一种发光装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发光二极管（LED)，特别是LED中的侧向电流扩展结构。
【背景技术】
[0002] 在过去几十年中，InGaN/GaN发光二极管（LED)取得了惊人的进展。一个遗留的 问题在于性能仍然受限于P型GaN层。由于P型GaN的低掺杂浓度和低空穴迁移率（电导 性差），电流集聚效应变得非常明显，尤其在大电流工作下。在P型GaN电极下面的电流集 聚的直接影响包括创造出高的局部热量和局部载流子浓度。这在多量子阱中（MQW)引起了 无辐射重组率的增长，并且因此降低了光输出功率和外部量子效率（EQE)。
[0003] 为了缓解不合需要的电流集聚效应，已经发展了多种技术。孙等人通过对半导体 层（图1中的层3,5和7)重掺杂提出电流扩展层。如果可以保留优良的晶体质量，重掺杂 的层允许更高的电导率。后来，冯等人也建议了金属垫片（图2中的标注221和225)插 在透明电路扩展层（图2中的标注210,211和212)中，以便使得图2所示的侧向电流对 称。特别是，如果包含了高阻层，如图3所示的，用在基于垂直GaAs的LED的掺杂Zn的P 型Al^GauAs(图3中的层34)中的无掺杂的Al^auAs(图3中的层32)，可以抑制电路 集聚效应。同时，据报道，通过考虑带间隧道的物理学原理，电流可以均匀扩展，并且因此为 实现更好的电流扩展开发了在超薄n+-GaN层（图4中的层53)上的透明电流扩展（图4中 的层52)，如图4所示。在一个单独提出的技术中，LED的电流路径中设计了沟道（图5A中 标注180)，以便局部地阻挡电流并改善电流分布，如图5A和5B所示。另一方面，沿着极性 方向生长的六方相III-V氮化物具有很强的极化场的特性，这些极化场能够在异质结（即， AlGaN/GaN)中形成高表面电荷密度的二维电子气（2DEG)和二维空穴气（2DHG)，该特性可 以作为电流扩展层，如图6所示。最后，该电流扩展层也可以通过非掺杂AlGaN、非掺杂GaN、 N型AlGaN和N型GaN(图7中的标注4)结合实现，这不仅使用了 2DEG的特性，还通过合金 工艺生成了能带变化。
【发明内容】
[0004] 概括而言，本发明提出了一种具有改进的电流扩展层的发光装置。该电流扩展层 为晶格匹配的外延沉积的PNP层。N层的厚度和掺杂选择为该N层完全被邻近的P层耗尽。 结果，N层中的掺杂物变成电离的，并充当空穴扩散者。连同第一PN结的空穴阻挡效应，由 此产生总体有效的电离扩展作用而没有电压消耗或少数载流子损失。这可能具有的优点在 于，电流扩展比IT0效率更高、较高的辐射复合率、较低的温度、较高的输出、较高的效率、 和/或较低的制造成本。
[0005] 根据本发明的第一方面，提供了一种发光装置，包括：
[0006] 多个电流扩展层，包括第一P掺杂层、第一N掺杂层和第二P掺杂层，
[0007] 其中，所述N掺杂层具有配置为大量耗尽或完全耗尽的掺杂度和厚度。
[0008] 其中，在所述电流扩展层中的耗尽区的厚度在平衡条件下可以在Onm到300nm之 间。
[0009] 其中，所述耗尽区的厚度在平衡条件下可以在Onm到178. 37nm之间。
[0010] 其中，所述N掺杂层的厚度在平衡或非平衡条件下小于所述耗尽区厚度。
[0011] 其中，所述N掺杂层的厚度可能大于lnm。
[0012] 其中，所述第一N掺杂层的内建电压可能大于穿通击穿电压。
[0013] 其中，所述内建电压可能约为3. 2V，所述穿通击穿电压可能约为0. 08V。
[0014] 其中，可以根据下式确定扩散长度。
[0015]
【主权项】
1. 一种发光装置，包括： 多个电流扩展层，包括第一 P掺杂层、第一 N掺杂层和第二P掺杂层， 其中，所述N掺杂层的掺杂度和厚度配置为用于大量耗尽或完全耗尽。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流扩展层中的耗尽区的厚度在平 衡条件下为〇~300nm。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述耗尽区的厚度在平衡条件下为O~ 178.37nm〇
4. 根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述N掺杂层的厚度在平衡或非平衡 条件下小于所述耗尽区厚度。
5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述N掺杂层的厚度大于lnm。
6. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一 N掺杂层的内建电压大 于穿通击穿电压。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述内建电压约为3. 2V，所述穿通击穿电 压约为0. 08V。
8. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，根据下式确定扩散长度， 其中，Dp为空穴的扩散常数，通过爱因斯坦关系式与μ p关联，并且k为波兹曼常数。
9. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，势垒高度大于0. 005eV。
10. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，理想系数的范围为1到7。
11. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述N掺杂层中的掺杂物被配置 为当N掺杂层大量耗尽或完全耗尽时，成为电离的，并且充当空穴扩散者。
12. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括有源层和电子注 入层，其中，所述多个电流扩展层配置为与所述有源层和/或所述电子注入层晶格匹配。
13. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述多个电流扩展层中的每一个 都包括半导体材料，该半导体材料选自GaN、InGaN、AlInGaN、AilnGaPAsSb、ZbO、CdSe及其 任意组合。
14. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述P掺杂层的掺杂材料选自 Be、Mg、Zn、P、N、As、Sb 及其任意组合。
15. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一 N掺杂层的掺杂材料选 自Si、Ge、0、Ga、Al及其任意组合。
16. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述P掺杂层的Mg掺杂程度超过 本征载流子浓度，所述第一 N掺杂层的Si掺杂程度超过本征载流子浓度。
17. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位于所述多个 电流扩展层上的透明电流扩展层，该透明电流扩展层选自掺锡氧化铟（ITO)、掺镓氧化锌 (GZO)、掺铝氧化锌（AZO)、掺氟氧化锡（FTO)、石墨烯及其任意组合。
18. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位于所述多个电 流扩展层上的半透明电流扩展层，该半透明电流扩展层包含Ni/Au合金。
19. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述多个电流扩展层还包括第二 N掺杂层和第三P掺杂层。
20. 根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述装置还包括多个额外的N掺杂层和 P掺杂层。
21. 根据以上任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述N掺杂层配置为被完全耗 尽，少数载流子扩散长度小于N型层厚度，并且所述N型层的穿通击穿电压配置为通过外部 偏压提供。
22. -种制造发光装置的方法，包括： 在有源层上或邻近该有源层处外延沉积第一 P型电流扩展层， 在所述第一 P型电流扩展层上或邻近该第一 P型电流扩展层处外延沉积第一 N型电流 扩展层， 在所述第一 N型电流扩展层上或邻近该第一 N型电流扩展层处外延沉积第二P型电流 扩展层， 在所述第一和第二P型电流扩展层中激活掺杂物。
23. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，外延沉积包括化学气相沉积（MOCVD)、 分子束外延（MBE)沉积、氢化物气相外延（HVPE)沉积、锁相外延（PLE)沉积及以上沉积方 法的任意组合。
24. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二P型电流扩展层和第一 N型电流扩展层的掺杂在比用于电子注入层的掺杂的温度更低的温度下进行。
25. 根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二P型电流扩展层和第一 N型电流扩展层的掺杂在与用于电子注入层的掺杂的温度相同或者更高的温度下进行。
26. -种发光二极管，包括： PNP半导体材料电流扩展层， 其中，N型半导体配置为完全或大量耗尽，留下电离的Si原子充当电流扩展者，其中 PNP层不消耗少数载流子，因为N型材料的厚度小于少数载流子的扩散长度，并且，PNP层中 的耗尽电压超过使PNP层中的电压损耗最小化的穿通击穿电压。
【专利摘要】一种发光装置，包括：多个电流扩展层，包括第一P掺杂层、第一N掺杂层和第二P掺杂层，其中，所述N掺杂层具有配置为大量耗尽或完全耗尽的掺杂度和厚度。
【IPC分类】H01L33-00
【公开号】CN104641475
【申请号】CN201380033058
【发明人】张紫辉, 陈瑞添, 孙小卫, 希勒米·沃尔坎·德米尔
【申请人】南洋理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年5月30日
【公告号】US20150179872, WO2013191649A1