上。異質結構10之說明性設計可達成以下中之一或多者：增強注入電子至多重量子井中之躍遷；將注入電子限制在量子井中；及改良電子分佈在多重量子井之間之均勻性。
可使用任何適當材料組成來形成異質結構10之各層。在一說明性實施例中，使用能帶隙寬度不同之半導體材料(例如不同之第III族氮化物材料組成)來形成層12、14、18。第III族氮化物材料包括一或多種族元素(例如，硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)及銦(In))及氮(N)，從而獲得Bw Alx Gay Inz N，其中0W、X、Y、Z1，且W+X+Y+Z=1。說明性第III族氮化物材料包含AlN、GaN、InN、BN﹑AlGaN、AlInN、AlBN、AlGaInN、AlGaBN、AlInBN及AlGaInBN，其具有任一莫耳分率之第III族元素。在一實施例中，材料包含以下之任一組合：AlN、GaN、InN、及/或BN合金。
在一實施例中，披覆層14包括至少部分透明之摻雜鎂(Mg)之AlGaN/AlGaN短週期超晶格結構(SPSL)。在另一實施例中，n-型觸點層18包括由短週期超晶格(例如AlGaN SPSL)形成之披覆層，其對光生成結構12生成之輻射至少部分透明。
圖3顯示另一實施例之說明性發光異質結構20之能帶圖。在異質結構20中，亦包含與披覆層14相鄰之阻擋層22。在一實施例中，阻擋層22可包括第III族氮化物材料，其具有沿阻擋層22之寬度漸變或調變之鋁組成。在另一實施例中，阻擋層22可包括超晶格結構，其使得可改良異質結構20中之材料品質。可使用任一解決方案將阻擋層22組態為電子阻擋層及/或披覆層。
圖4顯示又一實施例之說明性發光異質結構30之能帶圖。在異質結構30中，光生成結構12中第一勢壘15之厚度32(如沿電子行程方向所量測)經選擇以足以使自n-型觸點18注入光生成結構12之電子相對於量子井中之能量狀態加速達到極性光學聲子之能量(E光學聲子 )。此外，光生成結構12之剩餘部分之厚度34可經選擇以與電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當(例如，略大)。
圖5顯示又一實施例之說明性發光異質結構40之能帶圖。在異質結構40中，p-型阻擋層42之能量與光生成結構12內量子井中之電子基態能量之間之能量差44(例如，能帶差距)略大於光生成結構12材料中極性光學聲子之能量(E光學聲子 )。在一實施例中，該能量差超過極性光學聲子之能量之值約等於熱能。可使用任一解決方案將阻擋層42組態為電子阻擋層及/或披覆層。
圖6顯示一實施例之發光二極體(LED)之說明性異質結構50。如圖所示，異質結構50可包含基板52、n-型觸點54、光生成結構56及p-型觸點58。在一實施例中，基板52及n-型觸點54對光生成結構56生成之光至少部分透明，由此使得可經由透明基板52自異質結構50中擷取光生成結構56生成之光。此外，異質結構50可在光生成結構56不同於異質結構50之透明側面(例如，透明基板52)之相對側面上包含分佈式半導體異質結構布拉格(Bragg)反射器(DBR)結構60。DBR結構60可經組態以將光生成結構56生成之除了原本即可提供之光以外之其他光反射出透明基板52。此外，異質結構50可包含位於DBR結構60與光生成結構56之間之電子阻擋層61，其可抑制剩餘電子自n-型觸點54溢流至p-型觸點58而不被光生成結構56捕獲。電子阻擋層61可經組態以對光生成結構56生成之光至少部分透明。
異質結構50之各個組件可自任何適宜材料來形成，例如本文所述之第III族氮化物材料。在一實施例中，n-型觸點54係由對光生成結構56生成之輻射至少部分透明之短週期超晶格來形成，其可因較佳摻雜劑電離、較佳晶體品質及/或對所發射輻射之較高光學透射率而提供較高自由電洞濃度。在另一實施例中，n-型觸點54(例如，短週期超晶格)係由第III族氮化物材料來形成。
