專利名稱：具有減少極化感應(yīng)電荷的高效能發(fā)光器的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)享有在1999年12月2日提出的，申請(qǐng)?zhí)枮?0/168,495的臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及在極性表面上生長的發(fā)光化合物半導(dǎo)體晶體，具體地說涉及減少或消除其自然產(chǎn)生的極化感應(yīng)電荷以改善發(fā)射效率。
相關(guān)技術(shù)的描述大部份半導(dǎo)體發(fā)光器具有一雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，其包括一在兩包覆層之間生長的活化或發(fā)光層。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的各層由一種以上材料制成。一包覆層為n型，即表示其含有超量自由電子，而另一包覆層為p型，即表示其含有超量電洞。通常，包覆層比活化層具有較大的帶隙。這使注入的電子和電洞被局限在活化層內(nèi)，促使自由載體在活化層內(nèi)通過空間局部化進(jìn)行有效重組以產(chǎn)生光。另外，激光二極管(LD)的發(fā)射器也具有通常由一種帶隙更寬的材料構(gòu)成的分離限制光層，圍繞在雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)的周圍。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置已在許多刊物介紹過，包括O’Shea等人的“激光及其應(yīng)用介紹”，第166-167頁，由Addison Wesley出版公司在1978年12月發(fā)行。
當(dāng)材料成分在其基本晶體結(jié)構(gòu)的極性方向變化時(shí)，這種結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生極化感應(yīng)電荷。極性方向是指與晶體的極化向量P不正交的任何晶體方向。這對(duì)具有自然方向性和甚至稍微離子化晶鍵的材料特別適用，如第III-V族或第II-VI族半導(dǎo)體。在晶格失配的材料中，這些電荷可能與應(yīng)變有關(guān)(壓電性)，由于不同材料晶鍵的離子強(qiáng)度不同，這些電荷就可能與成分有關(guān)(自發(fā)性)，或與二者都有關(guān)。感應(yīng)電荷會(huì)產(chǎn)生對(duì)自由載體及外部電場有相同影響的電場或電勢梯度。這種現(xiàn)象已在許多刊物討論過，包括Bernardini等人的“第III-V族氮化物的自發(fā)性極化及壓電常數(shù)”，《美國物理學(xué)會(huì)期刊》，物理評(píng)論B，卷56，No.16，1997年，第R10024-027頁，和Takeuchi等人的“因GaInN應(yīng)變量子阱的壓電場引起限制量子的斯塔克效應(yīng)”，《日本應(yīng)用物理期刊》，卷36，部2，No.4，1997年，第L382-L385頁。在晶體極性表面上生長的氮化物雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，這種電場強(qiáng)度估計(jì)高達(dá)2.5×106V/cm，參考Bykhovski等人的“彈性應(yīng)變張馳及GaN-AlN、GaN-AlGaN及GaN-InGaN超晶格壓電效應(yīng)”，《日本應(yīng)用物理期刊》，卷81，No.9，1997年，第6332-6338頁。
當(dāng)考慮在晶體極性表面生長的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電特性時(shí)，必須要將極化感應(yīng)電荷考慮在內(nèi)。在纖鋅礦氮化鎵晶體中，晶體層沿0001方向生長，在閃鋅礦砷化鎵晶體中，晶體層則沿111方向生長，這兩個(gè)都是晶體極化表面的例子。纖鋅礦結(jié)構(gòu)的布拉維晶格為六角形，垂直于六角形的軸通常稱為C軸或0001方向。沿該軸可將結(jié)構(gòu)看成一系列由正六角形構(gòu)成的同元素(例如，全部為Ga或全部為N)的原子層。由于元素相同，所以每一層(或表面)都已極化并帶有一正或一負(fù)電荷，產(chǎn)生穿過原子層的一偶極子。每層的電荷狀態(tài)取決于其成分原子。其它具有各種生長方向的晶體平面的例子可參考Streetman的《固態(tài)電子裝置》，第二版，Prentice-Hall公司，1980年，第1-24頁，及Shuji Nakamura等人的《藍(lán)激光二極管，以氮化鎵為基的發(fā)光器及激光器》，Springer，1997年，第21-24頁。
直到最近，與發(fā)光異質(zhì)結(jié)構(gòu)的活化及包覆區(qū)相關(guān)的內(nèi)部極化場已不再引起重要問題。這是因?yàn)橐砸阎腁l-Ga-In-As-P材料系統(tǒng)為基的發(fā)光二極管(LEDs)通常在非極性晶體表面上生長(特別是001閃鋅礦表面)。然而，最近對(duì)以Al-Ga-In-N(氮化物)材料系統(tǒng)為基的發(fā)光器進(jìn)行了大量的研究，這些發(fā)光器大部份都是沿纖鋅礦晶體高極性表面的0001方向生長。但是，氮化物雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)卻是傳統(tǒng)非極性設(shè)計(jì)。
圖1A顯示常見在極性方向生長的傳統(tǒng)氮化物雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的剖面示意圖。圖中所示的底層1可以是適合生長氮化物半導(dǎo)體的任何材料，包括尖晶石(MgAl2O4)、藍(lán)寶石(Al2O3)、碳化硅(包含6H、4H、和3C)、硫化鋅、氧化鋅、砷化鎵、氮化鋁和氮化鎵。底層厚度一般為100μm至1mm。底層1上方的緩沖層2可由氮化鋁、氮化鎵、AlGaN、InGaN或類似材料制成。緩沖層有助于減少底層1和其上的導(dǎo)電接觸層3之間可能存在的晶格失配。不過，如果底層1的晶格常數(shù)約等于氮化物半導(dǎo)體的晶格常數(shù)，則可以省卻緩沖層2。利用某些氮化物生長技術(shù)也可以省卻緩沖層2。根據(jù)材料成分，緩沖層2的能帶隙由2.1eV至6.2eV，其厚度約0.5μm至1.0μm。
