[发明专利]通过MBE和其它技术所生长的低缺陷光电子器件

说明书

通过分子束外延(MBE)使光电子器件生长的方法包括：在MBE生长室中提供基板；使n掺杂层、p掺杂层和在所述n掺杂层与所述p掺杂层之间的发光层在所述基板上生长；以及控制生长，使得所述发光层包括具有大于20％的In含量的多个含In量子阱层、具有大于1％的In含量的多个含In势垒层，并且不包括任何GaN势垒，其中使所述发光层生长包括使所述量子阱层和所述势垒层交替生长并且使得所述量子阱层具有小于5×10¹⁵/cm³的缺陷密度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月15日提交的美国临时申请第62/705,186号、2020年9月21日提交的美国临时申请第62/706,961号、2020年10月12日提交的美国临时申请第63/198,345号和2021年3月22日提交的美国临时申请第63/200,687号的权益，其公开内容以其整体通过引用方式并入本文。

技术领域

本文档一般地涉及光电子器件和用于制造具有低数目个缺陷的光电子器件的技术。

背景技术

将电能转换成光能的半导体光电子器件，例如激光器和发光二极管(LED)，在现代世界是普遍存在的，并且因它们在将电能转换成光能的效率而公知。然而，一些III族氮化物光电子器件遭受转换效率不足。例如，红色光电子器件一般比蓝色或绿色LED更低效。此外，使用诸如分子束外延(MBE)的一些技术所生长的光电子器件可能相对低效。

发明内容

本公开描述了提高光电子器件的转换效率(即，将电能转换成光能的效率)的技术，包括用于提高由MBE所生长的光电子器件(包括长波长光电子器件)的转换效率的技术。实施方式包括光电子器件和/或制造光电子器件的方法。光电子器件的特征在于其结构导致高效率。实施方式包括外延反应器和使用外延反应器来制造高效的光电子器件的方法。

本文中有时提及MBE外延(epitaxy)。然而，本文所述的技术可应用于其它生长技术，包括金属有机化学汽相沉积(MOCVD)、等离子体增强外延、溅射、氢化物汽相外延(HVPE)、脉冲层沉积以及这些各种技术的组合。

在一般方面，一种通过分子束外延(MBE)使光电子器件生长的方法包括：在MBE生长室中提供基板；使n掺杂层、p掺杂层和在所述n掺杂层与所述p掺杂层之间的发光层在基板上生长；以及控制生长使得所述发光层包括具有大于20％的In含量的多个含In量子阱层、具有大于1％的In含量的多个含In势垒层，并且不包括任何GaN势垒，其中使所述发光层生长包括使所述量子阱层和所述势垒层交替生长，并且使得所述量子阱层具有小于5×10¹⁵/cm³的缺陷密度。

实施方式可以包括单独或以彼此的任何组合的以下特征中的一个或多个。

例如，量子阱层可以具有光学带隙(E_o)，并且缺陷具有在E_o/2的+/-300meV内的能量。

在另一示例中，缺陷可以引起量子阱层中的肖克莱-里德-霍尔重新组合(Shockley-Read-Hall recombinations)。

在另一示例中，缺陷可以包括氮空位。

在另一示例中，缺陷可以包括镓氮双空位。

在另一示例中，生长发光区域可以包括在小于550℃的生长温度下使量子阱层和势垒层生长。

在另一示例中，生长发光区域可以包括在小于500℃的生长温度下使量子阱层和势垒层生长。

在另一示例中，生长发光区域可以包括在基板处利用大于每秒1×10¹⁵原子/cm²的氮通量在大于550℃的生长温度下使量子阱层和势垒层生长。