一种用于发光器件或者光电探测器的空穴供给和p‑接触结构包括p型III族氮化物结构以及在其上形成的空穴供给和p‑接触层，所述空穴供给和p‑接触层由含Al的III族氮化物制成，并且处于双轴面内张应力应变下，所述空穴供给和p‑接触层的厚度在0.6‑10nm的范围内，并且所述p型III族氮化物结构形成在发光器件或者光电探测器的有源区上。还提供了一种具有空穴供给和p‑接触结构的发光器件和光电探测器。
Pore supply and p-type contact structure assisted by polarized electric field, light emitting devices and photodetectors using this structure
A hole supply and p_contact structure for light emitting devices or photodetectors includes a p-type III nitride structure and a hole supply and p_contact layer formed thereon. The hole supply and p_contact layer are made of III nitrides containing Al and are under biaxial tension stress and strain. The thickness of the hole supply and p_contact layer is within the range of 0.6_10 nm. The p-type III nitride structure is formed on the active region of the light emitting device or photodetector. A light emitting device and a photodetector with a hole supply and p_contact structure are also provided.
【技术实现步骤摘要】
极化电场辅助的空穴供给和p型接触结构、使用该结构的发光器件和光电探测器相关申请的交叉引用本申请要求2017年10月18日提交的、专利技术名称为“极化电场辅助的空穴供给和p型接触结构以及使用该空穴供给和p型接触结构的发光器件”、申请号为62/574,083的美国临时申请的优先权，以及2017年11月14日提交的、专利技术名称为“极化电场辅助的空穴供给和p型接触结构以及使用该空穴供给和p型接触结构的发光器件”、申请号为15/813,082的美国专利申请的优先权，该两案以引用的方式全部并入本文。
本申请一般地涉及半导体发光技术，更具体地涉及一种用于发光器件或者光电探测器的极化电场辅助的空穴供给和p型接触结构，并且涉及具有极化电场辅助的空穴供给和p型接触结构的发光器件和光电探测器。
技术介绍
诸如InN、GaN、AlN的氮化物半导体及其取决于合金组分的三元和四元合金，可实现从410nm到大约200nm的紫外(UV)辐射。这些包括UVA(400-315nm)辐射、UVB(315-280nm)辐射和部分UVC(280-200nm)辐射。UVA辐射正在引发固化行业的变革，UVB和UVC辐射由于其杀菌效果正期待在食品、水和表面消毒业中普遍应用。与诸如汞灯的传统UV光源相比，由氮化物制成的UV光发射器具有内在优势。通常，氮化物UV发射器是坚固的、紧凑的、光谱可调节的且环境友好的。其提供高UV光强度和剂量，从而有助于对水、空气、食品和物体表面进行理想的消毒/杀菌处理。进一步地，氮化物UV光发射器的光输出可以以高达几百兆赫的高频进行调制，从而确保其能够作为物联网、隐蔽通信和生物化学检测的创新光源。现有技术的UV发光二极管(LED)通常采用层压结构，其包含c面蓝宝石作为UV透明衬底、涂覆在衬底上的AlN层充当外延模板，以及一组AlN/AlGaN超晶格用于位错和应变管理。AlN模板和AlN/AlGaN超晶格的使用使得能够生长高质量高导电性n型AlGaN电子供给层，其将电子注入后续的基于AlGaN的多量子阱(MQW)有源区中。在MQW有源区的另一侧是A1GaN电子阻挡层、A1GaN空穴注入层、空穴供给层和用于形成欧姆接触的p型GaN或者InGaN层。在参考文献(例如，“Milliwattpowerdeepultravioletlight-emittingdiodesoversapphirewithemissionat278nm”J.P.Zhang等人，APPLIEDPHYSICSLETTERS81，4910(2002)，其内容以引用的方式全部并入本文)中可以找到常规的A1GaNUVLED结构。诸如A1GaN材料的宽带隙半导体具有随带隙宽度(Eg)而增加的受主激活能(EA)。EA根据以下公式决定了空穴浓度(p)：其中，g是受主简并度(g＝2)，NA是受主浓度，NV是价带边缘的有效态密度，K是玻尔兹曼常数，T是绝对温度(“Enhancementofdeepacceptoractivationinsemiconductorsbysuperlatticedoping”E.F.Schubert、W.Grieshaber和I.D.Goepfert，Appl.Phys.Lett.69，9(1996))。对于NA＝1020cm-3和EA＝200meV(对于在GaN中含Mg的情况，Nv(300K)＝4.62×1019cm-3)，该公式计算出约1％的受主在室温下进行电离，这意味着价带中的自由空穴的浓度为1×1018cm-3，几乎不适合于空穴供给和p型欧姆接触。对于NA＝1020cm-3和EA＝500meV(对于在AlN中含Mg的情况，Nv(300K)＝4.88×1020cm-3)，所估计的室温受主激活率仅为9.86×10-5。对于普通AlxGa1-xN材料，受主电离能在200-500meV之间(随Al组分x线性增加)。因此，对于UVB/UVC透明AlxGa1-xN材料(1≥x≥0.26)，空穴浓度对于空穴供给和p型欧姆接触形成而言过低。