[發明專利]異質結構以及采用異質結構的發光器件

有效

• 申請號: 202110995873.0
• 申請日: 2020-02-12
• 公開（公告）號: CN113707774B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張劍平;高英;周瓴
• 申請（專利權）人: 博爾博公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/32;H01L31/109;H01L31/0352;H01L31/0304
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 欒瑜

本申請提供了包含一個或多個正電荷薄層或包含具有特定厚度的交替堆疊的AlGaN勢壘和AlGaN勢阱的異質結構。還提供了多量子阱結構和p型接觸。所述異質結構、多量子阱結構和p型接觸可用于發光器件和光電探測器。

技術領域

本公開大體上涉及一種半導體發光技術，更具體地涉及用于發光器件或光電探測器的異質結構，并且涉及具有異質結構的發光器件和光電探測器。

背景技術

諸如InN、GaN、AlN的氮化物半導體及其取決于合金組分的三元和四元合金，可實現從410nm到大約200nm的紫外(UV)輻射。這些包括UVA(400-315nm)輻射、UVB(315-280nm)輻射和部分UVC(280-200nm)輻射。UVA輻射引發固化行業的變革，UVB和UVC輻射由于其殺菌效果正期待在食品、水和表面消毒業中普遍應用。與諸如汞燈的傳統UV光源相比，由氮化物制成的UV光發射器具有內在優勢。通常，氮化物UV發射器是堅固的、緊湊的、光譜可調節的且環境友好的。其提供高UV光強度，從而有助于對水、空氣、食品和物體表面進行理想的消毒/殺菌處理。進一步地，氮化物UV光發射器的光輸出可以以高達幾百兆赫的高頻進行強度調制，從而確保其能夠作為物聯網、隱蔽通信和生物化學檢測的創新光源。

現有的UVC發光二極管(LED)通常采用層壓結構，其包含作為UV透明襯底的c面藍寶石或AlN、涂覆在該襯底上充當外延模板的AlN層，以及用于位錯和應變管理的一組AlN/AlGaN超晶格。AlN/AlGaN超晶格和/或AlN模板使高質量高導電性的n型AlGaN結構得以生長，作為電子供應層將電子注入到后續的基于AlGaN的多量子阱(MQW)有源區中。在MQW有源區的另一側是p型AlGaN結構，該結構包含用于電子阻擋、空穴注入、空穴供應和p型歐姆接觸形成的p型AlGaN層?？梢栽趨⒖嘉墨I中找到傳統的AlGaN UV LED結構(例如，“Milliwattpower deep ultraviolet light-emitting diodes over sapphire with emission at278nm”，J.P.Zhang，et al，APPLIED PHYSICS LETTERS 81，4910(2002)，其內容通過引用全部并入本文)。

如所看到的，UVC LED可以利用具有不同Al組分的許多AlGaN層來形成AlGaN異質結構，以便實現某些功能性。最重要的功能性是導電性，這對于富含Al的AlGaN材料來說變得越來越具有挑戰性，因為施主和受主的激活能隨著Al組分的增加而增加，導致缺乏自由電子和空穴載流子。半導體超晶格是特殊類型的半導體異質結構，通過周期性地交替堆疊至少兩個帶隙不同的半導體并利用導帶和價帶邊緣不連續性的優勢而制成，其可以增強摻雜劑的激活以改善導電性(例如，參見“Enhancement of deep acceptor activation insemiconductors by superlattice doping”，E.F.Schubert，W.Grieshaber andI.D.Goepfert，Appl.Phys.Lett.69，9(1996))。已經提出了P型Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN超晶格代替傳統的p型AlGaN層以提高導電性(例如，美國專利第5，831，277、6，104，039和8，426，225，其內容通過引用全部并入本文)。

本發明公開了關于摻雜劑濃度和界面電荷密度的具有改進的導電性和量子限域的AlGaN異質結構的設計規則。

發明內容

本發明的第一方面提供了一種用于發光器件或光電探測器的異質結構，其包括一個或多個p型摻雜AlGaN層，所述的一個或多個p型摻雜AlGaN層中的每一個包含插入其中的一個或多個正電荷薄層，其中，兩個相鄰的正電荷薄層之間的距離大于由所述的兩個相鄰的正電荷薄層中的任何一個而生成的耗盡區的耗盡深度。

可選地，由一個或多個正電荷薄層中的任何一個而生成的耗盡區的耗盡深度小于10nm。