[发明专利]具有琥珀色到红色光发射（＞600nm）的III族氮化物半导体光发射设备以及用于制作所述设备的方法

说明书

一种III族氮化物半导体光发射设备，其并入了n型III族氮化物覆层、含铟III族氮化物光发射区、以及p型III族氮化物覆层。光发射区被夹在n‑和p‑型III族氮化物覆层之间，并且包括多个多量子阱（MQW）集合。在n型覆层上形成的第一MQW集合包括相对较低的铟浓度。第二MQW集合包括相对中等的铟浓度。与p型覆层相邻的第三MQW集合并入了三个MQW集合中相对最高的铟浓度，并且能够发射琥珀色到红色光。前两个MQW集合被用作预应变层。在MQW集合之间，添加中间应变补偿层（ISCL）。前两个MQW集合和ISCL的组合防止相位分离并且增强第三MQW集合中的铟摄取。作为结果，第三MQW集合保持足够高的铟浓度以发射高输出功率的琥珀色到红色光，而没有任何相位分离相关联的问题。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月8日提交的、申请号为62/239,122的美国临时专利申请以及2016年10月6日提交的、申请号为15/287,384的美国专利申请的权益。

本发明的背景

1.技术领域

本文中的发明一般地涉及一种在琥珀色到红色区中发射可见光的III族氮化物半导体光发射设备。公开了一种用于制造所述设备的方法。

2.现有技术

现有技术的基于III族氮化物的蓝光发射结构、诸如光二极管（LED）和激光二极管（LD）（为了简明的缘故，LED和LD在本文中可以各自被称为LED）以超过80%的峰值外部量子效率（EQE）而在商业上可得到。在绿光谱区中操作，现有技术LED的EQE下降到蓝色LED的EQE的一半以下。III族氮化物半导体光发射器的EQE非常突然地下降得甚至更多，因此朝向琥珀色和红色光谱区。存在对于III族氮化物光发射器中效率损失的两个常见原因：（1）在III族氮化物光发射结构的InGaN和GaN层之间的大的晶格失配，其中在针对较长波长所需要的高得多的铟浓度的情况下，可混溶性变得突出；以及（2）在c平面极性GaN上生长的InGaN QW不可避免地遭受由强压电场所导致的量子禁闭斯塔克效应（QCSE），其进而造成辐射重组率的降低，尤其是在其中需要较高铟浓度的长波长区中。

尽管难以在III族氮化物光发射设备、诸如例如LED中实现基于InGaN的长波长（以大于600nm的波长的琥珀色到红色），这样的设备是非常合期望的，以便实现单个芯片、固态照明和单片多色光调制设备（参见美国专利申请公布No. 2016/0359084、2016/0359086、2016/0359299以及2016/0359300）。此外，由于与其它长波长光发射结构、诸如基于AlInGaP材料系统的光发射器的带隙偏移相比更高的带隙偏移，基于InGaN的光发射结构、诸如LED和LD的设备性能不太取决于温度。另外，基于GaN的红色波长发射型LED材料结构有益地与基于GaN的蓝色和绿色LED温度膨胀相匹配，这使得它与使用晶片接合来创建多色固态光发射器的基于GaN的堆叠式LED光发射结构相兼容（参见美国专利No. 7,623,560、7,767,479以及7,829,902）。因而，基于InGaN的长波长光发射结构、诸如LED和LD在许多应用中可以是优越的。