具有调制掺杂的光电子器件制造技术

提供了光电子器件的改进的异质结构。该异质结构包括有源区域、电子阻挡层和p型接触层。p型接触层和电子阻挡层可以用p型掺杂剂掺杂。电子阻挡层的掺杂剂浓度可以是p型接触层的掺杂剂浓度的最多百分之十。还对设计这种异质结构的方法进行了描述。

Optoelectronic device with modulation doping

Improved heterostructure for optoelectronic devices. The heterostructure comprises an active region, an electronic barrier layer and a p type contact layer. The P contact layer and the electron barrier layer can be doped with P type dopant. The dopant concentration of the electron barrier layer can be up to ten percent of the dopant concentration of the P contact layer. The method of designing the heterostructure is also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的引用本申请要求2013年9月3日提交的、标题为“OptoelectronicDevicewithModulationDoping”的共同未决的美国临时申请号61/873346的权益，并且其内容通过引用并入本文。
本公开一般涉及电子器件和光电子器件，更具体地涉及基于III族氮化物的电子器件和光电子器件。
技术介绍
具有高效率和高可靠性的基于III族氮化物的电子器件和光电子器件的发展依赖于许多因素，诸如半导体层的质量、有源层设计以及接触质量。特别地，设计高导电性的p型氮化镓(GaN)和/或氮化铝镓(AlGaN)对许多电子器件和光电子器件(包括紫外线发光二极管(UVLED))来说很重要。由于150-250毫电子伏特(meV)的大受主活化能量以及由于重度掺杂Mg的AlGaN合金中的低空穴迁移率，已经很难实现高p型导电性的掺杂镁(Mg)的AlGaN。由于受主活化能量的进一步增大以及还由于随着铝摩尔分数逐渐增大导致的不期望的施主浓度的增大，使得问题因铝摩尔分数增大而尤其严重。对于具有高铝摩尔分数的AlGaN层，尽管Mg掺杂是重度的，但是氧(O)施主浓度可以导致AlGaN层产生绝缘特性或者甚至n型特性。另外，重度的Mg掺杂可能负面地影响光电子器件的可靠性。先前已经对除器件自加热以外的退化的存在进行了观察，而该退化的存在归因于来自p型包覆的Al原子的迁移。提出的基于III族氮化物的LED的一个退化机理是具有高动能的电子穿过pn结，从而导致输出功率减小。该能量被转移到晶格中，并且更具体地转移到电子阻挡层，该电子阻挡层被设计为将电子限制在有源层的量子阱内。由电子释放的能量帮助断裂镁-氢(H)键(进一步活化p型层中的载流子)和Ga-N键(创建氮空位VN)两者。增强的Mg活化引起在达到稳态之前输出功率的初始上升，而VN形成明显需要更长时间才能达到平衡并且在较长时间周期内导致发射的缓慢减少。替换地，释放的电子能量可以有助于Mg-H2复合物的形成并且导致p型掺杂的总体降低。经计算，在p型AlGaN中形成氮空位的能量显著地低于p型GaN中形成氮空位的能量。然而，Mg-H2复合物在AlGaN中比在GaN中更稳定。因此，在高Al含量器件中，几乎所有的原子位移都导致VN形成，引起在UVLED中观察到的缓慢的进一步退化，该退化显现为在结的p侧的耗尽边缘的增大，该退化已经在电容-电压数据中观察到，并且该退化还示出该表现在更高电流密度和相关联的工作温度下放大。由于电子-晶格相互作用造成的氮空位的形成以及其它缺陷导致空穴被有效地俘获于半导体层中。减小半导体层退化的一个方法是通过使用微像素器件设计，或者通过使用具有大平面区域器件的LED，该大平面区域器件允许电流密度和工作温度更低，限制电子接近pn结、电子阻挡层和p型层的速度。
技术实现思路
专利技术人提出新的方案用于减小p型掺杂半导体层中的缺陷形成和空穴俘获。在本文所描述的方案的实施例中，基于调制掺杂获得这种减小。以这种方式，可以提高相应半导体器件的可靠性。在另一个实施例中，通过并行优化器件异质结构的若干参数来进一步提高可靠性。这种参数可以包括例如半导体层中的一个或者多个的组成分布和掺杂分布。此外，优化半导体层中的一个或者多个内的应变和产生的极化场可以显著地影响器件的可靠性。本专利技术的方面提供光电子器件的改进的异质结构。该异质结构包括有源区域、电子阻挡层和p型接触层。p型接触层和电子阻挡层可以用p型掺杂剂掺杂。电子阻挡层的掺杂剂浓度可以是p型接触层的掺杂剂浓度的最多百分之十。还对设计这种异质结构的方法进行了描述。本专利技术的第一方面提供异质结构，该异质结构包括：有源区域；p型接触层，具有p型接触层掺杂剂浓度；以及电子阻挡层，位于有源区域与p型接触层之间，其中电子阻挡层中的p型掺杂剂浓度是p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十。本专利技术的第二方面提供光电子器件，该光电子器件包括：n型接触层，具有n型掺杂；p型接触层，具有p型接触层掺杂剂浓度；有源区域，位于n型接触层与p型接触层之间；以及电子阻挡层，位于有源区域与p型接触层之间，其中电子阻挡层中的p型掺杂剂浓度是p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十。