考虑到这种障碍，p型GaN或者InGaN层通常用作常规UVLED中的空穴供给层和p-欧姆接触层。然而，p型GaN和InGaN层的强UV吸收(系数～105cm-1)将UVLED的光提取效率(LEE)严格限制为小至3％-6％。已经提出了包含p型AlGaN势垒层和p型GaN势阱层的超晶格结构来替代常规p型AlGaN层，以改善导电性且保持对UV的透明性(例如，美国专利第5,831,277号、第6,104,039号和第8,426,225号，其内容以引用的方式全部并入本文)。在A1GaN和GaN之间的价带和极化不连续性将导致GaN阱内的空穴累积。空穴可以在GaN阱面内自由移动。然而，AlGaN/GaN价带和极化不连续性将阻碍在与GaN阱面垂直的方向上的空穴移动。也就是说，p型AlGaN/GaN超晶格横向导电性有所改善，但是垂直导电性上仍存在限制，不适合于将空穴垂直注入MQW有源区中进行发光。为了增强p-AlGaN/GaN超晶格的垂直导电性，可以根据空穴的波尔半径作为经验法则来估计超晶格内的p-AlGaN势垒层的厚度：由于AlGaN中的空穴的有效质量mh非常重，接近或者大于自由电子质量m0的有效质量，且根据Al组分，AlGaN材料的相对介电常数εr介于8至9之间，因此AlGaN内的空穴的波尔半径约为当在AlGaN/GaN超晶格中应用这种薄AlGaN层时，a)如果GaN阱层的厚度足以保持良好的AlGaN/GaN界面，则超晶格将是UV不透明的；b)如果GaN阱层也保持用于UV透明性的超薄厚度，则由于界面粗糙度和组分混合，超薄的AlGaN/GaN超晶格界面将消失，这使得超薄周期AlGaN/GaN超晶格与常规AlGaN合金相同，从而失去了所有空穴累积效益。
技术实现思路
本专利技术的实施例公开了一种空穴供给和p型接触结构，特别是一种UV透明空穴供给和p型接触结构，用于发光器件或者光电探测器，特别是UV发光器件和UV光电探测器。根据本专利技术的实施例的空穴供给和p型接触结构具有改善的电流-电压特性和光提取效率。本专利技术的一个方面提供了一种用于发光器件或者光电探测器的空穴供给和p-接触结构。所述空穴供给和p-接触结构包括：p型III族氮化物结构；以及空穴供给和p-接触层，在所述p型III族氮化物结构上形成，并且处于双轴面内张应力应变下，所述空穴供给和p-接触层由含Al的III族氮化物制成，其中，所述空穴供给和p-接触层的厚度在0.6-10nm的范围内，并且所述p型III族氮化物结构形成在发光器件或者光电探测器的有源区上。所述空穴供给和p-接触层的室温受主激活率可以大于1％。所述空穴供给和p-接触层的受主激活能可以在0.1至0.5eV的范围内，并且所述空穴供给和p-接触层中的极化感应电场在3×105V/cm至3×107V/cm的范围内。所述空穴供给和p-接触层可以由AlxGa1-xN制成，0.7≤x≤1。所述空穴供给和p-接触层可以由AlN制成，并且全应变地(coherently)形成在所述p型III族氮化物结构上。所述空穴供给和p-接触层可以具有比所述p型III族氮化物结构的Al组分更高的Al组分。所述空穴供给和p-接触层可以掺杂有浓度为1.0×10本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于发光器件或光电探测器的空穴供给和p‑接触结构，包括：p型III族氮化物结构；以及空穴供给和p‑接触层，在所述p型III族氮化物结构上形成，并且处于双轴面内张应力应变下，所述空穴供给和p‑接触层由含Al的III族氮化物制成，其中，所述空穴供给和p‑接触层的厚度在0.6‑10nm的范围内，并且所述p型III族氮化物结构形成在所述发光器件或者光电探测器的有源区上。
【技术特征摘要】
2017.10.18 US 62/574,083;2017.11.14 US 15/813,0821.一种用于发光器件或光电探测器的空穴供给和p-接触结构，包括：p型III族氮化物结构；以及空穴供给和p-接触层，在所述p型III族氮化物结构上形成，并且处于双轴面内张应力应变下，所述空穴供给和p-接触层由含Al的III族氮化物制成，其中，所述空穴供给和p-接触层的厚度在0.6-10nm的范围内，并且所述p型III族氮化物结构形成在所述发光器件或者光电探测器的有源区上。2.根据权利要求1所述的空穴供给和p-接触结构，其中，所述空穴供给和p-接触层的受主激活能在0.1至0.5eV的范围内，并且所述空穴供给和p-接触层中的极化感应电场在3×105V/cm至3×107V/cm的范围内；可选地，所述空穴供给和p-接触层的室温受主激活率大于1％。3.根据权利要求1所述的空穴供给和p-接触结构，其中，所述空穴供给和p-接触层由AlxGa1-xN制成，0.7≤x≤1；可选地，所述空穴供给和p-接触层全应变地形成在所述p型III族氮化物结构上；可选地，所述空穴供给和p-接触层由AlN制成。4.根据权利要求1所述的空穴供给和p-接触结构，其中，所述空穴供给和p-接触层具有比所述p型III族氮化物结构的Al组分更高的Al组分。5.根据权利要求1所述的空穴供给和p-接触结构，其中，所述空穴供给和p-接触层掺杂有浓度为1.0×1020cm-3至1.0×1021cm-3的Mg。6.根据权利要求1所述的空穴供给和p-接触结构，其中，所述空穴供给和p-接触层可以与低功函数金属形成欧姆接触。7.一种发光二极管，包括：n型AlGaN结构；p型AlGaN结构；多量子阱有源区，其夹设在所述n型AlGaN结构与所述p型AlGaN结构之间；以及空穴供给和p-接触层，在所述p型AlGaN结构上形成，由含Al的III族氮化物制成，其中，所述空穴供给和p-接触层具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张剑平，高英，周瓴，
申请(专利权)人：博尔博公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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