[發明專利]反向極化的Ⅲ族氮化物發光器件

有效

• 申請號: 200680008336.6
• 申請日: 2006-03-10
• 公開（公告）號: CN101164209A
• 公開（公告）日: 2008-04-16
• 發明（設計）人: J·J·小韋勒;M·G·克拉福特;J·埃普勒;M·R·卡拉梅斯
• 申請（專利權）人: 飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/323;H01S5/32;H01L33/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 龔海軍;譚祐祥

技術領域

本發明涉及具有反向極化發光區的半導體發光器件以及制造這種器件的方法。

背景技術

包括發光二極管(LED)、諧振腔發光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊緣發光激光器在內的半導體發光器件都屬于當前可以利用的最為有效的光源。當前在制造能夠在可見光譜范圍內操作的高亮度發光器件中感興趣的材料系統包括III-V族半導體組，具體來說即鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，也稱之為III族氮化物材料。在一般情況下，III族氮化物發光器件是通過在藍寶石、碳化硅、III族氮化物或其它合適的基底上，利用金屬-有機化學蒸汽淀積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術，外延生長不同組分和摻雜濃度的半導體層的疊層制造出來的。該疊層通常包括在基底上形成的例如摻雜有硅的一個或多個n型層、在n型層(一個或多個)上形成的發光區或有源區(active?region)、在有源區上形成的例如摻雜有鎂的一個或多個p型層。在導電基底上形成的III族氮化物器件可以在器件的相對側面上形成p型和n型觸點。通常，在例如藍寶石的絕緣基底上制造的III族氮化物器件在器件的同一個側面上具有兩個觸點。對于這樣的器件進行安裝，以便可以通過觸點提取光(稱之為外延生長(epitaxy-up)器件)或者通過與觸點相對的器件的一個表面(稱之為倒裝片器件)提取光。

本領域中需要的是能在高電流密度情況下有效操作的III族氮化物發光器件。

發明內容

按照本發明的實施例，器件結構包括設置在p型區和n型區之間的一個III族氮化物纖鋅礦半導體發光區。在兩個表面之間設置一個鍵合的(bonded)界面，所說兩個表面之一是所說器件結構的表面。鍵合的界面便于在發光區定向纖鋅礦的c軸，將載流子限制在發光區，有可能增加在高電流密度情況下的效率。

附圖說明

圖1表示一個III族氮化物發光器件；

圖2表示圖1的器件的導帶的一部分；

圖3表示按照本發明實施例的器件的導帶的一部分；

圖4表示將兩個外延結構鍵合在一起；

圖5表示去掉一個生長基底并且有選擇地弄薄暴露的外延層之后的圖4的器件；

圖6表示在擴散或植入p型摻雜劑之后的圖5的器件；

圖7表示在新的p型區重新生長后的圖5的器件；

圖8表示的是兩個外延結構鍵合在一起；

圖9表示去掉一個生長基底并且有選擇地重新生長新的p型區之后的圖8的器件；

圖10表示加入紋理結構區的器件；

圖11表示鍵合到除去第二生長基底的主基底之后的圖10的器件；

圖12表示纖鋅礦GaN的晶胞(unit?cell)；

圖13是包裝的發光器件的分解視圖；

圖14是量子效率隨電流密度變化的曲線圖；

圖15表示按照本發明的實施例的激光器。

具體實施方式

圖1表示的是一個普通的III族氮化物發光器件。n型區11是在一個藍寶石基底10上生長的。在n型區11上生長一個有源區12，有源區12可以包括多個由勢壘層分開的量子阱，接下去是GaN間隔層13、p型的AlGaN層14和p型的觸點層15。

隨著加到圖1的器件上電流密度的增加，器件的內部量子效率如圖14所示一開始增加而后減小，所說器件的內部量子效率的定義是所產生的光子通量與所提供的載流子通量之比。在高電流密度情況下內部量子效率的減小的至少一部分原因是由于圖1器件的設計引起的電子從有源區的泄漏。電子的泄漏還限制器件的峰值效率。

在纖鋅礦晶體中天然發生的極化加重了電子的泄漏。在晶格失配的基底(如藍寶石)上生長的III族氮化物器件中的晶體層通常是作為發生應變的纖鋅礦晶體生長的。這樣的晶體將表現出兩種類型的極化：自發極化，它是從晶體的對稱性產生的；壓電極化，它是從應變產生的。一個層中的總極化是自發極化和壓電極化之和。在不同組分的層之間的界面上會發生極化引發的片狀電荷(sheet?charge)。在一般情況下，片狀電荷的密度將取決于自發極化和兩個相鄰層之間的應變引起的壓電極化。圖2表示圖1器件的導帶的一部分。在圖2中用“+”和“-”表示片狀電荷的符號和位置。