專利名稱：深紫外發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)一般涉及基于氮化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，更特別地，涉及改進(jìn)的發(fā)射紫外光的基于氮化物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
出現(xiàn)的深紫外發(fā)光二極管(DUV LED)覆蓋低至210納米(nm)的紫外(UV)范圍，并且提供已足以滿足許多應(yīng)用的輸出功率。另外，這些裝置具有高的調(diào)制頻率、低的噪聲、靈活的形狀因子和波譜以及空間功率分布、高的內(nèi)部量子效率和實(shí)現(xiàn)高的電光轉(zhuǎn)換效率(wall plug efficiency)的可能性。例如,光致發(fā)光(PL)研究和光線跟蹤計(jì)算表明,對(duì)于280nm DUV LED實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部量子效 率可以相當(dāng)高，例如，為15% 70%。但是，典型的DUV LED的外部量子效率和電光轉(zhuǎn)換效率低于3%，其中對(duì)于280nmLED具有最高的效率，并且對(duì)于發(fā)射具有較短的波長(zhǎng)的紫外光的LED具有較低的效率。外部和電光轉(zhuǎn)換效率較低的一些原因包括由于從藍(lán)寶石襯底和藍(lán)寶石/空氣界面的內(nèi)部反射以及頂部低鋁(Al)含量p型氮化鋁鎵(AlGnN)和p型氮化鎵(GaN)層中的強(qiáng)的吸收導(dǎo)致的非常低的光提取效率。在電流和/或產(chǎn)生的功率較高的情況下，LED的效率進(jìn)一步降低。在發(fā)射具有較短的波長(zhǎng)的紫外光的UV LED中，由于源自具有高Al含量的AlGnN結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)的材料問(wèn)題，內(nèi)部量子效率也下降。由于可導(dǎo)致不均勻的Al成分和橫向相位分離的Al吸附原子的低的遷移率以及高濃度的穿透位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷，這種生長(zhǎng)尤其復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面提供一種發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包含n型接觸層和與n型接觸層相鄰的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組。接觸層和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得n型接觸層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大。另外，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得其寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。二極管可包含阻擋層，該阻擋層被配置為使得阻擋層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大。二極管可包含復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包含至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明的粘接層和被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。
本發(fā)明的第一方面提供一種發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括n型接觸層；和具有與n型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，該光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組，其中，n型接觸層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大，并且其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。本發(fā)明的第二方面提供一種發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)包括n型接觸層；和具有與n型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，該光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組，其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)；和位于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上的阻擋層，其中，阻擋層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大。本發(fā)明的第三方面提供一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件包括n型接觸層；具有與n型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；和復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包含粘接層，其中，粘接層至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明；和被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。本發(fā)明的其它的方面提供設(shè)計(jì)和/或制造這里表示和描述的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和器件的方法以及設(shè)計(jì)和/或制造包含這些器件的電路的方法和得到的電路。本發(fā)明的解釋性的方面被設(shè)計(jì)，以解決這里描述的問(wèn)題中的一個(gè)或更多個(gè)和/或沒(méi)有討論的一個(gè)或更多個(gè)其它的問(wèn)題。


