高光萃取效率發(fā)光器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種提高光萃取效率的發(fā)光器件，所述器件的外延結(jié)構(gòu)包括一N型層，一P型層，和一包裹在所述N型層和所述P型中的發(fā)光區(qū)。所述發(fā)光器件的特征在于所述N型層形成在一特征AlGaN層上，所述特征AlGaN層形成在一AlN層上。所述特征AlGaN層沿所述N型層到所述AlN層，帶隙逐漸增大。所述發(fā)光器件的特征進(jìn)一步地在于在所述AlN層可以形成在一納米多孔AlN層之上。本發(fā)明LED具有高光萃取效率和外量子效率。
【專利說明】高光萃取效率發(fā)光器件【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及提高光萃取效率的發(fā)光器件，特別涉及III族氮化物發(fā)光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來氮化物發(fā)光二極管取得快速進(jìn)展。在可見光領(lǐng)域，由于技術(shù)進(jìn)步和價格下降，InGaN發(fā)光二極管正對傳統(tǒng)的照明燈具白熾燈和熒光燈發(fā)出挑戰(zhàn)。目前，商用InGaN發(fā)光二極管的白光效率高達(dá)130流明/瓦。在紫外領(lǐng)域，特別是在UVB、UVC波段，AlGaN發(fā)光二極管技術(shù)雖然還處于起步階段，但壽命和光功率密度已經(jīng)超過傳統(tǒng)的紫外燈。利用紫外殺菌效應(yīng)，高效率的UVB、UVC發(fā)光二極管將會廣泛用于消毒方面，在食品安全、水處理和醫(yī)藥應(yīng)用等領(lǐng)域帶來 革命性進(jìn)步。
[0003]與傳統(tǒng)光源不同的是，發(fā)光二極管是固體光源，它的折射率η通常大于2，比空氣或真空的折射率(η為I)大很多。例如氮化鎵基可見光二極管，其發(fā)光區(qū)InGaN材料的折射率大于2.46 (隨In組分不同而略有變化)。當(dāng)一束光從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時，如果入射角大于臨界角將會發(fā)生全內(nèi)反射。如圖1A所示，設(shè)光密媒質(zhì)的折射率是η2，光疏媒質(zhì)的折射率是Ii1,臨界角Θ。由下式?jīng)Q定:QfarcsinO^/r^)。由于存在全內(nèi)反射,只有入射角度小于臨界角的光才能從光密進(jìn)入光疏媒質(zhì)，這將形成一個出光錐，光錐對應(yīng)的立體角是Ω=2π (l-cos0c)o假設(shè)出光方向具有各向同性，從出光錐中逸出的光百分比只有(l-cos0c)/2o為了簡明，下文只用方向朝下的光闡述本發(fā)明的內(nèi)容。(如圖1A)。下出光錐中逸出的光占向下傳播的光的百分比(效率)是(1-cosQ。)。在如圖1B中給出折射率比Ii2Zn1與出光效率的關(guān)系，出光效率隨H2Ai1增大而快速減小。例如:當(dāng)Ii2Zn1等于1.1時，出光效率約58%，即10%的折射率差可以導(dǎo)致42%的出光損失。
[0004]對于全內(nèi)反射帶來的低光萃取效率，以前的研究提出了多種解決方案，如表面或界面粗化(如美國專利7422962和7355210 (表面粗化)、8384111和8154034 (圖形化襯底)都用來減小全內(nèi)反射)、側(cè)壁成型(如美國專利7，652，299增加光逸出角)以及引入光子晶體(如美國專利 5，955，749，7,166,870，7,615,398，7,173,289，7,642,108，7,652,295，7，250，635，以加強(qiáng)自發(fā)輻射比例和特定波長的光萃取)。以上美國專利內(nèi)容通過引用整體并入本申請。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種提高光萃取效率的發(fā)光器件及其制造方法。