應理解，在異質結構50中可包含其他層及/或結構。例如，異質結構50可包含反射層、光子晶體，鏡及/或諸如此類。該等層及/或結構可經組態以以下方式引導光生成結構56生成之光：相對於不存在其他層及/或結構時發射之光量增加自異質結構50發射之光之量。類似地，一或多個其他層可位於圖6所示之任何層之間。例如，可在基板52上直接形成緩衝層及/或第二層，且可在第二層上直接形成n-型觸點54。
在一實施例中，異質結構可包含位於DBR結構60與反射器(例如金屬反射器)之間之光生成結構56。在此情形中，DBR結構60及反射器(例如，反射性觸點)可確立共振光場分佈，其可提高自異質結構擷取光之效率。反射器可由任何類型之材料來形成，該材料至少部分反射光生成結構56生成之光。在一實施例中，反射器之材料可根據其對紫外光範圍(包含光生成結構56發射之峰值波長之紫外光)之反射性來選擇。
就此而言，圖7顯示說明性反射性觸點之不同塗層之反射係數。說明性反射性觸點尤其可由鋁、增強鋁、一氧化矽鋁、氟化鎂鋁、銠、增強銠、金及/或諸如此類來形成。如圖7中所示，銠及增強銠尤其與金相比在紫外線之波長範圍內提供良好反射性。特定而言，增強銠在深紫外線波長範圍內(例如，小於約0.3微米(μm)之波長)提供極佳反射性。然而，銠不為AlGaN材料提供良好歐姆觸點。
在一實施例中，諸如深紫外線發光二極體等發光二極體包含複合反射性觸點。例如，圖8A顯示LED 62之說明性組態，其包含複合觸點63，複合觸點63包括與銠及/或增強銠之層66相鄰之第一金屬之薄(例如，厚2-5奈米)層64。層64可由任何金屬來形成，其在層64之相應厚度下對發光異質結構68生成之光至少部分透明且其使較厚反射層66對異質結構68(例如由第III族氮化物材料形成之異質結構)之表面形成改良之歐姆觸點及/或黏合。在一實施例中，層64係由鎳(Ni)來形成。然而，應理解，層64可由任何適宜材料形成，包含氧(氫氧)化鎳(NiOx)、鈀(Pd)、鉬(Mo)、鈷(Co)及/或諸如此類。
各種替代性複合觸點組態係可能的。例如，圖8B顯示LED 70之說明性組態，其包含由多個金屬層74A-74F形成之複合觸點72(例如，金屬超晶格)，每一金屬層可對LED 70之相應發光異質結構76(例如由第III族氮化物材料形成之異質結構)發射之光至少部分透明或反射。在一實施例中，金屬層74A-74F中之每一者皆經組態以對發光異質結構76發射之光至少部分透明。例如，金屬層74A-74F可包含兩種選自以下之金屬之交替薄(例如，厚2-5奈米)層：Ni、NiOx、Pd、Mo、Co及/或諸如此類，其可在O2 環境中氧化。使用多個金屬層74A-74F使得可改良複合觸點72所反射/穿過複合觸點72之輻射之反射性/透明度及/或偏振控制。儘管顯示複合觸點72包含三個重複組，每組具有兩種金屬，但應理解，複合觸點72可包含兩種或更多種金屬之任一組合及任一數目之層。
在另一實施例中，複合觸點可包含石墨烯。例如，複合觸點63之層64(圖8A)及/或複合觸點72之一組層74A-74F可由石墨烯來形成，其可經組態以對相應異質結構生成之光透明且極易導電。其他層(例如複合觸點63之層66及/或複合觸點72之交錯層)可包括與石墨烯相鄰之金屬薄層，其可改良複合觸點63、72中之電流擴散。在另一實施例中，複合觸點63、73對異質結構生成之光至少部分透明。應理解，LED可包含一或多個與由石墨烯形成之觸點相鄰之層，其經組態(例如，經由紋理化表面)以改良自LED之光擷取。
此外，發光二極體之複合觸點可包含一或多個非均勻層。例如，非均勻層可包括變化之厚度及/或在某些區域中不存在。圖8C顯示LED 80之說明性組態，其包含由非均勻透明黏合層84及反射層86形成之複合觸點82。在一實施例中，非均勻透明黏合層84包括鎳，反射層86包括增強銠，且發光異質結構88包括第III族氮化物異質結構，其發射紫外線輻射，例如深紫外線輻射。在此情形中，發光異質結構88發射之紫外線輻射在不存在透明黏合層84之區域中不會被透明黏合層84部分吸收，因此允許反射層86直接反射紫外線輻射。
