[发明专利]具有增大的提取效率的再发光半导体构造

说明书

相关专利申请

本专利申请与和本文同一天提交且以引用方式并入的下述美国专利申请有关：标题为“Re-Emitting Semiconductor Carrier Devices For Use With LEDs and Methods of Manufacture”(与LED结合使用的再发光半导体载体器件以及制造方法)的美国专利申请号61/175,636(代理人案卷号65435US002)、和标题为“Semiconductor Devices Grown on Indium-Containing Substrates Utilizing Indium Depletion Mechanisms”(在含铟衬底上利用铟耗尽机制生长的半导体器件)的美国专利申请号61/175,632(代理人案卷号65434US002)。

技术领域

本发明整体涉及固态半导体光源以及相关的器件、系统、和方法。

背景技术

已知多种半导体器件和制备半导体器件的方法。这些器件中的一些被设计为发射光，例如可见光或近可见(如，紫外或近红外)光。实例包括发光二极管(LED)和激光二极管。另一个实例为形成再发光半导体构造(RSC)的半导体层叠堆。

与LED不同，RSC不需要来自外电子电路的电驱动电流来发射光。相反，RSC通过在RSC的有源区吸收第一波长λ₁的光而产生电子空穴对。这些电子和空穴随后在有源区的势阱中复合以根据势阱的数目和它们的设计特征而发射不同于第一波长λ₁的第二波长λ₂以及任选的其他波长λ₃、λ₄等的光。第一波长λ₁的引发辐射或“泵浦光”通常由耦接至RSC的发射蓝光、紫光、或紫外光的LED来提供。示例性的RSC器件、其构造方法、以及相关器件和方法可见于(如)美国专利7,402,831(Miller等人)、美国专利申请公开US 2007/0284565(Leatherdale等人)和US 2007/0290190(Haase等人)、PCT公开WO 2009/048704(Kelley等人)、以及2008年6月26日提交的标题为“Semiconductor Light Converting Construction”(半导体光转换构造)的待审的美国专利申请序列号61/075,918(代理人案卷号64395US002)，上述全部专利均以引用方式并入本文。

图1示出了组合RSC 108和LED 102的示例性器件100。LED具有位于LED衬底106上的LED半导体层叠堆104(有时称为外延层)。层104可包括p型和n型结层、光发射层(通常包括量子阱)、缓冲层、和覆盖层。层104可通过任选粘合层116附接至LED衬底106。LED具有上表面112和下表面，并且上表面为纹理化的，从而与上表面为平坦的情况相比增加从LED的光提取。电极118、120可设置在这些上表面和下表面上，如图所示。当通过这些电极连接至合适的电源时，LED发射第一波长λ₁的光，其可对应于蓝光或紫外(UV)光。LED光中的一些进入RSC 108并且在此被吸收。

RSC 108通过粘合层110附接至LED的上表面112。RSC具有上和下表面122、124，其中来自LED的泵浦光通过下表面124进入。RSC还包括量子阱结构114，所述量子阱结构114被设计为使得此结构的某些部分中的带隙被选定以便吸收LED 102发出的泵浦光的至少一些。通过吸收泵浦光而产生的电荷载流子进入此结构中具有更小带隙的其他部分，即量子阱层，在此处载流子复合并产生更长波长的光。这在图1中示为第二波长λ₂的再发射的光，其源于RSC 108内并且离开RSC以提供输出光。

图2示出了包括RSC的示例性半导体层叠堆210。使用分子束外延(MBE)在磷化铟(InP)晶片上生长叠堆。首先通过MBE在InP衬底上生成GaInAs缓冲层以制备用于II-VI生长的表面。然后通过超高真空传递系统将该晶片移至另一个MBE室以生长用于RSC的II-VI外延层。生长RSC的细节示于图2中并且概述于表1中。该表列出了与RSC相关的不同层的厚度、材料组成、带隙、和层描述。RSC包括八个CdZnSe量子阱230，其中每个量子阱均具有2.15eV的跃迁能量。每个量子阱230被夹在能够吸收LED发射的蓝光的具有2.48eV的带隙能量的CdMgZnSe吸收层232之间。RSC还包括各种窗口层、缓冲层、和渐变层。