光输出功率自感知发光器件制造技术

发光器件包括n型AlGaN结构，p型AlGaN结构，以及夹设于n型AlGaN结构与p型AlGaN结构之间的发光有源区。第一p接触形成于p型AlGaN结构上以界定发光结构；第二p接触形成于p型AlGaN结构上以界定光探测结构；以及n接触形成于n型AlGaN结构上，以充当发光结构和光探测结构的共阴极。在第一与第二p接触之间存在桥区，且位于桥区中的p型AlGaN结构未被移除。

Optical output power self sensing light emitting device

【技术实现步骤摘要】
光输出功率自感知发光器件
本专利技术大体涉及半导体发光技术并且，更具体地，涉及一种在操作时具有光输出功率自感知的发光器件，诸如III族氮化物紫外发光二极管。
技术介绍
由于具有杀菌作用，深紫外(DUV)辐射(200-280nm)能够解决人类面临的众多挑战问题，例如，清洁水的日益缺乏、抗生素的过度使用、以及病原体的抗药性等。将用环保的固态DUV光源，诸如基于AlGaN的发光二极管(LED)，来替代含有有毒化学汞的传统DUV光源。与可见光不同，UV发射不会被人类裸眼察觉。出于至少以下原因，非常需要对芯片级的UV输出功率进行直接目视读取。第一，对病原体的成功消毒必定要求足够的DUV辐照剂量，DUV辐照剂量因不同的病原体而不同。由于剂量是UV辐照度和辐照持续时间的乘积，所以实时监测UV辐射功率或者辐照水平以进行可靠的消毒处理是很重要的。第二，随着光源老化，UV光源(包括基于AlGaN的UVLED)通常会遇到输出功率衰减。在UV光源的使用期限内，针对各种应用，需要保持预设的恒定的输出功率。通常，可以使用单独的光电探测器来测量光源功率并且，利用反馈电路，可以维持恒定的输出功率，例如，根据US4,190,795所给出的教导。甚至更好的是，可以将光电探测器(PD)和LED集成在一个芯片中，制成单片式光耦合器以便监测LED的输出功率，如美国专利申请公布案US20130299841以及美国专利US5,753,928和US9,685,577所公开的。这些专利和专利申请的内容以引用的方式全部并入本文。本专利技术提供了一种发光器件和模块，无需结合外部光电探测器，可感知自身的光学光输出功率。
技术实现思路
本申请提供了一种具有片上光功率读取的发光器件，诸如发光三极管(LET)。所述LET含有n型半导体结构、发光有源区和p型半导体结构。第一和第二p接触(阳极)形成于p型半导体结构上，且共用n接触形成于n型半导体结构上。相对于共用n接触，第一p接触和第二p接触分别界定了发光结构和光探测结构。中央带连接第一和第二p接触。中央带可包括两个部分。第一部分是桥区，其中，p型半导体结构基本保持完整且直接连接到第一和第二p接触(换言之，位于桥区中的p型半导体结构的部分未被移除)。第二部分是n接触区，其中，移除了p型半导体结构和发光有源区，以便使n型半导体结构的部分暴露且使n接触的部分形成于所暴露的n型半导体结构上。在操作时，空穴和电子分别通过第一p接触和共阴极注入到发光结构中以生成光；而由第二p接触和共用n接触界定的光探测结构接收了所生成光的部分且产生流过连接于第二p接触与共用n接触之间的负载电阻的光电流(即负载电阻与光探测结构电并联)。负载电阻上所测得的电压降配置成与LET的发光结构的光输出功率基本线性相关。本申请提供了一种发光器件，其包括：n型AlGaN结构，p型AlGaN结构，以及夹设于n型AlGaN结构与p型AlGaN结构之间的发光有源区；第一p接触，形成于p型AlGaN结构上以界定发光结构；第二p接触，形成于p型AlGaN结构上以界定光探测结构；以及，n接触，形成于n型AlGaN结构上，以充当发光结构和光探测结构的共阴极；其中，在第一与第二p接触之间存在桥区，且位于桥区中的p型AlGaN结构未被移除。本申请还提供了一种发光器件，其包括：n型AlGaN结构，p型AlGaN结构，以及夹设于n型AlGaN结构与p型AlGaN结构之间的发光有源区；第一p接触，形成于p型AlGaN结构上以界定发光结构；第二p接触，形成于p型AlGaN结构上以界定光探测结构；以及，n接触，形成于n型AlGaN结构上，以充当发光结构和光探测结构的共阴极；其中，在第一与第二p接触之间存在n接触区，移除n接触区中的p型AlGaN结构和发光有源区以暴露n型AlGaN结构，n接触的部分形成于所暴露的n型AlGaN结构上，且介电层形成于n接触的部分上。附图说明附图提供对本申请的进一步的理解，并且构成本申请的一部分，这些附图示出了本申请的实施例，并且与说明书一起来解释本申请的原理。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件，层可表示相同功能关联的一组层。图1A根据本专利技术的实施例示出了DUV发光三极管(LET)的示意性分层结构；图1B示出了图1A中的LET达到自感知到自身光输出功率(LOP)的等效电路图，其通过测量连接于LET的光探测阳极与共阴极之间的负载电阻(RL)的电压降来实现；图1C示出了根据本专利技术的实施例的DUV发光三极管(LET)的示意性分层结构；图2A-2G示出了根据本专利技术的实施例的不同DUVLET的平面图；图3绘制了VPD与LOP、VPD与VF(LET的正向偏置电压)的皮尔逊相关系数；图4绘制了光探测阳极(VPD)的电压与LET的光输出功率的关系，该LET根据图1A制得，其中，不同的负载电压(RL)连接于光探测阳极与共阴极之间；图5A示出了根据本专利技术的另一实施例的一个DUVLET的平面图；图5B图示了沿图5A中所示的DUVLET的AA’切口的横截面图；图6A示出了根据本专利技术的另一实施例的一个DUVLET的平面图；图6B图示了沿图6A中所示的DUVLET的AA’切口的横截面图。具体实施方式贯穿本说明书，公开了用于氮化物发光器件的实施例。这些教导还可以扩展至由其他材料所制成的发光器件。术语“III族氮化物”通常是指具有从元素周期表IIIA族中选择的具有阳离子的金属氮化物。也就是说，III氮化物包括AlN、GaN、InN及其三元(AlGaN、InGaN、InAlN)和四元(AlInGaN)合金。在本说明书中，如果III族元素中的一个元素极小使得其存在不会影响由这种材料制成的层的预期功能，则为了简化起见，可以将四元减至三元。例如，如果四元AlInGaN中的In组分极小，小于1％，那么该AlInGaN四元可以被简化为三元AlGaN。同理，如果III族元素中的一个元素极小，那么可以将三元简化为二元。例如，如果三元InGaN中的In组分极小，小于1％，那么该InGaN三元可以被简化为二元GaN。III族氮化物还可以包括少量的诸如TiN、ZrN、HfN的过渡金属氮化物，其摩尔分数不大于10％。例如，III族氮化物或者氮化物可以包括AlxInyGazTi(1-x-y-z)N、AlxInyGazZr(1-x-y-z)N、AlxInyGazHf(1-x-y-z)N，其中，(1-x-y-z)≤10％。众所周知，诸如发光二极管(LED)和激光二极管的发光器件，通常采用层压结构，该层压结构含有多量子阱(MQW)发光有源区、用于将电子注入到有源区中的n型半导体结构，以及在有源区的另一侧上用于将空穴注入到有源区中的p型半导体结构。本专利技术的实施例提供了具有两个阳极和一个共阴极的发光器件或发光三极管(LET)。LET含有发光二极管(LED)和光探测二极管(LDD)，且LED与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光器件，包括：/nn型AlGaN结构，p型AlGaN结构，以及夹设于所述n型AlGaN结构与p型AlGaN结构之间的发光有源区；/n第一p接触，形成于所述p型AlGaN结构上以界定发光结构；/n第二p接触，形成于所述p型AlGaN结构上以界定光探测结构；以及，/nn接触，形成于所述n型AlGaN结构上，以充当所述发光结构和光探测结构的共阴极；/n其中，在第一与第二p接触之间存在桥区，且位于桥区中的p型AlGaN结构未被移除。/n

