半导体传感器、太阳能电池或发射器，或因此其前体，具有基底和沉积在基底上的一个或多个织构的半导体层。织构的层增强光提取或吸收。如果半导体是极性的并且量子阱沿极向生长，则多量子阱的区中的织构大大增强内量子效率。本发明专利技术的ＬＥＤ的电致发光是二色的，并且导致可变颜色的ＬＥＤ，包括白色ＬＥＤ，无需使用荧光体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】特征为织构的半导体层的光学器件 相关申请的交叉引用此申请要求2005年10月31日申请的名称为"OPTICAL DEVICES FEATURING TEXTURED SEMMICONDUCTOR LAYERS"的美国临时申请 60/732034号的优先权。此申请还是2005年4月15日申请的名称为 "OPTICAL DEVICES FEATURING TEXTURED SEMMICONDUCTOR LAYERS"的待决美国申请11/107150号的部分继续，该后一申请要求下述 专利的优先权2004年4月15日申请的名称为"FORMATION OF TEXTURED II固TRIDE TEMPLATES FOR THE FABRICATION OF EFFICIENT OPTICAL DEVICES"的美国临时申请60/562489号，2004年10 月1日申请的名称为"FORMATION OF TEXTURED III-NITRIDE TEMPLATES FOR THE FABRICATION OF EFFIC正NT OPTICAL DEVICES"的美国临时申请60/615047号，以及2005年1月21日申请的名 称为"NITRIDE LEDS BASED ON FLAT AND WRINKLED QUANTUM WELLS"的美国临时申请60/645704号。此外，此申请是是2005年4月15 日申请的名称为"OPTICAL DEVICES FEATURING TEXTURED SEMMICONDUCTOR LAYERS"的PCT/US/2005/012849号的部分继续。于 此通过引用并入了每一个以上列出的较早申请。关于联邦政府资助的研究或开发的声明导致此专利技术的部分工作是利用由Unite States Army Research Office授予 的合同DAAD19-00-2-0004号和来自United States Department of Energy的 拨款DE-FC26-04NT42275号下提供的美国国家政府资助完成的。因此美国 政府具有此专利技术中的某些权利。
技术介绍
发光二极管(LED)是能够在红外、可见或紫外(UY)区产生光的光学器件。在可见区和紫外区发射的LED使用氮化镓(GaN)和与氮化铟(InN) 和氮化铝(A1N)的其合金制成。这些器件通常包括布置在p-n结中的p和 n型半导体层。在标准LED器件中，半导体层均匀地生长到抛光的诸如GaAs 或蓝宝石的基底上。典型的半导体层包括氮化镓(GaN)，其己被掺杂为p 或n型层。针对LED的品质的重要的数字是其内量子效率(IQE)和光提取效率。 对于典型的LED， IQE依赖于许多因素，诸如点缺陷的浓度，俄歇过程和 器件设计。在沿(0001)和(000-1)极向生长的氮化物LED的情况下，由 于由内电场引起的n和p掺杂层之间的量子阱的扭曲，内效率也降低了。 基于GaN的标准LED的光提取效率由Snell定律确定为每表面4%。 LED 通常包括数个由小能隙半导体(阱)和较宽带隙半导体(垒)制成的量子 阱。可见LED使用铟镓氮(InGaN)作为阱和GaN作为垒。紫外LED使 用不同组分的AlGaN作为阱和垒。基于沿极向生长的氮化物半导体的LED 器件的IQE被跨过其量子阱的电场减小。此现象称作量子限制Stark效应 (QCSE)。通过红移发射波长和减小光致发光强度，QCSE影响LED光发 射。标准LED中相当小的光提取效率值是在出口界面处半导体层的高的折 射率的结果。已经提出了多个途径来增强对来自LED的光的提取。例如，在GaAs LED中，光的提取受到GaAs基底中发射的光的吸收的影响。为了减轻此 问题，能够使用外延剥离和晶片键合方法来转移GaAs LED结构到透明基 底上。另一个包含LED表面几何结构(诸如平头的反向棱锥)优化、与基 底反射镜的使用组合的途径已将提取限制推高到了 30%。另外的途径包含使用连续地可变折射率的透明材料来减小在界面处的背反射。