发光器件及其成形方法技术

不同实施例提供形成发光器件的方法和由其形成的发光器件。不同实施例的发光器件改变极化诱导界面电荷的极性，使得在发光器件的有源层和电子阻挡层的界面处的极性诱导电荷是负的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年5月14日提交的申请号为61/996,661的美国临时专利申请的优先权，出于所有目的，该临时申请的全部内容通过引用并入本文。
实施例一般涉及发光器件及其成形方法。
技术介绍
发光二极管(LED)，例如，GaN基的LED被认为是下一代固态照明的光源的选择，并且在该领域的研究和开发在过去几十年中已经取得了巨大的进步。越来越多的应用采用GaN基LED，如LED电视、手机、交通灯、LCD背光、全彩显示和一般照明。在各种应用中，通用照明市场最大和最具经济吸引力，并且在技术上也提出了最大的挑战。然而，效率下降，在高功率操作下LED的效率降低的现象，对LED的性能设置限制。例如，高端LED产品能够释放大约50％的效率，这远远超出接近统一的理论极限。存在许多对LED效率有负面影响的问题，例如电子溢出、空穴注入不足和俄歇复合等等。图1示出了常规的LED层结构101。层结构101包括无意掺杂的氮化镓(u-GaN)层110、n型GaN(n-GaN)层120、有源层130、p型氮化铝镓(p-AlGaN)层140以及构筑在衬底100上的p型GaN(p-GaN)层150，例如c-面蓝宝石衬底。有源层130可以包括单量子阱或多量子阱结构。从有源区到LED的p型区的电子溢出是导致效率下降的原因之一。p型AlGaN层140应用于LED结构以减少电子溢出，并且被称为电子阻挡层(EBL)。没有极化诱发界面电荷的有源层130，EBL层140和p-GaN层150的对应能带图如图2(a)和2(b)所示。然而，由于在有源区和LED的p-AlGaNEBL的界面处的无意的极化诱导的正电荷，电子阻挡效应可能被削弱，并且空穴注入也可能被削弱，因此在传统LED结构的EBL的有效性受损。这是因为LED通常在作为极性取向的蓝宝石衬底的(0001)c-面上生长，且因此在有源层/p-AlGaNEBL的界面处产生极化诱导的正电荷140a和在p-AlGaNEBL/p-GaN层的界面处产生极化诱导的负电荷140b是由于自发极化失配和压电极化，如图3(a)所示。在有源层/p-AlGaNEBL的界面处的这些极化诱导的正电荷可以降低p-AlGaNEBL层140的有效电子势垒高度，这可能损害电子阻挡的有效性，如在示意性能带图3(b)所示的，其中Ec表示导带边缘，Ev表示价带边缘。进一步地，极化诱导的正电荷140a还可以增加有效空穴势垒高度，这可以降低空穴注入效率，如图3(b)所示。有源层130包括夹在氮化镓(GaN)层130a和氮化镓(GaN)层130b之间的氮化铟镓(InGaN)层130b。已经对具有图1的层结构的常规450nm蓝色LED的极化诱导的正界面电荷的效果进行了数值模拟。当p-AlGaNEBL的Al组成为0.15时，电子的有效势垒高度仅为约317.4meV，这远远小于在没有极化诱导的正界面电荷的情况下约560meV的预期值。进一步地，空穴的有效势垒高度为约335.8meV，其远远大于在没有极化诱导的正界面电荷的情况下约240meV的预期值。电子和空穴的有效势垒高度的这些变化可能不利于LED的效率性能。
技术实现思路
不同实施例提供发光器件的成形方法。该方法可以包括在衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成p型覆层，在p型覆层上形成电子阻挡层，在电子阻挡层上形成有源层，在有源层上形成n-型覆层。不同实施例进一步提供形成发光器件的方法。该方法可以包括在衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成n型覆层，在n型覆层上形成有源层，在有源层上形成极性反转层，在极性反转层形成电子阻挡层，以及在所述电子阻挡层上形成p型覆层。不同实施例进一步提供形成发光器件的方法。该方法可以包括在负c-面衬底上形成缓冲层，在缓冲层上形成n型覆层，在n型覆层上形成有源层，在有源层上形成电子阻挡层，以及在所述电子阻挡层上形成p型覆层。附图说明在附图中，相同的附图标记在不同视图中通常指代相同的元件。附图不一定按照比例绘制，而重点在于说明本专利技术的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述各个实施例，其中：图1是常规LED层结构的示意图。图2(a)和2(b)是在没有极化诱发界面电荷的情况下的有源层、EBL层和p-GaN层的示意能带图。图3(a)是具有极化诱导界面电荷的图1的LED结构示意图。图3(b)示出了在存在如图3(a)所示的极化诱导界面电荷，有源层、EBL层和p-GaN层的示意性带图。图4是根据不同实施例的发光器件(LED)的成形方法的流程图。图5是根据图4的不同实施例形成LED的层序列的过程的示意图。图6(a)是根据不同实施例在有源层附近的图5的LED层结构。图6(b)示出了在存在如图6(a)所示的负极化诱导界面电荷，有源层、EBL层和p-GaN层的示意性带图。图7是根据不同实施例的发光器件的成形方法的流程图。图8是根据图7的不同实施例形成LED的层序列的过程的示意图。图9(a)是根据不同实施例在有源层附近的图8的LED层结构。图9(b)示出了在存在如图9(a)所示的负极化诱导界面电荷，有源层、极性反转层、EBL层和p-GaN层的示意性带图。图10是根据不同实施例形成发光器件的方法的流程图。图11是根据图10的不同实施例形成LED的层序列的过程的示意图。图12(a)是根据不同实施例在有源层附近的图11的LED层结构。图12(b)示出了在存在如图12(a)所示的负极化诱导界面电荷，有源层、极性反转层和p-GaN层的示意性带图。图13是根据不同实施例的发光器件。图14是根据不同实施例的发光器件。具体实施方式以下详细描述参考附图，所述附图通过说明示出了可以实践本专利技术的具体细节和实施例。足够详细地描述这些实施例使得本领域技术人员能够实践本专利技术。可以利用其他实施例，并且可以进行结构和逻辑改变而不脱离本专利技术的范围。不同实施例不一定是相互排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。应当理解，当在下面的描述中使用时，术语“在……上”、“在……上方”、“侧面”、“顶部”、“底部”、“背面”等是为了方便，和帮助对位置或方向的理解，并且不旨在限制任何器件或结构或任何器件或结构的任何部分的取向。