异质结构以及采用异质结构的发光器件制造技术

本申请提供了包含一个或多个正电荷薄层或包含具有特定厚度的交替堆叠的AlGaN势垒和AlGaN势阱的异质结构。还提供了多量子阱结构和p型接触。所述异质结构、多量子阱结构和p型接触可用于发光器件和光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
异质结构以及采用异质结构的发光器件
本公开大体上涉及一种半导体发光技术，更具体地涉及用于发光器件或光电探测器的异质结构，并且涉及具有异质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，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强度调制，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。现有的UVC发光二极管(LED)通常采用层压结构，其包含作为UV透明衬底的c面蓝宝石或AlN、涂覆在该衬底上充当外延模板的AlN层，以及用于位错和应变管理的一组AlN/AlGaN超晶格。AlN/AlGaN超晶格和/或AlN模板使高质量高导电性的n型AlGaN结构得以生长，作为电子供应层将电子注入到后续的基于AlGaN的多量子阱(MQW)有源区中。在MQW有源区的另一侧是p型AlGaN结构，该结构包含用于电子阻挡、空穴注入、空穴供应和p型欧姆接触形成的p型AlGaN层。可以在参考文献中找到传统的AlGaNUVLED结构(例如,“Milliwattpowerdeepultravioletlight-emittingdiodesoversapphirewithemissionat278nm”,J.P.Zhang,etal,APPLIEDPHYSICSLETTERS81,4910(2002),其内容通过引用全部并入本文)。如所看到的，UVCLED可以利用具有不同Al组分的许多AlGaN层来形成AlGaN异质结构，以便实现某些功能性。最重要的功能性是导电性，这对于富含Al的AlGaN材料来说变得越来越具有挑战性，因为施主和受主的激活能随着Al组分的增加而增加，导致缺乏自由电子和空穴载流子。半导体超晶格是特殊类型的半导体异质结构，通过周期性地交替堆叠至少两个带隙不同的半导体并利用导带和价带边缘不连续性的优势而制成，其可以增强掺杂剂的激活以改善导电性(例如，参见“Enhancementofdeepacceptoractivationinsemiconductorsbysuperlatticedoping”,E.F.Schubert,W.GrieshaberandI.D.Goepfert,Appl.Phys.Lett.69,9(1996))。已经提出了P型AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格代替传统的p型AlGaN层以提高导电性(例如，美国专利第5,831,277、6,104,039和8,426,225，其内容通过引用全部并入本文)。本专利技术公开了关于掺杂剂浓度和界面电荷密度的具有改进的导电性和量子限域的AlGaN异质结构的设计规则。
技术实现思路
本专利技术的第一方面提供了一种用于发光器件或光电探测器的异质结构，其包括一个或多个p型掺杂AlGaN层，所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层中的每一个包含插入其中的一个或多个正电荷薄层，其中，两个相邻的正电荷薄层之间的距离大于由所述的两个相邻的正电荷薄层中的任何一个而生成的耗尽区的耗尽深度。可选地，由一个或多个正电荷薄层中的任何一个而生成的耗尽区的耗尽深度小于10nm。所述的一个或多个正电荷薄层可以通过Siδ-掺杂形成，其薄层掺杂密度为1×1011–1×1013cm-2。与所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层的其余层相比，最靠近发光器件或光电探测器的有源区而放置的p型掺杂AlGaN层可能包含更多的正电荷薄层、更高的Al组分和更大的厚度。异质结构可以进一步包括：在其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层，与所述的包含一个或多个正电荷薄层的一个或多个p型掺杂AlGaN层交替地堆叠；其中，所述的其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层中的每一个的Al组分高于相邻的包含一个或多个正电荷薄层的p型掺杂AlGaN层的Al组分，或者所述的其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层中的每一个的Al组分低于相邻的包含一个或多个正电荷薄层的p型掺杂AlGaN层的Al组分。可选地，正电荷薄层将所述的包含一个或多个正电荷薄层的一个或多个p型掺杂AlGaN层中的每一个划分为较薄的前区(priorzone)和较厚的后区(postzone)。异质结构可以进一步包括所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层形成于其上的另一p型掺杂AlGaN层，其中，所述的另一p型掺杂AlGaN层的Al组分在0.6-0.8的范围内并且厚度在1.0-5.0nm的范围内。本专利技术的第二方面提供了一种用于发光器件或光电探测器的异质结构，其包括交替堆叠的p型掺杂AlGaN势垒和p型掺杂AlGaN势阱，其中，AlGaN势垒和AlGaN势阱中的每一个的厚度分别满足：其中，hi是第i个AlGaN势垒或势阱的厚度；σi是第i个AlGaN势垒或势阱的表面上的电荷薄层的薄层电荷密度，该表面相对于第i个AlGaN势垒或势阱中的净激活掺杂剂带相反的电荷；以及ρ0i＝eNDi-eNAi是最大体电荷密度，其被所施加的掺杂浓度所允许，在由电荷薄层生成的第i个AlGaN势垒或势阱的耗尽区中，NDi和NAi分别是第i个AlGaN势垒或势阱中的施主和受主浓度，e是基本电荷电量。可选地，AlGaN势垒中的至少一个包括AlGaN前势垒隔离层(prior-barrierspacer)、AlGaN后势垒隔离层(post-barrierspacer)以及夹设于AlGaN前势垒隔离层与AlGaN后势垒隔离层之间的AlGaN主势垒(mainbarrier)，其中，AlGaN前势垒隔离层的Al组分和AlGaN后势垒隔离层的Al组分不同于AlGaN主势垒的Al组分，并且AlGaN前势垒隔离层的厚度和AlGaN后势垒隔离层的厚度小于AlGaN主势垒的厚度。可选地，AlGaN前势垒隔离层的厚度和AlGaN后势垒隔离层的厚度在0.1nm至1.5nm的范围内。可选地，AlGaN前势垒隔离层的Al组分和AlGaN后势垒隔离层的Al组分高于AlGaN主势垒的Al组分。可选地，AlGaN前势垒隔离层和AlGaN后势垒隔离层由AlN制成并且分别具有在0.26-0.52nm范围内的厚度。可选地，AlGaN前势垒隔离层的Al组分和AlGaN后势垒隔离层的Al组分低于相邻的AlGaN势阱的Al组分。可选地，AlGaN前势垒隔离层和AlGaN后势垒隔离层由GaN制成并且分别具有在0.1-0.52nm范围内的厚度。...

