专利名称：无镉再发光半导体构造的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及固态半导体光源。
背景技术：
已知各种各样的半导体器件及制成半导体器件的方法。这些器件中的一些被设计用于发光，如，可见光或近可见(例如，紫线或近红外)光。实例包括诸如发光二极管(LED) 和激光二极管之类的电致发光器件，其中向所述器件施加电驱动电流或类似的电信号，使得其发光。被设计用于发光的半导体器件的另一个实例是再发光半导体构造(RSC)。与LED不同，RSC不需要来自外部电路的电驱动电流来发光。相反，RSC通过在 RSC的激活区域吸收第一波长X1的光来产生电子-空穴对。然后，这些电子和空穴在激活区域复合成势阱，以发射不同于第一波长X1的第二波长λ 2的光，并且根据势阱的数量及其设计特征可选择地仍发射其它波长λ3、λ 4等等的光。通常由连接至RSC的蓝、紫或紫外发光LED提供第一波长λ工的初始辐射或“泵浦光”。示例性的RSC器件、构造RSC器件的方法及相关的器件和方法可见于例如美国专利7，402，831 (Miller等人)、美国专利申请公开 US 2007/0284565 (Leatherdale 等人)和 US 2007/0290190 (Haase 等人)、PCT 专利公开WO 2009/048704 (Kelley等人)以及2008年6月沈日提交的待审的美国专利申请 No. 61/075，918，“Semiconductor Light Converting Construction (半导体光转换构造)”(代理人案卷号No. 64395US002)，这些公开均以引用方式并入本文。当本文参照特定波长的光时，阅读者应该理解，参照的是其光谱的峰值波长处于特定波长的光。光学泵浦的垂直腔面发射激光器(VCSEL)可被认为是一种类型的RSC，并且在半导体器件的另一实例中被设计为发光。VCSEL将由泵浦光源发射的第一波长的光的至少一部分转换成至少部分相干的第二波长的光。VCSEL包括设置在第一和第二反射镜之间并将第一波长光的至少一部分转换为第二波长光的半导体多层叠堆。所述半导体多层叠堆包括量子阱，所述量子阱可含有Cd(Mg)S^e合金。参考了于2008年9月4日提交的待审的美国专利申请No. 61/094，270 “二极管泵浦光源”(代理人案卷号No. 64116US002)，该申请以引用方式并入本文。本专利申请关注的是能够发白光的光源。在一些情况下，通过组合诸如蓝光发射LED的电致发光器件与第一和第二基于RSC的发光元件的方式构造已知的白光光源。第一发光元件可以例如包括绿光发射势阱，其将一些蓝光转换成绿光并且透射其余的蓝光。第二发光元件可以包括将其从第一发光元件接收的绿光和/或蓝光中的一些转换成红光并透射其余的蓝光和绿光的势阱。所得的红光、绿光和蓝光组分组合，使得WO 2008/109296 (Haase)所描述的(在其它实施例之中)这种器件提供基本上为白光的输出。一些器件使用像素化布置或阵列来提供白光。即，多个单独的发光元件(其中没有发光元件本身发出白光)彼此紧邻布置，以共同形成复合白色像素。像素通常具有低于观察系统分辨率极限的特征维度或尺寸，使得来自不同发光元件的光有效地在观察系统中组合。这种器件通用的布置是用三个单独的发光元件-一个发射红(R)光、一个发射绿(G) 光、一个发射蓝⑶光-来形成“RGB”像素。彩色发光元件的大阵列可按此方式实现以形成彩色图像。再次参照了公开一些这种器件的WO 2008/10拟96 (Haase)。
图1示出组合RSC 108和LED 102的示例性器件100。LED在LED基板106上具有LED半导体层104(有时被称为外延层)的叠堆。半导体层104可以包括ρ型和η型结层、发光层(通常包含量子阱)、缓冲层和覆盖层。可以通过任选的粘合层116将层104附接至LED基板106。LED具有上表面112和下表面，并且上表面带纹理，从而与上表面平坦的情况相比，增加了从LED提取的光。如所示出的，可以在这些上表面和下表面上设置电极 118和120。当通过这些电极将LED连接至合适的电源时，LED发射可对应于蓝光、紫光或紫外(UV)光的第一波长A1的光。这种LED光中的一些进入RSC 108并且在此处被吸收。RSC108经由粘合层110被贴附到LED112的上表面112。RSC具有上表面122和下表面124，来自LED的泵浦光透过下表面IM进入。上表面和下表面的一者或两者可被纹理化以帮助光提取。RSC还包括量子阱结构114，设计量子阱结构114使得选择此结构的某些部分中的带隙以便吸收LED102发出的泵浦光的至少一部分。