具有嵌入空穴注入层以提高效率和下降率的光子器件制造技术

本发明专利技术涉及具有嵌入空穴注入层以提高效率和下降率的光子器件。发光器件包括位于衬底上方的n掺杂氮化镓(n-GaN)层。多量子阱(MQW)层位于n-GaN层上方。电子阻挡层位于MQW层上方。p掺杂氮化镓(p-GaN)层位于电子阻挡层上方。该发光器件包括空穴注入层。在一些实施例中，空穴注入层包括p掺杂氮化铟镓(p-InGaN)层，其位于下面三个位置的一个位置中：MQW层和电子阻挡层之间、电子阻挡层和p-GaN层之间以及p-GaN层内部。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及具有嵌入空穴注入层以提高效率和下降率的光子器件。发光器件包括位于衬底上方的n掺杂氮化镓(n-GaN)层。多量子阱(MQW)层位于n-GaN层上方。电子阻挡层位于MQW层上方。p掺杂氮化镓(p-GaN)层位于电子阻挡层上方。该发光器件包括空穴注入层。在一些实施例中，空穴注入层包括p掺杂氮化铟镓(p-InGaN)层，其位于下面三个位置的一个位置中：MQW层和电子阻挡层之间、电子阻挡层和p-GaN层之间以及p-GaN层内部。【专利说明】具有嵌入空穴注入层以提高效率和下降率的光子器件
本专利技术总的来说涉及II1-V族化合物器件，更具体地，涉及提高诸如氮化镓(GaN)器件的II1-V族化合物器件的效率和下降率(drop rate)。
技术介绍
近年来，半导体行业经历了迅速发展。半导体材料和设计的技术进步产生了用于不同用途的各种类型的器件。这些器件中的一些类型的制造可能需要在衬底上形成一个或多个II1-V族化合物层，例如在衬底上形成氮化镓层。使用II1-V族化合物的器件可包括发光二极管(LED)器件、激光二极管(LD)器件、射频(RF)器件、高电子迁移率晶体管(HEMT)器件和/或高功率半导体器件。这些器件中的一些(诸如LED器件和LD器件)被配置为当施加电压时由于电子-空穴再结合(recombination)而发光。然而，传统的LED器件和LD器件具有较差的空穴注入率和较差的空穴扩散，这对于LED器件和LD器件来说，导致输出功率的降低和较大的效率下降。因此，虽然现有的LED器件和LD器件一般能够满足它们预期的用途，但是它们不能在每个方面都满足要求。继续寻求具有更好空穴注入和空穴扩散性能的LED器件和LD器件。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种光子器件，包括:n掺杂II1-V族化合物层，设置在衬底上方；多量子阱(MQW)层，设置在η掺杂II1-V族化合物层上方；ρ掺杂II1-V族化合物层，设置在MQW层上方；以及空穴注入层，设置在MQW层和ρ掺杂II1-V族化合物层之间，其中，空穴注入层包含不同于P掺杂II1-V族化合物层的ρ掺杂II1-V族化合物材料。优选地，空穴注入层的ρ掺杂II1-V族化合物材料包括掺镁氮化铟镓(InGaN)。优选地，空穴注入层设置在ρ掺杂II1-V族化合物层的内部。优选地，该光子器件还包括设置在MQW层和ρ掺杂II1-V族化合物层之间的电子阻挡层。优选地，空穴注入层设置在电子阻挡层和MQW层之间。优选地，空穴注入层设置在电子阻挡层和ρ掺杂II1-V族化合物层之间。优选地，电子阻挡层包含ρ掺杂氮化铟铝镓(InAlGaN)材料。优选地，η掺杂II1-V族化合物层和P掺杂II1-V族化合物层分别包括η掺杂氮化镓(n-GaN)和ρ掺杂氮化镓(ρ-GaN);以及MQW层包含多个交错的氮化铟镓(InGaN)子层和氮化镓(GaN)子层。优选地，光子器件包括发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。优选地，光子器件包括具有一个或多个管芯的照明模块，并且在一个或多个管芯的每个管芯中实施η掺杂II1-V族化合物层、ρ掺杂II1-V族化合物层和MQW层。根据本专利技术的另一方面，提供了一种发光器件，包括:η掺杂氮化镓(n-GaN)层，位于衬底上方；多量子讲(MQW)层,位于n-GaN层上方；电子阻挡层,位于MQW层上方；p掺杂氮化镓(P-GaN)层，位于电子阻挡层上方；以及ρ掺杂氮化铟镓(P-1nGaN)层，嵌入到以下三个位置的一个位置中:MQW层和电子阻挡层之间、电子阻挡层和ρ-GaN层之间以及p_GaN层的内部。优选地，电子阻挡层包含ρ掺杂氮化铟铝镓(InAlGaN)材料。优选地，n-GaN层、MQW层、电子阻挡层、p-GaN层和ρ-1nGaN层是发光二极管(LED)器件的部分。