【技术特征摘要】
20181218 US 16/224,5491.一种发光器件，包括：
n型AlGaN结构，p型AlGaN结构，以及夹设于所述n型AlGaN结构与p型AlGaN结构之间的发光有源区；
第一p接触，形成于所述p型AlGaN结构上以界定发光结构；
第二p接触，形成于所述p型AlGaN结构上以界定光探测结构；以及，
n接触，形成于所述n型AlGaN结构上，以充当所述发光结构和光探测结构的共阴极；
其中，在第一与第二p接触之间存在桥区，且位于桥区中的p型AlGaN结构未被移除。


2.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在操作时，空穴和电子分别通过第一p接触和n接触注入到发光有源区，以使得发光结构发光；负载电阻连接在第二p接触与n接触之间，与光探测结构并联；所述负载电阻上的电压降对应于发光结构的光输出功率。


3.根据权利要求2所述的发光器件，其中，选择负载电阻以确保负载电阻上的电压降与发光结构的光输出功率的皮尔逊相关系数大于0.95，而负载电阻上的电压降与发光结构的正向偏置电压的皮尔逊相关系数小于0.8。


4.根据权利要求3所述的发光器件，其中，所述负载电阻在0.1-10.0兆欧姆的范围内。


5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述桥区具有大于1兆欧姆的桥区电阻。


6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述桥区电阻大于10兆欧姆。


7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，在第一p接触的部分上形成附加n接触，其间插入介电层；所述附加n接触经由穿过p型AlGaN结构和发光有源区的交叉柱而电连接到所述n接触。


8.根据权利要求7所述的发光器件，其中，在附加n接触的部分上形成附加第一p接触，其间插入介电层；所述附加第一p接触经由穿过附加n接触的交叉柱而电连接到所述第一p接触。


9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述n型AlGaN结构包括：n型N-AlGaN层，其厚度为2.0-5.0μm，掺杂浓度为2.0×1018–5.0×1018cm-3，用于电流扩展；n型N+-AlGaN层，其厚度为0.2-0.5μm，掺杂浓度为8×1018-2×1019cm-3，用于有源区极化场屏蔽；以及n型N--AlGaN层，其厚度为0.1-0.5μm，掺杂浓度n＝2.5×1017-2×1018cm-3，用于减少电流阻塞和将电流均匀注入至发光有源区。


10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光有源区包括多个交替堆叠的n-AlbGa1-bN势垒和AlwGa1-wN势阱；每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：高英，周瓴，陆内夫·亚历山大，张剑平，
申请(专利权)人：博尔博公司，
类型：发明
国别省市：美国;US