本發(fā)明中的三族氮化物或氮化物通常指金屬氮化物，其中金屬來自元素周期表中的三A族，即三族氮化物包括A1N，GaN, InN以及它們的三元化合物(AlGaN，InGaN, InAlN)和四元化合物(AlInGaN)。三族氮化物或氮化物也包括少量的過渡金屬氮化物，如TiN，ZrN,HfN，一般摩爾含量少于10%。例如:三族氮化物或氮化物可能包括AlxInyGazTi(1_x_y_z)N，AlxInyGazZr(1_x_y_z)N，AlxInyGazTi(1_x_y_z)N，其中 Ι-χ-y-z 小于 10%.三族氮化物單層或發(fā)光區(qū)指該層或發(fā)光區(qū)是由三族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。[0006]本發(fā)明一方面提出一種納米多孔層，該層可以嵌入傳統(tǒng)的發(fā)光或LED結(jié)構(gòu)。在三族氮化物發(fā)光結(jié)構(gòu)或器件領(lǐng)域，納米多孔層可以是納米多孔的氮化物層。納米多孔的氮化物層一般可由摻雜或非摻雜的AlxInyGa1^N組成，其中0.1≥x≥O和0.1≥y≥0，或者I≥X≥0.5和0.1≥y≥O (如AlxGahNUnyGahyNjaN或AlN)。納米多孔氮化物層厚度為100-2000納米，如200-1000納米。納米多孔氮化物層具有隨機(jī)分布的納米孔洞，納米孔洞的深度小于或等于納米多孔氮化物層的厚度，如深度為20-600納米。納米孔洞的橫向尺寸為20-100納米，面密度為5X IO8 cm_2 -1XlO10 cm_2。納米多孔層的特征還可以表述為，納米孔洞的面密度為5X IO8 cnT2-1XlO10 cnT2，孔隙率為5% -50%。
[0007]本發(fā)明另一方面提供了形成納米多孔氮化物層的方法。該方法利用外延生長來在1000 - 1150 °C之間形成多孔氮化物層。外延生長可以在氨氣的氛圍中進(jìn)行，優(yōu)選在富氨氛圍和氨貧氛圍中重復(fù)交替進(jìn)行。平均外延生長速率控制為每小時300 - 1000納米。根據(jù)外延生長速率，在富氨和氨貧氛圍可以分別外延生長6-20秒和10-24秒。納米多孔氮化物層可以形成在別的氮化物層或氮化物模板上，或直接形成在襯底上，如藍(lán)寶石、SiC, AlN和Si。進(jìn)一步地，該方法可以包含非原位納米孔洞修正過程:例如，通過對原位形成的納米多孔氮化物層進(jìn)行濕法化學(xué)刻蝕來擴(kuò)大孔洞尺寸或修正形狀，從而達(dá)到理想的孔隙率。
[0008]另外，本發(fā)明闡述了一種三族氮化物發(fā)光器件和器件結(jié)構(gòu)，其特點在于在發(fā)光器件的襯底上直接形成納米多孔氮化物層。在一個實施例中，三族氮化物發(fā)光器件是紫外發(fā)光二極管，發(fā)光波長在UVB到UVC范圍(如340 nm-240 nm)，襯底為藍(lán)寶石，納米多孔氮化物層為納米多孔A1N。在另一實施例中，三族氮化物發(fā)光器件是可見光發(fā)光二極管，發(fā)光波長在近紫外到紅光范圍(如380 nm-650 nm)，襯底為藍(lán)寶石，納米多孔氮化物層為納米多孔GaN。
[0009]另外，本發(fā)明闡明了一種紫外發(fā)光器件和結(jié)構(gòu)。紫外發(fā)光器件的發(fā)光波長在240nm到340nm之間，該器件包含一基于AlGaN多量子阱的激活區(qū)。該激活區(qū)形成在一氮化物多層結(jié)構(gòu)上,該氮化物多層結(jié)構(gòu)至少包含一輕摻雜rT-AlGaN層，一重?fù)诫sn+-AlGaN層，一非摻雜AlGaN層，一特征AlGaN層、和一 AlN層。該氮化物多層結(jié)構(gòu)可以形成在襯底材料如藍(lán)寶石、GaN、AlN和Si上。所述特征AlGaN層厚度要大于AlGaN多量子阱的發(fā)光在所述非摻雜AlGaN層中所測得的波長，或至少與之相當(dāng)。另外，所述特征AlGaN層的Al組分逐漸變化，從所述非摻雜AlGaN層的Al組分漸變到100% (AlN)0在另一實施例中，該紫外發(fā)光器件的襯底和AlN層之間可能進(jìn)一步包含一納米多孔AlN層。
