[發明專利]外延生長缺陷控制結構、包含缺陷控制結構的發光器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201210031829.9
• 申請日: 2012-02-13
• 公開（公告）號: CN102683525A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 張劍平;王紅梅;閆春輝
• 申請（專利權）人: 亞威朗集團有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/00;H01L21/20
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明;楊文娟

技術領域

本發明一般地涉及包含納米顆粒的半導體材料和含有該半導體材料的發光器件；特別是涉及三族氮化物外延生長的缺陷控制結構、包含缺陷控制結構的三族氮化物發光器件、及其制造方法。

背景技術

三族氮化物化合物半導體包括氮化銦(InN)，氮化鎵(GaN)，氮化鋁(AlN)以及它們的三元和四元化合物，其能帶寬度從0.7eV到6.2eV連續可調，覆蓋整個可見光譜，是制作可見光發光器的完美材料系統。可見光發光器可以應用到裝飾、顯示器和通用照明上。氮化鎵(GaN)系具有銦鎵氮(InGaN)激活區的藍光、綠光和白光的發光二極管(LED)盡管已經商業化了，但在被廣泛應用到通用照明領域之前，其流明效率仍需要進一步提高。一種提高流明效率的方法是通過降低發光二極管中的材料缺陷密度來提高發光二極管的內量子效率。由于氮化鎵是異質外延在諸如藍寶石、硅、或者碳化硅的異質襯底上，現有氮化鎵基LED結構飽受材料缺陷的影響，例如其位錯密度超過10⁸cm^-2。

另外一個提高流明效率的方法是通過實施量子點類型的激活區來提高發光二極管的內量子效率，因為量子點內受約束的載流子具有最高的輻射復合率。

現有技術中發明了用橫向外延生長(ELOG)方式來降低氮化鎵層中位錯密度的方法。橫向外延生長(ELOG)工藝包含在一個反應器中于一異質襯底上沉積氮化鎵模板層，在另一個反應器中于氮化鎵模板層上形成生長掩模，再在第三個反應器中于掩模過的模板層上重新生長GaN。氮化鎵在蓋有掩模的模板層上的初始生長具有選擇性外延生長行為。也就是說，生長開始在沒有掩模的地方進行，在有掩模的地方被禁止。當在沒有掩模的地方的生長達到了一定的厚度時，GaN的橫向生長開始發生，最終完成在有掩模地方的完整的橫向生長。橫向生長區具有更少的位錯密度。ELOG的例子可以在美國專利7,361,576及其相關文獻中找到。同樣的，美國專利7,772,585通過引入生長掩模(非原位成形的)來控制生長小面以降低位錯。在此，美國專利7,361,576和7,772,585的內容被整體引用來作為參考。

所需要的是一種更有效的、更經濟的方法，來降低氮化鎵基材料的位錯密度、提高銦鎵氮基激活層的內部量子效率。

發明內容

通過原位引入納米顆粒到外延層中，本發明提供一種成本效益好的方法來降低諸如三族氮化物層的半導體外延層中的位錯或其他缺陷。

通過原位引入納米顆粒到發光器件的缺陷控制層、N型層、P型層、量子阱、或其他層中的至少一個中，本發明提供一種成本效益好的方法來降低諸如發光二極管(LED)的發光器件中的位錯或其他缺陷。

本發明的一方面提供一種發光器件，該發光器件包含其中分配有納米/顆粒的缺陷控制層和形成在該缺陷控制層上的發光器件結構，其中所述納米顆粒是在所述缺陷控制層形成過程中被原位分配到所述缺陷控制層中的。該發光器件結構包含N型層、P型層和夾在它們之間的激活區，其中該N型層作為一個單獨的層或者作為所述缺陷控制層的組成部分形成在該缺陷控制層上。

本發明的另一個方面提供一種形成發光器件的方法，包含：

提供襯底；

在反應器中于所述襯底上外延生長缺陷控制層，并且引入納米顆粒至所述反應器中，以便于將所述納米顆粒原位地分配到所述缺陷控制層中；以及

在所述缺陷控制層上形成發光器件結構，所述發光器件結構中包含N型層、P型層和夾在它們之間的激活區，且激活區包含一個或多個量子阱以及與所述一個或多個量子阱交替排列的一個或多個量子壘。

所述方法包括在所述缺陷控制層上外延生長形成N型層，所述N型層可以作為一個單獨的層或者作為所述缺陷控制層的組成部分。

本發明的另一方面提供一種發光器件，該發光器件包括發光二極管結構，該發光二極管結構包含N型層、P型層和夾在它們之間的激活區，其中所述激活區包含一個或多個量子阱，并且至少一個量子阱含有在形成該量子阱時原位引入的納米顆粒。該發光器件還可以包含缺陷控制層，所述發光器件形成于所述缺陷控制層之上，所述缺陷控制層中分配有納米顆粒。

本發明的另一方面提供一種形成發光器件的方法，包含：

在反應器中提供襯底；

在該襯底上形成發光器件結構，所述發光器件結構包含N型層、P型層和夾在它們之間的激活區，激活區包含一個或多個量子阱以及與所述一個或多個量子阱交替排列的一個或多個量子壘；