[发明专利]与赝配电子和光电器件的平面接触

说明书

在多个实施例中，发光器件包含光滑的接触层和极化掺杂(即，大体没有掺杂杂质的底层)，并且呈现了高光子提取效率。

本申请是申请日为2014年3月13日、申请号为201480015040.1、发明名称为“与赝配电子和光电器件的平面接触”的申请的分案申请。

相关申请

本申请要求在2013年3月15日提交的申请号为61/788141的美国临时专利申请的权益和优先权，由此通过引用将该美国临时专利申请的全部公开内容包含于本文中。

政府支持

本发明是根据与美国军队的合同W911NF-09-2-0068在美国政府的支持下做出的。美国政府对该发明拥有一定的权利。

技术领域

在多个实施例中，本发明涉及提高载流子注入高铝含量电子和光电器件的效率(例如，空穴注入效率)。本发明的实施例还涉及改进在氮化物基衬底上制备的紫外光电器件，特别是增加从其提取的光。

背景技术

由于有源区域中的高缺陷能级，基于氮化物半导体系统的短波长紫外发光二极管(UV LED)(即，发射波长小于350nm的光的LED)的输出功率、效率和使用寿命仍然有限。在被设计为发射波长小于280nm的光的器件中，这些限制特别成问题(和值得注意)。特别是器件是形成在异质衬底(如蓝宝石)上的情况下，纵使做出极大努力来降低缺陷密度，但缺陷密度仍然很高。这些高缺陷密度限制了在这种衬底上生长的器件的效率和可靠性。

近期推出的低缺陷晶体氮化铝(AlN)衬底具有显著改进氮化物基光电半导体器件(特别是具有高铝浓度的那些器件)的潜力，这得益于这些器件的有源区域中具有较低缺陷。例如，在AlN衬底上赝配(pseudomorphically)生长的UV LED已被证实具有比在其他衬底上形成的类似器件更高的效率、更高的功率和更长的寿命。通常，这些赝配UV LED被安装来用于以“倒装芯片”配置进行封装，在该配置下，在器件的有源区域中产生的光通过AlN衬底被发射，而LED裸片具有其结合至图案化基板的前表面(即，在结合之前的外延生长和初始器件制备期间的器件的上表面)，该图案化基板用于建立与LED芯片的电和热接触。一种好的基板材料是多晶(陶瓷)AlN，原因在于与AlN芯片相匹配的相对良好的热膨胀和这种材料的高导热性。由于可在该器件的有源器件区域中实现的高结晶完整性，内部效率已被证实高于60％。

可惜的是，在这些器件中光子提取效率通常仍是很差(通过使用表面图案化技术达到从约4％到约15％的范围)，远低于由许多可见光(或“可见”)LED所呈现的光提取效率。因此，当前这代短波长UV LED最多具有仅几个百分点的低的电光转换效率(wall plugefficiencies)(WPE)，其中，WPE被定义为从二极管获得的可用光功率(在这种情况下是发射的UV光)与供应至器件内的电功率的比率。可通过取电效率(η_el)、光子提取效率(η_ex)和内部效率(IE)的乘积来计算LED的WPE，即WPE＝η_el x η_ex x IE。IE本身是电流注入效率(η_inj)和内部量子效率(IQE)的乘积，即IE＝η_inj x IQE。因此，低η_ex会有害地影响WPE，即使是在通过(例如使用上文引用的AlN衬底作为器件平台来实现)降低内部晶体缺陷提高了IE之后。