34] 表 1
[0035]
[0036] 为了提高光子提取效率且使得光子的提取直接朝向P型材料，可将UV反射体引入 器件结构，W反射传输的光子并将它们引向AlN衬底，使得它们可从器件提取出。在可见 LED中，运常通过使用银P型接触件来实现，因为银形成与可见L邸结构的欧姆接触并且反 射可见光子。此外，对于正在量子阱中产生的光子来说，形成可见LED的层通常是透明的。 然而，银的反射率在UV范围内急速下降。除了Al之外的大部分其他常见金属的反射率也 随着波长降低至UV范围内而下降，可惜的是侣不能形成与P型GaN或AlyGai,N的良好的欧 姆接触。
[0037] 因此，为了在仍然实现良好的欧姆接触时反射光子，可在接触层上形成（至少对 于UV光子）几乎不反射的接触冶金（例如，Ni/Au或Pd),但该接触冶金被图案化W减少接 触件在半导体上的表面"印迹"。W运种方式，器件层上不反射UV光子的表面面积被最小 化，但仍然实现了与半导体的良好欧姆接触。为了反射UV光子中的至少一部分，可在半导 体上的非反射接触区域之间直接提供诸如Al的反射金属。该反射金属建立与非反射金属 的欧姆接触，在使用由非反射金属形成的优良金属-半导体接触件时，实现了与L邸的电接 触。
[0038] 在该实施例中，SPG层可包括P型GaN或其中x<0. 3的P型AlxGaixN层，或者基本 上由其组成。通常，当Ga含量降低时可W使用较厚的SPG层，因为在SPG层和底层AlN衬 底之间的晶格失配应变（可粗化SPG层）降低了。然而，SPG层的Ga含量最好保持在70% 或高于70%，W实现高渗杂、低电阻率的层。
[0039] 对于渗杂有Mg的P型AlxGaixN层来说，随着Al摩尔分数（X)的增加，Mg杂质的激 活能也增加。运导致Mg的较低激活，从而随着Al摩尔分数的增加引起较低的空穴浓度。对 运一问题的一种解决方式是使用极化诱导的渗杂，运可W通过在沉积AlyGaiyN层时从高X 到较低X对该层进行分级来实现。运可W用于实现远高于通过传统杂质渗杂可实现的空穴 浓度。此外，运一技术由于没有杂质散射而可W提高载流子迁移率，并且降低空穴浓度的溫 度依赖性。在没有杂质渗杂时，或者除了杂质渗杂之外，可W实现高空穴浓度。本发明的优 选实施例描述了歴配分级层中的低位错密度，运实现了在没有杂质渗杂时的高空穴浓度， 从而允许更高的导电性W及增强的从薄的透明层扩散的电流。运些高空穴浓度使得实现具 有低电阻率的P型接触件成为可能。特别地，可根据本发明的实施例实现小于IOmQ-cm2的 电阻率。在优选实施例中，在UVLED中实现和使用了小于5mQ-cm2的电阻率。对于电阻率 为IOmQ-Cm2的接触件来说，器件可W在接触金属与反射体金属（如上文详述的）的比例 为1:3时W30A/cm2操作，并且W器件面积为0. 0033cm2在P型接触件上实现小于1. 2V的 电压降。通过用良好的反射体金属覆盖75%的P型接触件面积W及使用吸收小于80%的 SPG层，在UVLED中实现大于25%的光子提取效率是可能的，特别是在结合了上文描述的 高效光子提取技术时。当将大于25 %的高光子提取效率与上文描述的低电阻率接触件组合 时，本发明的实施例W超过30A/cm2的操作电流密度呈现了大于10 %的电光转换效率。 W40] 图3A示出了根据本发明实施例的歴配UV发光二极管（"PUVL邸"）结构300。 提供了半导体衬底305,其包括例如具有AlyGaiyN顶表面的衬底或者基本上由其组成，其 中y> 0.4 (且《1.0)。衬底可W大体上全部由AlyGaiyN材料（例如A1N)组成，或者该 衬底可W包括不同的材料（例如，碳化娃、娃和/或蓝宝石）或基本上由不同的材料组成， 通过例如外延生长在其上形成有AlyGaiyN材料；该材料可W大体上完全晶格弛豫，并且可 W具有例如至少Iym的厚度。如上文提到的，衬底305不必对UV福射透明（例如娃）， 因为在器件制备期间衬底305可能被部分地或者大体去除。半导体衬底305可被斜切，W 使得其C轴和其表面法线之间的角在约0°和约4°之间。在优选实施例中，例如对于没 有被故意地或可控制地斜切的半导体衬底305来说，该半导体衬底305的表面的取向误差 (misorientation)小于约0. 3°。在其他的实施例中，例如对于被故意地和可控制地斜切 的半导体衬底305来说，该半导体衬底305的表面的取向误差大于约0. 3°。在优选实施例 中，斜切的方向朝向a轴。半导体衬底305的表面可具有III族（例如，Al-)极性或N极 性，并且可W例如通过化学-机械抛光变得平面化。对于IOymXIOym的面积来说，半导 体衬底的MS表面粗糖度最好小于约0. 5皿。在一些实施例中，当用原子力显微镜探测时， 可在表面上检测原子级步骤。可W在采用450°C的KOH-NaOH共晶刻蚀5分钟之后，使用例 如蚀坑密度测量法来测量半导体衬底305的穿透位错密度。穿透位错密度最好小于约2x IO3Cm2。在一些实施例中，衬底305具有甚至更低的穿透位错密度。半导体衬底305顶部 上可具有同质外延层（未示出），该同质外延层包括存在于半导体衬底300中的相同的半导 体材料（如A1N)或基本上由其组成。