通过吸收泵浦光所产生的电荷载体漫射到此结构中具有更小带隙的其它部分，即量子阱层，在此处载体再结合并产生更长波长的光。这是在图1中通过源自RSC108内的并且从RSC射出以提供输出光的第二波长λ 2的重新发射光所描述的。图2示出包括RSC的示例性半导体层叠堆210。在磷化铟(InP)晶圆上使用分子束外延(MBE)生长此叠堆。首先通过MBE在InP基板上生成feilnAs缓冲层以制备用于II-VI 生长的表面。然后，移动晶圆，使其穿过超高真空转移系统到达另一个MBE室以供用于RSC 的II-VI外延层的生长。在图2中示出并在表1中总结了所述RSC生长的细节。表列出了与RSC相关的不同层的厚度、材料组分、带隙和层的描述。RSC包括8个Cda^e量子阱230， 每个Cda^e量子阱均具有2. 15eV的跃迁能量。每个量子阱230被夹在具有2. 48eV的带隙能量的CdMgZr^e吸光层232之间，这些吸光层可以吸收由LED发出的蓝光。RSC也包括各种窗口、缓冲和渐变层。
权利要求
1.一种半导体构造，其包括第一势阱，所述第一势阱用于将具有第一光子能量的光转换为具有更小的第二光子能量的光，所述第一势阱包括第一 III-V半导体；以及窗口，所述窗口具有大于所述第一光子能量的带隙能量，所述窗口包括第一 II-VI半导体。
2.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一势阱是假晶。
3.根据权利要求1所述的构造，其中所述窗口基本无Cd。
4.根据权利要求1所述的构造，其中所述半导体构造符合RoHS规定。
5.根据权利要求1所述的构造，其中所述具有第一光子能量的光包括UV光、紫光、蓝光和/或绿光。
6.根据权利要求1所述的构造，其中所述具有第二光子能量的光包括红光。
7.根据权利要求1所述的构造，其中所述构造是假晶并设置在包括第二III-V半导体的基板上。
8.根据权利要求7所述的构造，其中所述第二III-V半导体包括GaAs。
9.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一III-V半导体包括GaInP或Alfe^nP。
10.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一II-VI半导体包括BeMgS^e或BeS^e。
11.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一II-VI半导体包括MgaiSk
12.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一势阱是假晶半导体层的叠堆的组分，所述假晶半导体层的叠堆包括一个或多个吸光层以及任选地一个或多个额外的势阱，并且其中所述半导体层的叠堆的层各自包括Alfe^nP。
13.根据权利要求1所述的构造，其中所述第一势阱是假晶半导体层的叠堆的组分，所述假晶半导体层的叠堆包括一个或多个吸光层以及任选地一个或多个额外的势阱，并且其中所述半导体层的叠堆基本无Cd。
14.根据权利要求1所述的构造，所述构造设置在适于发射具有所述第一光子能量的光的光源上。
15.一种发光系统，其包括根据权利要求1所述的构造，所述构造设置在适于发射具有所述第一光子能量的光的光源上；以及第二势阱，所述第二势阱用于将具有第一光子能量的光转换为具有小于所述第一光子能量但大于所述第二光子能量的第三光子能量的光，所述第二势阱包括第二 II-VI半导体。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述第二势阱基本无Cd。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述第二势阱是假晶半导体层的叠堆的组分， 所述假晶半导体层的叠堆包括一个或多个吸光层以及任选地一个或多个额外的势阱，并且其中所述半导体层的叠堆整体基本无Cd。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述具有第一光子能量的光包括UV光、紫光和 /或蓝光，并且所述具有第三光子能量的光包括绿光。
19.根据权利要求15所述的系统，其中所述第二II-VI半导体包括MgS^eTe或 ZnSeTe0
20.根据权利要求15所述的系统，其中所述第二II-VI半导体包括BeMgS^e或 MgZnSSe0