n型接觸層3一般也是由氮化物半導(dǎo)體制成，優(yōu)選材料為厚度從0.5μm至5.0μm的GaN或InGaN，GaN的帶隙約3.4eV而InGaN的帶隙則較少(取決于銦的濃度)。導(dǎo)電層3的下n型或非摻雜包覆層4一般包括GaN或AlGaN，GaN的帶隙為3.4eV而AlGaN的帶隙則較大(取決于鋁的濃度)。其厚度范圍可從1nm至100nm。
氮化物雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)一般采用InGaN作為在下包覆層上方的活化區(qū)5，其厚度為1nm至100nm。該層的帶隙一般為2.0eV，但會(huì)隨銦的濃度而變化?；罨瘏^(qū)上方的頂部p型或非摻雜層6通常包括AlGaN或GaN，厚度及能帶隙與下n型包覆層4相似。在包覆層6上方的p型GaN導(dǎo)電接觸層7的能帶隙約為3.4eV，厚度為10nm至500nm。一般來說，假如該結(jié)構(gòu)在極性方向生長，如0001，因?yàn)楦鲗佑刹煌牧辖M成，所以在各層之間的界面上就會(huì)產(chǎn)生極化感應(yīng)電荷板。其中發(fā)光器操作時(shí)特別關(guān)心的是與活化區(qū)5相鄰的極化感應(yīng)電荷板。
在圖1A所示的化合物半導(dǎo)體中，在活化區(qū)5與下包覆層4之間的界面上一般形成負(fù)極化感應(yīng)電荷板密度σ1，其強(qiáng)度為1013電子/cm2。在活化區(qū)5與上包覆層6之間的界面上形成一相似強(qiáng)度的正電荷板密度σ2。這些電荷的極性取決于晶體層的晶鍵，即如上所述的方向性及稍微離子化。電荷板的密度通常取決于兩層之間的成分差異而引起的自發(fā)性因素以及因兩層之間晶格失配而引起的壓電應(yīng)變。例如，在In0.2Ga0.8N制成的活化區(qū)5和GaN包覆層4之間的σ1大約為8.3×1012電子/cm2。這是因?yàn)镮n0.2Ga0.8N制成的活化區(qū)5(自發(fā)性極化)中含有20％的銦，而與下方的GaN層的晶格失配則使活化層產(chǎn)生應(yīng)變(壓電極化)。
沿活化區(qū)相對(duì)表面的界面電荷板產(chǎn)生一穿過該區(qū)的偶極子。該偶極子對(duì)應(yīng)一電場，其強(qiáng)度取決于電荷板σ1及σ2的大小。按上述的情況，電荷板的密度為8.3×1012電子/cm2，則產(chǎn)生的電場為1.5×106V/cm。根據(jù)其原始條件，將該電場看作極化感應(yīng)電場。偶極子產(chǎn)生的靜電電勢降的大小根據(jù)偶極子層的厚度而定。偶極子層厚度是指在生長方向的物理長度，也就是σ1及σ2之間的距離。該距離可決定靜電電勢降的大小，這種方式與兩電容板間的距離決定電容電勢降相似。上述電荷密度σ1及σ2之間的距離為10nm，則穿過活化區(qū)5的極化感應(yīng)電勢降為1.5伏。穿過活化區(qū)的凈電場也取決于許多參數(shù)，包括包覆層周圍的摻雜濃度，p-n連結(jié)面的固有電壓及自由載體的篩分，所以凈電場一般不等于極化感應(yīng)電場。不過，由于其強(qiáng)度很大，所以極化感應(yīng)電場在凈電場中起決定作用。
在晶體表面0001(極性)上生長的氮化物發(fā)射器的發(fā)射效率低，大約只有1％至10％。這可能是因?yàn)榛罨瘏^(qū)內(nèi)或附近存在相當(dāng)多的極化感應(yīng)電場使效率受到限制。圖1B表示對(duì)應(yīng)圖1A裝置結(jié)構(gòu)的能帶。當(dāng)裝置操作時(shí)，由σ1及σ2自然產(chǎn)生的極化電場在多方面使效率降低。首先，偶極子會(huì)引起區(qū)內(nèi)電子和電洞的空間分離(反方向移動(dòng))。如圖所示，價(jià)帶Ev的電洞被吸引到活化區(qū)5一端的負(fù)電荷板σ1，而導(dǎo)電帶Ec的電子被吸引到另一端的正電荷板σ2。自由載體的這種空間分離使發(fā)光重組的可能性減低，因而使發(fā)射效率降低。第二，與電場相關(guān)的量子化效應(yīng)使導(dǎo)電帶和價(jià)帶的量子阱的能障降低。因此，低于能級(jí)Ev及高于能級(jí)Ec的載體經(jīng)虛線A所示的路徑從量子阱逸出。第三，極化感應(yīng)電場的存在也導(dǎo)致載體自活化區(qū)σ1側(cè)較高能級(jí)Ec至σ2側(cè)較低能級(jí)Ec，以及自活化區(qū)σ2側(cè)較低能級(jí)Ev至σ1側(cè)較高能級(jí)Ev超射，如載體軌道B所示。
應(yīng)用工程師所關(guān)心的另一個(gè)問題是當(dāng)施加的偏壓增大時(shí)發(fā)射波長的穩(wěn)定性。如果存在強(qiáng)極化感應(yīng)電場，發(fā)射波長就會(huì)隨裝置偏壓的增大而藍(lán)移。隨著裝置偏壓增大，自由載體在導(dǎo)電帶及價(jià)帶阱中越積越多。因?yàn)樽杂奢d體在空間分離，它們本身會(huì)形成一抵消或篩分固有極化感應(yīng)電場的偶極子。當(dāng)凈電場減少，量子阱的量子化狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，使發(fā)射波長藍(lán)移。
圖1C表示一沒有極化感應(yīng)電荷的發(fā)光器在非極性表面上操作的活化層5及包覆層4和6的能帶。在其它條件均相等的情況下，其發(fā)射效率較高，這是因?yàn)樯鲜鲇懻摰娜N效應(yīng)不是消失就是大幅減少。
目前已經(jīng)有人利用一些方法來增加以GaN為基的發(fā)光二極管的效率。Nakamura等人的兩項(xiàng)美國專利5,959,307和5,578,839討論了把鋁添加到包覆層以增加活化區(qū)的能障高度，更有效地限制自由載體。但是，這種添加也使包覆層的材料成分從GaN變?yōu)锳lGaN，使自發(fā)性和壓電極化場增加。Al0.15Ga0.85N包覆層內(nèi)含有15％的鋁在發(fā)射層內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生兩倍極化場，約3×106V/cm。這些電場減少載體限制并通過改變發(fā)光器的能帶而增加空間分離，因而使其發(fā)射效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過下列方法以改善其各層沿極性方向生長的化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的操作效率減少或消除晶體自然產(chǎn)生的極化感應(yīng)電荷的影響以改善載體限制，減少其空間分離，以及減少載體超射。
