[发明专利]具有位错弯曲结构的发光装置

说明书

对相关申请的引用

本申请主张共同待决的美国临时申请第61/441674号、题为“具有位错弯曲结构的发光二极管(Light Emitting Diodes with Dislocation Bending Structure)”的权利，该申请于2011年2月11日提出申请，且该申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上关于发射装置，且更特定言之，关于一种具有位错弯曲结构的发射装置，该位错弯曲结构可改进该装置的光输出。

背景技术

诸如发光二极管(LED)及激光二极管(LD)的半导体发射装置包括由第III-V族半导体构成的固态发射装置。第III-V族半导体的子集包括第III族氮化物合金，第III族氮化物合金可包括铟(In)、铝(Al)、镓(Ga)及氮(N)的二元、三元及四元合金。说明性的基于第III族氮化物的LED及LD可为In_yAl_xGa_1-x-yN的形式，其中x及y指示给定元素的摩尔分数，0≤x,y≤1，且0≤x+y≤1。其他说明性基于第III族氮化物的LED及LD基于硼(B)氮化物(BN)，且可为Ga_zIn_yAl_xB_1-x-y-zN的形式，其中0≤x,y,z≤1，且0≤x+y+z≤1。

LED通常由层构成。每一层具有各种元素的摩尔分数(例如，x、y和/或z的给定值)的特定组合。两层之间的界面被定义为半导体异质结。于界面处，假定摩尔分数的组合以离散量改变。将摩尔分数的组合连续改变的层称为渐变（graded）的。

半导体合金的摩尔分数的改变允许带隙控制，且用以形成势垒及量子阱(QW)层。量子阱包含位于两个其他半导层之间的半导层，这两个其他半导层中的每一者具有带隙，此带隙大于量子阱的带隙。量子阱的导带能级与相邻半导体层的导带能级之间的差被称为量子阱的深度。大体上，量子阱的深度在量子阱的每一侧可不同。势垒包含位于两个其他半导体层之间的半导体层，这两个半导体层中的每一者具有带隙，此带隙小于势垒的带隙。势垒的导带能级与相邻半导体层的导带能级之间的差被称为势垒高度。大体上，势垒的势垒高度在势垒的每一侧可不同。

半导体层的堆叠可包括若干n型掺杂层及一个或多个p型掺杂层。LED的有源区形成于p-n结附近，其中电子及空穴载流子再结合且发光。有源区通常包括用于载流子区域化及改进的辐射再结合的量子阱及势垒。在量子阱内，按照波函数量子力学地描述电子及空穴。每一波函数与给定量子阱内的局部能级相关联。电子及空穴波函数的重迭导致辐射再结合及光产生。

第III族氮化物LED通常生长成为纤维锌矿或闪锌矿晶体结构。于异质结处，两个半导体层的晶格失配引起晶体层的应力及应变且导致内建电场的产生。另外，归因于自发极化，纤维锌矿晶体结构展现内部电场。内部电场可导致电子及空穴波函数的减少的重迭，且因此导致减少的光发射。

另外，半导体层的堆叠通常在蓝宝石或碳化硅衬底结构上生长。衬底与半导体层之间的大晶格失配可导致位错，这减少装置的光发射。

发明内容

本发明的各方面提供一种用于减少发射装置的有源区中的位错的数目的解决方案。位错弯曲结构可包括于该发射装置中介于衬底与该有源区之间。该位错弯曲结构可被配置以例如归因于足够量的应变的存在而在位错到达该有源区之前使位错弯曲和/或消灭。该位错弯曲结构可包括多个层，其中相邻层由一材料构成，但相应材料中的元素的摩尔分数在这两个层之间存在差异。该位错弯曲结构可包括至少40对相邻层，在相邻层之间元素的摩尔分数相差至少百分之五。

本发明的第一方面提供了一种发射装置，其包含：衬底；有源区，其位于该衬底的第一侧；及位错弯曲结构，其位于该衬底与该有源区之间，其中该位错弯曲结构包含至少四十对相邻层，其中相邻层中的每一对包括：第一层，其由包括元素的一材料构成；及第二层，其由包括该元素的材料构成，其中对于该第一层及该第二层，该元素的摩尔分数相差至少百分之五。

本发明的第二方面提供了一种发射装置，其包括：衬底；有源区，其位于该衬底的第一侧；及位错弯曲结构，其位于该衬底与该有源区之间，其中该位错弯曲结构包含用于使自该衬底传播的至少一些位错在到达该有源区之前发生弯曲或消灭中的至少一者的构件。