超晶格结构制造技术

本公开涉及超晶格结构。提供了包括多个周期的超晶格层，多个周期中的每一个由多个子层形成。每个子层包括与(一个或者多个)相邻子层不同的组成并且包括与(一个或者多个)相邻子层的极化相反的极化。以这种方式，分别相邻子层的极化彼此补偿。此外，超晶格层可以被配置为对诸如紫外辐射的辐射至少部分透明。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的引用本申请是2013年3月14日提交的美国专利申请No.13/803,718的部分继续申请，并且其要求2012年3月14日提交的美国临时申请No.61/610,636和2013年2月25日提交的美国临时申请No.61/768,799的利益，所有这些申请通过引用合并于此。另外，美国专利申请No.13/803,718是2011年6月17日提交、为2011年1月8日提交的美国专利申请No.12/987,102的部分继续申请的美国专利申请No.13/162,895的部分继续申请，并且其要求2010年1月8日提交的美国临时申请No.61/293,614的权益，所有这些申请通过引用合并于此。政府许可权美国政府具有本专利技术的已付费许可以及如由国家科学基金会授予的授权No.IIP-0839492的条款所规定的在限定情形中要求专利所有人以合理条款许可其他人的权利。
本公开通常涉及半导体器件，以及更具体地涉及配置为减小形成器件的半导体材料的极化效应的超晶格结构。
技术介绍
在基于氮化物的半导体材料以及包括可见发光二极管(LED)和紫外(UV)发光二极管(LED)的器件中，极化效应在导致电子和空穴的强内建场和空间分离方面发挥主导作用。这些极化效应能够负面地影响基于氮化物的可见发光二极管和紫外发光二极管的性能。例如，图1A-1C示出了根据现有技术的正-本征-负(p-i-n)量子阱结
构的例示性能带图。具体地，图1A示出了没有外部偏置和照明的结构的能带图；图1B示出了具有由外部偏置补偿的p-i-n场的结构的能带图；以及图1C示出了具有由外部偏置和强光激发补偿的总电场的结构的能带图。对例示性的基于铝铟镓氮化物(基于AlxInyGa1-x-yN)的多量子阱(MQW)结构评估了极化效应。MQW结构在量子阱和势垒层中分别地包括接近20％和40％的Al摩尔分数，以及在量子阱和势垒两者中的In含量分别地约2％和1％。MQW结构包括总共三个阱，它们每个是2到4纳米厚，由4个5纳米厚的势垒分开。计算表明势垒和阱分别地经受0.815％和0.314％的张力。这些张力与由阱的-0.0484库仑每平方米(C/m2)和势垒的-0.0134C/m2的失配引起的界面处的压电电荷相对应。对于阱和势垒的极化电荷分别地计算为-0.041C/m2和-0.049C/m2。发现对于势垒和阱的交替序列的阱中的总电场为1.2兆伏每厘米(MV/cm)。场中的大约百分之五十应归于压电效应并且剩余百分之五十由自发极化引起，压电效应和自发极化两者具有相同方向。这与1纳米宽的量子阱中的0.12eV能带弯曲相对应。这种能带弯曲排除了在深UV LED中使用宽的量子阱，这通过将MQW设计优化限制为非常窄(即，1到2纳米厚)的量子阱而减小了总体LED效率。
技术实现思路
本专利技术的各方面提供了包括多个周期的超晶格层，多个周期中的每一个由多个子层形成。每个子层包括与(一个或者多个)相邻子层不同的组成并且包括与(一个或者多个)相邻子层的极化相反的极化。以这种方式，分别相邻子层的极化彼此补偿。超晶格层可以被并入到各种类型的器件中，并且可以例如通过避免不利限制的斯塔克效应(Stark effect)(其阻止高效辐射复合)来允许利用宽得多的量子阱。此外，超晶格层可以被配置为对诸如紫外辐射的辐射至少部分透明。本专利技术的第一方面提供了一种结构，该结构包括：第一层；和超晶格层，所述超晶格层具有与第一层相邻的第一侧，超晶格层包括多个周期，多个周期中的每一个包括：第一子层，所述第一子层具有第一组成和第一极化；和第二子层，所述第二子层与第一子层相邻，第二子层具有不同于第一组成的第二组成和与第一极化相反的第二极化。本专利技术的第二方面提供一种方法，该方法包括：为器件创建结构设计，该结构设计包括第一层和具有与第一层相邻的第一侧的超晶格层，该超晶格层包括多个周期，创建结构设计包括：为多个周期中的每一个的第一子层选择具有第一极化的第一组成；以及为多个周期中的每一个的第二子层选择具有第二极化的第二组成，其中第二子层与第一子层相邻，以及其中第二组成不同于第一组成以及第二极化与第一极化相反。本专利技术的第三方面提供了一种基于III族氮化物的器件，该基于III族氮化物的器件包括：p型接触，包括：第一p型层；以及p型超晶格层，该p型超晶格层包括多个周期，该多个周期中的每一个包括：第一子层，所述第一子层具有基于III族氮化物的第一组成和第一极化；以及第二子层，所述第二子层与第一子层相邻，该第二子层具有不同于第一组成的基于III族氮化物的第二组成以及与第一极化相反的第二极化，其中第一极化和第二极化包括下列中的至少一个：应变感应极化或者自发极化。本专利技术的第四方面提供了一种结构，该结构包括：第一层；和超晶格层，所述超晶格层具有与第一层相邻的第一侧，超晶格层包括多个周期，该多个周期中的每一个包括：第一子层，所述第一子层具有第一III族氮化物组成和第一极化，其中第一III族氮化物组成被选择为使得第一子层具有对目标波长的紫外辐射至少目标透明度的透明度；和第二子层，所述第二子层与第一子层相邻，该第二子层具有不同于第一III族氮化物组成的第二III族氮化物组成和与第一极化相反的第二极化。