具有改进的注入效率的LED制造技术

公开了一种发光器件及其制造方法。该发光器件包括夹在p型半导体层和n型半导体层之间的有源层。当来自p型半导体层的空穴和来自n型半导体层的电子在有源层中结合时，有源层发光。有源层包括多个子层并具有多个凹坑，多个子层的侧表面在凹坑中与p型半导体材料接触从而使得来自p型半导体材料的空穴通过暴露的侧表面注入那些子层而不通过另一个子层。凹坑能够通过以下方式形成：利用n型半导体层中的位错，并使用在同一个腔内用于沉积半导体层的蚀刻气氛来蚀刻有源层而不移除部分制造的器件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的注入效率的LED
技术介绍
发光二极管(LED)是将电能转换为光的重要一类的固态器件。这些器件的改进已经促成它们使用于被设计用于取代传统白炽和荧光光源的灯具。LED具有长得多的寿命，在某些情况下，具有高得多的将电能转换为光的效率。LED的成本和转换效率是决定这一新技术将取代传统光源并被用于高功率应用的比率的重要因素。许多高功率应用要求多个LED以达到所需的功率级别，因为单独的LED 限制于数瓦。此外，LED生成相对窄谱带的光。因此，在要求特定颜色的光源的应用中，来自具有在不同的光带的光谱发射的多个LED的光被组合在一起，或者来自LED的光的一部分被使用荧光剂转换为不同颜色的光。这样，许多基于LED的光源的成本是单独LED的成本的许多倍。为了降低这样的光源的成本，必须增加每个LED发出的光量而不显著增加每一个LED的成本且不显著降低单独LED的转换效率。单独LED的转换效率是决定高功率LED光源的成本的重要因素。LED的转换效率定义为LED所发出的每单位光所消耗的电功率。在LED中没有转换为光的电功率转换为热，提高了 LED的温度。散热给LED工作的功率级别加了限制。此外，LED必须安装在提供散热的结构上，这又进一步增加了光源的成本。因此，如果LED的转换效率能够增加，单个 LED能提供的最大光量也能增加，并因此，给定光源所需的LED数量能够减少。此外，LED工作的成本还反比于转换效率。因此，有大量专注于改进LED转换效率的工作。为了这一讨论的目的，LED可以被视为具有三层，有源层夹在ρ掺杂层和η掺杂层之间。这些层典型地沉积于诸如蓝宝石的衬底上。应注意的是，这些层中的每一个典型地包含多个子层。LED的整体转换效率取决于有源层中电转换为光的效率。当来自ρ掺杂层的空穴与来自η掺杂层的电子在有源层中结合时，生成光。特定尺寸的LED所生成的光量原则上能够通过增加通过该器件的电流而增加，因为每单位面积有更多的空穴和电子注入有源层。然而，在高电流密度下，空穴和电子结合而产生光的效率下降了。也就是说，没有产生光的空穴重组部分增加了。因此，随着通过器件的电流增加，效率下降，并且与高工作温度有关的问题增加。
技术实现思路
本专利技术包括一种发光器件及其制造方法。该发光器件包括夹在P型半导体层和η 型半导体层之间的有源层。当来自P型半导体层的空穴和来自η型半导体层的电子在有源层中结合时，有源层发光。有源层包括多个子层并具有多个凹坑，多个子层的侧表面在凹坑中与P型半导体材料接触，从而使得来自P型半导体材料的空穴通过暴露的侧表面注入那些子层而不通过另一个子层。在本专利技术的另一方面，每一个子层包括基本平坦的表面，其接触子层中的另一个的基本平坦的表面以及多个侧表面，每一个侧表面由凹坑中的一个的壁所限界。每一个子层的特征在于通过基本平坦的表面进入该子层的第一空穴电流和通过该子层的侧表面进入该子层的第二空穴电流，至少一个子层的第二空穴电流大于第一空穴电流的10%。4在本专利技术的另一方面，第一半导体层和第二半导体层包括氮化镓(GaN)族材料和位于η型半导体层中的位错的凹坑。根据本专利技术的发光器件能够通过以下方式制造在衬底上生长外延η型半导体层，并在η型半导体层上生长包括多个子层的有源层，生长条件造成在有源层中形成凹坑， 多个子层具有由凹坑所限界的侧壁。有源层在凹坑中的部分被蚀刻以暴露凹坑中的子层的侧壁。