[0041]在一个实施例中，可选的分级缓冲层310形成于半导体衬底305上。分级缓冲层 310可包括一种或多种半导体材料（如AlyGaiyN)或由基本上由其组成。在优选实施例中， 分级缓冲层310的组成与半导体衬底305在与该层交界处的组成近似相等，W便促成二维 生长并且避免有害的岛效应（islanding)(该孤岛效应可在分级缓冲层310和随后生长的 层中导致非期望的弹性应变消除和/或表面粗化）。分级缓冲层310在与（下文描述的） 随后生长的层交界处的组成通常被选择为接近于（例如，近似等于）器件的期望有源区域 的组成（例如，会导致从PUVL邸发射期望波长的AlxGaixN浓度）。在一个实施例中，分级 缓冲层310包括从约100%的Al浓度X到约60%的Al浓度X分级的AlxGaixN。
[0042] 底部接触层320随后形成于衬底305和可选的分级层310之上，并且可W包括渗 杂有至少一种杂质（例如Si)的AlxGaixN或者基本上由其组成。在一个实施例中，底部接 触层320中的Al浓度X近似等于分级层310中的最终Al浓度X(即，近似等于（下文描述 的）器件的期望有源区域的Al浓度）。底部接触层320的厚度足W在器件制备（如下文所 述）后防止电流聚集和/或在刻蚀期间停留其上W制备接触件。例如，底部接触层320的 厚度可W小于约200nm。在使用该厚度的底部接触层320时，可W用后侧接触件来制备最终 的PUVLED。在许多实施例中，当层被歴配时，底部接触层320 (即使厚度小）将具有高导电 性，运归因于所保持的低缺陷密度。如本文所使用的，歴配薄膜是运样一种薄膜：其中平行 于界面的应变与将薄膜中的晶格扭曲到与衬底的晶格相匹配所需的应变近似。因此，歴配 薄膜中的平行应变将几乎或近似等于在平行于界面的未应变衬底与平行于界面的未应变 外延层之间的晶格参数的差异。 阳0创多量子阱（"MQW")层330制备在底部接触层320之上。MQW层330与PUVLED结 构300的"有源区域"相对应并且包括多个量子阱，每个量子阱可W包括AlGaN或基本上 由AlGaN组成。在一个实施例中，MQW层330的每个段（period)包括AlxGaixN量子阱和 AlyGaiyN阻挡，其中X与y不同。在优选实施例中，X和y之间的差量大到足W在有源区域 中获得良好的电子和空穴约束，因此实现了高的福射复合与非福射复合的比例。在一个实 施例中，X和y之间的差量为约0. 05,例如X为约0. 35且y为约0. 4。然而，如果X和y之 间的差量太大，例如大于约0. 3,则在形成MQW层330的期间可能出现有害的岛效应。MQW 层330可包括多个运样的段，并且可具有小于约50nm的总厚度。在MQW层330之上可形成 可选的薄电子阻挡（或者，如果n型接触件置于器件的顶部之上，则为空穴阻挡）层340,其 包括例如AlxGaixN或基本上由AlxGaixN组成，该AlxGaixN可W渗杂有一种或多种杂质，例 如Mg。电子阻挡层340具有可W在例如约IOnm和约50nm范围内的厚度。顶部接触层350 形成于电子阻挡层340之上，并且包括一种或多种半导体材料（例如AlyGai、脚或者基本上 由其组成，该半导体材料渗杂有至少一种杂质，例如Mg。顶部接触层350被n型渗杂或者P 型渗杂，但具有与底部接触层310相反的导电性。顶部接触层350的厚度例如在约50nm和 约IOOnm之间。顶部接触层350被覆盖层360所覆盖，该覆盖层360包括一种或多种半导 体材料或者基本上由其组成，该半导体材料渗杂有与顶部接触层350相同的导电性。在一 个实施例中，覆盖层360包括渗杂有Mg的GaN,并且具有在约IOnm和约200nm之间的厚度， 优选为约50nm。在一些实施例中，可与顶部接触层350直接建立高质量欧姆接触，并且省略 覆盖层360。在其他实施例中，省略顶部接触层350和/或电子阻挡层340,并且顶部接触 件被直接形成在覆盖层360上（在该实施例中，覆盖层360可被看作"顶部接触层"）。尽 管层310-340最好都是歴配的，但顶部接触层350和/或覆盖层360可W弛豫（relax)而 不会将有害的缺陷引入有源层，在该有源层下方会不利地影响PUVLED结构300的性能（如 下文参考图3B所描述的）。层310-350中的每一层是歴配的，并且每一层各自可具有大于 其预测临界厚度的厚度。此外，包括层310-350的总的层结构可具有大于总体考虑的层的 预测临界厚度的总的厚度（即，对于多层结构来说，即使在每个独立的层可能小于其孤立 考虑的预测临界厚度