[0010]另外，本發(fā)明還闡明了一種可見光發(fā)光器件和結(jié)構(gòu)。所述可見光發(fā)光器件的發(fā)光波長在380 nm到650nm之間，所述器件包含基于InGaN多量子阱的激活區(qū)。所述激活區(qū)可以形成在一氮化物多層結(jié)構(gòu)上，所述氮化物多層結(jié)構(gòu)包含一輕摻雜n_-GaN層，一重?fù)诫sn+-GaN層，一非摻雜GaN層,一特征AlGaN層和一 AlN層。所述氮化物多層結(jié)構(gòu)可以形成在襯底材料如藍(lán)寶石、GaN、AlN和Si上。所述特征AlGaN層厚度要大于InGaN多量子阱的發(fā)光在所述非摻雜GaN層中所測得的波長，或至少與之相當(dāng)。進(jìn)一步地，所述特征AlGaN層的Al組分逐漸變化，從靠近所述非摻雜GaN界面的0%漸變到靠近所述AlN層界面的100%。在一實施例中，所述可見光發(fā)光器件在襯底和AlN層之間可以進(jìn)一步包含一納米多孔AlN層。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果如下:特征AlGaN層和納米多孔AlN層使得LED光萃取效率增加，其中納米多孔AlN層進(jìn)一步能降低LED結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力，使得LED的量子效率提高。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的【具體實施方式】后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。圖中的參考數(shù)字在整個發(fā)明中指同樣的內(nèi)容，一層可能指代具有相同作用的層組。
[0014]圖1 A為全內(nèi)反射和光逸出錐的示意圖；
圖1B為光從光密媒質(zhì)(折射率n2)向光疏媒質(zhì)(折射率Ii1)傳播時，光透過率與折射率比Ii2Zn1的關(guān)系；
圖2為光從AlGaN向AlN傳播時，光透過率與AlGaN中Al組份的關(guān)系；
圖3不意了本發(fā)明一實施例LED外延層狀結(jié)構(gòu)圖；
圖4為按照Sellmeier方程，藍(lán)寶石、GaN和AlN晶體的折射率與波長的關(guān)系；
圖5示意了按照本發(fā)明一實施例的納米多孔氮化物層的橫截面圖；
圖6不意了本發(fā)明一實施例LED外延層狀結(jié)構(gòu)圖；
圖7示意了本發(fā)明一實施例薄膜LED外延層狀結(jié)構(gòu)圖；
圖8A為按照本發(fā)明一實施例的納米多孔AlN層的表面形貌；
圖8B為按照本發(fā)明一實施例的常規(guī)AlN層的表面形貌。
【具體實施方式】
[0015]下文中以氮化物發(fā)光器件或結(jié)構(gòu)作為實施例來闡明本發(fā)明的基本原理和思想。任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應(yīng)用于I1-VI半導(dǎo)體和其它半導(dǎo)體器件或發(fā)光器件，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
[0016]為了提高內(nèi)量子效率，LED通常設(shè)計多個不同組分的外延層來降低材料缺陷和提高載流子限制。然而，根據(jù)圖1A和圖1B的分析，由于組分差異出現(xiàn)的折射率細(xì)微變化可以導(dǎo)致光輸出很大損失。因此高光效LED需要額外的設(shè)計思路。
[0017]現(xiàn)有高效率AlGaN基的紫外LED中，主要采用c面藍(lán)寶石作為透明襯底。藍(lán)寶石上首先外延一高質(zhì)量的AlN基底，然后是一套AlN/AlGaN超晶格或非摻雜的AlGaN層以進(jìn)一步降低AlN基底材料中的穿透位錯密度。前期AlGaN基的紫外LED結(jié)構(gòu)可以在文獻(xiàn)中查到。(參見:“Milliwatt Power Deep Ultraviolet Light Emitting Diodes over Sapphirewith Emission at 278 nm，，，J.P.Zhang, et al, App1.Phys.Lett.81, 4910 (2002);美國專利8,227,789; 7，326，963;美國專利公開2010/0032647，以上文章和專利內(nèi)容通過引用整體并入本申請。)