本专利技术的第三方面提供了制造器件的方法，该方法包括：使用计算机系统产生用于器件的器件设计，其中器件设计包括异质结构，该异质结构包括：有源区域；p型接触层，具有目标p型接触层掺杂剂浓度；以及电子阻挡层，位于有源区域与p型接触层之间，其中电子阻挡层的目标p型掺杂剂浓度是目标p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十；以及提供用于根据器件设计制造器件的器件设计。本专利技术的例示性方面被设计为解决本文所描述的一个或者多个问题和/或此处未讨论的一个或者多个其它问题。附图说明结合描绘本专利技术各种方面的附图，通过对本专利技术各种方面进行的下列详细说明将更容易理解本公开的这些特性以及其它特性。图1示出了根据实施例的例示性光电子器件的示意结构。图2示出了根据现有技术的光电子器件的异质结构的一部分的典型组成分布。图3A和3B示出了根据实施例的光电子器件的III族氮化物异质结构的一部分的例示性组成分布。图4示出了根据实施例具有不同掺杂剂浓度的有源区域的p型侧的例示性组成分布。图5A示出了根据现有技术的有源区域的p型侧的组成分布以及图5B-5F示出了根据实施例具有不同合金组成的有源区域的p型侧的例示性组成分布。图6A-6F示出了根据实施例具有不同电子阻挡层和/或p型中间层组成的有源区域的p型侧的例示性组成分布。图7A和7B示出了根据实施例的p型接触层的例示性组成分布。图8A-8C示出了根据实施例包括电子阻挡层的例示性异质结构的零偏置能带图、五伏特偏置能带图以及载流子浓度图。图9A-9C示出了根据实施例包括分级电子阻挡层的例示性异质结构的零偏置能带、五伏特偏置能带图以及载流子浓度图。图10A和10B示出了根据实施例包括具有两个不同分级区域的分级电子阻挡层的例示性异质结构的五伏特偏置能带图和载流子浓度图。图11A-11D示出了根据实施例与例示性超晶格配置相对应的能带隙图。图12示出了根据实施例用于制造电路的例示性流程图。注意，附图可以不按比例。附图旨在仅描绘本专利技术的典型方面，并且因此不应该被看作对本专利技术范围的限制。在附图中，相同附图标记表示附图之间的相同要素。具体实施方式如上所指示的，本专利技术的方面提供光电子器件的改进异质结构。该异质结构包括有源区域、电子阻挡层和p型接触层。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结构，包括：有源区域；p型接触层，具有p型接触层掺杂剂浓度；以及电子阻挡层，位于所述有源区域与所述p型接触层之间，其中所述电子阻挡层中的p型掺杂剂浓度是所述p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.03 US 61/873,3461.一种异质结构，包括：
有源区域；
p型接触层，具有p型接触层掺杂剂浓度；以及
电子阻挡层，位于所述有源区域与所述p型接触层之间，其中所述电子阻挡层中的p型
掺杂剂浓度是所述p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十。
2.根据权利要求1所述的异质结构，还包括位于所述电子阻挡层与所述p型接触层之间
的p型中间层，其中所述p型中间层中的掺杂剂浓度沿着从所述电子阻挡层到所述p型接触
层的方向从与所述电子阻挡层中的所述p型掺杂剂浓度相当的掺杂剂浓度增大到与所述p
型接触层掺杂剂浓度相当的掺杂剂浓度。
3.根据权利要求2所述的异质结构，其中所述p型中间层还包括沿着从所述电子阻挡层
到所述p型接触层的方向从与所述电子阻挡层的半导体合金组成相当的半导体合金组成变
为与所述p型接触层的半导体合金组成相当的半导体合金组成的变化的半导体合金组成。
4.根据权利要求3所述的异质结构，其中所述半导体合金组成是III族氮化物材料。
5.根据权利要求4所述的异质结构，其中所述电子阻挡层包括铝摩尔分数比所述有源
区域中最高铝摩尔分数高至少百分之三的区域。
6.根据权利要求2所述的异质结构，其中所述p型中间层包括多个子层，每个子层具有
与紧邻子层的半导体合金组成相差至少0.5％的半导体合金组成。
7.根据权利要求1所述的异质结构，其中所述电子阻挡层包括多个子层，每个子层具有
与紧邻子层的半导体合金组成相差至少0.5％的半导体合金组成。
8.根据权利要求7所述的异质结构，其中所述子层具有朝向所述电子阻挡层的中央部
分增大的能带隙。
9.根据权利要求7所述的异质结构，其中所述子层形成包括与第二组多个低铝含量子
层交替的第一组多个高铝含量子层的超晶格。
10.根据权利要求9所述的异质结构，其中所述第一组子层或者所述第二组子层中的至
少一个的厚度朝向所述电子阻挡层的中央部分增大。
11.一种光电子器件，包括：
n型接触层，具有n型掺杂；
p型接触层，具有p型接触层掺杂剂浓度；
有源区域，位于所述n型接触层与所述p型接触层之间；以及
电子阻挡层，位于所述有源区域与所述p型接触层之间，其中所述电子阻挡层中的p型
掺杂剂浓度是所述p型接触层掺杂剂浓度的最多百分之十。
12.根据权利要求11所述的器件，还包括位于所述电子阻挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·杰因，M·S·沙塔拉维，杨锦伟，A·杜博尔因斯基，M·舒尔，R·格斯卡，
申请(专利权)人：传感器电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US