[发明专利]氮化物发光器件的反向极化发光区域

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是于2005年2月18日提交的申请No.11/061,247的继续。

技术领域

本发明涉及一种半导体发光器件的发光区域。

背景技术

包括发光二极管(LED)，谐振腔发光二极管(RCLED)，垂直腔激光二极管(VCSEL)和边缘发射激光器的半导体发光器件是目前可用的最有效的光源。在能够横跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中目前关心的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓，铝，铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III-氮化物材料。一般，III-氮化物发光器件通过金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术，在蓝宝石、碳化硅、III-氮化物或其它适当的基底上外延生长不同成分和掺杂物浓度的半导体层的叠层来制造。该叠层通常包括形成在基底上方的掺杂有例如Si的一层或多层n型层，形成在n型层或多个n型层上方的发光或激活区域(activeregion)，和形成在激活区域上方的掺杂有例如Mg的一层或多层p型层。形成在导电基底上的III-氮化物器件可以具有形成在该器件的相对侧上的p和n接触点。通常，在绝缘基底例如蓝宝石上制造III-氮化物器件，两个接触点在该器件的相同侧上。安装这些器件，使得通过这些接触点(通常所说的外延向上器件)或通过与接触点相对的器件(通常所说的倒装片器件)的表面提取光。

在该领域中需要的是在高电流密度下有效操作的III-氮化物发光器件。

发明内容

根据本发明的实施例，半导体发光器件包括配置在n型区域和p型区域之间的发光层。发光层可以是具有厚度至少50埃的纤锌矿III-氮化物层。发光层可以具有与常规纤锌矿III-氮化物层反向的极化，以便穿过发光层和p型区域之间的界面，纤锌矿c轴指向发光层。c轴的这种定向可以在p型区域内或其边缘处的界面处产生负的层电荷，给发光层中的导带中的电子提供势垒。通过提供势垒以更好的捕获发光层中的电荷载流子，以及通过提供可以产生非辐射复合的更厚的发光层，这种厚的“反向极化”的发光层可以在高电流密度下提高效率。

附图说明

图1说明了III-氮化物发光器件。

图2说明了对于图1的器件的一部分导带。

图3说明了对于根据本发明实施例的器件的一部分导带。

图4说明了具有图3所示的导带的器件的例子。

图5说明了包括隧道结和在发光区域之前生长的p型区域的器件。

图6说明了具有在发光区域之前生长的p型区域的器件。

图7说明了在结合到主基底和生长基底的去除之后的图6的器件。

图8是封装的发光器件的分解图。

图9说明了纤锌矿GaN的晶胞。

具体实施方式

图1说明了普通的III-氮化物发光器件。n型区域11生长在蓝宝石基底10上方。可以包括多个由势垒层分隔的量子阱的激活区域12生长在n型区域11上方，接着是GaN隔离层13，p型AlGaN层14，和p型接触层15。

随着施加到图1的器件的电流密度增加，器件的内部量子效率最初增加，然后降低，该内部量子效率定义为产生的光子通量和提供的载流子通量的比。图1的器件的设计可以导致对于高电流密度下内部量子效率降低的多种可能的原因，包括从激活区域的电子泄漏和非辐射复合。

电子泄漏通过在纤锌矿晶体中的自然产生的极化而加重。生长在晶格不匹配基底例如蓝宝石上的III-氮化物器件中的晶体层通常生长为应变的纤锌矿晶体。这种晶体显示两种类型的极化：由于晶体对称而产生的自发极化，和由于应变而产生的压电极化。层中的总极化是自发和压电极化的总和。极化诱发的层电荷(sheet charge)产生在不同成分的层之间的界面处。通常，层电荷的密度取决于自发极化和由于两个相邻层之间的应变而产生的压电极化。图2说明了图1的器件的一部分导带。层电荷的符号和位置在图2中用“+”和“-”符号来表示。