P型半导体层外延地生长于有源层之上，从而使得P型半导体层延伸进入凹坑并接触子层的侧壁。在本专利技术的另一个方面，生长多个子层然后蚀刻凹坑的侧壁以暴露子层的侧壁。 在本专利技术的另一方面，在每一子层生长之后蚀刻凹坑的侧壁，以暴露在处理中已经沉积于该点的子层的侧壁。 在本专利技术的又一方面，蚀刻有源层以暴露侧壁包括将制造器件的外延生长腔中的气体组成改变为蚀刻有源层暴露于凹坑中的刻面(facet)快于有源层未暴露于凹坑中的刻面的气氛。在基于氮化镓的器件的情况下，包括氨气(NH3)和/或氢气(H2)的气氛能够被用于在提高的温度下实施蚀刻，而无需从外延生长腔中移除部分制造的器件。附图说明图1是现有技术LED的剖视图。图2是根据本专利技术的一个实施例的LED 30的一部分的剖视图。图3是一部分氮化镓层的剖视图，其穿过典型的形成于蓝宝石衬底上的氮化镓 LED的η覆层。图4是在氮化镓层生长期间在该层中的凹坑的放大剖视图。图5是LED在生长于位错上的凹坑附近的一部分的剖视图，该位错具有在η覆层的上表面上的小凹坑。图6是与图5相同的在子层的侧壁已经蚀刻后的剖视图。图7Α-图7D示出了用于生长有源层的方法的一个实施例，该方法利用了在每一个子层生长之后的蚀刻。具体实施例方式参考图1能够更容易地理解本专利技术提供其优势的方式，图1是现有技术的LED的剖视图。通过在外延生长腔内在衬底上沉积多个层，LED 20被制造于衬底21之上。典型地，首先沉积缓冲层22以补偿衬底的晶格常数和构成LED层的材料系统的晶格常数之间的差异。对于基于氮化镓的LED，衬底典型地是蓝宝石。在沉积了缓冲层22之后，沉积η型层 23，其后是有源层24和ρ型层25。P型层典型地在氮化镓LED中由电流散布层26所覆盖， 以改善通过具有高电阻率的P型层的电流分布。该器件通过在触点27和28之间施加电压而供电。有源层典型地由多个子层构造。每一个子层典型地包括势垒层和量子阱层。空穴和电子在量子阱层结合以产生光。空穴也能够以不产生光的方式在量子阱层中消失。这样的非生产性重组事件降低了该器件的整体效率。由非生产性事件所消失的空穴的比率取决于在量子阱层中的空穴的密度，更高的密度导致更高比率的非生产性事件。在有源层的一个特定子层中没有重组的空穴进入下一个最底层重复该过程。在低电流密度，大多数空穴最终在光生产事件中重组。在高电流密度，大多数空穴在第一个量子阱层中在非生产性过程中重组，并因此，仅有非常少的空穴可用于在有源层的较低的子层中的光生产过程中的重组。本专利技术基于对现有技术系统中从企图通过最高子层将所有的空穴注入有源层的子层所出现的问题的研究。本专利技术通过提供分层的结构克服了这一问题，该结构允许空穴被注入有源层的较低子层而无需空穴通过最高子层。该方案降低了所有子层中的空穴密度，同时维持了可用于有源层中的光生产重组事件的空穴的总量。现在参考图2，其是根据本专利技术的一个实施例的LED 30的一部分的剖视图。LED 30通过在衬底31上外延地生长多个层而被制造于衬底31上。这些层包括缓冲层32、n型覆层33、有源层34、ρ型覆层35。电流散布层36沉积于ρ型覆层之上。有源层34包括如前面所描述的多个子层34a_34e。为了简化下面的讨论，子层34a被称为最高子层，然而， 这仅仅是一个方便的标签而并不意味着相对于地面的任何特定方向。有源层34还包括多个“凹坑” 37延伸通过有源层的子层。为了简化绘图，附图中仅示出了一个这样的凹坑，然而，如在下文中将详细描述的，在有源层34中有大量这样的凹坑。覆层35延伸进入这些凹坑，并因此，来自覆层35的空穴能够通过凹坑的侧壁以及通过子层34a的上表面进入有源层34的子层。考虑层34b。在一种现有技术的器件中，仅有那些进入层34a且没有在层34a中结合的空穴才进入类似于层34b的层中。在LED 30中，进入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·莱斯特，J·拉默，吴军，张翎，
申请(专利权)人：普瑞光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：