在一實(shí)施例中，通過將與活化區(qū)相鄰的各晶體層在材料成分上的差異降低而使這些電荷減少。包覆層也可由不同元素組合而成，每一種元素都能消除其它元素的極化效應(yīng)。
把活化區(qū)內(nèi)或活化區(qū)周圍的一層或多層的成分或摻雜物進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生抵消極化感應(yīng)電荷的空間電荷，以及抵消由極化感應(yīng)電荷產(chǎn)生的極化感應(yīng)電場的準(zhǔn)電場。這種分級(jí)可以是連續(xù)的或非連續(xù)的。
化合物半導(dǎo)體晶體也可有多層發(fā)射系統(tǒng)，由發(fā)光層和非發(fā)光層交替組成以減少平均極化電場，并改善發(fā)射效率。與可比厚度的單一均勻活化區(qū)相比，整個(gè)多層發(fā)射系統(tǒng)的平均電場可減少或消除。
把各種離子化摻雜物加入晶體，使晶體根據(jù)其能級(jí)成一帶電狀態(tài)以抵消極化感應(yīng)電荷，減少或消除其效應(yīng)。優(yōu)選摻雜物包括第II，IV，或VI族元素。
極化感應(yīng)電荷的正負(fù)也可以倒轉(zhuǎn)以加強(qiáng)而非抵消載體的有效限制。把晶體層的原子層序列倒轉(zhuǎn)可使這些電荷相反。通過倒轉(zhuǎn)p及n型層的生長次序也可使載體注入的方向相反，篩分極化感應(yīng)電荷。利用外延生長技術(shù)使下緩沖層、接觸層、或包覆層的晶格常數(shù)發(fā)生改變，與活化區(qū)的晶格常數(shù)更配合。這會(huì)減少活化區(qū)內(nèi)應(yīng)變感應(yīng)壓電效應(yīng)，使極化感應(yīng)電場減少而發(fā)光更有效率。
本發(fā)明的這些和其它一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過結(jié)合附圖和下面的詳細(xì)說明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易了解。


圖1A是一氮化物發(fā)光器已知結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖1B表示對(duì)應(yīng)在極性表面上生長的圖1A所示裝置的能帶；圖1C表示在非極性表面上生長的已知發(fā)光器的能帶；圖2A表示含有各種摻雜物的活化區(qū)及包覆層的能帶；圖2B是一摻雜物分布的曲線；圖3A是根據(jù)本發(fā)明具有InGaN包覆層的發(fā)光器的剖面圖；圖3B表示對(duì)應(yīng)圖3A所示裝置的能帶；圖4A及4B分別表示含三元AlGaN和四元AlInGaN包覆層的氮化物半導(dǎo)體的能帶；圖5表示在包覆生長中時(shí)間和原子濃度之間涵數(shù)關(guān)系的曲線圖；圖6A表示準(zhǔn)電場活化區(qū)的能帶；圖6B及6C分別表示連續(xù)分級(jí)活化區(qū)的能帶；圖7A表示多層發(fā)光系統(tǒng)的能帶；圖7B表示寬度相等于圖7A所示多層發(fā)光系統(tǒng)的的單活化區(qū)的能帶；
圖8A是對(duì)應(yīng)圖1A所示單層結(jié)構(gòu)的原子層結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8B是單半導(dǎo)體層中反向原子層結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖8C表示對(duì)應(yīng)圖8B所示裝置結(jié)構(gòu)的包覆及發(fā)射層的能帶；圖9A表示p-型層在n-型之前生長的反向氮化物發(fā)光器的剖面圖；圖9B表示對(duì)應(yīng)圖9A所示裝置的能帶；圖10A表示其新緩沖層的晶格常數(shù)與活化區(qū)趨于配合的氮化物發(fā)光器的剖面圖；及圖10B表示對(duì)應(yīng)圖10A所示裝置的能帶。
本發(fā)明的詳細(xì)描述下面對(duì)本發(fā)明各實(shí)施例進(jìn)行說明，所有實(shí)施例都具有雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的氮化物發(fā)射器系統(tǒng)，其晶體層都垂直于晶體極性方向而生長。假設(shè)氮化物發(fā)射器具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)，其各層都包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1和0≤y≤1。除非特別指出，晶體頂部表面為具有周期表第III族極性的0001方向。各實(shí)施例將會(huì)參考圖1A所示的氮化物發(fā)射器和圖1B所示的對(duì)應(yīng)能帶結(jié)構(gòu)。
選擇性摻雜本實(shí)施例通過把各種摻雜物加入半導(dǎo)體以減少或消除極性感應(yīng)的不利影響。摻雜物必須為不會(huì)自預(yù)定位置擴(kuò)散的一類物質(zhì)。摻雜物按其能級(jí)離子化成帶正或負(fù)電荷狀態(tài)，與界面極化感應(yīng)電荷狀態(tài)相反，以減少或消除其效應(yīng)。使用的摻雜物種類取決于目標(biāo)界面電荷(正或負(fù))。正電荷需要的摻雜物要離子化成為負(fù)電荷狀態(tài)，負(fù)界面電荷則反之。
圖2A表示包覆/活化/包覆層的帶結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)加入大約1013硅原子/cm3作為正電荷源以減少或消除負(fù)界面電荷密度σ1。要減少或消除正電荷密度σ2，可用1013鎂原子/cm3作為負(fù)電荷源。摻雜物的濃度分布部份取決于摻雜物離子化能和施主/受主能級(jí)。例如，如果用鋅(Zn)作為負(fù)電荷源摻雜物以減少σ2，則需要的摻雜物濃度較高。摻雜物分布不必完全配合/消除極化感應(yīng)電荷以顯示效果。其它摻雜物包括第II、IV、或VI族的元素。
有幾種方法將摻雜物分配(或加入)到半導(dǎo)體。當(dāng)材料成分發(fā)生突變，在界面的一平面內(nèi)會(huì)產(chǎn)生極化感應(yīng)電荷，摻雜物優(yōu)選δ分布在該平面或靠近該平面摻雜。突變是指其中一種給定成分的摩爾比變化超過一單層的1％，如一單晶體原子層。δ摻雜的目的是把摻雜物限制到單原子層，產(chǎn)生摻雜物薄板而非摻雜物體積。對(duì)于分級(jí)成分的變化，不論是非連續(xù)或連續(xù)步驟，優(yōu)選的摻雜物分布也是分級(jí)的。圖2B表示摻雜物分布的各種型式，包括δ61、非連續(xù)步驟的分級(jí)62和連續(xù)的分級(jí)63。