結(jié)合示出本發(fā)明的各方面的附圖閱讀本發(fā)明的各方面的以下的詳細(xì)的描述，可以更容易地理解本公開(kāi)的這些和其它特征。圖1表示根據(jù)以前 的方案的包括能量桶(tub)的深UV發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的解釋性的能帶圖。圖2表示根據(jù)實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖。圖3表示根據(jù)另一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖。圖4表示根據(jù)又一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖。圖5表示根據(jù)又一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖。圖6表示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光二極管的解釋性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。圖7表示用于解釋性的反射接觸的不同的涂層的反射系數(shù)。圖8A 8D表示根據(jù)實(shí)施例的具有復(fù)合接觸的解釋性的LED配置。圖9表示比較常規(guī)的透明的340納米DUV LED結(jié)構(gòu)的解釋性的透射光譜的示圖。圖10表示示出具有反射接觸的340納米DUV LED結(jié)構(gòu)的解釋性的性能提高的示圖。圖11表示根據(jù)實(shí)施例的倒裝芯片LED的解釋性的配置。圖12表示根據(jù)實(shí)施例的用于制造電路的解釋性的流程圖。注意，附圖可能沒(méi)有按比例。附圖意圖僅在于示出本發(fā)明的典型的方面，并因此不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范圍。在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示附圖之間的類似的要素。
具體實(shí)施例方式如上所述，本發(fā)明的各方面提供包含n型接觸層和與n型接觸層相鄰的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組。接觸層和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得n型接觸層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大。另外，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得其寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。二極管可包含阻擋層，該阻擋層被配置為使得阻擋層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量大。二極管可包括包含至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明的粘接層和被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層的復(fù)合接觸。如這里使用的那樣，除非另外表明，否則，術(shù)語(yǔ)“組”意味著一個(gè)或更多個(gè)(即，至少一個(gè))，并且，短語(yǔ)“任何方案”意味著任何現(xiàn)在已知或以后開(kāi)發(fā)的方案。并且，如這里使用的那樣，可以理解，術(shù)語(yǔ)“光”包括任何波長(zhǎng)的電磁輻射，不管是在可見(jiàn)譜內(nèi)還是在可見(jiàn)譜外面。轉(zhuǎn)到附圖，圖1表示根據(jù)以前的方案的包括能量桶4的深UV發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)2的解釋性的能帶圖。具體而言，異質(zhì)結(jié)構(gòu)2的光產(chǎn)生多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)6限于能量桶4內(nèi)。但是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Al摩爾分?jǐn)?shù)非常高、例如大于50%的短波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，這種能帶圖會(huì)是難以實(shí)現(xiàn)的。 圖2表示根據(jù)實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)10的能帶圖。在這種情況下，異質(zhì)結(jié)構(gòu)10包含光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12和與光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12相鄰的至少部分透明(例如，半透明或透明)注射器包覆層14。如圖所示，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12可包含交錯(cuò)的量子阱(能帶圖中的較低能量)和勢(shì)壘(能帶圖中的較高能量)組。這里，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的各量子阱具有一個(gè)或更多個(gè)相鄰的勢(shì)壘，并且，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的各勢(shì)壘具有一個(gè)或更多個(gè)相鄰的量子阱。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)10中，n型接觸層18的能量與光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的量子阱中的電子基態(tài)能級(jí)之間的能差16(例如，能帶偏移)比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12的材料內(nèi)的極性光學(xué)聲子的能量EOT_PH_N稍大。