此外，透明黏合層84之非均勻分佈可導致非均勻電流，其大多限制於透明黏合層84改良與發光異質結構88之表面之黏合之區域中。因此，該等區域中之電流密度大於均勻黏合層之電流密度，由此可增強輻射複合。然而，非均勻透明黏合層84之組態可經組態以將電流非均勻性限制在不會使LED 80內局部過熱之範圍內，該局部過熱會導致LED 80之可靠性問題。
非均勻透明黏合層84可包括沿發光異質結構88表面之任一類型之分佈。例如，圖8D顯示LED 90之說明性組態，其包含由非均勻透明黏合層94及反射層96形成之複合觸點92。在一實施例中，非均勻透明黏合層94包括鎳，同時反射層96包括增強銠，且發光異質結構88包括第III族氮化物異質結構，其發射紫外線輻射，例如深紫外線輻射。在此情形中，透明黏合層94具有週期性，由此形成反射光子晶體。反射光子晶體之形成可改良複合觸點92之光反射，且由此改良對來自LED 90之光之相應的光擷取。
根據各實施例來製造透明DUV LED樣品，且與習用DUV LED相比較。DUV LED係經組態以發射具有在深紫外線範圍內或接近該範圍之峰值發射波長之輻射。每一透明DUV LED皆包含摻雜Mg之透明AlGaN/AlGaN短週期超晶格結構(SPSL)作為披覆層，其代替典型LED之透明漸變p-型AlGaN披覆層及p-型GaN觸點層。DUV LED結構係藉由金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)及遷移強化MOCVD之組合在藍寶石基板上生長。每一DUV LED皆包含薄p++ -GaN觸點層以在表面附近產生偏振誘導之高自由電洞濃度並改良p-型觸點。對DUV LED進行300克耳文(Kelvin)(K)(例如，室溫)及77 K霍爾量測(Hall measurements)，且分別顯示9.8×1017 cm-3 及9.6×1017 cm-3 之自由電洞濃度，此與2-維(2D)電洞氣之形成一致。所量測電洞遷移率自300 K下之7.6 cm2 /Vs增加至77 K下之11 cm2 /Vs。
DUV LED之光學透射率量測表明各別DUV LED在峰值LED發射波長下透射率高達約80%。此外，Al-基及Rh-基反射性觸點在深紫外線範圍內提供60%以上之反射率。圖9顯示習用DUV LED結構與透明340奈米DUV LED結構之說明性透射光譜對比圖。
在20 mA下，具有習用Ni/Au p-型觸點及吸收性透明p-型披覆層之340 nm DUV LED之正向電壓(Vf )分別量測為5.2伏(V)及6.1 V。使用反射性p-型觸點因跨越觸點勢壘之電壓降而導致Vf 額外增加約0.1-0.2 V。對於較短發射波長，跨越SPSL之電壓降使Vf 自5.3 V增加至6.4 V。在20 mA下，具有習用p-觸點及反射性p-觸點之透明結構330-340 nm發射LED之輸出功率分別量測為0.83 mW及0.91 mW。來自參照晶圓之裝置在相同電流下顯示0.36 mW。在包裝前對310 nm DUV LED之測試顯示DUV LED效率具有類似提高。就此而言，圖10顯示圖解說明具有反射性觸點之340 nm DUV LED結構之說明性性能改良之圖。
本文所述之異質結構及/或觸點設計可用於形成使用倒裝晶片組態之裝置。例如，圖11顯示一實施例之倒裝晶片LED 100之說明性組態。在一實施例中，LED 100可包括深紫外線LED，其經組態以發射在深紫外線波長範圍內之輻射。LED 100可包含底座102，其使用一組銲墊106及一組銲點凸塊108附接至裝置異質結構104。
在一實施例中，底座102經組態以保護異質結構104免受瞬間電壓突波(例如彼等由靜電放電(ESD)引起者)、電力突波及/或諸如此類之損害。在另一特定實施例中，底座102係由略具導電性之材料形成，其為裝置異質結構104提供平行洩漏路徑。例如，導電材料可包括半絕緣碳化矽(SiC)，其可包括SiC之各種多型體中之任一者，例如4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC、高純度SiC及/或諸如此類。然而，應理解，底座102可包括其他類型之導電材料及/或ESD保護性組態。