21.一种发光系统，其包括根据权利要求1所述的构造；光源，所述光源适于发射具有大于所述第一光子能量的第三光子能量的光；以及第二势阱，所述第二势阱用于将所述具有所述第三光子能量的光转换为所述具有第一光子能量的光，所述第二势阱包括第二 II-VI半导体。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述第二势阱基本无Cd。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述第二势阱是假晶半导体层的叠堆的组分， 所述假晶半导体层的叠堆包括一个或多个吸光层以及任选地一个或多个额外的势阱，并且其中所述半导体层的叠堆整体基本无Cd。
24.根据权利要求22所述的系统，其中所述第二II-VI半导体包括MgS^eTe或 ZnSeTe0
25.根据权利要求22所述的系统，其中所述第二II-VI半导体包括BeMgS^e或 MgZnSSe0
26.根据权利要求21所述的系统，其中所述具有第三光子能量的光包括UV光、紫光和 /或蓝光，所述具有第一光子能量的光包括绿光，并且所述具有第二光子能量的光包括红光。
27.根据权利要求21所述的系统，其中所述第二势阱设置在所述光源和根据权利要求 1所述的构造之间。
28.一种半导体构造，其包括第一势阱，所述第一势阱用于将具有第一光子能量的光转换为具有更小的第二光子能量的光，所述第一势阱包括第一 II-VI半导体；其中所述第一势阱和所述半导体构造中的至少一个整体上基本无Cd。
29.根据权利要求观所述的构造，其中所述第一II-VI半导体是MP的假晶。
30.根据权利要求观所述的构造，其中所述第一II-VI半导体包括MgS^eTe或 ZnSeTe0
31.根据权利要求观所述的构造，其中所述第一II-VI半导体包括BeMgS^e或 MgZnSSe0
32.根据权利要求28所述的构造，其中所述具有第一光子能量的光包括UV光、紫光和 /或蓝光，并且所述具有第二光子能量的光包括绿光。
33.根据权利要求观所述的构造，所述构造与适于发射具有所述第一光子能量的光的光源结合。
34.一种半导体构造，其包括第一势阱，所述第一势阱用于将具有第一光子能量的光转换为具有更小的第二光子能量的光，所述第一势阱包括第一 III-V半导体；以及窗口，所述窗口具有大于所述第一光子能量的带隙能量，所述窗口包括第二 III-V半导体。
35.根据权利要求34所述的构造，其中所述第一势阱与所述窗口晶格匹配。
36.根据权利要求34所述的构造，其中所述第二III-V半导体具有间接带隙。
37.根据权利要求34所述的构造，所述构造设置在适于发射具有所述第一光子能量的光的光源上。
38.根据权利要求34所述的构造，所述构造进一步包括第二势阱，所述第二势阱用于将具有第三光子能量的光转换为所述具有第一光子能量的光，所述第二势阱包括第一 II-VI半导体；其中所述第三光子能量大于所述第一光子能量。
39.根据权利要求38所述的构造，其中所述第二势阱包括在半导体叠堆中，并且所述第二势阱和所述半导体叠堆的至少一个作为整体基本无Cd。
40.根据权利要求38所述的构造，其中所述具有第三光子能量的光包括蓝光、紫光和 /或UV光，所述具有第一光子能量的光包括绿光，并且所述具有第二光子能量的光包括红光。
41.根据权利要求38所述的构造，其中所述第一III-V半导体包括Alfe^nP，所述第二 III-V半导体包括AltoP，并且所述第一 II-VI半导体包括MgS^eTe或S^eTe。
42.根据权利要求38所述的构造，其中所述第一II-VI半导体包括BeMgS^e或 MgZnSSe0
43.根据权利要求38所述的构造，所述构造设置在适于发射具有所述第三光子能量的光的光源上。
全文摘要
本文公开了一种再发光半导体构造(RSC)，其可提供基本无镉的全色RGB或白光发射器件。一些实施例可包括势阱，其包括将第一光子能量的光转换为更小光子能量的光的III-V半导体；以及窗口，其包括带隙能量大于所述第一光子能量的II-VI半导体。一些实施例可包括势阱，其将具有第一光子能量的光转换为具有更小光子能量的光，并且包括基本无Cd的II-VI半导体。一些实施例可包括势阱，其包括将具有第一光子能量的光转换为具有更小光子能量的光的第一III-V半导体；以及窗口，其包括带隙能量大于所述第一光子能量的第二III-V半导体。
文档编号H01L33/50GK102473817SQ201080029545
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年6月30日
发明者孙晓光, 托马斯·J·米勒, 特里·L·史密斯, 迈克尔·A·哈斯 申请人:3M创新有限公司