在實(shí)施例中，能差16大致以在室溫下為約26毫電子伏(meV)的熱能超過(guò)極性光學(xué)聲子的能量。并且，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12的總寬度13可被選擇為與通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。在實(shí)施例中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12的寬度13被配置為比平均自由程稍大，即，超過(guò)平均自由程不大于約10%。在實(shí)施例中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度13超過(guò)平均自由程不大于約5%。但是，可以理解，在其它的實(shí)施例中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度13的寬度可超過(guò)用于發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程大于10%。異質(zhì)結(jié)構(gòu)10的解釋性的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)以下方面中的一個(gè)或更多個(gè)注入到多量子阱中的電子的增強(qiáng)遷移；將注入的電子限于量子阱中；和提高多量子阱之間的電子分布的均勻性?？赏ㄟ^(guò)使用任何適當(dāng)?shù)牟牧铣煞中纬僧愘|(zhì)結(jié)構(gòu)10的各種層。在解釋性的實(shí)施例中，通過(guò)使用諸如不同的第III族氮化物材料成分的不同的寬帶隙半導(dǎo)體材料形成層12、14、18。第III族氮化物材料包含一種或更多種第111族元素(例如，硼(B )、鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In))和氮(N)，使得BwAlxGaYInzN，這里，0彡W，X、Y、Z彡I并且W+X+Y+Z=l。解釋性的第III族氮化物材料包含具有任意摩爾分?jǐn)?shù)的第III
Al InN, A1BN、AlGaInN, AlGaBN, Al InBN 和 AlGalnBN。在實(shí)施例中，材料包含 AIN、GaN, InN和/或BN合金的任意組合。在實(shí)施例中，包覆層14包含至少部分透明的鎂(Mg)摻雜AlGaN/AlGaN短周期超晶格結(jié)構(gòu)(SPSL)。在另一實(shí)施例中，n型接觸層18包含由至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12產(chǎn)生的放射線透明的諸如AlGaN SPSL的短周期超晶格形成的包覆層。圖3表示根據(jù)另一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)20的能帶圖。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)20中，還包含與包覆層14相鄰的阻擋層22。在實(shí)施例中，阻擋層22可包含沿阻擋層22的寬度具有分級(jí)或調(diào)制的鋁成分的第III族氮化物材料。在另一實(shí)施例中，阻擋層22可包含可實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)構(gòu)20的材料質(zhì)量改善的超晶格結(jié)構(gòu)。阻擋層22可通過(guò)使用任意的方案被配置為電子阻擋層和/或包覆層。圖4表示根據(jù)又一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)30的能帶圖。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)30中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的第一勢(shì)壘15的厚度32 (沿電子的行進(jìn)方向測(cè)量)被選擇為足以相對(duì)于量子阱中的能量狀態(tài)將從n型接觸18注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12中的電子加速達(dá)到極性光學(xué)聲子的能量Eot_ph_n。并且，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12的剩余部分的厚度34可被選擇為與用于通過(guò)電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)(例如，稍大)。圖5表示根據(jù)又一實(shí)施例的解釋性的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)40的能帶圖。在異質(zhì)結(jié)構(gòu)40中，P型阻擋層42的能量與光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12內(nèi)的量子阱中的電子基態(tài)能量之間的能差44(例如，能帶偏移)比光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)12的材料中的極性光學(xué)聲子的能量EOT_PH_N稍大。在實(shí)施例中，能差大致以熱能超過(guò)極性光學(xué)聲子的能量。阻擋層42可通過(guò)使用任何方案被配置為電子阻擋層和/或包覆層。圖6表示根據(jù)實(shí)施例的發(fā)光二極管(LED)的解釋性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)50。如圖所示，異質(zhì)結(jié)構(gòu)50可包含襯底52、n型接觸54、光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56和p型接觸58。在實(shí)施例中，襯底52和n型接觸54至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的光透明，由此使得能夠通過(guò)透明的襯底52將由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的光提取出異質(zhì)結(jié)構(gòu)50。