如圖所示，裝置異質結構104可包含(例如)反射性觸點110、透明黏合層112(其可如本文所述係均勻或非均勻)、p-型觸點114、阻擋層116、光生成結構118及n-型觸點120。異質結構104之每一組件皆可如本文所述來製造。在LED 100之作業期間，反射性觸點110可向n-型觸點120反射光生成結構118發射之光(例如紫外光)。n-型觸點120可對該光至少部分透明，由此自LED 100發射該光。在一實施例中，n-型觸點120可包括紋理化表面122，其經組態以改良LED 100之光擷取。
本文所示及所述之各種異質結構可實施為各種類型之裝置之一部分，例如發光二極體(LED)、超發光二極體，雷射器及/或諸如此類。在一實施例中，裝置經組態以在作業期間發射紫外線輻射(例如，紫外線LED，紫外線超發光LED及/或諸如此類)。在另一特定實施例中，紫外線輻射包括深紫外線輻射，例如，210 nm至365 nm。
若本文所用之層允許相應輻射波長範圍內之光之至少一部分自其穿過，則該層至少部分透明。例如，層可經組態以對對應於本文所述光生成結構發射之光(例如紫外光或深紫外光)之峰值發射波長的輻射波長範圍(例如，峰值發射波長+/- 5奈米)至少部分透明。若本文所用之層允許約0.001%以上之輻射自其穿過，則該層對輻射至少部分透明。在另一特定實施例中，至少部分透明之層經組態以允許約5%以上之輻射自其穿過。類似地，當層反射至少一部分相關光(例如，波長接近光生成結構之峰值發射之光)時，該層至少部分反射。在一實施例中，至少部分反射之層經組態以反射約5%以上之輻射。
儘管本文顯示並闡述設計及/或製造結構及/或包含該結構之相應半導體裝置之方法，但應理解，本發明各態樣進一步提供各種替代實施例。例如，在一實施例中，本發明提供設計及/或製造電路之方法，該電路包含如本文所述設計並製造之一或多個裝置。
就此而言，圖12顯示根據一實施例製造電路146之說明性流程圖。首先，使用者可利用裝置設計系統130使用本文所述方法來產生裝置設計132。裝置設計132可包括程式碼，其可由裝置製造系統134用以根據裝置設計132界定之特徵來產生一組物理裝置136。類似地，可將裝置設計132提供至電路設計系統140(例如，作為可用組件用於電路中)，使用者可利用其產生電路設計142(例如，藉由將一或多個輸入及輸出與包含於電路中之各個裝置連接)。電路設計142可包括程式碼，其包含使用本文所述方法設計之裝置。在任何事件中，皆可將電路設計142及/或一或多個物理裝置136提供至電路製造系統144，其可根據電路設計142產生物理電路146。物理電路146可包含使用本文所述方法設計之一或多個裝置136。
在另一實施例中，本發明提供用於使用本文所述方法設計半導體裝置136之裝置設計系統130及/或用於製造半導體裝置136之裝置製造系統134。在此情形中，系統130、134可包括通用計算裝置，其經編程以實施設計及/或製造本文所述半導體裝置136之方法。類似地，本發明之一實施例提供用於設計電路146之電路設計系統140及/或用於製造電路146之電路製造系統144，電路146包含使用本文所述方法設計及/或製造之至少一個裝置136。在此情形中，系統140、144可包括通用計算裝置，其經編程以實施設計及/或製造包含至少一個本文所述半導體裝置136之電路146之方法。
上文已出於說明及闡述之目的而展示了本發明各態樣之說明。本文並非意欲詳盡闡述或將本發明限制於所揭示之精確形式，且許多修改及變化顯然係可能的。該等熟習此項技術者可能瞭解之修改及變化皆包含於隨附申請專利範圍所界定之本發明範圍內。
2．．．深UV發光異質結構
6．．．光生成多重量子井(MQW)結構
10．．．發光異質結構
12．．．光生成結構
14．．．注入器披覆層
15．．．第一勢壘
18．．．n-型觸點層
20．．．發光異質結構
22．．．阻擋層