不同实施例提供形成发光器件的方法和由其形成的发光器件。不同实施例的发光器件改变极化诱导界面电荷的极性，使得在发光器件的有源层和电子阻挡层的界面处的极性诱导电荷是负的。不同实施例提供了高效率的发光器件，其可以增强电子阻挡层的电子阻挡效应和增强空穴注入效率。不同实施例的发光器件改变极化诱导界面电荷的极性，使得能够增大有效电子势垒高度同时能够减小有效空穴势垒高度。结果是，可以提高发光器件的效率，并且可以减少效率下降。图4是根据不同实施例形成发光器件(LED)的方法的流程图400。在402，在衬底上或上方形成缓冲层。在404，在缓冲层上或上方形成p型覆层。在406，在p型覆层上或上方形成电子阻挡层(EBL)。在408，在电子阻挡层上或上方形成有源层。在410，在有源层上或上方形成n型覆层。根据图4的实施例，形成的发光器件包括在电子阻挡层和有源层的界面处的负极化电荷，如下所述。根据不同实施例，衬底可以是c-面衬底，也称为(0001)衬底。在c-面衬底上形成或生长的层可以具有由于自发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成发光器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成p型覆层；在所述p型覆层上形成电子阻挡层；在所述电子阻挡层上形成有源层；并且在所述有源层上形成n型覆层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.14 US 61/996,6611.一种形成发光器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成p型覆层；在所述p型覆层上形成电子阻挡层；在所述电子阻挡层上形成有源层；并且在所述有源层上形成n型覆层。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底是c-面衬底。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述缓冲层包括涂覆在所述衬底上的成核层。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述缓冲层包括无意掺杂的氮化镓层。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述p型覆层包括p型掺杂氮化镓层、p型掺杂氮化铝镓层、p型掺杂氮化铟镓层或p型掺杂氮化铝镓铟层；其中所述电子阻挡层包括p型掺杂氮化铝镓层；其中所述n型覆层包括n型掺杂氮化镓层、n型掺杂氮化铝镓层、n型掺杂氮化铟镓层或n型掺杂氮化铝镓铟层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，形成所述有源层包括形成夹在量子势垒层之间的一个或多个量子阱层。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述一个或多个量子阱层包括氮化铟镓，其中所述量子势垒层包括氮化镓。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述量子阱层包括在0％至100％的范围内的铟成分。9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括：在所述n型覆层上形成金属接触层；在所述金属接触层上形成光反射层；并且在所述光反射层上形成种子金属层。10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：将金属衬底附接在所述种子金属层上。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，进一步包括：通过UV激光剥离以去除衬底。12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：通过干法刻蚀去除保持附着到p型覆层的缓冲层，以便暴露p型覆层。13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：将金属接触层附接到暴露的p型覆层。14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中使用金属有机化学气相沉积或分子束外延形成所述缓冲层、所述p型覆层、所述电子阻挡层、所述有源层和所述n型覆层中的一个或多个。15.一种形成发光器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成缓冲层；在所述缓冲层上形成n型覆层；在所述n型覆层上形成有源层；在所述有源层上形成极性反转层；在所述极性反转层上形成电子阻挡层；并且在所述电子阻挡层上形成p型覆层。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述衬底是c-面衬底。17.根据权利要求15或16所述的方法，其中所述极性反转层包括氮化镁。18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中所述极性反转层形成为具有在1nm至2nm范围内的厚度。19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中所述缓冲层包括涂覆在所述衬底上的成核层。20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中所述缓冲层包括无意掺杂的氮化镓层。21.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，其中所述n型覆层包括n型掺杂氮化镓层、n型掺杂氮化铝镓层、n型掺杂氮化铟镓层或n型掺杂氮化铝镓铟层；其中所述电子阻挡层包括p型掺杂氮化铝镓层；其中所述p型覆层包括p型掺杂氮化镓层、p型掺杂氮化铝镓层、p型掺杂氮化铟镓层或p型掺杂氮化铝镓铟层。22.根据权利要求15至21中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，其奥·札不，张紫辉，朱斌斌，鞠振刚，陈瑞添，张雪亮，希勒米·沃尔坎·德米尔，
申请(专利权)人：南洋理工大学，
类型：发明
国别省市：新加坡;SG