并且,異質(zhì)結(jié)構(gòu)50可在光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56關(guān)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)50的透明側(cè)(例如，透明的襯底52)的相對(duì)側(cè)包含分布式半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)Bragg反射器(DBR)結(jié)構(gòu)60。DBR結(jié)構(gòu)60可被配置為將否則會(huì)被提供的由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的附加光反射出透明的襯底52。另外，異質(zhì)結(jié)構(gòu)50可包含位于DBR結(jié)構(gòu)60與光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56之間的電子阻擋層61，該電子阻擋層61可抑制殘余的電子從n型接觸54溢出到P型接觸58而不捕獲到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56中。電子阻擋層61可被配置為至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的光透明。異質(zhì)結(jié)構(gòu)50的各種部件可由諸如這里描述的第III族氮化物材料的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。在?shí)施例中，n型接觸54由至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的放射線透明的短周期超晶格形成，該短周期超晶格可提供由于更好的摻雜劑離子化導(dǎo)致的更高的自由空穴濃度、更好的晶體質(zhì)量和/或更高的對(duì)于發(fā)射的放射線的光學(xué)透過(guò)。在另一實(shí)施例中，n型接觸54 (例如，短周期超晶格)由第III族氮化物材料形成?？梢岳斫猓梢栽诋愘|(zhì)結(jié)構(gòu)50中包含附加的層和/或結(jié)構(gòu)。例如，異質(zhì)結(jié)構(gòu)50可包含反射層、光學(xué)晶體和/或鏡子等。這些層和/或結(jié)構(gòu)可被配置為以與在不存在附加的層和/或結(jié)構(gòu)的情況下從異質(zhì)結(jié)構(gòu)50發(fā)射的光量相比增加從異質(zhì)結(jié)構(gòu)50發(fā)射的光量的方式引導(dǎo)由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的光。類似地，一個(gè)或更多個(gè)附加的層可位于圖6所示的層中的任一個(gè)之間。例如，可直接在襯底52上形成緩沖層和/或第二層，并且，可直接在第二層上形成n型接觸54。在實(shí)施例中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)可包含位于DBR結(jié)構(gòu)60與諸如金屬反射器的反射器之間的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56。在這種情況下，DBR結(jié)構(gòu)60和反射器(例如，反射接觸)可建立共振光學(xué)場(chǎng)分布，這可提高從異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光提取效率。反射器可由至少部分地反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56產(chǎn)生的光的任意類型的材料形成。在實(shí)施例中，反射器的材料的選擇根據(jù)其在包含與由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)56發(fā)射的紫外光的峰值波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的紫外光范圍中的反射率。這里，圖7表示用于解釋性的反射接觸的不同的涂層的反射系數(shù)。解釋性的反射接觸可由鋁、增強(qiáng)鋁、一氧化鋁硅、氟化鋁鎂、銠、增強(qiáng)銠和/或金等形成。從圖7可以看出，特別是當(dāng)與金相比時(shí)，銠和增強(qiáng)銠在波長(zhǎng)的紫外范圍內(nèi)提供良好的反射率。特別地，增強(qiáng)銠在波長(zhǎng)的深紫外范圍(例如，低于約0. 3微米(ii m)的波長(zhǎng))中提供優(yōu)異的反射率。但是，銠不提供與AlGaN材料的良好的歐姆接觸。在實(shí)施例中，諸如深紫外發(fā)光二極管的發(fā)光二極管包括復(fù)合反射接觸。例如，圖8A表示LED62的解釋性的配置，該配置包含包含與銠和/或增強(qiáng)銠的層66相鄰的第一金屬的薄(例如，2 5納米厚)層64的復(fù)合接觸63。層64可由在層64的相應(yīng)的厚度上至少部分地對(duì)于由發(fā)光異 質(zhì)結(jié)構(gòu)68產(chǎn)生的光透明并且改善較厚的反射層66與諸如由第III族氮化物材料形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)68的表面的歐姆接觸和/或粘接性的任何金屬形成。在實(shí)施例中，層64由鎳(Ni)形成。但是，可以理解，層64可由包括羥基氧化鎳(NiOx)、鈀(Pd)、鑰(Mo)和/或鈷(Co)等的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬伞８鞣N替代性的復(fù)合接觸配置是可能的。例如，圖8B表示包含由多個(gè)金屬層74A 74F形成的復(fù)合接觸72的用于LED70的解釋性的配置(例如，金屬超晶格)，這些層中的每一個(gè)可至少部分地透過(guò)或反射由LED70的諸如由第III族氮化物材料形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)76發(fā)射的光。在實(shí)施例中，金屬層74A 74F中的每一個(gè)被配置為至少部分地對(duì)于由發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)76發(fā)射的光透明。