[发明专利]发光装置以及制造发光装置的方法

说明书

本发明涉及发光装置以及制造发光装置的方法。用于发射UVC辐射的发光装置。该装置包括基底和图案化层。图案化层包括在基底上的多个掩模区。基底的暴露部分设置在掩模区之间。多个纳米结构设置在基底的暴露部分上和掩模区之上，多个纳米结构是单晶半导体并包括核芯尖端。有源层设置在多个纳米结构之上。有源层为量子阱结构，并包括选自AlN、AlGaN和GaN中的至少一种材料。p掺杂层设置在有源层之上。有源层和p掺杂层两者都与多个纳米结构共形，以便在核芯尖端之上形成发射器尖端。

技术领域

本公开涉及一种用于发射光的装置，特别地涉及一种用于发射UVC光谱中的光的装置。

背景技术

发射UVC频带中的辐射的LED装置具有多种潜在的商业应用。然而，由于低的墙上插头效率，这种UVC LED装置通常不能在市场上买到。现有实验UVC LED装置也具有关于外部量子效率差的缺点。这对于发射短于250nm波长的LED而言尤其如此。此外，大多数LED装置具有对于短波长UVC应用而言太长的输出发射波长(例如，通常大于300nm)。此外，许多LED装置使用InGaN作为活性材料，InGaN不发射UVC波长范围内的光，而是发射可见光谱内的光。

用于形成UVC LED装置的已知方法包括使用具有圆形孔的纳米级选择区域外延来生长竖直定向的纳米线。然后在中途沉积光学活性AlGaN层，最后用其它材料加盖以进行掺杂和表面钝化(X.Liu等人,Optics Express 25,30494 2017.)。在Liu等人的文章中，作者能够证明横跨整个c-频带的发射具有良好的内部量子效率，这部分是由于减少非辐射复合的核壳结构。这里的主要成就是使用纳米线来减轻应变以允许大的Al含量有源层，以便达到较短的波长。然而，减小的应变是以减小发射器层的面积分数为代价的。而且，这些层仍然名义上沿着c平面对准，因此降低的振荡器强度和TM偏振发射的问题仍然存在。

用于制造UVC LED装置的其它方法采用蚀刻技术来限定生长区域，如X.Liu等人,Appl.Phys.Lett.2017.所描述的。在GaN竖直翅片的侧壁上生长AlGaN，经由干法刻蚀形成AlGaN阵列。干法蚀刻导致表面损伤并且需要湿法蚀刻步骤。这些翅片上的生长解决了TM偏振输出的问题，其中作者指出，由于翅片的竖直定向，可以从这些结构中提取更多的TM偏振光。然而，这些翅片间隔开大约2μm，严重地减小了发射器的面积分数并且限制了最大可实现的亮度。此外，翅片之间的该最小宽度是材料渗透到基部所需的。

因此，在本领域中需要可以提供能够在UVC光谱中发射的更有效的LED的LED结构和工艺。

发明内容

本公开涉及用于发射UVC辐射的发光装置。该装置包括基底和图案化层。图案化层包括在基底上的多个掩模区。基底的暴露部分设置在掩模区之间。多个纳米结构设置在基底的暴露部分上和掩模区之上，多个纳米结构是单晶半导体并包括核芯尖端(core tip)。有源层设置在多个纳米结构之上。有源层是量子阱结构，并且包括选自AlN、AlGaN和GaN的至少一种材料。p掺杂层设置在有源层之上。有源层和p掺杂层两者都与多个纳米结构共形，以便在核芯尖端之上形成发射器尖端。

本公开还涉及制造UVC发光装置的方法。该方法包括在基底上形成包括多个掩模区的图案化层，其中基底的暴露部分设置在掩模区之间。在所述基底的暴露部分上和所述掩模区之上外延生长多个纳米结构，所述多个纳米结构包括核芯尖端。在所述多个纳米结构之上外延生长有源层，所述有源层为量子阱结构并且包括选自AlN、AlGaN和GaN中的至少一种材料。在有源层之上沉积p掺杂层，有源层和p掺杂层与多个纳米结构共形，以便在核芯尖端之上形成发射器尖端。