本专利技术的第五方面提供了一种方法，该方法包括：为器件创建结构设计，该结构设计包括第一层和具有与第一层相邻的第一侧的超晶格层，该超晶格层包括多个周期，创建结构设计包括：为多个周期中的每一个的第一子层选择具有第一极化的第一III族氮化物组成，其中第一III族氮化物组成被选择为使得第一子层具有对目标波长的紫外辐射至少目标透明度的透明度；以及为多个周期中的每一个的第二子层选择具有第二极化的第二III族氮化物组成，其中第二子层与第一子层相邻，以及其中第二III族氮化物组成不同于第一III族氮化物组成以及第二极化与第一极化相反。本专利技术的第六方面提供了一种基于III族氮化物的器件，该基于III族氮化物的器件包括：p型接触，所述p型接触包括：第一p型层；以及p型超晶格层，所述p型超晶格层包括多个周期，该多个周期中的每一个包括：第一子层，所述第一子层具有基于III族氮化物的第一组成和第一极化，其中基于III族氮化物的第一组成被选择为使得第一子层具有对目标波长的紫外辐射至少目标透明度的透明度；以及第二子层，所述第二子层与第一子层相邻，该第二子层具有不同于第一组成的基于III族氮化物的第二组成和与第一极化相反的第二极化，其中第一极化和第二极化包括下列中的至少一个：应变感应极化或者自发极化。本专利技术的例示性方面设计为解决此处描述的问题中的一个或者多个和/或此处未讨论的一个或者多个其它问题。附图说明通过结合描绘本专利技术各种方面的附图进行的本专利技术各种方面的下列详细说明将更容易理解本公开的这些特征以及其它特征。图1A-1C示出了根据现有技术的p-i-n量子阱结构的例示性能带图。图2A和2B分别地示出了根据现有技术和实施例的例示性结构。图3示出了将常规量子阱的导带分布与根据实施例的量子阱的导带分布进行比较的导带图。图4示出了根据实施例的另一个例示性结构。图5示出了根据实施例所计算的作为AlInN中铟摩尔分数的函数的氮化镓(GaN)与氮化铝铟(AlInN)之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造结构的方法，所述方法包括：基于超晶格层的多个周期的至少一个子层的目标总极化，为所述至少一个子层选择目标III族氮化物组成，其中所述总极化由相应的至少一个子层内存在的压电极化和自发极化引起，其中目标III族氮化物组成包括铝和铟，并且其中所述选择包括基于所述目标总极化选择铝和铟的摩尔分数；直接在第一III族氮化物层上生长所述超晶格层，其中生长所述多个周期中的每一个包括：生长具有第一III族氮化物组成和第一总极化的第一子层；生长与所述第一子层紧密相邻的第二子层，所述第二子层具有不同于所述第一III族氮化物组成的第二III族氮化物组成和第二总极化，其中所述第一III族氮化物组成或者所述第二III族氮化物组成中的一个是所述目标III族氮化物组成。

【技术特征摘要】
2015.03.31 US 14/675,5961.一种制造结构的方法，所述方法包括：基于超晶格层的多个周期的至少一个子层的目标总极化，为所述至少一个子层选择目标III族氮化物组成，其中所述总极化由相应的至少一个子层内存在的压电极化和自发极化引起，其中目标III族氮化物组成包括铝和铟，并且其中所述选择包括基于所述目标总极化选择铝和铟的摩尔分数；直接在第一III族氮化物层上生长所述超晶格层，其中生长所述多个周期中的每一个包括：生长具有第一III族氮化物组成和第一总极化的第一子层；生长与所述第一子层紧密相邻的第二子层，所述第二子层具有不同于所述第一III族氮化物组成的第二III族氮化物组成和第二总极化，其中所述第一III族氮化物组成或者所述第二III族氮化物组成中的一个是所述目标III族氮化物组成。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标总极化为零。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一III族氮化物组成和所述第二III族氮化物组成是AlInGaN合金。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述生长所述超晶格层还包括生长将所述多个周期中的每一个分开的多个第三子层。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述多个周期中的每一个包括量子阱并且所述第三子层中的每一个包括势垒。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一III族氮化物层包括电子阻挡层，所述方法还包括生长与所述超晶格层的第二侧相邻的
\t多量子阱结构，其中所述第二侧与第一侧相对。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一III族氮化物层和所述超晶格层形成下列中的至少一种：包覆层或p型接触。8.根据权利要求1所述的方法，还包括生长与所述超晶格层的和第一侧相对的第二侧紧密相邻的第二层，其中所述多个周期中的每一个的所述组成从具有与位于和所述第一侧相邻的周期的所述第一III族氮化物层相似的晶格结构的组成变化为具有与位于和所述第二侧相邻的周期的所述第二层相似的晶格结构的组成。9.一种异质结构器件，包括：III族氮化物紫外辐射生成结构；以及超晶格层，所述超晶格层包括多个周期，所述多个周期中的每一个包括：第一子层，所述第一子层具有第一III族氮化物组成和第一总极化；以及第二子层，所述第二子层与所述第一子层相邻，所述第二子层具有不同于所述第一III族氮化物组成的第二III族氮化物组成和第二总极化，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·舒尔，R·格斯卡，杨锦伟，A·道博林斯基，
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