例如，金屬層74A 74F可包含可在O2氣氛中被氧化的選自N1、NiOx、Pd、Mo和/或Co等的兩種金屬的交替薄(例如,2 5納米厚)層。使用多個(gè)金屬層74A 74F可使得能夠改善被復(fù)合接觸72反射/穿過(guò)復(fù)合接觸72的放射線的反射率/透過(guò)率和/或極化控制。雖然復(fù)合接觸72被示為分別包含兩種金屬的三個(gè)重復(fù)的組，但應(yīng)理解，復(fù)合接觸72可包含兩種或更多種金屬的任意組合和任意數(shù)量的層。在另一實(shí)施例中，復(fù)合接觸可包含石墨烯。例如，復(fù)合接觸63 (圖8A)的層64和/或復(fù)合接觸72的一組層74A 74F可由可被配置為對(duì)于由相應(yīng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明并且非常導(dǎo)電的石墨烯形成。諸如復(fù)合接觸63的層66和/或復(fù)合接觸72的交錯(cuò)層的另一層可包含與石墨烯相鄰的薄金屬層，該薄金屬層可改善復(fù)合接觸63、72中的電流傳播。在另一實(shí)施例中，復(fù)合接觸63、73至少部分地對(duì)于由異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明?？梢岳斫?，LED可包含與由石墨烯形成的接觸相鄰的一個(gè)或更多個(gè)層，這些層可被配置為例如通過(guò)織構(gòu)表面改善從LED的光提取。并且，發(fā)光二極管的復(fù)合接觸可包含一個(gè)或更多個(gè)非均勻?qū)?。例如，非均勻?qū)涌砂淖兊暮穸炔⑶?或者可以沒(méi)有某些區(qū)域。圖8C表示LED80的解釋性的配置，該配置包含由非均勻的透明粘接層84和反射層86形成的復(fù)合接觸82。在實(shí)施例中，非均勻的透明粘接層84包含鎳，反射層86包含增強(qiáng)銠，并且，發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)88包含發(fā)射諸如深紫外線的紫外線的第III族氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，在缺少它的區(qū)域中，透明的粘接層84將不部分地吸收由發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)88發(fā)射的紫外線，由此允許通過(guò)反射層88直接反射紫外線。
另外，透明粘接層84的非均勻分布可導(dǎo)致非均勻電流，該非均勻電流大部分限于透明粘接層84改善與發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)88的表面的粘接的區(qū)域。作為結(jié)果，這些區(qū)域中的電流密度比均勻粘接層中的電流密度高，這由此可提高輻射復(fù)合。但是，非均勻的透明粘接層84的配置可被配置為將電流不均勻性限于將不導(dǎo)致LED80內(nèi)的局域過(guò)熱的范圍，該局域過(guò)熱可導(dǎo)致LED80的可靠性問(wèn)題。非均勻的透明粘接層84可包含沿發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)88的表面的任意類型的分布。例如，圖8D表示LED90的解釋性的配置，該配置包含由非均勻的透明粘接層94和反射層96形成的復(fù)合接觸92。在實(shí)施例中，非均勻的透明粘接層94包含鎳，而反射層96包含增強(qiáng)銠，并且，發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)88包含發(fā)射諸如深紫外線的紫外線的第III族氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)。在這種情況下，透明粘接層94是周期性的，由此形成反射性的光學(xué)晶體。反射性光學(xué)晶體的形成可改善復(fù)合接觸92的光反射，并因此改善從LED90的相應(yīng)的光提取。根據(jù)實(shí)施例制造樣品透明DUV LED以及用于比較的常規(guī)的DUV LED。DUV LED被配置為發(fā)射具有深紫外范圍內(nèi)或者接近深紫外范圍的峰值發(fā)射波長(zhǎng)的放射線。透明DUV LED中的每一個(gè)包含透明的Mg摻雜AlGaN/AlGaN短周期超晶格結(jié)構(gòu)(SPSL)作為包覆層，該包覆層替代典型的LED的透明的分級(jí)的p型AlGaN包覆和p型GaN接觸層。通過(guò)金屬-有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和遷移增強(qiáng)MOCVD的組合，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)DUV LED結(jié)構(gòu)。DUVLED中的每一個(gè)包含薄的p++_GaN接觸層以在表面附近產(chǎn)生極化引發(fā)的高自由空穴濃度并改善P型接觸。進(jìn)行DUV LED的300開(kāi)氏度(K)(例如，室溫)和77K Hall測(cè)量，并且分別指示9. 8X IO17CnT3和9. 6X 1017cm_3的自由空穴濃度，這與2維(2D)空穴氣體的形成一致。測(cè)量的空穴遷移率從300K下的7. 6cm2/V s增加到77K下的llcm2/V S。對(duì)于各DUV LED, DUV LED的光學(xué)透射測(cè)量表明在峰值LED發(fā)光波長(zhǎng)上具有達(dá)約80%的透射率。并且，在深紫外范圍內(nèi)，Al基和Rh基反射接觸提供大于60%的反射率。圖9表示比較常規(guī)的透明的340納米DUV LED結(jié)構(gòu)的解釋性的透射譜的示圖。具有常規(guī)的Ni/Au p型接觸和吸收和透明p型包覆層的340nmDUV LED的正向電壓(Vf)在20mA下分別被測(cè) 量為5. 2伏特(V)和6.1V。由于接觸勢(shì)壘兩端的電壓降，使用反射P型接觸導(dǎo)致Vf另外增加約0.1 0.2V。對(duì)于更短的發(fā)光波長(zhǎng)，SPSL兩端的電壓降導(dǎo)致Vf從5. 3V增加到6. 4V。具有常規(guī)的反射p接觸的透明結(jié)構(gòu)330 340nm發(fā)光LED的輸出功率在20mA下分別被測(cè)量為0. 