中間成分能障本實(shí)施例是改善具有GaN包覆層的發(fā)光器的發(fā)射效率。相對(duì)于其鄰近各層的材料成分，使一層或兩層包覆層的材料成分處于中間以減少或消除壓電和自發(fā)性界面極化感應(yīng)電荷。例如，在圖1A所示的氮化物系統(tǒng)的GaN包覆層中加入大約5％銦(In)，使包覆層的成分變成In0.05Ga0.95N。這樣包覆層的成分就處于含20％銦的In0.20Ga0.80N活化區(qū)5和含0％銦的GaN導(dǎo)電層3的中間。如圖3A所示，銦使相鄰兩層在材料成分上的差異減少，因此活化和包覆層之間的界面極化感應(yīng)電荷板的密度σ1A下降25％，大約為0.75×1013電子/cm2。σ1B約為0.25×1013電子/cm2。如果在含有σ1A或σ1B的一個(gè)或二個(gè)界面附近有施主型摻雜，則部分壓電感應(yīng)電荷會(huì)篩分出去，如上述選擇性摻雜實(shí)施例所討論的一樣。因?yàn)棣?A和σ1B都小于σ1A+σ1B之和，所以這種裝置結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，其使部分極化感應(yīng)電荷選擇性篩分出去的能力降低，并使摻雜物遠(yuǎn)離活化區(qū)。通過把大量n型摻雜在σ1B界面上，就可把所有這種電荷進(jìn)行有效篩分。利用這種方式，活化區(qū)的電場與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比減少25％，使發(fā)射效率增加。圖3B表示這種情況的能帶圖。如果n-型摻雜延伸至含σ1A的界面，則會(huì)使電場進(jìn)一步減少。包覆層使用的銦越多，活化區(qū)的電場越低。但是，銦使用得太多，載體限制就會(huì)受到損害。p-型摻雜除了用來篩分電荷外，也可用在上包覆層中。
把銦加到一層或二層包覆層，活化區(qū)的極化感應(yīng)電場在裝置操作條件下有所下降，不管能障是否較低，其發(fā)射效率都會(huì)增加。本發(fā)明證明，與不含銦的包覆層相比，在下包覆層4使用約5％的低銦含量可改善發(fā)光二極管在450nm至470nm范圍內(nèi)的效率。
四元能障本實(shí)施例是改善具有三元AlGaN包覆層的發(fā)光器的發(fā)射效率。眾所周知，把氮化鋁(AlN)加入原GaN包覆層可以產(chǎn)生三元AlGaN包覆層。加入AlN，得到的包覆層帶隙比其相鄰的接觸和活化層的帶隙都大，使活化區(qū)的相對(duì)側(cè)面產(chǎn)生較高的能障，因此載體限制得以改善。但是，加入鋁也會(huì)增加材料成分的變化，產(chǎn)生極化感應(yīng)電荷。事實(shí)上，自發(fā)性和壓電極化感應(yīng)電荷由一層與下一層的Ga和N晶鍵的極性變化而決定，它們在活化區(qū)/包覆層界面實(shí)際上是增加的。增加的電荷是由于兩種材料的壓電應(yīng)變和自發(fā)性極化之差所致。因此裝置的活化區(qū)中存在高電場。
本發(fā)明的一個(gè)特征是使材料成分更接近以減少應(yīng)變與極化的差異。把氮化銦(InN)加到一層或二層三元AlGaN包覆層中，產(chǎn)生四元AlInGaN包覆層，這會(huì)使包覆層和活化區(qū)晶鍵的平均極性相近。其層內(nèi)含有的銦抵消鋁在包覆層/活化區(qū)界面上產(chǎn)生的界面壓電極化感應(yīng)電荷。這就是說，與三元AlGaN包覆層和InGaN活化區(qū)之間的電荷板相比較，四元AlInGaN包覆層及InGaN活化區(qū)之間的電荷板較小。在這種結(jié)構(gòu)中，大部份極化感應(yīng)電荷被包覆或接觸層內(nèi)的高摻雜區(qū)所限制，可從活化區(qū)除去這些電荷并使其有效篩分出去。向這些層所加入的銦量通常取決于層厚、材料成分和生長限制。例如，Al0.12In0.03Ga0.85N包覆層與In0.05Ga0.95N活化層相鄰，它的界面壓電電荷密度減少大約30％，約0.7×1013電子/cm2，相比之下，Al0.15Ga0.85N層與同一活化層相鄰，其活化區(qū)的電場減少約30％。
四元包覆層中銦及鋁成分都可消除相互間與活化區(qū)相關(guān)的能障的影響。雖然把銦加到AlGaN包覆層會(huì)降低活化區(qū)的能障，但實(shí)際上由于極化感應(yīng)電荷減少而使限制效率增加。
包覆層不需要用同一成分來改善發(fā)射器效率。例如，本發(fā)明已經(jīng)證明，利用具有0.26eV Ec和0.08eV Ev能障的上四元Al0.15In0.03Ga0.82N包覆層，就能使發(fā)射380nm波長的發(fā)光二極管的效率改善約25％。但下包覆層的成分仍是Al0.15Ga0.85N。
圖4A和4B分別表示具有三元AlGaN及四元AlInGaN包覆層的示意圖，這些包覆層處于接近打開發(fā)光二極管的正偏壓條件下(例如，接近發(fā)光的臨界狀態(tài))。兩種結(jié)構(gòu)的包覆層4及6含有相同的鋁濃度，但是三元結(jié)構(gòu)不含銦。在兩幅示意圖中，活化區(qū)5的線30的斜度表示極化感應(yīng)電場。其強(qiáng)度取決于在接觸層3和7之間的包覆層4和6上摻雜的偏壓，以及界面極化電荷板密度大小。兩種結(jié)構(gòu)都采用約2，6V的偏壓，并且包覆層4中n型(硅)摻雜物的濃度約為1×1018/cm3，包覆層6中p型(鎂)摻雜物的濃度約為1×1019/cm3。具有三元AlGaN包覆層的活化區(qū)5產(chǎn)生的極化感應(yīng)電場約為8.8×105V/cm。
如圖4A所示，通過限制載體接近離各自發(fā)射接觸層最遠(yuǎn)的界面31，該電場把GaN接觸層3和7注入的電子及電洞進(jìn)行空間分離。這種現(xiàn)象使載體發(fā)射重組的可能性減少。圖4B所示的四元AlInGaN包覆層4和6在活化區(qū)5內(nèi)具有相當(dāng)?shù)偷臉O化感應(yīng)電場。Al0.05In0.025Ga0.925N下包覆層4及Al0.20In0.10Ga0.70N上包覆層6的電場約為4.6×105V/cm。這些層也具有較低的量子能31，使自由載體的空間分離減少以改善發(fā)射重組。要得到最大的載體限制，在減少極化感應(yīng)電荷與維持高能障之間要作出平衡，這可憑經(jīng)驗(yàn)決定。
