与赝配电子和光电器件的平面接触制造技术

在多个实施例中，发光器件包含光滑的接触层和极化掺杂(即，大体没有掺杂杂质的底层)，并且呈现了高光子提取效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】与腰配电子和光电器件的平面接触相夫申请 本申请要求在2013年3月15日提交的申请号为61/788141的美国临时专利申请 的权益和优先权，由此通过引用将该美国临时专利申请的全部公开内容包含于本文中。政府专持 本专利技术是根据与美国军队的合同W911NF-09-2-0068在美国政府的支持下做出 的。美国政府对该专利技术拥有一定的权利。
阳0化]在多个实施例中，本专利技术设及提高载流子注入高侣含量电子和光电器件的效率 (例如，空穴注入效率）。本专利技术的实施例还设及改进在氮化物基衬底上制备的紫外光电器 件，特别是增加从其提取的光。
技术介绍
由于有源区域中的高缺陷能级，基于氮化物半导体系统的短波长紫外发光二极管 OJVLED)(即，发射波长小于350皿的光的LED)的输出功率、效率和使用寿命仍然有限。在 被设计为发射波长小于280皿的光的器件中，运些限制特别成问题（和值得注意）。特别是 器件是形成在异质衬底（如蓝宝石）上的情况下，纵使做出极大努力来降低缺陷密度，但缺 陷密度仍然很高。运些高缺陷密度限制了在运种衬底上生长的器件的效率和可靠性。 近期推出的低缺陷晶体氮化侣（AlN)衬底具有显著改进氮化物基光电半导体器 件（特别是具有高侣浓度的那些器件）的潜力，运得益于运些器件的有源区域中具有较低 缺陷。例如，在AlN衬底上歴配（pseudomcxrphically)生长的UVLED已被证实具有比在其 他衬底上形成的类似器件更高的效率、更高的功率和更长的寿命。通常，运些歴配UVLED 被安装来用于倒装忍片"配置进行封装，在该配置下，在器件的有源区域中产生的光通 过AlN衬底被发射，而L邸裸片具有其结合至图案化基板的前表面（即，在结合之前的外延 生长和初始器件制备期间的器件的上表面），该图案化基板用于建立与L邸忍片的电和热 接触。一种好的基板材料是多晶（陶瓷）A1N，原因在于与AlN忍片相匹配的相对良好的热 膨胀和运种材料的高导热性。由于可在该器件的有源器件区域中实现的高结晶完整性，内 部效率已被证实高于60%。 可惜的是，在运些器件中光子提取效率通常仍是很差（通过使用表面图案化技术 达到从约4%到约15%的范围），远低于由许多可见光（或"可见"）L邸所呈现的光提取效 率。因此，当前运代短波长UVL邸最多具有仅几个百分点的低的电光转换效率（wallplug efficiencies) (WPE)，其中，WPE被定义为从二极管获得的可用光功率（在运种情况下是发 射的UV光）与供应至器件内的电功率的比率。可通过取电效率（nj、光子提取效率（nJ 和内部效率地）的乘积来计算LED的WPE，即WPE=IUiXIUxXIE。IE本身是电流注入 效率Umi)和内部量子效率QQ巧的乘积，即IE=IimiXI犯。因此，低IIm会有害地影 响WPE，即使是在通过（例如使用上文引用的AlN衬底作为器件平台来实现）降低内部晶体 缺陷提局了IE之后。 存在数种可能导致低光子提取效率的促成因素。例如，当前可用的AlN衬底通常 对在UV波长范围内，甚至对比AlN中的带边（约210nm)更长的波长，有一些吸收。运种吸 收趋于导致在器件的有源区域中产生的一些UV光在衬底中被吸收，因此减少了从衬底表 面发射的光的量。然而，可W如在美国专利No. 8080833 ("'833专利"，该专利的全部公开内 容通过引用被包含于此）中描述的那样通过减薄AlN和/或如在美国专利No. 8012257 (该 专利的全部公开内容通过引用被包含于此）中描述的那样通过减少AlN衬底中的吸收，来 缓解运种损耗机制。此外，UVL邸通常受损耗，由于产生的光子中约50%朝向P型接触件， P型接触件通常包括光子吸收P型GaN。即使在光子朝向AlN表面时，通常也仅有约9. 4% 从未处理的表面逸出，运归因于AlN的大的折射率，该大的折射率导致小的逃逸锥（escape cone)。运些损耗是倍增的，并且平均光子提取效率可能相当低。 