深紫外发光二极管的制作方法
【专利说明】深紫外发光二极管
[0001]本申请是申请日为2011年6月17日，题为“深紫外发光二极管”的进入国家阶段的PCT发明专利申请201180037699.3的分案申请。
[0002]相关申请的引用
[0003]本申请要求在2010年6月18日提交的发明名称为“Deep ultrav1let d1de”的共同未决的美国临时申请N0.61/356484的权益，在这里加入其作为参考。
[0004]政府许可权
[0005]美国政府在有限的情况下对于本发明和权利具有付讫的许可，以要求专利所有人在通过由Nat1nal Science Foundat1n授予的SBIR Phase II Grand N0.IIP-0956746的项目提供的合理的项目上许可其它人。
技术领域
[0006]本公开一般涉及基于氮化物的异质结构，更特别地，涉及改进的发射紫外光的基于氮化物的异质结构。
【背景技术】
[0007]出现的深紫外发光二极管(DUVLED)覆盖低至210纳米(nm)的紫外(UV)范围，并且提供已足以满足许多应用的输出功率。另外，这些装置具有高的调制频率、低的噪声、灵活的形状因子和波谱以及空间功率分布、高的内部量子效率和实现高的电光转换效率(wa11plug efficiency)的可能性。例如，光致发光(PL)研究和光线跟踪计算表明，对于280nmDUV LED实现的内部量子效率可以相当高，例如，为15%?70%。
[0008]但是，典型的DUVLED的外部量子效率和电光转换效率低于3%，其中对于280nmLED具有最高的效率，并且对于发射具有较短的波长的紫外光的LED具有较低的效率。外部和电光转换效率较低的一些原因包括由于从蓝宝石衬底和蓝宝石/空气界面的内部反射以及顶部低铝(Al)含量P型氮化铝镓(AlGnN)和P型氮化镓(GaN)层中的强的吸收导致的非常低的光提取效率。在电流和/或产生的功率较高的情况下，LED的效率进一步降低。
[0009]在发射具有较短的波长的紫外光的UVLED中，由于源自具有高Al含量的AlGnN结构的生长的材料问题，内部量子效率也下降。由于可导致不均匀的Al成分和横向相位分离的Al吸附原子的低的迀移率以及高浓度的穿透位错和点缺陷，这种生长尤其复杂化。
【发明内容】
[0010]本发明的各方面提供一种发光二极管，该发光二极管包含η型接触层和与η型接触层相邻的光产生结构。光产生结构包含量子阱组。接触层和光产生结构可被配置为使得η型接触层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。另外，光产生结构可被配置为使得其宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当。二极管可包含阻挡层，该阻挡层被配置为使得阻挡层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。二极管可包含复合接触，该复合接触包含至少部分地对于由光产生结构产生的光透明的粘接层和被配置为反射由光产生结构产生的光的至少一部分的反射金属层。[0011 ]本发明的第一方面提供一种发光异质结构，该发光异质结构包括:η型接触层;和具有与η型接触层相邻的第一侧的光产生结构，该光产生结构包含量子阱组，其中，η型接触层的能量与量子阱组中的量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大，并且其中，光产生结构的宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当。
[0012]本发明的第二方面提供一种发光异质结构，该发光异质结构包括:η型接触层;和具有与η型接触层相邻的第一侧的光产生结构，该光产生结构包含量子阱组，其中，光产生结构的宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当；和位于光产生结构的与第一侧相对的第二侧上的阻挡层，其中，阻挡层的能量与量子阱组中的量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。
[0013]本发明的第三方面提供一种发光器件，该发光器件包括:η型接触层;具有与η型接触层相邻的第一侧的光产生结构;和复合接触，该复合接触包含:粘接层，其中，粘接层至少部分地对于由光产生结构产生的光透明；和被配置为反射由光产生结构产生的光的至少一部分的反射金属层。
[0014]本发明的其它的方面提供设计和/或制造这里表示和描述的异质结构和器件的方法以及设计和/或制造包含这些器件的电路的方法和得到的电路。本发明的解释性的方面被设计，以解决这里描述的问题中的一个或更多个和/或没有讨论的一个或更多个其它的问题。
【附图说明】
[0015]结合示出本发明的各方面的附图阅读本发明的各方面的以下的详细的描述，可以更容易地理解本公开的这些和其它特征。
[0016]图1表示根据以前的方案的包括能量桶(tub)的深UV发光异质结构的解释性的能带图。
[0017]图2表示根据实施例的解释性的发光异质结构的能带图。
[0018]图3表示根据另一实施例的解释性的发光异质结构的能带图。
[0019]图4表示根据又一实施例的解释性的发光异质结构的能带图。
[0020]图5表示根据又一实施例的解释性的发光异质结构的能带图。
[0021]图6表示根据实施例的发光二极管的解释性的异质结构。
[0022]图7表示用于解释性的反射接触的不同的涂层的反射系数。
[0023]图8A?8D表示根据实施例的具有复合接触的解释性的LED配置。
[0024]图9表示比较常规的透明的340纳米DUVLED结构的解释性的透射光谱的示图。
[0025]图10表不不出具有反射接触的340纳米DUVLED结构的解释性的性能提尚的不图。
[0026]图11表示根据实施例的倒装芯片LED的解释性的配置。
[0027]图12表示根据实施例的用于制造电路的解释性的流程图。
[0028]注意，附图可能没有按比例。附图意图仅在于示出本发明的典型的方面，并因此不应被视为限制本发明的范围。在附图中，类似的附图标记表示附图之间的类似的要素。
【具体实施方式】
[0029]如上所述，本发明的各方面提供包含η型接触层和与η型接触层相邻的光产生结构的发光二极管。光产生结构包含量子阱组。接触层和光产生结构可被配置为使得η型接触层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。另外，光产生结构可被配置为使得其宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当。二极管可包含阻挡层，该阻挡层被配置为使得阻挡层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。二极管可包括包含至少部分地对于由光产生结构产生的光透明的粘接层和被配置为反射由光产生结构产生的光的至少一部分的反射金属层的复合接触。如这里使用的那样，除非另外表明，否则，术语“组”意味着一个或更多个(即，至少一个)，并且，短语“任何方案”意味着任何现在已知或以后开发的方案。并且，如这里使用的那样，可以理解，术语“光”包括任何波长的电磁辐射，不管是在可见谱内还是在可见谱外面。
[0030]转到附图，图1表示根据以前的方案的包括能量桶4的深UV发光异质结构2的解释性的能带图。具体而言，异质结构2的光产生多量子阱(MQW)结构6限于能量桶4内。但是，发明人发现，对于Al摩尔分数非常高、例如大于50%的短波长结构，这种能带图会是难以实现的。
[0031]图2表示根据实施例的解释性的发光异质结构10的能带图。在这种情况下，异质结构10包含光产生结构12和与光产生结构12相邻的至少部分透明(例如，半透明或透明)注射器包覆层14。如图所示，光产生结构12可包含交错的量子阱(能带图中的较低能量)和势皇(能带图中的较高能量)组。这里，光产生结构12中的各量子阱具有一个或更多个相邻的势皇，并且，光产生结构12中的各势皇具有一个或更多个相邻的量子阱。在异质结构10中，η型接触层18的能量与光产生结构12中的量子阱中的电子基态能级之间的能差16(例如，能带偏移)比光产生结构12的材料内的极性光学声子的能量Εορτ-ρη_4Ι大。