具有分級(jí)成分的包覆層在本實(shí)施例中，把一層或兩層包覆層的成分進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生一空間電荷，以抵消在包覆層和活化區(qū)之間的界面上產(chǎn)生的界面極化效應(yīng)。這種分級(jí)使其材料成分在極性方向上是不同的以便產(chǎn)生壓電電荷。分級(jí)可以是連續(xù)的或非連續(xù)的。分布的電荷極性應(yīng)與目標(biāo)界面極化電荷相反。極性由分級(jí)層及其相鄰二層的成分決定。例如，圖lA的下GaN接觸層3及下AlGaN包覆層4產(chǎn)生正界面電荷板密度。通過逐漸改變該層的鋁含量，使這種電荷分布在包覆層4的整個(gè)體積。具體地說，將下包覆層4進(jìn)行分級(jí)，從GaN成分中含0％的鋁，與GaN導(dǎo)電層3接近，直至Al0.10Ga0.90N中含10％的鋁，與InGaN活化區(qū)5接近。所產(chǎn)生的正空間電荷部分抵消在Al0.10Ga0.90N/In0.05Ga0.95N界面上的0.75×1013電子/cm2負(fù)電荷板密度σ1。
把鋁含量進(jìn)行分級(jí)，可使在上GaN接觸層7及上AlGaN包覆層6之間的負(fù)電荷板密度分布在包覆層6的整個(gè)體積上。所產(chǎn)生的負(fù)空間電荷抵消正電荷板密度σ2以減少或消除其對(duì)活化區(qū)的影響。空間電荷的大小取決于發(fā)生分級(jí)的距離。圖5以圖形表示AlGaN包覆層的分級(jí)，從含0％的鋁開始，每單位時(shí)間把鋁原子(連續(xù)步驟41或非連續(xù)步驟42)加至晶體表面。所加入的鎵及氮原子40的濃度在整個(gè)生長期間保持相等。當(dāng)包覆層的厚度和分級(jí)達(dá)到適當(dāng)時(shí)，這個(gè)過程便會(huì)停止。另外，也可利用兩種材料變化的周期超晶格來對(duì)成分進(jìn)行分級(jí)。
由于在活化區(qū)附近有自由載體，摻雜物分散入其中會(huì)造成反效應(yīng)，因此在裝置的最佳性能之間要作出平衡。分級(jí)包覆層所產(chǎn)生的空間電荷使摻雜物離開分級(jí)層(例如，只在導(dǎo)電層)，但能夠吸引其自由載體。與分級(jí)成分相關(guān)的空間電荷把相鄰導(dǎo)電層的自由摻雜物載體自然吸引到包覆層。因此，摻雜物不必在活化區(qū)附近為該區(qū)提供自由載體，即使在相鄰包覆層也可以將其消除或減少。
具有分級(jí)或混合成分的活化區(qū)半導(dǎo)體裝置的成分變化對(duì)自由載體的影響與電場對(duì)它的影響相似，可將其看作準(zhǔn)電場。參考Physica Scripta期刊，1996年，卷T68，第10-16頁，HerbertKroemer的“帶偏置及化學(xué)結(jié)合異結(jié)構(gòu)應(yīng)用基礎(chǔ)”。本實(shí)施例利用一準(zhǔn)電場來抵消極化感應(yīng)電場對(duì)自由載體的影響。在系統(tǒng)內(nèi)沒有電荷存在的情況下，也有可能在活化區(qū)內(nèi)建立一準(zhǔn)電場。圖6A表示的準(zhǔn)電場由能帶的梯度51產(chǎn)生，而不是由真正的電荷所產(chǎn)生。把活化區(qū)5的成分進(jìn)行分級(jí)就可以形成這些梯度。在準(zhǔn)電場中，導(dǎo)電帶的電子移到一接近正電荷的低能級(jí)，價(jià)帶的電洞移到一接近負(fù)電荷的高能級(jí)。值得注意的是，準(zhǔn)電場中活化區(qū)的帶結(jié)構(gòu)并不是平行的。相反，電場中的能帶則具有平行關(guān)系，如圖1B所示?；罨瘏^(qū)可以按成分進(jìn)行分級(jí)以在帶構(gòu)造中產(chǎn)生一所需梯度，從而得到一所需的準(zhǔn)電場效應(yīng)。然而，所得到的準(zhǔn)電場應(yīng)該減少真正電場對(duì)至少一種載體類型的影響。活化區(qū)的材料成分可以通過改變銦的含量而進(jìn)行分級(jí)(連續(xù)或非連續(xù))。根據(jù)活化區(qū)的寬度及所需發(fā)射器的性質(zhì)，可以把銦的含量由低至高或由高至低來加入，形成一分級(jí)成分。所關(guān)心的性質(zhì)通常包括發(fā)射波長及操作電流。
圖6B及6C表示準(zhǔn)電場對(duì)活化區(qū)5的能帶的凈影響。圖6B中活化區(qū)的銦濃度是連續(xù)分級(jí)的，從低的5％至高的10％，梯度大約為每毫微米1％。銦的濃度在包覆層4及活化區(qū)5之間的界面上最低，并逐漸增加，在活化區(qū)的相對(duì)側(cè)達(dá)到最高。在這種情況下，準(zhǔn)電場使價(jià)帶的極化感應(yīng)電場減少。相反方向的分級(jí)則會(huì)使導(dǎo)電帶的電場偏移。在圖6C中，活化區(qū)的銦也有梯度，濃度在5％至10％之間，平均梯度為每毫微米1％，但方向相反。電子或電洞因?yàn)槭禽d體形式的其中一種，可以向外分散，所以載體的空間重疊會(huì)較好，從而增加發(fā)射效率。
具有電場補(bǔ)償能障的多層發(fā)射圖7A表示具有電場補(bǔ)償能能障93的多層發(fā)射系統(tǒng)90的能帶。在本實(shí)施例中，發(fā)射系統(tǒng)90由活化區(qū)91(如發(fā)光)的多層和包覆層92(非發(fā)光)交替而成。包覆層92的能障93具有限制活化區(qū)內(nèi)注入的載體和抵消其極化感應(yīng)電場的雙重功能。所產(chǎn)生的電場和多層發(fā)射系統(tǒng)90的總厚度通常取決于各活化區(qū)91和包覆層92的數(shù)量、厚度及成分。多層系統(tǒng)90有四個(gè)各厚2nm的In0.1Ga0.9N活化區(qū)91和三層各厚5nm的Al0.05Ga0.95N包覆層92，總厚度為23nm，平均極化感應(yīng)電場強(qiáng)度大約為4.5×105V/cm。圖7B所示的是具有可比體積的單活化區(qū)100的能帶結(jié)構(gòu)，其極化電場強(qiáng)度為9×105V/cm。與可比體積的單活化區(qū)的結(jié)構(gòu)相比，利用多層發(fā)射系統(tǒng)可增加活化材料的總體積，同時(shí)又確保因活化區(qū)內(nèi)的極化感應(yīng)電荷而產(chǎn)生的平均電場減少。