30．．．發光異質結構
40．．．發光異質結構
42．．．p-型阻擋層
50．．．異質結構
52．．．基板
54．．．n-型觸點
56．．．光生成結構
58．．．p-型觸點
60．．．分佈式半導體異質結構布拉格(Bragg)反射器(DBR)結構
61．．．電子阻擋層
62．．．LED
63．．．複合觸點
64．．．薄層
66．．．層
68．．．發光異質結構
70．．．LED
72．．．複合觸點
74A．．．金屬層
74B．．．金屬層
74C．．．金屬層
74D．．．金屬層
74E．．．金屬層
74F．．．金屬層
76．．．發光異質結構
80．．．LED
82．．．複合觸點
84．．．非均勻透明黏合層
86．．．反射層
88．．．發光異質結構
90．．．LED
92．．．複合觸點
94．．．非均勻透明黏合層
96．．．反射層
100．．．倒裝晶片LED
102．．．底座
104．．．裝置異質結構
106．．．銲墊
108．．．銲點凸塊
110．．．反射性觸點
112．．．透明黏合層
114．．．p-型觸點
116．．．阻擋層
118．．．光生成結構
120．．．n-型觸點
122．．．紋理化表面
130．．．裝置設計系統
132．．．裝置設計
134．．．裝置製造系統
136．．．物理裝置
140．．．電路設計系統
142．．．電路設計
144．．．電路製造系統
146．．．物理電路
圖1顯示根據先前解決方案包含能量槽之深UV發光異質結構之說明性能帶圖。
圖2顯示一實施例之說明性發光異質結構之能帶圖。
圖3顯示另一實施例之說明性發光異質結構之能帶圖。
圖4顯示又一實施例之說明性發光異質結構之能帶圖。
圖5顯示又一實施例之說明性發光異質結構之能帶圖。
圖6顯示一實施例之發光二極體之說明性異質結構。
圖7顯示說明性反射性觸點之不同塗層之反射係數。
圖8A-8D顯示各實施例之具有複合觸點之說明性LED組態。
圖9顯示習用DUV LED結構與透明340奈米DUV LED結構之說明性透射光譜對比圖。
圖10顯示圖解說明具有反射性觸點之340 nm DUV LED結構之說明性性能改良之圖。
圖11顯示一實施例之倒裝晶片LED之說明性組態。
圖12顯示根據一實施例製造電路之說明性流程圖。
應注意，該等圖式可不按比例繪製。此等圖式僅意欲繪示本發明之典型態樣，且因此不應視為限制本發明之範圍。在該等圖式中，各圖式之間之相同編號代表相同元件。
50．．．異質結構
52．．．基板
54．．．n-型觸點
56．．．光生成結構
58．．．p-型觸點
60．．．分佈式半導體異質結構布拉格(Bragg)反射器(DBR)結構
61．．．電子阻擋層

Claims (21)

  1. 一種發光異質結構，其包括：n-型觸點層；及光生成結構，其具有與該n-型觸點層相鄰之第一側面，該光生成結構包含一組量子井，其中該n-型觸點層之能量與在該組量子井中量子井之電子基態能量之間之差大於在該光生成結構材料中極性光學聲子之能量，且其中該光生成結構之寬度與注入該光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當。
  2. 如請求項1之異質結構，其中該量子井之電子基態能量超過該極性光學聲子之能量之值約等於熱能。
  3. 如請求項1之異質結構，其另外包括阻擋層，其中該阻擋層之能量與在該組量子井中量子井之該電子基態能量之間之差大於該光生成結構材料中極性光學聲子之能量。
  4. 如請求項1之異質結構，其中該光生成結構另外包含一組與該組量子井交錯之勢壘，該組勢壘包含與該組量子井中之第一量子井及該光生成結構之該第一側面緊密相鄰之第一勢壘，其中該第一勢壘之厚度足以使電場中之注入電子相對於該第一量子井中之電子基態能量加速達到該極性光學聲子之能量，且其中該光生成結構中剩餘部分之厚度超過發射該極性光學聲子之該平均自由路徑。
