基于II-VI的发光半导体器件制造技术

本发明专利技术提供一种包括作为有源层的基于氧化锌镁的层的发光半导体器件，其中基于氧化锌镁的层包括具有带有1-350ppm的Al的Zn1-xMgxO标称成分的铝掺杂氧化锌镁层，其中x在0<x≤0.3的范围中。本发明专利技术还提供一种用于产生这样的铝掺杂氧化锌镁的方法，所述方法包括在提升的温度下对具有预定成分的包含Zn、Mg和Al的成分进行热处理，并且随后对热处理的成分进行退火以提供所述铝掺杂氧化锌镁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于II-VI的发光半导体器件
本专利技术涉及基于II-VI的发光半导体器件、发光材料、用于产生这样的发光材料 的方法、以及用于产生用于这样的半导体器件的II-VI半导体层的方法。
技术介绍
宽带隙II-VI化合物被预期作为用于诸如在蓝色或紫外频谱范围中操作的发光 二极管（LED)和激光二极管（LD)之类的高性能光电子器件的最为重要的材料之一。薄膜通 常使用常规气相外延（VPE)方法来生长。随着科学和技术的发展，出现了针对材料制备的 新的和更高的要求。出于此原因，开发了新型外延生长技术，包括热壁外延（HWE)、金属有机 化学气相沉积（M0CVD)、分子束外延（MBE)、金属有机分子束外延（M0MBE)以及原子层外延 (ALE)。通过使用这些生长方法，可以控制膜厚度并且可以改善质量。II-VI半导体的示例 有ZnS、ZnO、ZnSe、ZnTe和CdTe。 包括作为构成元素的锌和氧的氧化锌半导体材料已经吸引了相当大的注意，因为 它们由于其类似于诸如氮化镓等的半导体材料的宽带隙而不仅可以发射蓝光而且可以发 射400纳米或者更小的近紫外射线。另外，也已经预期到它们在光电检测器、压电器件、透 明导电电极、有源器件等等的应用而不限于发光器件。为了形成这样的氧化锌半导体材料， 已经常规地检验诸如使用超高真空的MBE方法、溅射、真空蒸发、溶胶凝胶过程、M0-CVD方 法等等之类的各种方法。对于发光器件而言，从结晶度的观点来看，使用超高真空的MBE方 法被广泛地使用。 另外，US4278913描述了基于氧化锌的磷光体在低速电子的激发之下发射高亮度 的黄光：xMnF2.yMmF3.ZnO,其中M11是选自包括铍、镁、钙、锶、钡、锌和锡的组中的至少一种 二价金属，Mm是选自包括铝、镓、铟、铊、钇和锑的组中的至少一种三价金属，并且x和y是 满足条件〇. 〇〇〇1 <x+y< 0. 1，0 <x和0〈y的数字。基于氧化锌的磷光体被用作低速电 子激发的荧光显示器件的荧光屏。
技术实现思路
当前，照明世界正处于从白炽灯泡和（紧凑的）荧光灯朝向大多由发光二极管 (LED)提供的固态照明转变当中。市场中的大多数LED是基于氮化镓（GaN)的。虽然GaN 是优秀的发射体，但是它确实忍受若干缺点。主要问题在于对晶格中的缺陷的敏感性，所述 缺陷一般对于GaN层的发射属性是有害的。尽管如此，GaN仍是用于LED制造的最适合的 III-V材料，因为它实际上是较容忍缺陷的III-V材料之一。为了防止发射损失，缺陷浓度 不得不通过外延地生长GaN层来保持为低。然而，外延生长妨碍大面积器件的制造。此外， GaN覆盖的晶片一般被切分成小部分(典型地lxlmm)以确保功能器件中的可接受的良率， 并且确保材料的最优使用，这是因为镓是相对稀有和昂贵的元素这一事实。 对于小面积的要求具有若干缺点。为了具有足够的光输出，GaNLED-般在高功 率密度下操作，从而引起器件的变热，这降低它们的效率并且要求使用诸如热沉之类的热 耗散机制。来自小面积的高光输出有效地使它们成为点源，这使得在用于一般照明应用时 直接观看是不舒适的。事实上，高功率LED在眼睛安全性方面被分类成与激光器同等水平。 因此，对于照明应用，一般要求某种光散布和眩光减小。解决这些问题的方法是具有可以在 低得多的功率密度下驱动的大发光表面。如以上所提及的，大面积GaN光源当前是不可能 的并且不存在。 对GaN晶格中的缺陷的脆弱性的原因之一源于低激子束缚能，其在kT以下。该低 值意味着在室温下，激子在它们有机会辐射重组之前可能被分成分离的电子和空穴。分离 的电荷载体然后被俘获在缺陷位置处，从而引起非辐射衰变。显然，该过程在GaNLED通常 操作在的提升的温度下加剧。 在频谱的另一侧上是具有0. 5eV(远大于kT)的激子束缚能的有机LED(0LED)， 其使得能够实现从本质上非晶介质的光发射，这使得大面积照明应用成为可能。然而，由于 所使用的电极材料的反应性质，0LED要求（昂贵的）封装。 氧化锌作为可以具有两个世界中的最好方面的材料长久以来一直被研究。与GaN 相同，它是宽带隙半导体〇. 3eV)，但是ZnO具有60meV(在室温下为kT的2. 4倍)的高激 子束缚能。该值意味着缺陷对光发射应当不太有害，从而使得能够实现从外延生长方法朝 向一般导致多晶层的较便宜的大面积沉积技术（比如溅射）的切换。另外，ZnO是便宜、充足 且高度稳定的，从而使其成为大面积器件中的潜在发光材料的有吸引力的选择。 