这些途径的 一些具有一些制造限制并且最后一个受到随时间的快速的系数-材料退化的影响。最近变得日益有吸引力的一个途径是从无规则地微织构的薄膜表面提 取光子。其具有显著地改善的提取效率，记录了对GaAS基LED在室温展 示的44%的外量子效率(Windish等，2000)。在此参考中，在使用平版印 刷方法生长LED后，形成织构的表面。结果表明，甚至在那种情况下，仍 然从对应于平的表面的临界角里面的发射锥内提取了大多数光子。因此，仍然存在广阔的空间以提高提取远高于当前值。基于GaN和其它ni-氮化物材料的可见和UV LED广泛用于全色显示 器、汽车照明、消费电子背光、交通灯、以及用于固态照明的白色LED。 多个途径用于形成白色LED。 一个途径是利用三色LED (RGB),而可选 途径是使用诸如UV LED与三色荧光体或蓝色和蓝色/红色LED与两种或一 种荧光体的组合的混合方法。当前白色LED性能已经达到30 lm/W，而对 于商业上有吸引力的半导体照明，需要的效率高于200 lm/W。对于氮化物LED的电子-空穴对转换为光子的当前IQE为 21 % ( Tsao ， 2002)。因此，对于涉及固态照明的应用，1(^需要提高到60%-70%。为了 实现此，需要对本领域当前状态的多个改进。例如，必须包含带隙工程(量 子阱、量子点)以最优化载流子-光子转换。还有，需要改善LED结构中的 多个层以减小缺陷密度并且从而改善到有源区的载流子的运输。该改善减 小了寄生发热并且导致器件的长寿命、增强的色稳定性、以及整个有效期 中降低的消费者成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种器件，以用作光发射器或传感器或太阳能电池。对于 基于诸如III-氮化物的极性半导体的本专利技术的发射器，相对于传统器件，提 高了IQE和光提取效率。对于传感器或太阳能电池，将光耦合到器件中的 效率也提高了。在一个实施例中，分层沉积半导体材料，以生长时沉积到 基底上的织构的初始半导体层开始。在一个实施例中，层在生长时无规则 地织构在基底上，使得具有织构的表面形态。基底和织构的层能够用作用 于生长多个半导体层的样板。例如，器件可以包括沉积在第一织构的层上 的第二层。能够利用p和n掺杂剂沉积这些层，以形成p-n节LED。织构 的发射层增强光逃逸。初始半导体层优选地用作在其上生长量子阱层的垒 层。每个半导体层遵从第一生长层的织构并且因此光从其提取的LED的外 表面具有与初始半导体层近似相同的织构。优选地，包括多个垒层和量子阱层的多量子阱作为交替的半导体层沉 积在彼此之上，每层复制原始织构。通过垒和阱层复制的织构改变量子阱 的位置，使得它们的表面不垂直于极向。从而量子阱保持几乎它们的方阱形状，因为它们没有被归因于极化的内场扭曲。结果空穴和电子波函数交叠，导致有效的复合并且从而极大地提高了IQE。本专利技术的器件能够包括基底，诸如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓 (GaN)、氮化铝(A1N)、氮化铟(InN)、铝镓氮(AlGaN)、铟镓氮、铟 铝氮、铟镓铝氮(InAlGaN)、碳化硅、氧化锌、蓝宝石、及玻璃。还可以 在蓝宝石基底上沉积层之本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用作发射器的半导体器件，该器件包括： 基底，包括选自包含蓝宝石、碳化硅、氧化锌、硅、砷化镓、氮化镓、氮化铝及铝镓氮的组的材料； 在所述基底上的第一层，包括Ⅲ－氮化物半导体，其中，该第一层的表面具有无规则地织构的拓扑，该第一层 是ｎ型掺杂的，并且该第一层电连接到第一接触点； 与垒层交替并由该第一层的该表面织构的一个或多个量子阱层，该垒层包括Ⅲ－氮化物半导体且该量子阱层包括Ⅲ－氮化物半导体；以及 包括Ⅲ－氮化物半导体的较上层，其中，该较上层由相邻量子阱层 的表面织构，该较上层是ｐ型掺杂的，并且该较上层电连接到第二接触点；其中，通过经由该器件在所述第一和第二接触点之间通过电流来控制该器件的电致发光谱。
【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：TD穆斯塔克斯，JS卡布鲁，
申请(专利权)人：波士顿大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。