83mV和0. 9Imff0來(lái)自參照晶片的器件在相同的電流下示為0. 36mW。封裝之前的310nm DUV LED的測(cè)試示出DUV LED效率類似地增加。這里，圖10表示示出具有反射接觸的340納米DUV LED結(jié)構(gòu)的解釋性的性能提高的示圖?？梢栽谕ㄟ^(guò)使用倒裝芯片配置形成器件時(shí)利用這里描述的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和/或接觸設(shè)計(jì)。例如，圖11表示根據(jù)實(shí)施例的倒裝芯片LED100的解釋性的配置。在實(shí)施例中，LED100可包含被配置為發(fā)射深紫外波長(zhǎng)范圍中的放射線的深紫外LED。LED100可包含通過(guò)使用一組接合焊盤(pán)106和一組焊接凸塊108附接于器件異質(zhì)結(jié)構(gòu)104上的座架102。在實(shí)施例中，座架102被配置為對(duì)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)104提供針對(duì)諸如由靜電放電(ESD)和/或電力浪涌等導(dǎo)致的瞬時(shí)電壓浪涌的保護(hù)。在更具體的實(shí)施例中，座架102由對(duì)于器件異質(zhì)結(jié)構(gòu)104提供并聯(lián)的泄漏路徑的輕微導(dǎo)電材料形成。例如，導(dǎo)電材料可包含半絕緣的碳化硅(SiC)，該碳化硅可包含多種類型的SiC中的任一種，諸如4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC和/或高純度SiC等。但是，可以理解，座架102可包含其它類型的導(dǎo)電材料和/或ESD保護(hù)配置。如圖所示，器件異質(zhì)結(jié)構(gòu)104可包含例如反射接觸110、透明粘接層112 (如上面描述的那樣，可以是均勻的或者不均勻的)、P型接觸114、阻擋層116、光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)118和n型接觸120?？扇缟厦婷枋龅哪菢又圃飚愘|(zhì)結(jié)構(gòu)104的部件中的每一個(gè)。在LED100的操作中，反射接觸110可反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)118向n型接觸120發(fā)射的諸如紫外光的光。n型接觸120可至少部分地對(duì)于光透明，由此從LED100發(fā)光。在實(shí)施例中，n型接觸120可包含被配置為提高從LED100的光提取的織構(gòu)表面122。這里表示和描述的各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)為諸如發(fā)光二極管(LED)、超發(fā)光二極管和/或激光器等的各種類型的器件的一部分。在實(shí)施例中，器件被配置為在操作中發(fā)射紫外線(例如，紫外LED和/或紫外超發(fā)光LED等)。在更具體的實(shí)施例中，紫外線包含深紫外線，例如，21Onm 365nm。 如這里使用的那樣，當(dāng)某層允許相應(yīng)的放射線波長(zhǎng)范圍中的光的至少一部分穿過(guò)其中時(shí)，該層至少部分地透明。例如，某層可被配置為至少部分地對(duì)于與由這里描述的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)發(fā)射的光的峰值發(fā)光波長(zhǎng)(諸如紫外光或深紫外光)對(duì)應(yīng)的放射線波長(zhǎng)范圍(例如，峰值發(fā)光波長(zhǎng)+/-5納米)透明。如這里使用的那樣，如果某層允許約0. 001%的放射線穿過(guò)其中，則該層至少部分地對(duì)于放射線透明。在更具體的實(shí)施例中，至少部分透明的層被配置為允許大于約5%的放射線穿過(guò)其中。類似地，當(dāng)某層反射相關(guān)光(例如，具有接近光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的峰值發(fā)光的波長(zhǎng)的光)的至少一部分時(shí)，該層至少部分地具有反射性。在實(shí)施例中，至少部分反射的層被配置為反射大于約5%的放射線。雖然這里表示和描述為設(shè)計(jì)和/或制造結(jié)構(gòu)和/或包含結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的半導(dǎo)體器件的方法，但應(yīng)理解，本發(fā)明的各方面還提供各種替代性的實(shí)施例。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供設(shè)計(jì)和/或制造包含如描述的那樣設(shè)計(jì)和制造的器件中的一個(gè)或更多個(gè)的電路的方法。這里，圖12表示根據(jù)實(shí)施例的用于制造電路146的解釋性的流程圖。首先，用戶可利用器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)130以通過(guò)使用這里描述的方法產(chǎn)生器件設(shè)計(jì)132。器件設(shè)計(jì)132可包含可被器件制造系統(tǒng)134使用以根據(jù)由器件設(shè)計(jì)132限定的特征產(chǎn)生一組物理器件136的程序代碼。類似地，器件設(shè)計(jì)132可被提供給電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)140 (例如，作為在電路中使用的可用的部件)，用戶可利用該電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)140以產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)142 (例如，通過(guò)連接一個(gè)或更多個(gè)輸入和輸出與包含于電路中的各種器件)。電路設(shè)計(jì)142可包含包含通過(guò)使用這里描述的方法設(shè)計(jì)的器件的程序代碼。在任何情況下，電路設(shè)計(jì)142和/或一個(gè)或更多個(gè)物理器件136可被提供給電路制造系統(tǒng)144，該電路制造系統(tǒng)144可根據(jù)電路設(shè)計(jì)142產(chǎn)生物理電路146。