[发明专利]一种发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种为固态光源的发光器件。

背景技术

固态光源，例如发光二极管（LED）和激光二极管，与白炽灯或荧光灯相比具有非常大的优势。固态光源通常比传统的白炽灯或荧光灯的效率更高且产热更少。当发光二级管（LED）或激光二极管被置于红、绿、蓝元件列时，它们可作白光源或多彩显示。尽管固态发光具有某些优势，但传统的用于固态发光的半导体结构和设备价格相对昂贵。固态发光器件的高成本部分归因于其相对复杂和耗时的生产工艺。

根据图1所示，一种先有技术的LED结构100包含一个基板105，例如蓝宝石基板。缓冲层110位于基板105上。缓冲层110主要作为一个润湿层，以促进蓝宝石基板光滑且均匀覆盖。缓冲层110通常是经金属有机化学蒸汽沉淀（MOCVD）法形成的一个薄的非结晶层。有n型掺杂的III-V族化合物层120位于缓冲层110上。所述有n型掺杂的III-V族化合物层120通常是由氮化镓（GaN）组成。氮化铟镓（InGaN）的量子阱层130位于有n型掺杂的III-V族化合物层120上。一个活性III-V族化合物层140形成于氮化铟镓（InGaN）的量子阱层130上。有p型掺杂的III-V族化合物层150形成于活性III-V族化合物层140上。p电极160（正极）形成于有p型杂质的III-V族化合物层150上。n电极170（负极）形成于有n型杂质的III-V族化合物层120上。

GaN晶体在不同的晶体方向上具有不同的导电性。（0001）晶面垂直于c轴，与其他平面相比具有最高的电极性。（1-100）晶面垂直于m轴，是非极性的。其他GaN晶面，例如（1-101），都是半极性的，其电极性小于（0001）晶面。

GaN晶体的不同晶面，也具有不同的光学性质。非极性（1-100）晶面的内部量子效率（IQE）最高；而半极性晶面，例如（0001）平面的量子效率稍低。极性的（0001）晶面的量子效率最低。在发光器件中，需要从非极性或半极性晶面产生发光，从而获得较高的光强度。

早期的GaN LED在蓝宝石、碳化硅或尖晶石基板（图1中的105）上成形。最近，试图在LiAlO₂基板上生长具有非极性发光面的GaN发光器件。尽管这些LED结构的光发射是光谱稳定且极化的，但由于在LiAlO₂基板上生长的过程中，GaN晶体内会产生很多瑕疵，其发光强度较低。

发明内容

本发明公开了一种利用非极性和半极性GaN晶体表面作为量子阱基底的发光器件，其发光效率和光发射强度较传统的GaN LED有所提高。该发光器件的发射光也是高度极化，对很多显示器来说是非常有用的。

本发明公开的器件还具有某些优点，包含能为GaN单晶体提供非常低的缺陷密度，来提高器件的可靠性和使用寿命；可特制成不同的形状尺寸，以适合不同的应用；并且它们能装配在硅基底上，与多种微电子设备兼容。

一方面，本发明涉及一种发光器件，其包含一个具有（111）晶面的硅基底和一个位于（111）晶面上的GaN晶体结构，其中所述GaN晶体结构包含一个非极性平面，一个平行于该非极性平面的第一表面，和位于第一表面上的发光层。该发光层具有至少一个含GaN的量子阱。

另一方面，本发明涉及一种发光器件，其包含一个以（100）晶面作为硅上表面的硅基底，在上表面位置开设有一个凹槽，并将凹槽的一部分限定为硅基底的（111）晶面。GaN晶体结构位于（111）晶面上，GaN晶体结构具有一个非极性平面，一个第一表面平行于该非极性平面。位于GaN晶体结构的第一表面上的发光层，该发光层具有至少一个含GaN的量子阱。