一種發(fā)光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)光二極管（LED)，特別是LED中的側(cè)向電流擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在過去幾十年中，InGaN/GaN發(fā)光二極管（LED)取得了驚人的進(jìn)展。一個(gè)遺留的 問題在于性能仍然受限于P型GaN層。由于P型GaN的低摻雜濃度和低空穴遷移率（電導(dǎo) 性差），電流集聚效應(yīng)變得非常明顯，尤其在大電流工作下。在P型GaN電極下面的電流集 聚的直接影響包括創(chuàng)造出高的局部熱量和局部載流子濃度。這在多量子阱中（MQW)引起了 無輻射重組率的增長，并且因此降低了光輸出功率和外部量子效率（EQE)。
[0003] 為了緩解不合需要的電流集聚效應(yīng)，已經(jīng)發(fā)展了多種技術(shù)。孫等人通過對(duì)半導(dǎo)體 層（圖1中的層3,5和7)重?fù)诫s提出電流擴(kuò)展層。如果可以保留優(yōu)良的晶體質(zhì)量，重?fù)诫s 的層允許更高的電導(dǎo)率。后來，馮等人也建議了金屬墊片（圖2中的標(biāo)注221和225)插 在透明電路擴(kuò)展層（圖2中的標(biāo)注210,211和212)中，以便使得圖2所示的側(cè)向電流對(duì) 稱。特別是，如果包含了高阻層，如圖3所示的，用在基于垂直GaAs的LED的摻雜Zn的P 型Al^GauAs(圖3中的層34)中的無摻雜的Al^auAs(圖3中的層32)，可以抑制電路 集聚效應(yīng)。同時(shí)，據(jù)報(bào)道，通過考慮帶間隧道的物理學(xué)原理，電流可以均勻擴(kuò)展，并且因此為 實(shí)現(xiàn)更好的電流擴(kuò)展開發(fā)了在超薄n+-GaN層（圖4中的層53)上的透明電流擴(kuò)展（圖4中 的層52)，如圖4所示。在一個(gè)單獨(dú)提出的技術(shù)中，LED的電流路徑中設(shè)計(jì)了溝道（圖5A中 標(biāo)注180)，以便局部地阻擋電流并改善電流分布，如圖5A和5B所示。另一方面，沿著極性 方向生長的六方相III-V氮化物具有很強(qiáng)的極化場(chǎng)的特性，這些極化場(chǎng)能夠在異質(zhì)結(jié)（即， AlGaN/GaN)中形成高表面電荷密度的二維電子氣（2DEG)和二維空穴氣（2DHG)，該特性可 以作為電流擴(kuò)展層，如圖6所示。最后，該電流擴(kuò)展層也可以通過非摻雜AlGaN、非摻雜GaN、 N型AlGaN和N型GaN(圖7中的標(biāo)注4)結(jié)合實(shí)現(xiàn)，這不僅使用了 2DEG的特性，還通過合金 工藝生成了能帶變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 概括而言，本發(fā)明提出了一種具有改進(jìn)的電流擴(kuò)展層的發(fā)光裝置。該電流擴(kuò)展層 為晶格匹配的外延沉積的PNP層。N層的厚度和摻雜選擇為該N層完全被鄰近的P層耗盡。 結(jié)果，N層中的摻雜物變成電離的，并充當(dāng)空穴擴(kuò)散者。連同第一PN結(jié)的空穴阻擋效應(yīng)，由 此產(chǎn)生總體有效的電離擴(kuò)展作用而沒有電壓消耗或少數(shù)載流子損失。這可能具有的優(yōu)點(diǎn)在 于，電流擴(kuò)展比IT0效率更高、較高的輻射復(fù)合率、較低的溫度、較高的輸出、較高的效率、 和/或較低的制造成本。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種發(fā)光裝置，包括：
[0006] 多個(gè)電流擴(kuò)展層，包括第一P摻雜層、第一N摻雜層和第二P摻雜層，
[0007] 其中，所述N摻雜層具有配置為大量耗盡或完全耗盡的摻雜度和厚度。
[0008] 其中，在所述電流擴(kuò)展層中的耗盡區(qū)的厚度在平衡條件下可以在Onm到300nm之 間。
[0009] 其中，所述耗盡區(qū)的厚度在平衡條件下可以在Onm到178. 37nm之間。
[0010] 其中，所述N摻雜層的厚度在平衡或非平衡條件下小于所述耗盡區(qū)厚度。
[0011] 其中，所述N摻雜層的厚度可能大于lnm。
[0012] 其中，所述第一N摻雜層的內(nèi)建電壓可能大于穿通擊穿電壓。
[0013] 其中，所述內(nèi)建電壓可能約為3. 2V，所述穿通擊穿電壓可能約為0. 08V。
[0014] 其中，可以根據(jù)下式確定擴(kuò)散長度。
[0015]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種發(fā)光裝置，包括： 多個(gè)電流擴(kuò)展層，包括第一 P摻雜層、第一 N摻雜層和第二P摻雜層， 其中，所述N摻雜層的摻雜度和厚度配置為用于大量耗盡或完全耗盡。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電流擴(kuò)展層中的耗盡區(qū)的厚度在平 衡條件下為〇~300nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述耗盡區(qū)的厚度在平衡條件下為O~ 178.37nm〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述N摻雜層的厚度在平衡或非平衡 條件下小于所述耗盡區(qū)厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述N摻雜層的厚度大于lnm。
6. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述第一 N摻雜層的內(nèi)建電壓大 于穿通擊穿電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述內(nèi)建電壓約為3. 2V，所述穿通擊穿電 壓約為0. 08V。
8. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，根據(jù)下式確定擴(kuò)散長度， 其中，Dp為空穴的擴(kuò)散常數(shù)，通過愛因斯坦關(guān)系式與μ p關(guān)聯(lián)，并且k為波茲曼常數(shù)。
9. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，勢(shì)壘高度大于0. 005eV。
10. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，理想系數(shù)的范圍為1到7。
11. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述N摻雜層中的摻雜物被配置 為當(dāng)N摻雜層大量耗盡或完全耗盡時(shí)，成為電離的，并且充當(dāng)空穴擴(kuò)散者。
12. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括有源層和電子注 入層，其中，所述多個(gè)電流擴(kuò)展層配置為與所述有源層和/或所述電子注入層晶格匹配。
13. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)電流擴(kuò)展層中的每一個(gè) 都包括半導(dǎo)體材料，該半導(dǎo)體材料選自GaN、InGaN、AlInGaN、AilnGaPAsSb、ZbO、CdSe及其 任意組合。
14. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述P摻雜層的摻雜材料選自 Be、Mg、Zn、P、N、As、Sb 及其任意組合。
15. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述第一 N摻雜層的摻雜材料選 自Si、Ge、0、Ga、Al及其任意組合。
16. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述P摻雜層的Mg摻雜程度超過 本征載流子濃度，所述第一 N摻雜層的Si摻雜程度超過本征載流子濃度。
17. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括位于所述多個(gè) 電流擴(kuò)展層上的透明電流擴(kuò)展層，該透明電流擴(kuò)展層選自摻錫氧化銦（ITO)、摻鎵氧化鋅 (GZO)、摻鋁氧化鋅（AZO)、摻氟氧化錫（FTO)、石墨烯及其任意組合。
18. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括位于所述多個(gè)電 流擴(kuò)展層上的半透明電流擴(kuò)展層，該半透明電流擴(kuò)展層包含Ni/Au合金。
19. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)電流擴(kuò)展層還包括第二 N摻雜層和第三P摻雜層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括多個(gè)額外的N摻雜層和 P摻雜層。
21. 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述N摻雜層配置為被完全耗 盡，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度小于N型層厚度，并且所述N型層的穿通擊穿電壓配置為通過外部 偏壓提供。
22. -種制造發(fā)光裝置的方法，包括： 在有源層上或鄰近該有源層處外延沉積第一 P型電流擴(kuò)展層， 在所述第一 P型電流擴(kuò)展層上或鄰近該第一 P型電流擴(kuò)展層處外延沉積第一 N型電流 擴(kuò)展層， 在所述第一 N型電流擴(kuò)展層上或鄰近該第一 N型電流擴(kuò)展層處外延沉積第二P型電流 擴(kuò)展層， 在所述第一和第二P型電流擴(kuò)展層中激活摻雜物。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，外延沉積包括化學(xué)氣相沉積（MOCVD)、 分子束外延（MBE)沉積、氫化物氣相外延（HVPE)沉積、鎖相外延（PLE)沉積及以上沉積方 法的任意組合。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二P型電流擴(kuò)展層和第一 N型電流擴(kuò)展層的摻雜在比用于電子注入層的摻雜的溫度更低的溫度下進(jìn)行。
25. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一和第二P型電流擴(kuò)展層和第一 N型電流擴(kuò)展層的摻雜在與用于電子注入層的摻雜的溫度相同或者更高的溫度下進(jìn)行。
26. -種發(fā)光二極管，包括： PNP半導(dǎo)體材料電流擴(kuò)展層， 其中，N型半導(dǎo)體配置為完全或大量耗盡，留下電離的Si原子充當(dāng)電流擴(kuò)展者，其中 PNP層不消耗少數(shù)載流子，因?yàn)镹型材料的厚度小于少數(shù)載流子的擴(kuò)散長度，并且，PNP層中 的耗盡電壓超過使PNP層中的電壓損耗最小化的穿通擊穿電壓。
【專利摘要】一種發(fā)光裝置，包括：多個(gè)電流擴(kuò)展層，包括第一P摻雜層、第一N摻雜層和第二P摻雜層，其中，所述N摻雜層具有配置為大量耗盡或完全耗盡的摻雜度和厚度。
【IPC分類】H01L33-00
【公開號(hào)】CN104641475
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380033058
【發(fā)明人】張紫輝, 陳瑞添, 孫小衛(wèi), 希勒米·沃爾坎·德米爾
【申請(qǐng)人】南洋理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2013年5月30日
【公告號(hào)】US20150179872, WO2013191649A1