[发明专利]具有极化控制的发光二极管

说明书

对相关申请的引用

本申请要求享有提交于2011年2月25日、名称为“Light Emitting Diode with Polarization Control”的共同未决的美国临时申请No.61/446516的权益，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体涉及发光二极管，且更具体地涉及具有极化控制的发光二极管。

背景技术

发射处于蓝和深紫外波长的光的氮基发光二极管和激光器已经引起了极大的兴趣。这些器件能够结合到各种应用中，包括固态照明、生化检测、高密度数据存储等。然而，迄今为止，随着辐射波长被减小到紫外范围，氮基发光二极管和激光器的性能迅速地劣化。

现代的发光二极管（LED）由三个主要部件构成：电子供应层（例如，n型半导体）、空穴供应层（例如，p型半导体）以及它们之间的光生成结构。光生成结构生成光的相对较差的效率是改进器件生成具有更短波长的光的性能的显著障碍。该效率受到电子的迁移率与空穴的迁移率之间的较大差异的限制。由于电子比空穴更易迁移，电子比空穴更快速行进。

为了应对这一情况，一些方案将电子阻挡层结合在光生成结构与p型接触层之间。电子阻挡层使电子减速并且实现更高效的辐射复合。然而，电子阻挡层也增大了器件的串联电阻，并且在一定程度上，也对空穴提供了势垒（barrier）。许多方案将多个量子阱结合到光生成结构中以增大电子空穴对的集中。然而，这些方案仍然无法提供高效地生成更短波长的光的解决方案。由于电子和空穴的非辐射复合的量由位错（dislocation）确定，因此许多方案寻求改进器件中使用的材料的质量。无论如何，深UV LED的效率仍然较低。

开发UV LED的另一困难在于不足的空穴注入。迄今为止，镁（Mg）是最成功的受主，并且因此通常用于p型氮（N）化镓（Ga）层。用于该层的室温激活能可以高达两百五十毫电子伏特（meV），并且与AlGaN合金中的铝（Al）摩尔分数大致线性地增加。然而，大的受主激活能导致不足的空穴注入。这对于要求更高Al摩尔分数的更深UV LED来说尤其成立。

各种方案寻求提高p型镁掺杂的AlGaN层的传导率。在一个方案中，已经使用镁掺杂的AlGaN/GaN短周期超晶格（SPSL）（诸如340-350nm UV LED生长的镁掺杂的AlGaN/GaN SPSL）替代该层。在这种情况下，超晶格的周期充分小（例如，在四纳米以下），使得极化场对于SPSL中的微带的影响可以忽略。结果，p型SPSL的垂直传导不会被极化场降级。

另一方案使用镁掺杂的AlGaN/GaN大周期超晶格（LPSL）。在这种情况下，利用大于15nm的周期，价带不连续性和极化场能够增强AlGaN势垒中受主的电离并且将空穴转移至GaN阱中。然而，大的周期抑制了相邻阱之间的波函数耦合，这极大地减小了垂直传导率。结果，该LPSL方案仅能提高横向水平的p传导率。迄今为止，没有已知的方案成功使用p型LPSL用于深UV LED。

又一方案使用p-GaN/p-AlGaN单个异质结构以在界面处累积空穴。该方案的机制类似于LPSL方案。然而，由于p-GaN/p-AlGaN单个异质结构仅包括用于空穴传输的一个势垒，垂直传导率会由于界面处的高密度空穴累积、场辅助隧穿和热发射而极大地提高。结合了该方案的若干UV LED已经被提出，并且已经实现相当好的输出功率。然而，仍然期望改进UV LEDs的输出功率和/或效率。

发明内容

本发明的各方面提供一种改进的发光异质结构。该异质结构包括有源区，该有源区具有一组势垒层和一组量子阱，每个量子阱与势垒层邻接。量子阱具有位于其中的δ掺杂的p型子层，其导致量子阱的带结构的改变。

本发明的第一方面提供一种氮基发光异质结构，包括：电子供应层；空穴供应层；以及位于所述电子供应层与所述空穴供应层之间的有源区，所述有源区包括：一组势垒层；以及一组量子阱，每个量子阱与势垒层邻接并且具有位于其中的δ掺杂的p型子层。

本发明的第二方面提供一种发光异质结构，包括：有源区，所述有源区包括：一组势垒层；以及一组量子阱，每个量子阱与势垒层邻接并且具有位于其中的δ掺杂的p型子层。

本发明的第三方面提供一种制造氮基发光异质结构的方法，所述方法包括：形成有源区，所述有源区包括：一组势垒层；以及一组量子阱，每个量子阱与势垒层邻接并且具有位于其中的δ掺杂的p型子层。

本发明的说明性方面被设计用于解决在此描述的一个或多个问题和/或未论述的一个或多个其他问题。