AlGaN基的紫外LED —般通過襯底或η側(cè)出光，因為P側(cè)通常生長p_GaN作為歐姆接觸層，而P-GaN強(qiáng)烈吸收紫外光。當(dāng)激活區(qū)發(fā)射的紫外光向η側(cè)傳播時，必須通過AlN/AlGaN界面。對280 nm紫外光，光從AlGaN層傳向AlN層的透射率受到全內(nèi)反射限制，該透射率與AlGaN層鋁組份的關(guān)系在圖2中示出?？梢钥闯觯?dāng)鋁組份為0.9時，透射率只有66%，而當(dāng)鋁組份為0.6時，透射率降至40%。由于P-GaN和P側(cè)接觸層對紫外吸收強(qiáng)烈，反射光可以考慮為出光損失。
[0018]鑒于全內(nèi)反射對輸出光造成嚴(yán)重?fù)p失，本發(fā)明以紫外LED為實施例闡明提高光萃取效率的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。如果吸收襯底可以從器件上剝離，襯底10的選擇可以是藍(lán)寶石、GaN、Si和SiC。在襯底10上形成外延層21，可以是鋁組份大于等于90%的AlGaN層，例如93%到97%，優(yōu)選地層21為AlN層。外延層21上面依次是非摻雜的AlGaN層31’，Si重?fù)诫s的 n+-AlGaN 層 31 ([Si] = 3 X IO18 cnT3 -1XlO19 cnT3)和 Si 輕摻雜的 rT-AlGaN層32 ([Si] = IXlO17 cm_3 - 5X IO17 cm_3)。層31’，31和32具有相同或基本相同的鋁組份。激活區(qū)40形成在32層上，含有3-15對AlGaN/AlGaN多量子阱，阱壘配置以得到所需的紫外光。P型AlGaN層作為電子阻擋層51形成在激活區(qū)40上，與激活區(qū)40最后的量子壘相比，電子阻擋層51的導(dǎo)帶要高出100 meV。再上面形成的是作為空穴注入層的P型AlGaN 52和作為接觸層的重?fù)絇型GaN 60。P型和η型歐姆接觸金屬層820和810分別形成在P型GaN層60和η+型AlGaN層31上，其上分別是ρ型接觸電極821和η型接觸電極811。
[0019]圖3所示的紫外LED結(jié)構(gòu)的特點是有一層特征AlGaN層30，其厚度與AlGaN多量子阱激活區(qū)40的發(fā)光在非摻雜AlGaN層31’(或等價地，層31，層32)中測得的波長相當(dāng)，或者更厚。換言之，如果多量子阱40的發(fā)光波長在空氣中是λ納米，層31’的折射率是η，那么層30的厚度是大于或至少相當(dāng)于λ/n納米。例如，如果多量子阱在空氣中發(fā)光波長是280納米，層31’的折射率是2.5，那么層30的厚度需要大于等于或至少約112納米。上面術(shù)語“相當(dāng)于”的意思是層30的厚度可以大于或等于多量子阱發(fā)光在非摻雜AlGaN層31’中所測得的發(fā)光波長的80%，90%, 100%或120%。通常，層30的厚度在100至1000納米之間。進(jìn)一步地，插在層21和層31’的特征層30的帶隙(能帶寬度)從層31’到層21逐漸變大(圖3)。在層31’和層30的界面上，層30的帶隙可以等于或稍大于(如為層31 ‘帶隙的103%)層31’的帶隙。在層21和層30的界面上，層30的帶隙可以等于或稍小于(如為層21帶隙的97%)層21的帶隙。從層21到非摻雜的AlGaN層31’，采用逐漸減小的鋁組份來形成特征AlGaN層30，就可以滿足帶隙度要求(如圖3中圖中左側(cè)折線圖，其示意了 LED結(jié)構(gòu)中部分層區(qū)的帶隙或鋁含量變化)。
[0020]在本發(fā)明的實施例中，層21是0.3 - 3.0μπι厚的AlN層，層31’是0.2 -0.5μ m厚的AlGaN層，其鋁組份是一常數(shù)，如60%，所述特征層30是0.4-0.6 μ m厚(如0.5 μ m)的AlGaN層，其鋁組份從層21的100%線性遞減到層31’的Al組份，如60%。本實施例可以有其它變化，如在結(jié)構(gòu)中增加摻雜劑或少量的In、Zr和Ti，都應(yīng)該認(rèn)為屬于本發(fā)明范圍。