如由Gran化sky等人在近期的出版物（JamesR.Gran化sky等，2013应用物理快 报，卷6,编号3032101，后文称作"Gran化sky2013"，其全部公开内容通过引用被包含于 此）中证实的，通过将无机（且通常为刚性的）透镜经由薄的密封剂层（例如，有机的抗UV 密封剂化合物）直接附接至L邸裸片，有可能在生长于AlN衬底上的歴配UVL邸中将光子 提取效率提高至约15%。在2012年7月19日提交的序列号为13/553093的美国专利申请 ("'093申请"，该申请的全部公开内容通过引用被包含于此）中也详细描述了运种封装方 法，运种封装方法增大了通过半导体裸片的上表面的全内反射的临界角，其显著提高了UV L邸的光子提取效率。此外，并且如上文提到的，可如'833专利中论述的那样，通过减薄AlN 衬底W及通过粗化AlN衬底表面的表面来提高光子提取效率。 可惜的是，运些努力都不能解决由于P型GaN中的吸收导致的大量光子损耗，该P 型GaN用于与运些器件的P型接触。在由Gran化sky2013描述的歴配UV类型的器件中，P 型GaN用于建立与LED的P型接触，因为P型GaN允许建立与器件的P侧的相对低的阻抗 接触。然而，GaN的带隙能量仅为3. 4eV，且因此其高度吸引波长小于365nm的光子。因为 所产生的光子中通常有50 %朝向P型接触件，从而由于P型GaN中的吸收，运些光子通常立 刻消失。此外，即使直接朝向二极管的发射表面的光子通常也仅有一次机会逸出，因为如果 它们被反射回二极管中，它们将很可能被P型GaN吸收。P型GaN是常被使用的，因为建立 与P型AlxGaixW其中，X大于0.3)的低电阻率接触非常困难。此外，允许与P型氮化物 半导体材料的低电阻率接触的金属通常是差的反射体。当L邸的期望波长小于340nm时运 种反射性问题尤为严重，因为大部分常见金属在该状况下会开始强烈吸收。 阳〇1引此外，W前的工作已建议使用厚P型GaN层（或者x<0. 2的P型AlxGaixN层），W使得空穴电流从P型金属接触件并且在P型金属接触件的下方充分扩散。该方法通常不会 作用于发射波长短于300皿的光的器件，运归因于P型GaN或P型AlxGaixN材料对于运些 较短波长的高吸收。 可选地，可W通过在L邸的P侧使用不吸收的P型半导体W及使用反射UV光子的 P接触冶金，来弥补上面提到的缺点。然而，传统方法不适用于歴配UVLED,因为运些方法 使用多个薄P型AlxGaixN层，其中该P型AlxGaixN层足够薄W致对波长短于300皿的UV福 射来说是光学透明的。运种类型的多层结构难W在歴配器件结构（其中底层衬底为AlN或 x〉0. 6的AlxGaixN)上生长，因为（由于晶格失配导致的）大量的应变通常使薄GaN(或低侣 含量的AlxGaixN)孤立并且变得非常粗糖。在论文Gran化sky 2013中，通过将P型GaN层 制造得相当厚来解决接触粗化；然而，如上文详细描述的，该层吸收UV光子并且降低了UV LED器件的效率。 因此，鉴于上文，需要改进UV LED(特别是在AlN衬底上生产的那些UV LED)的接 触冶金和性能，W改进该器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成与紫外(UV)发光器件的接触的方法，所述方法包括：提供具有AlyGa1‑yN顶表面的衬底，其中y≥0.4；在所述衬底上形成有源的发光器件结构，所述器件结构包括多个层，每层包括AlxGa1‑xN；在所述器件结构上形成无掺杂分级Al1‑zGazN层，所述分级层的组成以Ga浓度z分级，使得所述Ga浓度z在离开所述发光器件结构的方向上增加；在所述分级层上形成p型掺杂Al1‑wGawN覆盖层，该覆盖层(i)具有在约2nm和约30nm之间的厚度，(ii)对于样本大小为约200μmx300μm表面粗糙度小于约6nm，以及(iii)Ga浓度w≥0.8；以及在所述Al1‑wGawN覆盖层上形成包括至少一种金属的金属接触件，所述金属接触件对所述Al1‑wGawN覆盖层具有小于约1.0mΩ‑cm2的接触电阻率。

【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：J·R·格兰达斯基，L·J·斯高沃特，M·贾米勒，M·C·门德里科，S·R·吉布，
申请(专利权)人：晶体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US