物理電路146可包含通過(guò)使用這里描述的方法設(shè)計(jì)的一個(gè)或更多個(gè)器件136。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于設(shè)計(jì)的器件設(shè)計(jì)系統(tǒng)130和/或用于通過(guò)使用這里描述的方法制造半導(dǎo)體器件136的器件制造系統(tǒng)134。在這種情況下，系統(tǒng)130、134可包含通用計(jì)算器件，該通用計(jì)算器件被編程以實(shí)現(xiàn)如上描述的那樣設(shè)計(jì)和/或制造半導(dǎo)體器件136的方法。類似地，本發(fā)明的實(shí)施例提供用于設(shè)計(jì)的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)140和/或用于制造包含通過(guò)使用這里描述的方法設(shè)計(jì)和/或制造的至少一個(gè)器件136的電路146的電路制造系統(tǒng)144。在這種情況下，系統(tǒng)140、144可包含通用計(jì)算器件，該通用計(jì)算器件被編程以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和/或制造包含這里描述的至少一個(gè)半導(dǎo)體器件136的電路146的方法。 以上出于解釋和描述的目的給出本發(fā)明的各種方面的以上的描述。這不是詳盡的或者不是將本發(fā)明限于公開(kāi)的確切的形式，并且，很顯然，許多的修改和變更是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可很容易地想到的這些修改和變更包含于由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包括 η型接觸層；和具有與η型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，該光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組，其中，η 型接觸層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量，并且其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。
2 根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，量子阱的電子基態(tài)能量大致以熱能超過(guò)極性光學(xué)聲子的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括阻擋層，其中，阻擋層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)還包含與量子阱組交錯(cuò)的勢(shì)壘組， 勢(shì)壘組包含與量子阱組中的第一量子阱和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的第一側(cè)緊挨著相鄰的第一勢(shì)壘，其中，第一勢(shì)壘的厚度足以相對(duì)于第一量子阱中的電子基態(tài)能量將電場(chǎng)中的注入電子加速達(dá)到極性光學(xué)聲子的能量，并且其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的剩余部分的厚度超過(guò)用于發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括至少部分透明的襯底，其中，η型接觸位于襯底與光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)之間并且至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明；和作為η型接觸在光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上形成的Bragg反射器結(jié)構(gòu),其中,Bragg反射器結(jié)構(gòu)被配置為朝向襯底反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括在光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)與Bragg反射器結(jié)構(gòu)之間形成的電子阻擋層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，η型接觸包含短周期超晶格。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包括粘接層，其中，粘接層至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明；和被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，粘接層包括鎳薄層、鈀薄層、鑰薄層或鈷薄層之一，并且其中，反射金屬層包括鋁、增強(qiáng)鋁、銠或增強(qiáng)銠之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，粘接層包括非均勻?qū)印?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，非均勻粘接層被配置為形成光子晶體。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括分布式半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)Bragg反射器(DBR)結(jié)構(gòu)，其中，DBR結(jié)構(gòu)作為復(fù)合接觸位于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的相對(duì)側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括復(fù)合接觸，其中，復(fù)合接觸的至少一個(gè)層由石墨烯形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括金屬超晶格接觸，其中，金屬超晶格包含第一金屬和與第一金屬不同的第二金屬的多個(gè)纏結(jié)層，并且其中，金屬超晶格至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明。