[0021]特征層30中的鋁組份變化優(yōu)先選擇線性或非線性的平滑漸變。另外變化也可以是階梯狀的，此時需要階梯分布比較均勻且沿形成方向鋁組份整體平均變化率小于0.5%每納米。
[0022]插入所述特征層30可以減少或消除光從層31’到層21的全內(nèi)反射，提高光萃取效率。
[0023]在層21和襯底10之間的界面上還存在另一個全內(nèi)反射面。大多數(shù)的可見和紫外發(fā)光二極管采用藍(lán)寶石作為襯底，如圖4所示，藍(lán)寶石的折射率小于AlGaN材料的折射率。結(jié)合圖4和圖1B中的數(shù)據(jù)，當(dāng)藍(lán)寶石作為襯底10，層21是AlN時，280 nm的發(fā)光只有約38.6%的光可以穿過層21進(jìn)入襯底10。對450 nm的發(fā)光二極管，寶石作為襯底10，層21是GaN時，約有30.1%的光可以穿過層21進(jìn)入襯底10。這些數(shù)據(jù)表明迫切需要去除該界面的全內(nèi)反射。在現(xiàn)有的工作中，采用圖形藍(lán)寶石襯底使藍(lán)寶石和氮化物的界面粗糙化，進(jìn)而減輕全內(nèi)反射(如美國專利8，384，111; 8，154,034)。
[0024]本發(fā)明另外提供降低層21和襯底10界面全內(nèi)反射的解決方案。如圖5所示，本發(fā)明的一實施例提供一形成于襯底10上的納米多孔氮化物層20。納米多孔層20可以是摻雜或非摻雜的AlxInyGa^yN (0.1≥x≥O且0.1≥y≥0或1≥x≥0.5且0.1≥y≥0)，如AlxGahN 或 InyGa1-AWGaN 和 AlN 作為特例。層 20 厚度為 100-2000 nm,如 200-1000nm.納米多孔層20由隨機(jī)均勻分布的納米孔洞202和納米網(wǎng)絡(luò)201組成，納米孔洞202置于納米網(wǎng)絡(luò)201中且分割之。納米孔洞202的深度(沿納米多孔氮化物層20形成方向)等于或小于納米多孔氮化物層20的厚度，如納米孔洞深度為20-2000 nm。納米孔洞202橫向尺寸為20-100納米，密度為5X IO8 cnT2 -1XlO10 cnT2，被納米網(wǎng)絡(luò)201分隔，間距為20-500納米。如果后續(xù)外延層能覆蓋納米孔洞不至于在激活區(qū)形成空洞缺陷，納米孔洞的橫向尺寸可以大于100納米。換言之，納米多孔層20的納米孔洞密度為5X108CnT2-1 X 101° era2,孔隙率為5% -50%。圖8A示出了納米多空層20的典型表面形貌。
[0025]根據(jù)本發(fā)明一實施例，納米多孔層20優(yōu)選是納米多孔AlN層。形成納米多孔AlN層的方法包含在1000 V - 1150 °C之間外延形成納米多孔氮化物層，形成方法包括金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)。在富氨和氨貧的情況下重復(fù)、交替外延形成效果更佳。AlN形成時富氨條件可以降低表面吸附鋁原子的擴(kuò)散長度，氨貧條件可以促進(jìn)鋁原子在表面擴(kuò)散和缺陷分解，富氨和氨貧條件交替使用從而促使在AlN外延層中形成納米孔。富氨條件指氨氣和金屬有機(jī)源的摩爾比(V/III)大于1000，而氨貧條件指V/III在0-1000之間。平均外延生長速率在每小時300 - 1000 nm之間。根據(jù)生長速率，交替的富氨和氨貧的外延時間分別在6到20秒和10到24秒之間。圖8A示出了剛形成后的納米多孔層20的典型表面形貌。
[0026]納米多孔氮化物層可以形成在其它氮化物層上或氮化物模板上，或者直接形成在藍(lán)寶石、SiC、AlN和Si之類的襯底上。另外還可以采取后續(xù)納米孔洞修正過程:如將長好的納米多孔氮化物層利用化學(xué)濕法刻蝕，對納米孔洞進(jìn)行放大和整形，從而得到理想的孔隙率。如外延形成納米多孔層20后，用加熱的KOH溶液刻蝕，可以擴(kuò)孔而得到理想的孔隙率。H3PO4或H3PO4和H2SiO3的混合溶液也可以用來刻蝕納米孔和整形。