  5. 如請求項1之異質結構，其另外包括： 至少部分透明之基板，其中該n-型觸點層係位於該基板與該光生成結構之間且對該光生成結構生成之光至少部分透明；及布拉格(Bragg)反射器結構，其係在該光生成結構相對於該n-型觸點層之相對側面上形成，其中該布拉格反射器結構係經組態以向該基板反射該光生成結構生成之光。
  6. 如請求項5之異質結構，其另外包括在該光生成結構與該布拉格反射器結構之間形成之電子阻擋層。
  7. 如請求項5之異質結構，其中該n-型觸點層包括短週期超晶格。
  8. 如請求項1之異質結構，其另外包括複合觸點，該複合觸點包括：黏合層，其中該黏合層對該光生成結構生成之光係至少部分透明；及反射性金屬層，其經組態以反射該光生成結構生成之光之至少一部分。
  9. 如請求項8之異質結構，其中該黏合層包括以下中之一者之薄層：鎳、鈀、鉬或鈷，且其中該反射性金屬層包括以下中之一者：鋁、增強鋁、銠或增強銠。
  10. 如請求項8之異質結構，其中該黏合層包括非均勻層。
  11. 如請求項10之異質結構，其中該非均勻黏合層係經組態以形成光子晶體。
  12. 如請求項8之異質結構，其另外包括分佈式半導體異質 結構布拉格反射器(DBR)結構，其中該DBR結構係位於該光生成結構與該複合觸點相對之側面上。
  13. 如請求項1之異質結構，其另外包括複合觸點，其中該複合觸點中之至少一層係由石墨烯形成。
  14. 如請求項1之異質結構，其另外包括金屬超晶格觸點，其中該金屬超晶格包含複數個第一金屬與不同於該第一金屬之第二金屬之纏結層，且其中該金屬超晶格對該光生成結構生成之光係至少部分透明。
  15. 一種發光異質結構，其包括：n-型觸點層；及光生成結構，其具有與該n-型觸點層相鄰之第一側面，該光生成結構包含一組量子井，其中該光生成結構之寬度與注入該光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑相當；及位於該光生成結構與該第一側面相對之第二側面上之阻擋層，其中該阻擋層之能量與該組量子井中量子井之電子基態能量之間之差大於該光生成結構材料中極性光學聲子之能量。
  16. 如請求項15之異質結構，其中該光生成結構另外包含一組與該組量子井交錯之勢壘，該組勢壘包含與該組量子井中之第一量子井及該光生成結構之第一側面緊密相鄰之第一勢壘，其中該第一勢壘之厚度足以使電場中之注入電子相對於該第一量子井中之該電子基態能量加速達到該極性光學聲子之能量，且其中該光生成結構之剩餘 部分之厚度超過發射該極性光學聲子之該平均自由路徑。
  17. 如請求項15之異質結構，其另外包括複合觸點，該複合觸點包括：黏合層，其中該黏合層對該光生成結構生成之光係至少部分透明；及反射性金屬層，其經組態以反射該光生成結構生成之光之至少一部分。
  18. 如請求項17之異質結構，其中該黏合層包括以下中之一者之薄層：鎳、鈀、鉬或鈷，且其中該反射性金屬層包括以下中之一者：鋁、增強鋁、銠或增強銠。
  19. 一種發光裝置，其包括：n-型觸點層；光生成結構，其具有與該n-型觸點層相鄰之第一側面；及複合觸點，該複合觸點包括：黏合層，其中該黏合層對該光生成結構生成之光係至少部分透明；及反射性金屬層，其經組態以反射該光生成結構生成之光之至少一部分。
  20. 如請求項19之裝置，其中該黏合層包括以下中之一者之薄層：鎳、鈀、鉬或鈷，且其中該反射性金屬層包括以下中之一者：鋁、增強鋁、銠或增強銠。
  21. 如請求項19之裝置，該光生成結構包含： 一組量子井，其中該n-型觸點層之能量與該組量子井中量子井之電子基態能量之間之差係大於該光生成結構材料中極性光學聲子之能量；及一組與該組量子井交錯之勢壘，該組勢壘包含與該組量子井中之第一量子井及該光生成結構之第一側面緊密相鄰之第一勢壘，其中該第一勢壘之厚度足以使電場中之注入電子相對於該第一量子井中之該電子基態能量加速達到該極性光學聲子之能量，且其中該光生成結構之剩餘部分之厚度超過注入該光生成結構之電子發射極性光學聲子之平均自由路徑。
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