[发明专利]非极性和半极性绿光发光器件中的空穴阻挡层

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求于2011年8月16日提交的美国申请序列号13/210,456的优先权，该美国申请的内容通过引用结合在此。

背景

本公开涉及发光器件，并且更具体地涉及被设计成用于高插座效率（wall plug efficiency）并且可以作为原生绿光源操作的激光二极管和LED。

简述

发明人已经认识到在基于III族氮化物（III-N）半导体化合物的原生绿光激光二极管和LED的设计及制造中使用非极性和半极性衬底的优势。在本公开的上下文中，需注意光谱的绿光部分内的发射波长包括蓝绿色并且位于大约480nm和大约570nm之间。根据本公开，提供了发光器件，该发光器件包括内插在该器件的n型和p型侧之间的有源区域以及内插在该器件的有源区域和n型侧之间的空穴阻挡层。该有源区域包括有源MQW结构并且被配置成用于光谱的绿光部分内的光子电泵浦受激发射。该发光器件的n型侧包括n掺杂的半导体区域。该发光器件的p型侧包括p掺杂的半导体区域。该n掺杂的半导体区域包括n掺杂的非极性或n掺杂的半极性衬底。当半极性或非极性衬底用于创建针对这种波长的这种发光器时，跨有源区域的空穴传输以及之后向n掺杂区域的空穴渗透可能十分显著。由于空穴是n掺杂区域内的强寄生复合的对象，因此希望阻挡空穴渗透。根据本公开的空穴阻挡层包括n掺杂的半导体材料并且内插在该发光器件的非极性或半极性衬底和有源区域之间。空穴阻挡层（HBL）的构成的特征是其带隙比有源区域的量子阱势垒层的带隙宽。

发明人还已经认识到，如果可以放宽对激光二极管或LED器件的n掺杂层中的一个或多个层内的错配缺陷形成的限制，展现相对较高插座效率的原生绿光源会更容易制造。这种认识在非极性和半极性衬底上生长的激光二极管和LED器件的情况下尤其显著，因为在AlGaN、InGaN和相似的器件层的生长过程中，强的拉伸应变和压缩应变积累并且可能难以在应变弛豫时限制错配位错的形成。在一些实施例中，可以构想激光二极管和LED配置，其中激光二极管或LED器件的n掺杂层的特征是相对高的缺陷密度并且n掺杂的空穴阻挡层（HBL）用于抑制向高缺陷密度地带的空穴渗透以及相关联的非辐射性复合，同时中性化或抵消器件的其他n掺杂层的高缺陷密度。

若干附图的简述

在结合以下附图进行阅读时，可以最佳地理解本公开的具体实施例的以下详细描述，其中相似的结构可以用相似的附图标记来指示，并且在附图中：

图1是结合本公开的概念的简化激光二极管结构的示意图；并且

图2是结合本公开的概念的简化LED结构的示意图。

详细描述

可以在两种不同类型的基于半导体的发光器件（激光二极管100（图1）和发光二极管200（图2））的背景下展示本公开的概念。图1所示的激光二极管100包括内插在该器件的n型和p型侧之间的有源区域110以及内插在该器件的有源区域110和n型侧之间的空穴阻挡层（HBL）120。激光二极管100的n型和p型侧通常包括以下更详细描述的n掺杂的和p掺杂的半导体区域以及器件接触层C1、C2。

激光二极管100的有源区域110包括有源MQW结构并且被配置成用于光谱绿光部分内的光子电泵浦受激发射。激光二极管100的n型侧包括由n掺杂的非极性或n掺杂的半极性衬底130组成的n掺杂半导体区域、内插在非极性或半极性衬底130和n掺杂的空穴阻挡层120之间的n掺杂波导层140。非极性或半极性衬底130可以包括多种非极性或半极性配置130中的任何一种，并且可以表示为包括例如III族氮化物（III-N）半导体化合物的单层衬底或者表示为包括基底层和具有所希望的非极性或半极性取向的覆盖层的多层衬底。在实践本公开的概念时，应当意识到术语“非极性”和“半极性”是指III/N半导体的纤锌矿晶体结构内的平面取向。更具体地，“非极性”取向平行于晶体结构的c轴。例如但非限制，所构想的“非极性”取向包括（1-100）或（11-20）。“半极性”取向是其中平面在极性和非极性平面之间倾斜的取向。例如但非限制，所构想的“半极性”取向包括（11-22）、（20-21）和（20-2-1）。被认为是“极性的”取向的示例包括但不限于（0001）和（000-1）。