[0027]另外美國專利申請13/358，438中公開了 GaN或InGaN基的納米多孔層的形成過程，在此作為參考文獻(xiàn)整體引用。簡而言之，GaN或InGaN基的納米多孔層的形成需要在氮氣和氨氣的氛圍中低溫(例如650 -950°C )完成。
[0028]在襯底和外延結(jié)構(gòu)之間加入納米多孔層會打亂全內(nèi)反射的條件，從而提高光萃取效率。
[0029]按照本發(fā)明的另一方面，圖6示出了一AlGaN基的紫外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)。與圖3的紫外發(fā)光二極管相比，在襯底10和AlN層21之間增加了納米多孔AlN層20。層21要具有足夠的厚度(如300-3000 nm)來覆蓋納米多孔層20，在層21形成完成后優(yōu)選地不能留有納米孔洞開口。通常，為覆蓋層20、21界面的納米孔洞，層21的形成溫度、形成速率和V/III都要比層20的高。層21的形成溫度至可以比層20的高100 °C。在一實施例中，層20在1100 V下以每小時600 nm的速度形成30分鐘，層21在1250 V下以每小時1500 nm的速度形成30分鐘。通常層21的V/III超過1000，如2000或2500。層21覆蓋在層20上的典型表面形貌如圖8B所示。
[0030]圖6進(jìn)一步表明:層對20/21可以重復(fù)m次，即超過I次，如3次或5次等。多次重復(fù)層對20/21可以使更多的光散射進(jìn)入襯底10,從而提聞光萃取效率，另外可以提聞材料質(zhì)量使層21更厚而不裂。在一實施例中，襯底10為藍(lán)寶石，層20是250納米厚的納米多孔AlN層(其內(nèi)部含有隨機(jī)分布的平均橫向尺寸為40納米的納米孔洞，面密度為5X IO9cnT2)，層21是600納米厚的AlN層，層對20/21的重復(fù)次數(shù)是3次。
[0031]圖6示意的紫外LED實施例也可以利用現(xiàn)有工藝，將襯底10剝離，使得外延結(jié)構(gòu)倒貼到基底70上去形成薄膜器件(見圖7)?；?0含有基底P型電極墊72和基底N型電極墊71，分別通過金屬(金球或金錫合金)連接823和813和LED P-型接觸電極墊821及LED N型接觸電極墊811形成歐姆接觸。N和P金屬歐姆接觸(810和820)還被絕緣層90隔尚。絕緣層90可以是SiO2層或風(fēng)化娃層。
[0032]在另一實施例中，圖6和圖7所示的結(jié)構(gòu)可以是可見光LED。在這些實施例中，層20是納米多孔AlN層，層21是AlN層，而層30是AlGaN層，其Al組份從層21的漸變到層31’的。進(jìn)一步，層31’，31和32分別是非摻雜的GaN層，重Si摻雜的GaN層和輕Si摻雜的GaN層，激活區(qū)40是可以發(fā)射可見光的GaN/InGaN多量子阱。
[0033]對于所有的發(fā)光波長，圖7所示的實施例比圖6所示的實施例都具有更高的光萃取效率。
[0034]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例應(yīng)用于其它領(lǐng)域，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光器件，所述器件的外延結(jié)構(gòu)包括:一 N型層，一 P型層，和一包裹在所述N型層和所述P型層中的發(fā)光區(qū)，其特征在于，所述N型層形成于一特征AlGaN層上，所述特征AlGaN層形成于一 AlN層上，沿所述N型層到所述AlN層，所述特征AlGaN層帶隙逐漸增大。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述特征AlGaN層的厚度要大于或等于所述發(fā)光區(qū)發(fā)光在所述η型層中測得的波長。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，沿所述N型層到所述AlN層，所述特征AlGaN層帶隙逐漸增大，是通過逐漸增大所述特征AlGaN層中的鋁組份實現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光區(qū)是GaN/InGaN多量子阱，發(fā)射從380 nm到650 nm的近紫外和可見光。