[发明专利]深紫外发光二极管

说明书

相关申请的引用

本申请要求在2010年6月18日提交的发明名称为“Deep ultraviolet diode”的共同未决的美国临时申请No.61/356484的权益，在这里加入其作为参考。

政府许可权

美国政府在有限的情况下对于本发明和权利具有付讫的许可，以要求专利所有人在通过由National Science Foundation授予的SBIR Phase II Grand No.IIP-0956746的项目提供的合理的项目上许可其它人。

技术领域

本公开一般涉及基于氮化物的异质结构，更特别地，涉及改进的发射紫外光的基于氮化物的异质结构。

背景技术

出现的深紫外发光二极管（DUV LED）覆盖低至210纳米（nm）的紫外（UV）范围，并且提供已足以满足许多应用的输出功率。另外，这些装置具有高的调制频率、低的噪声、灵活的形状因子和波谱以及空间功率分布、高的内部量子效率和实现高的电光转换效率（wall plug efficiency）的可能性。例如，光致发光（PL）研究和光线跟踪计算表明，对于280nm DUV LED实现的内部量子效率可以相当高，例如，为15%～70%。

但是，典型的DUV LED的外部量子效率和电光转换效率低于3%，其中对于280nm LED具有最高的效率，并且对于发射具有较短的波长的紫外光的LED具有较低的效率。外部和电光转换效率较低的一些原因包括由于从蓝宝石衬底和蓝宝石/空气界面的内部反射以及顶部低铝（Al）含量p型氮化铝镓（AlGnN）和p型氮化镓（GaN）层中的强的吸收导致的非常低的光提取效率。在电流和/或产生的功率较高的情况下，LED的效率进一步降低。

在发射具有较短的波长的紫外光的UV LED中，由于源自具有高Al含量的AlGnN结构的生长的材料问题，内部量子效率也下降。由于可导致不均匀的Al成分和横向相位分离的Al吸附原子的低的迁移率以及高浓度的穿透位错和点缺陷，这种生长尤其复杂化。

发明内容

本发明的各方面提供一种发光二极管，该发光二极管包含n型接触层和与n型接触层相邻的光产生结构。光产生结构包含量子阱组。接触层和光产生结构可被配置为使得n型接触层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。另外，光产生结构可被配置为使得其宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当。二极管可包含阻挡层，该阻挡层被配置为使得阻挡层的能量与量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。二极管可包含复合接触，该复合接触包含至少部分地对于由光产生结构产生的光透明的粘接层和被配置为反射由光产生结构产生的光的至少一部分的反射金属层。

本发明的第一方面提供一种发光异质结构，该发光异质结构包括：n型接触层；和具有与n型接触层相邻的第一侧的光产生结构，该光产生结构包含量子阱组，其中，n型接触层的能量与量子阱组中的量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大，并且其中，光产生结构的宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当。

本发明的第二方面提供一种发光异质结构，该发光异质结构包括：n型接触层；和具有与n型接触层相邻的第一侧的光产生结构，该光产生结构包含量子阱组，其中，光产生结构的宽度与用于通过注入到光产生结构中的电子发射极性光学声子的平均自由程相当；和位于光产生结构的与第一侧相对的第二侧上的阻挡层，其中，阻挡层的能量与量子阱组中的量子阱的电子基态能量之间的差值比光产生结构的材料中的极性光学声子的能量大。

本发明的第三方面提供一种发光器件，该发光器件包括：n型接触层；具有与n型接触层相邻的第一侧的光产生结构；和复合接触，该复合接触包含：粘接层，其中，粘接层至少部分地对于由光产生结构产生的光透明；和被配置为反射由光产生结构产生的光的至少一部分的反射金属层。

本发明的其它的方面提供设计和/或制造这里表示和描述的异质结构和器件的方法以及设计和/或制造包含这些器件的电路的方法和得到的电路。本发明的解释性的方面被设计，以解决这里描述的问题中的一个或更多个和/或没有讨论的一个或更多个其它的问题。

附图说明

结合示出本发明的各方面的附图阅读本发明的各方面的以下的详细的描述，可以更容易地理解本公开的这些和其它特征。