15.—種發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu),包括 η型接觸層；和具有與η型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)，該光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組，其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)；和 位于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的與第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)上的阻擋層，其中，阻擋層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)還包含與量子阱組交錯(cuò)的勢(shì)壘組，勢(shì)壘組包含與量子阱組中的第一量子阱和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的第一側(cè)緊挨著相鄰的第一勢(shì)壘，其中，第一勢(shì)壘的厚度足以相對(duì)于第一量子阱中的電子基態(tài)能量將電場(chǎng)中的注入電子加速達(dá)到極性光學(xué)聲子的能量，并且其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的剩余部分的厚度超過(guò)用于發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還包括復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包括 粘接層，其中，粘接層至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明；和 被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中，粘接層包括鎳薄層、鈀薄層、鑰薄層或鈷薄層之一，并且其中，反射金屬層包括鋁、增強(qiáng)鋁、銠或增強(qiáng)銠之一。
19.一種發(fā)光器件,包括 η型接觸層； 具有與η型接觸層相鄰的第一側(cè)的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)；和 復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包括 粘接層，其中，粘接層至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明；和 被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中，粘接層包括鎳薄層、鈀薄層、鑰薄層或鈷薄層之一，并且其中，反射金屬層包括鋁、增強(qiáng)鋁、銠或增強(qiáng)銠之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的器件，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含 量子阱組，其中，η型接觸層的能量與量子阱組中的量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量；和 與量子阱組交錯(cuò)的勢(shì)壘組，勢(shì)壘組包含與量子阱組中的第一量子阱和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的第一側(cè)緊挨著相鄰的第一勢(shì)壘，其中，第一勢(shì)壘的厚度足以相對(duì)于第一量子阱中的電子基態(tài)能量將電場(chǎng)中的注入電子加速達(dá)到極性光學(xué)聲子的能量，并且其中，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的剩余部分的厚度超過(guò)用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程。
全文摘要
提供深紫外發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管包含n型接觸層和與n型接觸層相鄰的光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)。光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)包含量子阱組。接觸層和光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得n型接觸層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量。另外，光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)可被配置為使得其寬度與用于通過(guò)注入到光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)射極性光學(xué)聲子的平均自由程相當(dāng)。二極管可包含阻擋層，該阻擋層被配置為使得阻擋層的能量與量子阱的電子基態(tài)能量之間的差值大于光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的材料中的極性光學(xué)聲子的能量。二極管可包含復(fù)合接觸，該復(fù)合接觸包含至少部分地對(duì)于由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光透明的粘接層和被配置為反射由光產(chǎn)生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光的至少一部分的反射金屬層。
文檔編號(hào)H01L33/04GK103038900SQ201180037699
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者R·格斯卡, M·S·沙特洛娃, M·舒爾 申請(qǐng)人:傳感器電子技術(shù)股份有限公司