光电装置的制作方法

文档序号:11161567阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光电装置,所述光电装置包括半导体结构,所述半导体结构包括:

p型有源区;以及

n型有源区;

其中:

所述半导体结构仅由一个或多个超晶格构成;

每个超晶格由多个单位晶胞构成;并且

每个单位晶胞包括至少两个不同的基本单晶层。

2.如权利要求1所述的光电装置,其中所述半导体结构在所述n型有源区与所述p型有源区之间包括i型有源区。

3.如权利要求2所述的光电装置,其中所述i型有源区具有大于或等于1nm且小于或等于100nm的厚度。

4.如权利要求1所述的光电装置,其中所述半导体结构通过沿着生长方向的外延层生长来构建。

5.如权利要求4所述的光电装置,其中所述多个单位晶胞每个的平均合金含量在每个超晶格内恒定。

6.如权利要求4所述的光电装置,其中所述多个单位晶胞每个的平均合金含量在所述一个或多个超晶格的至少一者内沿着所述生长方向是不恒定的。

7.如权利要求6所述的光电装置,其中所述多个单位晶胞每个的所述平均合金含量在所述一个或多个超晶格的至少一者的一部分内沿着所述生长方向周期性地变化。

8.如权利要求4所述的光电装置,其中所述多个单位晶胞每个的所述至少两个层每个具有小于或等于6个材料单层的厚度,所述材料的各自层沿着所述生长方向构成。

9.如权利要求4所述的光电装置,其中所述一个或多个超晶格的至少一部分内的所述多个单位晶胞每个的所述至少两个层之一沿着所述生长方向包括1至10个原子单层并且各自单位晶胞每个的另外一个或多个层沿着所述生长方向包括总共1至10个原子单层。

10.如权利要求4所述的光电装置,其中所述n型有源区、所述p型有源区和所述i型有源区的两者或更多者中的所述单位晶胞具有不同的平均厚度。

11.如权利要求4中任一项所述的光电装置,其中每个单位晶胞的所述至少两个不同的基本单晶层具有纤维锌矿晶体对称性并且在所述生长方向上具有晶体极性,所述晶体极性为金属极极性或氮极极性。

12.如权利要求11所述的光电装置,其中所述晶体极性沿着所述生长方向在空间上变化,所述晶体极性在所述氮极极性与所述金属极极性之间交替地翻转。

13.如权利要求4所述的光电装置,其中所述光电装置被配置为发光装置并且通过由所述p型有源区和所述n型有源区供应的电有源空穴和电子的复合而生成光能,在基本上介于所述p型有源区与所述n型有源区之间的区域中发生所述复合。

14.如权利要求13所述的光电装置,其中由所述光电装置发出的光为波长范围为150nm至280nm的紫外光。

15.如权利要求13中任一项所述的光电装置,其中:

所述光电装置发出具有相对于所述生长方向的基本横向电光学偏振的光;并且

所述光电装置作为垂直发射腔装置操作,其中光在空间上生成并且沿着基本垂直于所述半导体结构的所述一个或多个超晶格的所述单位晶胞的所述一个或多个层的平面的方向受限。

16.如权利要求15所述的光电装置,其中:

所述垂直发射腔装置具有垂直腔,所述垂直腔基本上沿着所述生长方向设置并且使用沿着所述半导体结构的一个或多个部分在空间上设置的金属反射器而形成;

所述反射器由光学反射率高的金属制成;

所述腔由所述反射器之间的光程限定,所述光程小于或等于所述装置所发出的所述光的波长;以及

所述波长由包括所述半导体结构的所述一个或多个超晶格的所述光学发射能确定并且光学腔模式由所述垂直腔确定。

17.如权利要求16所述的光电装置,其中所述光学反射率高的金属为铝(Al)。

18.如权利要求13中任一项所述的光电装置,其中:

提供反射器层以改善所述半导体结构内生成的所述光能的向外耦合;并且

所述反射器层定位在所述光电装置的顶部以使从所述装置的内部发出的光基本上回射。

19.如任一权利要求1所述的光电装置,其进一步包括所述半导体结构在上面生长的晶体衬底,其中缓冲层首先生长在所述衬底上,然后生长所述半导体结构,其中缓冲器充当提供平面内晶格常数的应变控制机构。

20.如权利要求19所述的光电装置,其中所述缓冲层包括一个或多个超晶格。

21.如权利要求20所述的光电装置,其中:

透明区邻近所述缓冲层和所述衬底提供,并且所述缓冲层对于从所述装置发出的光能是透明的;并且

所述光能穿过所述透明区、所述缓冲层和所述衬底耦合到外部。

22.如任一前述权利要求所述的光电装置,其中每个超晶格中的每个单位晶胞的所述至少两个不同的基本单晶层每个包括以下成分中的至少一者:

二元成分单晶半导体材料(AxNy),其中0<x≤1且0<y≤1;

三元成分单晶半导体材料(AuB1-uNy),其中0≤u≤1且0<y≤1;

四元成分单晶半导体材料(ApBqC1-p-qNy),其中0≤p≤1、0≤q≤1且0<y≤1;

其中A、B和C为选自II族和/或III族元素的不同金属原子并且N为选自氮、氧、砷、磷、锑和氟中的至少一者的阳离子。

23.如任一前述权利要求所述的光电装置,其中每个超晶格中的每个单位晶胞的所述至少两个不同的基本单晶层每个包括以下成分中的至少一者:

III族金属氮化物材料(MxNy);

III族金属砷化物材料(MxAsy);

III族金属磷化物材料(MxPy);

III族金属锑化物材料(MxSby);

II族金属氧化物材料(MxOy);

II族金属氟化物材料(MxFy);

其中0<x≤3且0<y≤4,并且其中M为金属。

24.如权利要求1所述的光电装置,其中每个超晶格中的每个单位晶胞的所述至少两个不同的基本单晶层每个包括以下成分中的至少一者:

氮化铝(AlN);

氮化铝镓(AlxGa1-xN),其中0≤x<1;

氮化铝铟(AlxIn1-xN),其中0≤x<1;

氮化铝镓铟(AlxGayIn1-x-yN),其中0≤x<1、0≤y≤1且0<(x+y)<1。

25.如权利要求1所述的光电装置,其中所述一个或多个超晶格的每个单位晶胞的一个或多个层并未故意掺杂有杂质种类。

26.如权利要求1所述的光电装置,其中所述n型有源区和/或所述p型有源区的所述一个或多个超晶格的每个单位晶胞的一个或多个层故意地掺杂有一个或多个杂质种类或形成有一个或多个杂质种类。

27.如权利要求26所述的光电装置,其中所述n型有源区中的所述一个或多个杂质种类选自以下各项:

硅(Si);

锗(Ge);

硅锗(SixGe1-x),其中0<x<1;

晶体氮化硅(SixNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶体氮化锗(GexNy),其中0<x<3且0<y<4;

晶体氮化硅铝镓(Siu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0;或

晶体氮化锗铝镓(Geu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

28.如权利要求26所述的光电装置,其中所述p型有源区中的所述一个或多个杂质种类选自以下各项:

镁(Mg);

锌(Zn);

镁锌(MgxZn1-x),其中0≤x≤1

晶体氮化镁(MgxNy),其中0<x≤3且0<y≤2;或

氮化镁铝镓(Mgu[AlxGa1-y]zNv),其中u>0、x>0、0<y<1、z>0且v>0。

29.如权利要求26所述的光电装置,其中所述n型有源区或所述p型有源区中的所述一个或多个杂质种类选自以下各项:

氢(H);

氧(O);

碳(C);或

氟(F)。

30.如权利要求26所述的光电装置,其中所述一个或多个杂质种类是在生长后经由离子注入结合的。

31.如权利要求26所述的光电装置,其中所述一个或多个超晶格的所述至少一者的至少一部分包括单轴应变或双轴应变以增强故意掺杂区域的激活能从而改善电子或空穴载流子浓度。

32.如权利要求1所述的光电装置,其中第一横向接触从形成于所述n型有源区的表面上的第一接触层部分地延伸到所述n型有源区中。

33.如权利要求32所述的光电装置,其中第二横向接触从形成于所述p型有源区的表面上的第二接触层部分地延伸到所述p型有源区中。

34.如权利要求33所述的光电装置,其中所述第二横向接触被所述第二横向接触与所述p型有源区之间的p型GaN层包围。

35.如权利要求33所述的光电装置,其中所述第二接触层为金属接触层并且p型接触层形成于所述p型有源区与所述金属接触层之间。

36.如权利要求1所述的光电装置,其中每个单位晶胞的所述至少两个不同的基本单晶层每个具有小于或等于维持弹性应变所需的临界层厚度的厚度。

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