反相極化在本實(shí)施例中，化合物半導(dǎo)體自然產(chǎn)生相反的極化感應(yīng)電荷以改善載體限制。GaN原子間的晶鍵因?yàn)镚a原子稍微帶正電，N原子稍微帶負(fù)電而自然離子化，因此在晶鍵的兩端之間就產(chǎn)生一偶極子。圖8A表示沿晶體表面極性方向生長的單Ga原子層和單N原子層。如圖所示的序列，Ga和N連續(xù)變換形成原子層，每一層的底部表面70是只含鎵的原子層，而頂部表面71是只含氮的原子層。在各GaN原子對(duì)上的所有偶極子72結(jié)合起來產(chǎn)生一穿過所示方向的層的平均極化感應(yīng)電場73。其對(duì)活化區(qū)能帶的影響如以上對(duì)圖1B所述一樣。
把各原子偶極子的方向倒轉(zhuǎn)可使自然產(chǎn)生的極化感應(yīng)電場73的方向相反。這可通過把Ga和N原子層的生長次序倒轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。在圖8B中原子層的生長次序是相反的，先從氮開始，然后鎵和氮原子層替換直到頂部表面為鎵層74。有幾種方法都可以使原子層的生長次序發(fā)生改變。首先，如果開始就以N為終結(jié)的GaN或以AlGaN作為底層，則要生長為氮極性并不困難。但是，大部份的生長都在藍(lán)寶石或碳化硅上進(jìn)行，而且希望自然生長為鎵極性。現(xiàn)在已經(jīng)有技術(shù)可以改變極性。一種技術(shù)是在氮含量高的條件下利用MBE生長以改變極性。另一種技術(shù)是在表面上沉積約一單鎂層，使隨后各層都生長成氮極性。第三種方法是通過MOCVD或MBE使原子層外延附生以迫使核化成正確的極性。
單偶極子75產(chǎn)生一極化感應(yīng)電場76，方向與圖8A的電場73相反。圖8C顯示其對(duì)活化區(qū)能帶的影響。雖然這種生長次序在活化區(qū)內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電場，但電場偶極子的方向卻是相反的。這就使注入的載體在裝置打開之前，例如，在自由載體開始重組之前，對(duì)極化感應(yīng)電荷密度σ1及σ2進(jìn)行篩分(中和)。從高于能級(jí)Ec的包覆層4向活化區(qū)注入的電子在包覆/活化區(qū)界面上積聚，差不多等于σ2。這些自由載體的累積電荷與σ2中和。類似地，從低于能級(jí)Ev的包覆層6注入的電洞與靠近活化區(qū)/包覆界面上的σ1中和。在裝置打開之前，這個(gè)過程“整平”活化區(qū)能帶，與圖1C所示的能帶相似。因此，裝置的效率不會(huì)因?yàn)橛袠O化感應(yīng)電荷而降低。這種裝置結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，如路徑A所示的載體超射大幅減少。另外，電子及電洞的載體限制也會(huì)增加。
反相結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)發(fā)光二極管中，n型層在p型之前生長。本實(shí)施例把這種生長次序倒轉(zhuǎn)。圖9A是具有新生長次序的發(fā)光二極管的剖面示意圖，其p型接觸層和包覆層83、84在n型包覆層和接觸層86、87之前生長。本實(shí)施例所有層的厚度及材料成分與圖1A的氮化物發(fā)射器相似。盡管層的結(jié)構(gòu)相反，但界面極化感應(yīng)電荷板密度σ1及σ2仍然是正向的，這是因?yàn)楦鲗又g的材料成分發(fā)生變化。其對(duì)活化區(qū)能帶的影響如圖9B所示，基本上與圖1B相似。但是，把p型及n型層生長次序倒轉(zhuǎn)也會(huì)改變把電子及電洞注入活化區(qū)的方向。在這種方法中，通常自n型接觸層注入的電子會(huì)從高于能級(jí)Ec的接觸層87注入活化區(qū)85，圖中所示的是注入活化區(qū)85的左側(cè)。電洞從低于能級(jí)Ev的p型接觸層83自右側(cè)注入。這種反相層的序列能使載體在裝置打開之前篩分電荷密度，與前述實(shí)施例的方式相似，只是相反的是電場方向而不是層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)與前述實(shí)施例一樣，也可減少載體超射及增加載體限制。
改變晶格常數(shù)圖10A及10B顯示改善結(jié)構(gòu)極化感應(yīng)電場的另一種方法。通過改變活化區(qū)113下方的結(jié)構(gòu)平面內(nèi)晶格常數(shù)以使活化層的應(yīng)變較少，或使應(yīng)變方向相反，就能使活化區(qū)內(nèi)的壓電極化感應(yīng)電場減少、消除或反相，如圖10B的能帶圖所示。有幾種方法都可以改變下方的晶格常數(shù)。首先，緩沖層110可以用不同的材料成分來生長，如InAlGaN，使緩沖層的平面內(nèi)晶格常數(shù)接近InGaN活化層的平面內(nèi)晶格常數(shù)。InAlGaN緩沖層的帶隙比InGaN活化層大以致不會(huì)有光吸收。改變平面內(nèi)晶格常數(shù)的第二種方法是使用傳統(tǒng)緩沖層，但至少有部份n接觸層111用不同材料成分來生長，例如AlInGaN，以使緩沖層的平面內(nèi)晶體格常數(shù)發(fā)生改變，接近活化層的平面內(nèi)晶格常數(shù)的數(shù)值。這樣，就可實(shí)現(xiàn)上述同樣優(yōu)點(diǎn)。第三種方法與所述n接觸層的方式一樣，在下包覆層112內(nèi)改變晶格常數(shù)。第四方法是使活化區(qū)生長的厚度足以引起應(yīng)變消除，因此使活化層內(nèi)的壓電感應(yīng)電場消除。通常會(huì)選擇一種材料位錯(cuò)最少，可以保持材料質(zhì)量，又能提供以上裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的方法。
還有許多方法可進(jìn)一步減少或消除大部份殘留的極化感應(yīng)電荷。上面討論的各具體實(shí)施例都可以混合和配合使用，并適用于任何一層或全部適合發(fā)射或非發(fā)射層。對(duì)任何一種確定的用途，是采用一具體實(shí)施例或把實(shí)施例組合起來要取決于該用途的性質(zhì)，這可以憑經(jīng)驗(yàn)決定。例如，可以把AlGaN包覆層92及InGaN活化區(qū)91相結(jié)合，使其具有四元能障中所述的鋁和銦的反作用。另外也可以把至少一包覆層92的鋁含量進(jìn)行分級(jí)及/或加入離子化摻雜物，使其成一帶電狀態(tài)以抵消界面極化感應(yīng)電荷。