【技术保护点】
1.一种用于发光器件或光电探测器的异质结构，包括一个或多个p型掺杂AlGaN层，所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层中的每一个包含插入其中的一个或多个正电荷薄层，其中，两个相邻的正电荷薄层之间的距离大于由所述的两个相邻的正电荷薄层中的任何一个生成的耗尽区的耗尽深度。/n

【技术特征摘要】
20190306 US 16/294,816;20190306 US 16/294,825;20191.一种用于发光器件或光电探测器的异质结构，包括一个或多个p型掺杂AlGaN层，所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层中的每一个包含插入其中的一个或多个正电荷薄层，其中，两个相邻的正电荷薄层之间的距离大于由所述的两个相邻的正电荷薄层中的任何一个生成的耗尽区的耗尽深度。


2.根据权利要求1所述的异质结构，其中，所述的由一个或多个正电荷薄层中的任何一个生成的耗尽区的耗尽深度小于10nm。


3.根据权利要求1所述的异质结构，其中，所述的一个或多个正电荷薄层通过Siδ-掺杂形成，其薄层掺杂密度为1×1011–1×1013cm-2。


4.根据权利要求1所述的异质结构，其中，与所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层的其余层相比，最靠近发光器件或光电探测器的有源区而放置的p型掺杂AlGaN层包含更多的正电荷薄层、更高的Al组分和更大的厚度。


5.根据权利要求1所述的异质结构，进一步包括：在其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层，与所述的包含一个或多个正电荷薄层的一个或多个p型掺杂AlGaN层交替地堆叠；其中，所述的其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层中的每一个的Al组分高于相邻的包含一个或多个正电荷薄层的p型掺杂AlGaN层的Al组分，或者所述的其中不包含正电荷薄层的多个p型掺杂AlGaN层中的每一个的Al组分低于相邻的包含一个或多个正电荷薄层的p型掺杂AlGaN层的Al组分。


6.根据权利要求5所述的异质结构，其中，正电荷薄层将所述的包含一个或多个正电荷薄层的一个或多个p型掺杂AlGaN层中的每一个划分为较薄的前区和较厚的后区。


7.根据权利要求1所述的异质结构，进一步包括：所述的一个或多个p型掺杂AlGaN层形成于其上的另一p型掺杂AlGaN层，其中，所述的另一p型掺杂AlGaN层的Al组分在0.6-0.8的范围内并且厚度在1.0-5.0nm的范围内。


8.一种用于发光器件或光电探测器的异质结构，包括交替堆叠的p型掺杂AlGaN势垒和p型掺杂AlGaN势阱，其中，AlGaN势垒和AlGaN势阱中的每一个的厚度分别满足：



其中，hi是第i个AlGaN势垒或势阱的厚度；σi是第i个AlGaN势垒或势阱的表面上的电荷薄层的薄层电荷密度，该表面相对于第i个AlGaN势垒或势阱中的净激活掺杂剂带相反的电荷；以及ρ0i＝eNDi-eNAi是最大体电荷密度，其被所施加的掺杂浓度所允许，在由电荷薄层生成的第i个AlGaN势垒或势阱的耗尽区中，NDi和NAi分别是第i个AlGaN势垒或势阱中的施主和受主浓度，e是基本电荷电量。...

【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