[发明专利]具有位错密度保持缓冲层的发光器件

说明书

交叉引用

本申请要求于2011年9月29日提交的美国专利申请No.13/249,157的优先权，其在此通过引用完整并入。

背景技术

照明应用通常使用白炽或充气式灯泡。这种灯泡的使用寿命通常不长，因此需要经常更换。充气式灯管，例如荧光灯管或氖灯管，具有较长的使用寿命，但是需要高电压操作并且相对昂贵。另外，灯泡与充气式灯管都会消耗大量能量。

发光二极管(LED)为在电子与空穴复合时发光的器件。LED通常包括掺杂杂质来建立p-n结的半导体材料的芯片。电流从p侧或阳极流向n侧或阴极。电荷载体—电子与空穴—从具有不同电压的电极流入p-n结。电子遇到空穴时，与空穴复合，此一复合过程使能量以光子(hv)形式辐射放射。光子或光射出LED并且用于各种应用，例如照明应用以及电子应用。

相较于白炽灯或充气式灯泡，LED相对便宜，以低电压操作并且使用寿命长。此外，LED消耗相对较少的功率并且体积小。这些属性使得LED受到特别期望并且适用于许多应用。

尽管LED有这些优点，也存在与这种器件关联的限制。这些限制包括会限制LED效率的材料限制；会限制LED所产生的光传输出所述器件的结构限制；以及会导致高处理成本的制造限制。因此，需要改进的LED以及制造LED的方法。

发明内容

在一方面中，提供例如发光二极管(LED)的发光器件。在具体实施例中，发光器件包括缓冲层，缓冲层包括氮化铝镓层以及与氮化铝镓层相邻的氮化镓(GaN)层。发光器件进一步包括与缓冲层相邻的发光叠层，发光叠层具有配置为在电子与空穴复合时产生光的有源层，其中缓冲层以及发光叠层的组合厚度小于或等于5微米(μm)。在一些例子中，缓冲层包括氮化铝(AlN)层。AlN层可与氮化铝镓层相邻。在一些情况下，AlN层介于衬底(例如硅衬底)与氮化铝镓层之间。

在另一具体实施例中，发光器件包括：缓冲层，该缓冲层具有氮化铝(AlN)层、与AlN层相邻的氮化铝镓层以及与氮化铝镓层相邻的氮化镓(GaN)层；以及与GaN层相邻的发光叠层。发光叠层具有配置为在电子与空穴复合时产生光的有源层。缓冲层的曲率半径的绝对值大于50m。

在另一具体实施例中，发光器件包括缓冲层，所述缓冲层包括i)经拉伸应变的氮化铝(AlN)层，ii)与AlN层相邻的经压缩应变的Al_xGa_1-xN层，其中“x”为介于0与1之间的数字，以及iii)与经应变的Al_xGa_1-xN层相邻的经压缩应变的氮化镓(GaN)层。发光器件进一步包括与缓冲层相邻的发光叠层。发光叠层包括n型氮化镓(n-GaN)层、p型氮化镓(p-GaN)层以及介于n-GaN与p-GaN层之间的有源层。有源层配置为在电子与空穴复合时产生光。

在另一具体实施例中，发光器件包括与发光叠层相邻的缓冲层。发光叠层包括配置为在电子与空穴复合时产生光的有源层。有源层包括n型氮化镓层以及p型氮化镓层。缓冲层具有大于50m的曲率半径(绝对值)。

在另一方面中，提供用于形成发光器件的方法。在具体实施例中，用于形成发光器件的方法包括在反应室内的衬底之上，形成具有有源层的发光叠层，有源层配置为在电子与空穴复合时产生光。发光叠层形成为与氮化镓(GaN)层相邻，GaN层在其层内形成缺陷的处理条件下接着形成为与氮化铝镓层相邻。氮化铝镓层在其层内形成缺陷的处理条件下，形成为与氮化铝(AlN)层相邻。AlN层在其层内形成缺陷的处理条件下，形成为与衬底相邻。

在另一具体实施例中，用于形成发光器件的方法包括：在反应室内提供衬底；以及在选择为在氮化铝(AlN)层内产生缺陷的处理条件下，形成与衬底相邻的AlN层。在选择为在氮化铝镓层内产生缺陷的处理条件下，形成与AlN层相邻的氮化铝镓层。在选择为在氮化镓(GaN)层内产生缺陷的处理条件下，形成与氮化铝镓层相邻的GaN层。

在另一具体实施例中，用于形成发光器件的方法包括形成与衬底相邻的多个层。所述多个层包括i)与衬底相邻的氮化铝层，ii)与氮化铝层相邻的氮化铝镓层以及iii)与氮化铝镓层相邻的氮化镓层。在所述多个层中的每一层的形成期间，选择一个或多个工艺参数，使得所述多个层中的个体层随着其厚度增加时具有非零的应变。