雖然本發(fā)明已經(jīng)列舉和說明了一些具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可有許多變化和不同實(shí)施例。例如，雖然本發(fā)明是以氮化物發(fā)射器來加以說明，但任何一個(gè)或全部實(shí)施例都可以用來說明由其它材料成分的發(fā)光器極化感應(yīng)電荷的問題。那些變化及不同實(shí)施例均可以預(yù)計(jì)到，并且可以在不背離所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)而制成。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器，其特征在于所述發(fā)光器包括一高效雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其有n型和p型接觸層(3，7)，以及把一活化發(fā)光區(qū)(5)夾在中間，并沿一晶體極性方向生長的包覆層(4，6)，所述高效異質(zhì)結(jié)構(gòu)與基本異質(zhì)結(jié)構(gòu)相比具有結(jié)構(gòu)差異，它包括一活化區(qū)(5)，其具有在活化區(qū)(5)兩端之間產(chǎn)生極化感應(yīng)電場的原子偶極子，以及二元或三元包覆層(4，6)，其具有在生長次序上先于p型接觸層(7)的n型接觸層(3)。與所述基本異質(zhì)結(jié)構(gòu)的極化感應(yīng)電場相比，所述結(jié)構(gòu)差異至少部分使所述高效異質(zhì)結(jié)構(gòu)中活化區(qū)(5)兩端之間產(chǎn)生的極化感應(yīng)電場的效率減少的效應(yīng)降低。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述活化區(qū)(5)包括InGaN，而所述結(jié)構(gòu)差異包括把銦加到至少一層所述包覆層(4，6)以使至少一層所述包覆層(4，6)包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括至少一層所述包覆層(4，6)的成分的一梯度以抵消在至少一層所述包覆層(4，6)和活化區(qū)(5)之間的界面上的界面極化效應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括所述活化區(qū)(5)的成分的一梯度以抵消所述極化感應(yīng)電場。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括在至少一層所述包覆層(4，6)中加入降低所述極化感應(yīng)電場的摻雜物。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括所述活化區(qū)的原子偶極子(72)的一種變換。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括p型接觸層(83)在n型接觸層(87)之前生長。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括多個(gè)以包覆層(92)替換的活化區(qū)(91)。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括一至少部分應(yīng)變消除的下包覆層(112)，其平面內(nèi)晶格常數(shù)的數(shù)值接近無應(yīng)變的活化區(qū)材料(113)的平面內(nèi)晶格常數(shù)。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異包括一至少部分應(yīng)變消除的n型接觸層(111)，其平面內(nèi)晶格常數(shù)的數(shù)值接近無應(yīng)變的活化區(qū)材料(113)的平面內(nèi)晶格常數(shù)。。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光器，其特征在于所述結(jié)構(gòu)差異在一緩沖層(110)上生長，并包括所述緩沖層(110)，其至少部分應(yīng)變消除，并且其平面內(nèi)晶格常數(shù)的數(shù)值接近無應(yīng)變的活化區(qū)材料(113)的平面內(nèi)晶格常數(shù)。
12.一種垂直于一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括至少三層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的；至少一層所述層(2-7)，其中間材料成分與相鄰二層的材料成分有關(guān)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述至少一層所述層(2-7)是AlxInyGa1-x-yN包覆層，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
14.一種垂直于一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括多層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層(2-7)內(nèi)產(chǎn)生至少一極化感應(yīng)電荷濃度；至少一層所述層(2-7)包括一包覆層(4，6)，把其成分進(jìn)行分級(jí)以在所述分級(jí)體積上產(chǎn)生一空間電荷，抵消所述電荷濃度。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述分級(jí)包覆層(4，6)包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
16.一種沿一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括多層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的；至少一層所述層(4，6)，把其成分進(jìn)行分級(jí)以在所述分級(jí)體積上產(chǎn)生一空間電荷，使摻雜物離開一相鄰層。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于所述分級(jí)包覆層(4，6)包括AlxInyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