优选地，n-GaN层、MQW层、电子阻挡层、p-GaN层和p-1nGaN层是激光二极管(LD)器件的部分。优选地，P-1nGaN层具有镁作为掺杂物；p_InGaN层中镁的浓度在大约1.0X1017ions/cm3到大约1.0 X 1019ions/cm3的范围内；以及p-1nGaN层的厚度小于约100纳米。优选地，衬底包括以下材料中的一种:氮化镓衬底、蓝宝石衬底、硅衬底以及包括夹置在氮化镓层和接合晶圆之间的介电层的衬底。根据本专利技术的又一方面，提供了一种制造发光器件的方法，包括:在衬底上方生长η掺杂II1-V族化合物层；在11掺杂II1-V族化合物层上方生长多量子阱(MQW)层；在1^评层上方生长电子阻挡层；在电子阻挡层上方生长P掺杂II1-V族化合物层；以及在下面位置的一个位置中形成空穴注入层:MQW层和电子阻挡层之间、电子阻挡层和ρ掺杂II1-V族化合物层之间和P掺杂II1-V族化合物层的内部；其中，空穴注入层包含不同于P掺杂II1-V族化合物层的P掺杂II1-V族化合物材料。优选地，η掺杂II1-V族化合物层和P掺杂II1-V族化合物层分别包括η掺杂氮化镓(n-GaN)和ρ掺杂氮化镓(p-GaN) ;MQW层包含多个交错的氮化铟镓(InGaN)子层和氮化镓(GaN)子层；电子阻挡层包含ρ掺杂氮化铟铝镓(InAlGaN)材料；以及空穴注入层包含掺镁氮化铟镓(InGaN)。优选地，以以下方式执行生长所述空穴注入层:空穴注入层中镁的浓度在大约1.0X1017ions/cm3到大约1.0 X 1019ions/cm3的范围内；以及空穴注入层的厚度小于约100纳米。优选地，发光器件包括发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。【专利附图】【附图说明】当参照附图阅读时，根据以下详细描述可以更好地理解本专利技术的方面。需要强调的是，根据行业标准惯例，各个部件没有按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚，可以任意增大或减小各个部件的尺寸。图1至图2以及图7至图9是根据本专利技术各个方面的示例性LED结构的局部截面侧视图。图3至图6是示出根据本专利技术各个方面的实验数据的示图。图10是根据本专利技术各个方面的示例性LED照明装置的局部截面侧视图。图11是根据本专利技术各个方面的包括图7的LED照明装置的照明模块的示意图。图12是 根据本专利技术各个方面的示例性LD结构的局部截面侧视图。图13是示出根据本专利技术各个方面的制造具有嵌入空穴注入层的光子器件的方法的流程图。【具体实施方式】应该理解，以下专利技术提供了用于实现各个实施例的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述了部件和配置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在下面的描述中第一部件形成在第二部件之上或第二部件上可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，还可以包括可形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外，为了方便，使用术语“顶部”、“底部”、“之下”、“之上”、以及类似术语但不旨在以任何特定取向限制实施例的范围。为了简化和清楚的目的，各个部件还可以按不同比例任意绘制。此外，本专利技术可以在各个实例中重复参照的数字和/或字母。这种重复是为了简单和清楚的目的，但其自身并不表明所讨论的各个实施例和/或配置之间的必要关系。随着半导体制造技术的不断进步，利用II1-V族化合物来制造诸如发光二极管(LED)器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子器件，包括：n掺杂III‑V族化合物层，设置在衬底上方；多量子阱(MQW)层，设置在所述n掺杂III‑V族化合物层上方；p掺杂III‑V族化合物层，设置在所述MQW层上方；以及空穴注入层，设置在所述MQW层和所述p掺杂III‑V族化合物层之间，其中，所述空穴注入层包含不同于所述p掺杂III‑V族化合物层的p掺杂III‑V族化合物材料。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李镇宇，杨子德，林弘伟，林忠宝，陈冠群，陈京玉，林佑达，郭浩中，
申请(专利权)人：台积固态照明股份有限公司，
类型：发明
国别省市：台湾;71