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光區(qū)是AlGaN/AlGaN多量子阱，發(fā)射從240 nm到350 nm的紫外光。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，還包含一納米多孔AlN層，所述AlN層形成在所述納米多孔AlN層上。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述AlN層和所述納米多孔AlN層交替重復(fù)生長2-5次。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述納米多孔AlN層所含納米孔洞具有橫向尺寸 20-100 nm，縱向尺寸 20-2000 nm，面密度 5X108 cnT2 -1XlO10 cnT2。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件，其特征在于，還包含一非摻雜AlGaN層和一Si重?fù)诫sn+-AlGaN層，所述非摻雜AlGaN層形成于所述特征AlGaN上，所述Si重?fù)诫sn+_AlGaN層形成于所述非摻雜AlGaN層上，所述N型層形成于所述Si重?fù)诫sn+ -AlGaN層上。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述N型層是一Si輕摻雜的IT-AlGaN層，其帶隙和所述Si重?fù)诫sn+-AlGaN層和所述非摻雜AlGaN層的相同，所述特征AlGaN層的帶隙在與所述非摻雜AlGaN層界面處與所述非摻雜AlGaN層的帶隙相同，所述特征AlGaN層的帶隙在與所述AlN層界面處與所AlN層的帶隙相同。
11.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光器件，其特征在于，襯底是藍(lán)寶石、AlN、GaN、Si或SiC，所述納米多孔AlN形成在所述襯底上。
12.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述納米多孔AlN層的形成溫度在1000 V - 1150 °C，形成方式包含了周期性在富氨和氨貧的條件下交替外延生長AlN材料。
13.如權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述的富氨條件是指氨氣對金屬有機(jī)物氣流的摩爾比超過1000，所述的氨貧條件是指氨氣對金屬有機(jī)物氣流的摩爾比在O到1000之間。
14.一種發(fā)光器件，所述器件的外延結(jié)構(gòu)包括:一 N型層，一 P型層，和一包裹在所述N型層和所述P型層中的發(fā)光區(qū)，其特征在于，所述N型層形成于一 AlN層上，所述AlN層形成于一納米多孔AlN層上。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述AlN層和納米多孔AlN層交替重復(fù)生長2-5次。
16.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，所述納米多孔AlN層所含納米孔洞橫向尺寸為20-100 nm,縱向尺寸為20-2000 nm，面密度為5X108 cnT2 -1XlO10 cnT2。
17.如權(quán)利要求14所述的發(fā)光器件，其特征在于，還包含一特征AlGaN層，所述N型層形成在所述特征AlGaN層上，所述特征AlGaN形成在所述AlN層上，沿所述N型層到所述AlN層，所述特 征AlGaN層帶隙逐漸增大。
【文檔編號】H01L33/02GK103762286SQ201410017588
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】張劍平, 高英, 武帥, 周瓴 申請人:青島杰生電氣有限公司