18.一種沿一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括多層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電場；一層所述層包括一活化區(qū)(5)，將其成分進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生一抵消所述極化感應(yīng)電場的準(zhǔn)電場。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述分級(jí)在所述活化區(qū)(5)的能帶中形成梯度以產(chǎn)生所述準(zhǔn)電場。
20.權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于所述活化區(qū)(5)由AlxInyGa1-x-yN組成，其中0≤x≤1，0≤y≤1。
21.一種沿一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括多層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電荷濃度；至少一層所述層(2-7)加入離子化摻雜物，成一帶電狀態(tài)以抵消至少一所述電荷濃度。
22.一種化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括一具有極性方向的晶體；及多層晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電場；至少一層所述層(2-7)具有極性，變換原子層序列以使在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生的一極化感應(yīng)電場的方向相反。
23.一種化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括一具有極性方向的晶體；及至少各一層p型(83，84)和n型晶體層(86，87)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電荷濃度；所述p型層(83，84)在生長次序上先于n型層(86，87)以使所述電荷濃度對(duì)所述裝置的性能的影響相反。
24.一種垂直于一晶體極性方向生長的化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括多晶體層，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生至少一極化感應(yīng)電場；一層所述層包括一多層活化區(qū)，該活化區(qū)包括交替的發(fā)光和非發(fā)光層(91，92)，以所述非發(fā)光層(92)使注入的載體限制在所述發(fā)光層(91)內(nèi)，并抵消所述電場。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于把至少一層所述非發(fā)光層(92)的材料成分進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生一抵消所述電場的準(zhǔn)電場。
26.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于把至少一層所述發(fā)光層(91)的材料成分進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生一抵消所述電場的準(zhǔn)電場。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于把至少一層所述非發(fā)光層(92)的材料成分進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生一抵消所述電場的準(zhǔn)電場。
28.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于至少一層所述非發(fā)光層(92)含有摻雜物以提供抵消所述電場的空間電荷。
29.一種化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括一具有極性方向的晶體；及多晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生多個(gè)極化感應(yīng)電場；至少一層所述層(2-7)是活化區(qū)(5)；一層在所述活化區(qū)(5)下方的所述層(2，4)，至少部分應(yīng)變消除以使在活化區(qū)(5)下方的所述層的平面內(nèi)晶格常數(shù)接近無應(yīng)變的所述活化區(qū)(5)的平面內(nèi)晶格常數(shù)，因而使所述活化區(qū)(5)內(nèi)的所電場減少、消除或反相。
30.一種化合物半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述裝置包括一具有極性方向的晶體；及多晶體層(2-7)，其材料成分在所述極性方向上是不同的以便在至少一層所述層內(nèi)產(chǎn)生一極化感應(yīng)電場；至少一層所述層(2-7)是活化區(qū)(5)；所述活化區(qū)(5)這樣生長以使所述裝置的材料至少部分應(yīng)變消除，從而減少在至少所述活化區(qū)(5)內(nèi)的所述電場。
全文摘要
一種具有沿一極性方向生長的晶體層(2－7)的半導(dǎo)體發(fā)光器，使其自然產(chǎn)生的極化感應(yīng)電場減少、消除或反相以改善發(fā)光器的操作效率和載體限制。這可通過降低相鄰晶體層(2－7)材料成分上的差異，把一層或多層進(jìn)行分級(jí)以產(chǎn)生抵消極化感應(yīng)電荷的空間電荷和準(zhǔn)電場，把各種離子化摻雜物加入半導(dǎo)體使其成一帶電狀態(tài)以抵消極化感應(yīng)電荷，倒轉(zhuǎn)帶電原子層序列，倒轉(zhuǎn)裝置中n型和p型層的次序，采用一多層發(fā)射系統(tǒng)而非一均勻活化區(qū)以及/或改變材料的平面內(nèi)晶格常數(shù)來實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L33/16GK1433579SQ00818793
公開日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2000年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月2日
發(fā)明者B·希貝歐特, J·艾貝森 申請(qǐng)人:美商克立光學(xué)公司