氧化锌可以使用比如溅射的大面积沉积技术来应用，这一般导致多晶层。另外， ZnO是便宜、充足且高度稳定的，这使其成为大面积器件中的潜在发光材料的有吸引力的选 择。然而，尽管具有这些希望，但是ZnO作为潜在磷光体还有尚未被解决的一些问题。首先， 主(近带隙）发射在UVr385nm)中，并且其次该发射的量子效率非常低。由室温下的粉末 已经报道了直至3%的效率，但是一般观察到更低的值。 众所周知的添加物是硫，其导致来自ZnO的以500nm附近为中心的具有飞0%的量 子效率的强宽带发射。尽管高度发光的Zn0:S粉末的制备是相当简明的，但是类似成分的 薄膜的沉积是麻烦的。 因此，存在对用于ZnO的添加物的兴趣，该添加物改善材料的可见发射和量子效 率，同时与比如溅射的大面积沉积技术兼容。因而，本专利技术的一方面是提供一种可替换的 (发光）半导体器件，其优选地进一步至少部分地缓解以上所述缺点中的一个或多个。本发 明的另一方面是提供一种可替换的发光材料，其优选地进一步至少部分地缓解以上所述缺 点中的一个或多个。另外，提供一种用于产生这样的发光材料的方法，特别是以衬底上的可 以用作这样的可替换半导体器件中的有源层的层的形式是一个方面。 在第一方面中，本专利技术提供一种包括叠层的发光半导体器件，该叠层包括阴极(其 可以特别地为阴极层)、包含具有在300-900nm的范围中的辐射的发射(氧化)材料的半导体 层、（氧化）绝缘层和阳极(其可以特别地为阳极层)，其中阴极与半导体层电气接触，其中阳 极与诸如金属氧化物层之类的绝缘层电气接触，并且其中绝缘层具有在直至50nm的范围 中的厚度（即> 〇nm且< 50nm)。 该方法是通过将绝缘层合并在器件叠层中的二极管的实现，即金属-绝缘体-半 导体-金属（MISM)二极管。阴极或阳极原则上可以分别是适合作为阴极或阳极材料的任 何材料。特别地，阴极或阳极中的至少一个是透射性的。在实施例中，阴极包括掺杂有铝的 ZnO或氧化铟锡（ITO)。因而，在实施例中，阴极是透射性的。在本文中，术语透射性的指 示层对于有源层的发射而言是透射性的。在另一实施例中，阳极可以是贵金属，诸如金或钼 或其组合。 用于半导体层的适合材料可以特别地是选自包括诸如氧化锌、氧化锌镁、硫化锌、 硒化锌、氧化镉、硫化镉和硒化镉(特别地为ZnO、（Zn，Mg)0、ZnS、ZnSe、CdO、CdS、CdSe)之 类的锌或镉的氧化物、硫化物或硒化物的组中的发射材料。另外，也可以应用氧硫化物，t匕 如氧硫化礼。另外，也可以应用这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括叠层的发光半导体器件，所述叠层包括阴极、包含具有在300‑900nm的范围中的发射的发射材料的半导体层、绝缘层和阳极，其中阴极与半导体层电气接触，其中阳极与绝缘层电气接触，并且其中绝缘层具有在直至50nm的范围中的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.29 US 61/665968;2012.12.19 US 61/7391651. 一种包括叠层的发光半导体器件，所述叠层包括阴极、包含具有在300-900nm的范 围中的发射的发射材料的半导体层、绝缘层和阳极，其中阴极与半导体层电气接触，其中阳 极与绝缘层电气接触，并且其中绝缘层具有在直至50nm的范围中的厚度。2. 根据权利要求1的发光半导体器件，其中发射材料具有离真空能级CBp eV处的导带 和VBp eV处的价带，其中CBp > VBp，其中势垒层具有距真空能级CBb eV处的导带和VBb eV处的价带，其中CBb > VBb，其中CBb > CBp并且其中VBb彡VBp +1. 5eV。3. 根据前述权利要求中任一项的发光半导体器件，其中半导体层包括选自包含ZnO、 (Zn，Mg) 0、ZnS、ZnSe、CdO、CdS、CdSe和这些中的任一个的掺杂变体的组中的发射材料。4. 根据权利要求3的发光半导体器件，其中半导体层包括具有l-350ppm的A1的铝掺 杂氧化锌镁层。5. 根据权利要求3-4中任一项的发光半导体器件，其中半导体层具有带有l-350ppm的 A1的Zni_xMgx0标称成分，其中x在0〈x彡0. 3的范围中。6. 根据前述权利要求中任一项的发光半导体器件，其中绝缘层是选自包括Si02、Mg0、 SrTi03、Zr02、Hf02和Y20 3的组中的氧化绝缘层。7. 根据前述权利要求中任一项的发光半导体器件，其中绝缘层具有在2-30nm的范围 中的厚度。8. -种包括具有带有l_350ppm的A1的Zni_xMg x0标称成分的氧化锌镁的发光材料，其 中x在0〈x彡0. 3的范围中。9. 根据权利要求8的发光材料，其中氧化锌镁包含5-40ppm的A1，并且其中x在 0? 02〈x彡0? 2的范...

【专利技术属性】
技术研发人员：K阿萨迪，DM德里尤，JFM斯勒斯森，WC科尔，F维巴克，PJ巴伊斯乔，CE蒂梅宁，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL