用于發(fā)光裝置的發(fā)光區(qū)域的制作方法
【專利摘要】一種發(fā)光裝置包括：具有n型III-V族半導(dǎo)體的第一層；與所述第一層相鄰的第二層，所述第二層包括在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料。在某些例子中，所述有源材料具有密度在大約1個(gè)V凹點(diǎn)/μm2與30個(gè)V凹點(diǎn)/μm2之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。所述發(fā)光裝置包括與所述第二層相鄰的第三層，所述第三層包括p型III-V族半導(dǎo)體。
【專利說明】用于發(fā)光裝置的發(fā)光區(qū)域
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年9月29日提交的美國專利申請(qǐng)N0.13/249146的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用將其全部并入。
【背景技術(shù)】
[0003]照明應(yīng)用通常使用白熾或充氣式燈泡。這種燈泡的通常不具有長的操作壽命，并且因此需要經(jīng)常更換。充氣式燈管，諸如熒光燈管或霓虹燈管，可以具有較長的壽命，但是使用高電壓操作并且相對(duì)昂貴。此外，燈泡與充氣式燈管都會(huì)消耗大量能量。
[0004]發(fā)光二極管(light emitting diode, LED)為在跨LED的有源層施加電位時(shí),發(fā)出光的裝置。LED通常包括摻雜有雜質(zhì)來創(chuàng)建p-n結(jié)的半導(dǎo)體材料芯片。電流從ρ側(cè)或陽極流向η側(cè)或陰極。電荷載流子一電子與空穴一從具有不同電壓的電極流入p-n結(jié)。當(dāng)電子遇到空穴時(shí)，電子與空穴在可以導(dǎo)致以一個(gè)或多個(gè)光子形式輻射能量(hv)的過程中復(fù)合。光子或光射出LED并且用于許多應(yīng)用，諸如例如照明應(yīng)用以及電子應(yīng)用。
[0005]與白熾或充氣式燈泡相比，LED相對(duì)便宜、以低電壓操作、并且具有長的操作壽命。此外，LED的消耗相對(duì)較少功率并且緊湊。這些屬性使得LED是特別期望的并且很好地適用于許多應(yīng)用。
[0006]盡管LED有這些優(yōu)點(diǎn)，但是還是存在與這種裝置關(guān)聯(lián)的限制。這些限制包括可以限制LED的效率的材料限制、可以限制LED所生成的光傳輸出該裝置的結(jié)構(gòu)限制、以及可以導(dǎo)致高處理成本的制造限制。因此，存在對(duì)改善的LED以及用于制造LED的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在本發(fā)明的方面中，提供諸如發(fā)光二極管的發(fā)光裝置。在實(shí)施例中，發(fā)光二極管包括第一層，其包括η型II1-V族半導(dǎo)體和與第一層相鄰的第二層，第二層包括在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料。第三層與第二層相鄰，第三層包括P型II1-V族半導(dǎo)體。硅基板與第一層和第三層之一相鄰。有源材料包括一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)(V-pit)，該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)在有源材料與第三層之間的界面處具有一個(gè)或多個(gè)開口。V凹點(diǎn)具有在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/y m2之間的密度。在某些情況下，密度為表面密度。
[0008]在另一實(shí)施例中，發(fā)光二極管包括:第一層，其具有η型II1-V族半導(dǎo)體；以及與第一層相鄰的第二層，第二層包括在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料。第二層包括覆蓋率在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。第三層被設(shè)置為與第二層相鄰。第三層包括P型II1-V族半導(dǎo)體。
[0009]在另一實(shí)施例中，發(fā)光二極管包括η型氮化鎵(GaN)層、P型GaN層、以及在η型GaN層與ρ型GaN層之間的有源層。有源層包括一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)在有源層與η型GaN層或ρ型GaN層之間的界面處具有一個(gè)或多個(gè)開口。該一個(gè)或多個(gè)開口消耗的界面面積在界面面積的大約5%與30%之間。界面可為有源層的與η型GaN層或該P(yáng)型GaN層相鄰的表面。[0010]在本發(fā)明的另一方面中，提供用于諸如LED的發(fā)光裝置中的有源層。在實(shí)施例中，用于發(fā)光二極管的有源層包括發(fā)光材料，發(fā)光材料具有小于大約500納米的厚度和覆蓋率在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。
[0011]在另一實(shí)施例中，用于發(fā)光二極管中的有源層包括發(fā)光材料,發(fā)光材料具有小于大約500納米的厚度和在該有源層表面處具有一個(gè)或多個(gè)開口的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)具有在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間的密度。
[0012]在本發(fā)明的另一方面中，提供用于形成諸如LED的發(fā)光裝置的方法。在實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管的方法包括形成與有源層相鄰的η型或ρ型II1-V族半導(dǎo)體層。通過在選擇的一個(gè)或多個(gè)生長條件下將基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物來形成該有源層，一個(gè)或多個(gè)生長條件被選擇為在有源層中生成一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)被形成為在有源層的表面處以具有一個(gè)或多個(gè)開口，一個(gè)或多個(gè)開口的密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間。
[0013]在另一實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管的方法包括通過將反應(yīng)室中(或在反應(yīng)室包括多個(gè)反應(yīng)空間時(shí)為反應(yīng)空間)的基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物以形成具有一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)有源層來形成有源層，該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與30個(gè)V凹點(diǎn)/μ m2之間，其中在該有源層形成期間:i)該基板的溫度在大約750°C與850°C之間；和/或ii)氫氣(H2)進(jìn)入反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。
[0014]在另一實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管的方法包括在反應(yīng)室內(nèi)提供基板，以及通過將III族前驅(qū)物以及V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中來形成與基板相鄰的量子阱層。以在大約750°C與790°C之間的生長溫度來形成阱層。然后通過將III族前驅(qū)物以及V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室來形成與阱層相鄰的壘層。以在大約790°C與850°C之間的生長溫度來形成壘層。利用受主材料來形成量子阱層，或替代地，利用施體材料來形成壘層。
[0015]在另一實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管的方法包括在反應(yīng)室中提供基板。以在大約750°C與790°C之間的第一溫度加熱基板。接下來，通過將III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中來形成阱層。以第一運(yùn)載氣體流率來形成阱層。然后以在大約790°C與850°C之間的溫度加熱基板。接下來，通過將III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室來形成與阱層相鄰的壘層。以第二運(yùn)載氣體流率來形成壘層。在某些情況下，第一運(yùn)載氣體流率小于第二運(yùn)載氣體流率。
[0016]在本發(fā)明的另一方面中，提供用于形成諸如LED的發(fā)光裝置的系統(tǒng)。在實(shí)施例中，用于形成發(fā)光裝置的系統(tǒng)包括用于固定基板的反應(yīng)室，以及與反應(yīng)室液體連通的抽吸系統(tǒng)。抽吸系統(tǒng)被配置為清洗或排空反應(yīng)室。系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其具有處理器用于執(zhí)行機(jī)器可讀取代碼，該代碼實(shí)施形成有源層的方法。該方法包括通過將該反應(yīng)室中的基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物以形成具有一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的有源層來形成有源層，該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的覆蓋率在大約5%與30%之間。在有源層的形成期間，i)該基板的溫度在大約750°C與850°C之間；和/或ii)氫氣(H2)進(jìn)入反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。
[0017]根據(jù)以下詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本發(fā)明的附加方面與優(yōu)點(diǎn)，其中示出和描述了本公開內(nèi)容的僅示例性的實(shí)施例。如所意識(shí)到的，本發(fā)明可包括其它及不同的實(shí)施例，并且不脫離本發(fā)明的情況下，許多細(xì)節(jié)都可在許多明顯方面進(jìn)行修改。因此，圖與說明本質(zhì)上應(yīng)示為示例性的，而不是限制性的。
[0018]本說明書通過以相同程度引用本申請(qǐng)中提到的所有公開、專利、以及專利申請(qǐng)，而并入了所有公開、專利、以及專利申請(qǐng)，就好像每一個(gè)獨(dú)立公開、專利、或?qū)＠暾?qǐng)被特別或獨(dú)立地指示為通過引用并入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過參照闡明示例性具體實(shí)施例的以下詳細(xì)描述以及附圖將獲得對(duì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)的更好理解，具體實(shí)施例中使用了本發(fā)明的原理，附圖中:
[0020]圖1圖解示例發(fā)光二極管；
[0021]圖2圖解示例根據(jù)實(shí)施例的在硅基板之上的η型II1-V族半導(dǎo)體層；
[0022]圖3圖解示例根據(jù)實(shí)施例的在II1-V族半導(dǎo)體層之上形成的有源層；
[0023]圖4圖解示例根據(jù)實(shí)施例的具有多個(gè)V凹點(diǎn)的有源層(或有源區(qū))的頂部表面；
[0024]圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的用于形成用于發(fā)光裝置的量子阱有源層的方法；
[0025]圖6圖解示例根據(jù)實(shí)施例的用于形成發(fā)光裝置的系統(tǒng)；以及
[0026]圖7Α和圖7Β示出了有源層的頂部表面的原子力顯微法(atomic forcemicroscopy, AFM)顯微照片。
【具體實(shí)施方式】
[0027]雖然已經(jīng)于此示出和描述了本發(fā)明的許多實(shí)施例，但是僅是通過范例方式提供這些實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。不脫離本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進(jìn)行無數(shù)改變、變更以及替換。應(yīng)該了解，于此所描述的本發(fā)明的實(shí)施例的許多替代方式都可用來實(shí)施本發(fā)明。
[0028]于此使用的術(shù)語“發(fā)光裝置”是指配置成在電子和空穴在該裝置的發(fā)光區(qū)(或“有源層”)中復(fù)合時(shí)生成光的裝置。在某些例子中，發(fā)光裝置是將電能轉(zhuǎn)換成光的固態(tài)裝置。發(fā)光二極管為發(fā)光裝置。目前有許多不同的LED裝置結(jié)構(gòu)，它們由不同材料制成，并且具有不同結(jié)構(gòu)并且以許多方式運(yùn)行。一些LED發(fā)出激光，而一些生成非單色光。一些LED被優(yōu)化為執(zhí)行特定應(yīng)用。LED可為所謂的藍(lán)光LED，其包括具有氮化銦鎵的多量子阱(multiplequantum well,MQff)有源層。藍(lán)光LED可發(fā)出具有波長范圍從大約440納米至大約500納米的非單色光，同時(shí)具有每平方厘米38安培或更大的平均電流密度?？梢蕴峁晒夥弁繉觼砦瞻l(fā)出的一些藍(lán)光。熒光粉接著放熒光以發(fā)出其它波長的光，使得整體LED裝置所發(fā)出的光具有較寬的波長范圍。
[0029]于此所使用的術(shù)語“層”是基板上原子或分子的層。在一些例子中，層包括單個(gè)外延層或多個(gè)外延層(或子層)。層可包括膜或薄膜。在一些情況下，層為裝置(例如發(fā)光裝置)的結(jié)構(gòu)部件，提供預(yù)定裝置功能，諸如例如生成(或發(fā)出)光的有源層。層的厚度通常從大約一個(gè)單原子單層(monolayer，ML)至數(shù)十單層、數(shù)百單層、數(shù)千單層、數(shù)百萬單層、數(shù)十億單層、數(shù)萬億單層或更多。在范例中，層為多層結(jié)構(gòu)，具有大于一個(gè)單原子單層的厚度。此外，層可包括多個(gè)材料層。在范例中，多量子阱有源層包括多個(gè)阱和壘層。
[0030]于此所使用的術(shù)語“覆蓋率”指由物質(zhì)覆蓋或占用的表面或界面相對(duì)于總表面面積的分?jǐn)?shù)，例如，物質(zhì)的10%的覆蓋率表示有10%的表面被該物質(zhì)覆蓋。在一些情況下，覆蓋率由單層(ML)表示，IML對(duì)應(yīng)表面對(duì)特定物質(zhì)的完全飽和。例如，0.1ML的凹點(diǎn)覆蓋率表示有10%的表面被凹點(diǎn)的開口(或孔洞)占據(jù)。該覆蓋率指這種開口(或孔洞)的表面覆蓋率。在范例中，對(duì)于具有大約5%與30%之間的開口的表面或界面，開口占用在大約5%與30%之間的表面或界面面積。在這種例子中，該開口可填入材料，包括但不受限于半導(dǎo)體材料。
[0031]于此所使用的術(shù)語“有源區(qū)”(或“有源層”)指生成光的發(fā)光二極管(LED)發(fā)光區(qū)。有源層包括有源材料，其在電子和空穴諸如例如借助于跨有源層施加的電位而復(fù)合時(shí)生成光。有源層可以包括一個(gè)或多個(gè)層(或子層)。在一些例子中，有源層可以包括一個(gè)或多個(gè)壘層(或包覆層，例如GaN)以及一個(gè)或多個(gè)量子阱(“阱”)層(諸如例如InGaN)。在范例中，有源層包括多個(gè)量子阱，在該情況下，有源層可稱為多量子阱(“MQW”)有源層。
[0032]于此所使用的術(shù)語“已摻雜”指有化學(xué)摻雜的結(jié)構(gòu)或?qū)?。層可摻雜有η型化學(xué)摻雜物(于此也稱為“η摻雜”)或ρ型化學(xué)摻雜物(于此也稱為“P摻雜”)。在一些例子中，層未摻雜或非故意摻雜(于此也稱為“u摻雜”或“u型”)。在范例中，U-GaN (或u型GaN)層包括未摻雜或非故意摻雜的GaN。
[0033]于此所使用的術(shù)語“摻雜物”指化學(xué)摻雜物，諸如η型摻雜物或P型摻雜物。P型摻雜物包括但不受限于硼、鋁、鎂、鈹、鋅和碳。η型摻雜物包括但不受限于氮、磷、硅、鍺、錫、締和硒。ρ型半導(dǎo)體為摻雜有P型摻雜物的半導(dǎo)體。η型半導(dǎo)體為摻雜有η型摻雜物的半導(dǎo)體。η型II1-V族材料，諸如η型氮化鎵(“η-GaN”)，包括摻雜有η型摻雜物的II1-V族材料。P型II1-V族材料，諸如ρ型GaN( “ρ-GaN”)，包括摻雜有ρ型摻雜物的II1-V族材料。II1-V族材料包括選自于硼、鋁、鎵、銦以及鉈的III族元素的至少之一，以及選自于氮、磷、砷、銻以及鉍的V族元素的至少之一。
[0034]于此使用的術(shù)語“相鄰”或“相鄰于”包括“鄰近”、“鄰接”、“接觸”以及“緊鄰”。在一些實(shí)例中，相鄰部件由一個(gè)或多個(gè)介入層彼此分隔。例如，該一個(gè)或多個(gè)介入層的厚度小于大約10微米(“微米”)、I微米、500納米(“nm”)、100nm、50nm、10nm、Inm或更小。在范
例中，第一層與第二層直接接觸時(shí)，第一層與第二層相鄰。在其它范例中，第一層藉由第三層而與第二層分隔時(shí)，第一層與第二層相鄰。
[0035]于此所使用的術(shù)語“基板”指其上要形成膜或薄膜的任何工件?；灏ǖ皇芟抻诠?、二氧化硅、藍(lán)寶石、氧化鋅、碳(例如石墨)、SiC、AIN、GaN、尖晶石(spinel)、涂布娃(coated silicon)、氧化物上娃、氧化物上碳化娃、玻璃、氮化鎵、氮化銦、二氧化鈦、氮化鋁、金屬材料(例如鑰、鎢、銅、鋁)以及這些的組合(或合金)。
[0036]于此所使用的術(shù)語“表面”指第一相與第二相間的邊界，諸如固相之間的邊界或固相與氣相之間的邊界。在范例中，表面在第一層與第二層之間的界面處。表面可由材料層所覆蓋。在一些實(shí)施例中，表面(或界面)包括開口，例如V凹點(diǎn)的開口。在一些情況下，該開口填入一種或多種材料。
[0037]于此所使用的術(shù)語“注入效率”指通過發(fā)光裝置的注入到發(fā)光裝置的有源區(qū)的電子的比例。
[0038]于此所使用的術(shù)語“內(nèi)量子效率”指在發(fā)光裝置有源區(qū)中所有電子空穴復(fù)合中輻射(即產(chǎn)生光子)的比例。
[0039]于此所使用的術(shù)語“提取效率”指發(fā)光裝置的有源區(qū)中所產(chǎn)生的光子從該裝置逃逸的比例。
[0040]于此所使用的術(shù)語“外量子效率”(external quantum efficiency, (EQE))指從LED發(fā)出的光子數(shù)與通過LED的電子數(shù)之比率，即EQE=注入效率x內(nèi)量子效率x提取效率。
[0041]LED可由許多半導(dǎo)體裝置層所形成。在一些情況下，II1-V族半導(dǎo)體LED提供優(yōu)于其它半導(dǎo)體材料的裝置參數(shù)(例如光波長、外量子效率)。氮化鎵(GaN)為二元II1-V族直接帶隙半導(dǎo)體，其可用于光電子應(yīng)用以及高功率和高頻率裝置。
[0042]基于II1-V族半導(dǎo)體的LED可形成在許多基板上，諸如硅和藍(lán)寶石。硅提供超過其它基板的許多優(yōu)點(diǎn)，諸如除使用大尺寸晶圓來幫助將預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)形成的LED數(shù)量最大化外，使用當(dāng)前制造和處理技術(shù)的能力。圖1示出了 LED100，其具有基板105、與基板105相鄰的AlGaN層110、與AlGaN層110相鄰的凹點(diǎn)生成層(pit generation layer) 115、與凹點(diǎn)生成層115相鄰的η型GaN( “η-GaN”)層120、與η-GaN層120相鄰的有源層125、與有源層125相鄰的電子阻擋(例如AlGaN)層130、以及與電子阻擋層130相鄰的ρ型GaN( “ρ-GaN”)層135。電子阻擋層130將ρ-GaN層135中電子與空穴的復(fù)合最小化。基板100可由硅形成。在一些例子中，凹點(diǎn)生成層115包括非故意摻雜的GaN( “u_GaN”)。
[0043]雖然硅提供許多優(yōu)點(diǎn)，諸如使用適用于硅的使用的商業(yè)可用半導(dǎo)體制造技術(shù)的能力，但是硅基板上的基于II1-V族半導(dǎo)體的LED的形成仍舊受到許多限制。例如，硅與氮化鎵之間的晶格失配以及熱膨脹系數(shù)都會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)應(yīng)力在氮化鎵薄膜的形成時(shí)生成缺陷，例如線(threading)和/或發(fā)夾(hairpin)位錯(cuò)(于此統(tǒng)稱為“位錯(cuò)”)。缺陷四周生長的薄膜產(chǎn)生V缺陷(或V凹點(diǎn))，即裝置層中的V形或總體凹陷的結(jié)構(gòu)。這種V凹點(diǎn)使得難以實(shí)現(xiàn)一致的裝置特性，諸如一個(gè)或多個(gè)層中的化學(xué)摻雜物(“摻雜物”)的分布。
[0044]用于解決此問題的方式是最小化LED中的V凹點(diǎn)濃度。例如，有源層可形成有低或大體上低的缺陷密度，這有助于最小化V凹點(diǎn)的覆蓋率(或密度)。然而，這種方式在商業(yè)上不可行和/或難以與目前可用來形成LED的方法一起實(shí)施。例如，低缺陷密度LED元件層(例如有源層)的形成是慢的并且耗費(fèi)資源的過程，導(dǎo)致高的處理成本以及不充分的裝置周轉(zhuǎn)，而不符LED裝置的商業(yè)需求。例如，在硅上形成GaN —般需要相對(duì)厚的GaN層，這可使用多層AlN或SiNx來生長以降低該AlN/GaN或SiNx/GaN界面處的位錯(cuò)密度。這使得制造時(shí)間長，進(jìn)而增加成本，并且由于需要較厚的GaN層而使得難以消除破裂。這通常難以在硅基板上形成GaN層，以形成具有可與藍(lán)寶石基板上的GaN層的效率相比的效率的發(fā)光裝置。
[0045]在一些實(shí)施例中，提供在硅之上生長LED有源區(qū)的方法，使得即使具有相對(duì)高的位錯(cuò)密度，也可實(shí)現(xiàn)高的光輸出效率。在一些情況下，于此提供的方法有利地消除了形成具有低位錯(cuò)密度的η-GaN層與有源層，低位錯(cuò)密度例如基本上小于lX109cm_2，以便獲得具有高光輸出效率的LED的需求。于此提供的方法可與厚度小于2μπι的GaN層一起使用。在一些實(shí)施例中，針對(duì)硅基板之上所形成的η-GaN層之上形成的有源層，有源層與η-GaN層具有在大約IxlO8CnT2與5xl09Cm_2之間的位錯(cuò)密度。在其它實(shí)施例內(nèi)，有源層和η-GaN層具有在大約lX109cm_2與2X109cm_2之間的位錯(cuò)密度。根據(jù)于此所提供的方法的具有硅基板之上所形成的有源層的LED以高輸出效率發(fā)出光，該高輸出效率類似或在一些例子中超出藍(lán)寶石基板之上所形成的有源層的效率。
[0046]于此提供的是以優(yōu)選地用于降低高缺陷密度的方式，來形成發(fā)光裝置的有源層的裝置結(jié)構(gòu)及方法。于此提供的方法使得能夠有利地形成具有期望的裝置特性，而不需要最小化缺陷密度的發(fā)光裝置。本發(fā)明一些實(shí)施例中描述的方法基于具有中等至高度缺陷密度的有源層的發(fā)光裝置的非預(yù)期的實(shí)現(xiàn)，該發(fā)光裝置可以通過在有源層形成期間選擇許多工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)一定V凹點(diǎn)密度與覆蓋率，而形成為具有優(yōu)選的裝置性能特性。
[0047]發(fā)光裝置
[0048]在本發(fā)明的方面，提供由具有相對(duì)中等至高缺陷密度的有源層所形成的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)。在一些情況下，這種有源層具有在大約lxl08cm_2與5xl09cm_2之間的缺陷密度。在其它實(shí)施例中，這種有源層具有在大約IxlO9CnT2與2xl09Cm_2之間的缺陷密度。一些實(shí)施例中描述的裝置結(jié)構(gòu)排除了形成具有最低缺陷密度的發(fā)光裝置結(jié)構(gòu)的需求。在于此所提供的V凹點(diǎn)密度、分布和/或覆蓋率的幫助之下，可使用具有相對(duì)中等至高缺陷密度(并且因此V凹點(diǎn))的有源層，這樣有利地降低了處理成本并且?guī)椭峁┗诠璧腖ED在商業(yè)布置中的大規(guī)模的使用。
[0049]在一些實(shí)施例中，諸如發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光裝置包括第一層以及在第一層之上的第二層，第一層包括η型II1-V族半導(dǎo)體。第二層包括在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料。發(fā)光裝置還包括在第二層之上的第三層。第三層包括P型II1-V族半導(dǎo)體。在實(shí)施例中，該η型II1-V族半導(dǎo)體為η型氮化鎵(η-GaN)，并且該ρ型II1-V族半導(dǎo)體為ρ型氮化鎵(GaN)-即分別摻雜有η型和ρ型摻雜物的GaN。
[0050]該II1-V族半導(dǎo)體包括III族物質(zhì)與V族物質(zhì)。在一些實(shí)施例中，該III族物質(zhì)為鎵并且該V族物質(zhì)為氮。在其它實(shí)施例中，該III族物質(zhì)包括鎵和/或銦。
[0051]有源材料包括一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，其在該有源材料表面上具有一個(gè)或多個(gè)開口。在一些實(shí)施例中，V凹點(diǎn)的密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間，或在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/y m2與20個(gè)V凹點(diǎn)/y m2之間。該V凹點(diǎn)密度(或覆蓋率)可用表面光譜技術(shù)來測(cè)量，表面光譜技術(shù)諸如是原子力顯微法(AFM)或掃描隧道顯微法(scanningtunneling microscopy, STM)。在這種例子中，第二(有源)層的表面處的V凹點(diǎn)的開口(或孔洞)的密度(或覆蓋率)對(duì)應(yīng)于第二層中的V凹點(diǎn)的密度。在另一實(shí)施例中，基于在第二層的表面處開口(或孔洞)的密度(例如表面密度)的測(cè)量結(jié)果，有源材料包括密度在面積25 μ m2中大約50個(gè)V凹點(diǎn)與500個(gè)V凹點(diǎn)之間，或在面積25 μ m2中大約200個(gè)V凹點(diǎn)與400個(gè)V凹點(diǎn)之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。在一些例子中，該密度對(duì)應(yīng)于第二層的表面上的孔洞(或開口)的覆蓋率。在另一實(shí)施例中，有源材料包括具有在大約5%與30%之間，或大約10%與20%之間覆蓋率(例如表面覆蓋率)的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，該有源材料包括具有在大約0.05單層(ML)與0.4ML，或大約0.1ML與0.2ML之間的表面覆蓋率的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。
[0052]在一些情況下，孔洞設(shè)置于與第一層相鄰的第二層的表面上。在其它情況下，孔洞設(shè)置于與第三層相鄰的第二層的表面上。
[0053]在一些例子中，有源材料具有在大約IxlO8CnT2與5xl09cm_2之間，或在大約lxl09cm_2與2xl09cm_2之間的位錯(cuò)密度(即在有源材料的Icm2截面面積中的位錯(cuò)數(shù))。在其它例子中，有源材料具有大于或等于大約IxlO5Cm'或大于或等于大約IxlO6Cm'或大于或等于大約lxl07cm_2、或大于或等于大約lxl08cm_2、或大于或等于大約lxl09cm_2或大于或等于大約2X109cm_2的位錯(cuò)密度。[0054]在一些情況下，有源層具有小于大約1000納米(nm)、小于大約500nm、小于大約400nm、小于大約300nm或小于大約200nm的厚度。在范例中，有源層具有在大約IOOnm與200nm之間的厚度。
[0055]在一些實(shí)施例中，第一層的厚度在大約IOOnm與8微米(“微米”)之間、在大約500nm與6微米之間或在大約I微米與4微米之間。該第一層的厚度可以選擇為提供具有預(yù)定操作條件的發(fā)光裝置。在實(shí)施例中，η型摻雜物包括硅、鍺、締、硒和錫中的一種或多種。在特定實(shí)施當(dāng)中，η型摻雜物為硅。
[0056]在一些實(shí)施例中，第三層的厚度在大約IOnm與IOOOnm之間、或在大約20nm與800nm之間、或在大約50nm與500nm之間。第三層的厚度可以選擇為使得提供具有預(yù)定操作條件的發(fā)光裝置。在實(shí)施例中，P型摻雜物包括鎂、碳和鈹中的一種或多種。在特定實(shí)施當(dāng)中，P型摻雜物為鎂。
[0057]發(fā)光裝置進(jìn)一步包括位于第一層以下或第三層以上的基板。在范例中，基板包括硅或藍(lán)寶石，諸如η型硅基板。在一些例子中，基板用于完成的發(fā)光裝置中。在其它例子中，基板為載體基板，在這種例子中該完成的發(fā)光裝置將包括另一基板。在一些實(shí)施例中，基板具有在大約ΙΟΟμπι與200μπι之間的厚度。
[0058]在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置包括凹點(diǎn)生成層。在一些例子中，凹點(diǎn)生成層與第一層相鄰，諸如在第一與第二層以下。在其它例子中，凹點(diǎn)生成層位于第一層與第二層之間。凹點(diǎn)生成層在第二層形成期間，以及在一些例子中于第二層之上形成其它層期間，幫助一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的生長。
[0059]在一些例子中，凹點(diǎn)生成層具有在大約IxlO8CnT2與5xl09cnT2之間的缺陷密度。在其它實(shí)施例中，凹點(diǎn)生成層具有在大約IxlO9CnT2與2xl09Cm_2之間的缺陷密度。在一些實(shí)施例中，凹點(diǎn)生成層具有在大約IOnm與IOOOnm之間的厚度，而在其它實(shí)施例中，凹點(diǎn)生成層具有在大約50nm與500nm之間的厚度。
[0060]發(fā)光裝置包括通過直接或隔著一個(gè)或多個(gè)中間層與第一層接觸而與第一層電連通的電極。發(fā)光裝置還包括通過直接或隔著一個(gè)或多個(gè)中間層與第三層接觸而與第三層電連通的電極。在一些例子中，電極之一或二者具有選擇為最小化對(duì)從發(fā)光裝置所發(fā)出光的阻礙的形狀和配置。
[0061]在一些實(shí)施例中，第二層的有源材料為量子阱有源材料，諸如多量子阱(MQW)材料。在實(shí)施例中，第二層包括交替的阱層以及壘(或包覆)層。在范例中，第二層包括由氮化銦鎵和/或氮化銦鋁鎵形成的阱層。在這種例子中，壘層可由氮化鎵形成。在另一范例中，第二層包括由氮化鋁鎵形成的阱層。在這種例子中，壘層可由氮化鋁或氮化鎵形成。包括有源層的該材料可用包括有源層的二或更多元素進(jìn)行成分分級(jí)(于此也稱為“分級(jí)”)。在范例中，第二層包括分級(jí)的氮化銦鎵InxGai_xN，其中‘X’為在O與I之間的數(shù)字，并且壘(或包覆)層由GaN形成。這種層的成分可從第二層的第一側(cè)至第二側(cè)變化。在一些情況下，阱層包括受主材料和/或魚層包括施主材料。在一些實(shí)施例中，魚材料包括氮化鎵、氮化鋁鎵以及氮化銦鎵鋁中的一種或多種，而阱材料包括氮化銦鎵以及氮化銦鋁鎵中的一種或多種。可選擇每一阱和壘層的化學(xué)當(dāng)量，以達(dá)到預(yù)定的裝置性能，諸如有源層所發(fā)出的光的頻率。
[0062]在一些實(shí)施例中，第二層(包括有源材料)具有在大約IxlO8CnT2與5xl09cm_2，或在大約IxlO9CnT2與2xl09cnT2之間的缺陷密度。第二層具有在大約IOnm與IOOOnm之間或大約50nm與200nm之間的厚度。
[0063]在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置在第一層與第二層之間的厚度小于大約5微米、或小于大約4微米、或小于大約3微米、或小于大約2微米、或小于大約I微米、或小于大約500nmo
[0064]在一些實(shí)施例中，于大約350mA的驅(qū)動(dòng)電流之下，發(fā)光裝置具有至少大約40%、或至少大約50%、或至少大約60%、或至少大約65%、或至少大約70%、或至少大約75%、或至少大約80%、或至少大約85%、或至少大約90%、或至少大約95%的外量子效率。在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置具有至少大約40%、或至少大約50%、或至少大約60%、或至少大約65%、或至少大約70%、或至少大約75%、或至少大約80%、或至少大約85%、或至少大約90%、或至少大約95%的內(nèi)量子效率。在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置具有:在350mA處大約2.85V的低正向電壓；-5V處小于大約0.01 μ A的低反向漏電流；以及大于大約55%的墻壁插頭效率(wallplug efficiency)。
[0065]在一些實(shí)施例中，用于發(fā)光二極管(LED)中的有源層包括厚度小于大約500納米的發(fā)光材料，以及表面密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。在實(shí)施例中，該一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的表面密度在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間。該有源層具有在大約IxlO8CnT2與5xl09cnT2,或在大約IxlO9CnT2與2xl09Cm_2之間的位錯(cuò)密度。在一些例子中，有源層包括一層或多層II1-V族材料。
[0066]在范例中，有源層為具有阱層與壘層的量子阱有源層。有源層可為具有多個(gè)阱層以及至少一個(gè)壘層，或多個(gè)壘層以及至少一個(gè)阱層的多量子阱有源層。在一些例子中，有源層由具有氮化銦鎵或氮化鋁鎵的阱層以及具有氮化鎵或氮化鋁的或多個(gè)壘層所形成。以交錯(cuò)并且順序的方式提供壘層與阱層，即壘層與阱層分隔相鄰，或阱層與壘層分隔相鄰。
[0067]例如，有源層包括阱層以及與阱層相鄰的壘層。有源層進(jìn)一步包括與阱層相鄰的附加壘層，或與壘層相鄰的附加阱層。這種結(jié)構(gòu)可重復(fù)，以形成具有任何期望阱-壘疊層數(shù)量(或周期)的有源層，其中獨(dú)立疊層具有與壘層相鄰的阱層。在一些實(shí)施例中，有源層包括至少一個(gè)周期、至少5個(gè)周期、或至少10個(gè)周期、或至少20個(gè)周期、或至少30個(gè)周期、或至少40個(gè)周期、或至少50個(gè)周期、或至少60個(gè)周期、或至少70個(gè)周期、或至少80個(gè)周期、或至少90個(gè)周期、或至少100個(gè)周期。
[0068]在一些情況下，阱層比壘層薄。在范例中，InGaN阱層具有在大約Inm與20nm之間或在大約2nm與IOnm之間的厚度，并且GaN壘層具有在大約5nm與30nm之間或在大約IOnm與20nm之間的厚度。在這種例子中，壘層可設(shè)置于阱層之間，或阱層可設(shè)置于兩個(gè)壘層之間。
[0069]在一些實(shí)施例中，用于諸如LED的發(fā)光裝置中的有源層包括厚度小于大約500nm、或小于大約400nm、或小于大約300nm、或小于大約200nm的發(fā)光材料。有源層具有表面覆蓋率在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。在一些例子中，表面覆蓋率在大約10%與20%之間。
[0070]在范例中，LED包括η型氮化鎵(GaN)層、ρ型GaN層、以及在η型GaN層與ρ型GaN層之間的有源層，有源層具有表面密度在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。LED具有與η型GaN層或ρ型GaN層相鄰的基板?；迮cη-GaN層或ρ-GaN層接觸，或與n_GaN層或ρ-GaN層相鄰但由一個(gè)或多個(gè)介入層與η-GaN層或ρ-GaN層分隔?；蹇捎伤{(lán)寶石或硅(例如η型硅)所形成。在一些例子中，有源層包括一個(gè)或多個(gè)量子阱疊層。每一量子阱疊層都包括壘層以及與該壘層相鄰的阱層。有源層具有小于大約500nm、或小于大約400nm、或小于大約300nm、或小于大約200nm的厚度。
[0071]在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置的性能取決于有源層的厚度，以及有源層的表面上的V凹點(diǎn)的分布(或覆蓋率)。在一些情況下，能夠藉由選擇有源層的厚度，在有源層(外延)生長期間賦予預(yù)定的V凹點(diǎn)分布和/或覆蓋率，來優(yōu)化發(fā)光裝置的性能。在范例中，針對(duì)具有在大約IxlO9CnT2與2xl09cnT2之間的位錯(cuò)密度的發(fā)光裝置,具有厚度在大約50nm與200nm之間的有源層提供在大約10%與20%之間的V凹點(diǎn)覆蓋率。這種裝置的性能(例如外量子效率)可以優(yōu)選地與具有較厚有源層或V凹點(diǎn)表面覆蓋率低于10%或高于20%的裝置相關(guān)。例如，相對(duì)于具有大約300nm的厚度和30%的V凹點(diǎn)表面覆蓋率的有源層的裝置，厚度大約為150nm并且V凹點(diǎn)表面覆蓋率大約為10%的有源層具有提高至少大約40%的光輸出效率。針對(duì)特定有源層厚度的V凹點(diǎn)覆蓋率可隨有源層的生長條件而變(見以下)。
[0072]圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的裝置200，其具有硅基板205、硅基板205上的一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層210、以及該一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層上的η型II1-V族半導(dǎo)體層215。在一些例子中，該一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層包括一個(gè)或多個(gè)u型II1-V族半導(dǎo)體(即是未摻雜或非故意摻雜的II1-V族半導(dǎo)體，諸如例如非故意摻雜的GaN)層和/或一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變釋放(strainrelaxation)層，諸如摻雜的II1-V族半導(dǎo)體層(例如氮化鋁鎵)，其具有在硅基板205與η型II1-V族半導(dǎo)體層215之間的晶格常數(shù)。例如，一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層210包括AlGaN層以及AlGaN層之上的U-GaN層，U-GaN層與該η型II1-V族半導(dǎo)體層相鄰設(shè)置。在一些實(shí)施例中，II1-V族半導(dǎo)體材料為氮化鎵(GaN)。在這種例子中，η型II1-V族層215包括η型氮化鎵(η-GaN)。η型II1-V族層包括η型摻雜物，諸如例如硅。
[0073]在范例中，娃基板205 具有(111)晶向(crystallographic orientation)(即，娃基板為Si (111))。在其它范例中，硅基板205具有其它晶向。硅基板205可具有呈現(xiàn)出一種或多種其它晶面的切面與缺陷(例如臺(tái)階)，晶面諸如例如是(100)晶面。在一些例子中，具有(111)取向表面的基板具有呈現(xiàn)出其它取向的缺陷(例如臺(tái)階)。
[0074]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置300，其具有硅基板305、硅基板305上的一層或多層轉(zhuǎn)換層310、該一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層上的η型II1-V族半導(dǎo)體層315、以及η型II1-V族半導(dǎo)體層上的有源層320。有源層320在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光，該復(fù)合諸如例如借助于與有源層320之上的η型II1-V族層315以及ρ型II1-V族層電連通的接觸部或電極(見例如圖1)跨有源層320施加電位(電壓)。一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換層310可如上面圖2的上下文中描述的。
[0075]在一些情況下，有源層320包括一個(gè)或多個(gè)量子阱與壘層。在范例中，有源層320由多量子阱(MQW)材料形成。例如，有源層320可由一個(gè)或多個(gè)氮化鋁鎵(AlGaN)量子阱層以及分隔該一個(gè)或多個(gè)AlGaN量子阱層的氮化鋁(AlN)阱層所形成。有源層320具有在大約IxlO8Cm 2與5xl09cm 2，或在大約IxlO9Cm 2與2xl09cm 2之間的缺陷密度。
[0076]裝置300的有源層320包括從η型II1-V族半導(dǎo)體層315延伸至有源層320的頂部表面330的多個(gè)V凹點(diǎn)325。V凹點(diǎn)(或V缺陷)形成于η型II1-V族半導(dǎo)體層315中的缺陷(例如位錯(cuò))上或四周。[0077]在一些情況下，有源層320的頂部表面330處的V凹點(diǎn)的密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2之間，或在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2之間，該密度由有源層320的表面處的V凹點(diǎn)的開口(或孔洞)的密度來量度。在一些例子中，有源層320在25 μ m2的面積上(頂部表面330)具有在大約50個(gè)V凹點(diǎn)與500個(gè)V凹點(diǎn)之間，或在25 μ m2的面積上具有在大約200個(gè)V凹點(diǎn)與400個(gè)V凹點(diǎn)之間。在一些實(shí)施例中，在有源層320的頂部表面330上，V凹點(diǎn)325具有在大約0.05單層(monolayer, ML)與0.4ML，或大約0.1ML與0.2ML之間的表面覆蓋率。V凹點(diǎn)密度以及覆蓋率可借助于表面分析技術(shù)來測(cè)量，諸如AFM或STM。例如，STM或AFM可用來測(cè)量有源層的表面處的開口(或孔洞)的密度，并且開口的密度對(duì)應(yīng)于有源層320中的V凹點(diǎn)的密度。
[0078]裝置300可包括有源層320之上的附加層。在范例中，裝置300包括有源層320之上的P型II1-V族半導(dǎo)體層。在一些情況下，裝置300包括有源層320與P型II1-V族半導(dǎo)體層之間的電子阻擋層。在范例中，P型II1-V族半導(dǎo)體層由ρ型GaN(ρ-GaN)所形成。在這種例子中，電子阻擋層可由氮化鋁鎵形成。
[0079]圖4圖解例示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有頂部表面405的有源層400。頂部表面405具有第一寬度(Wl)與第二寬度(W2)。如示例的，第一寬度與第二寬度大體上相同。頂部表面405包括多個(gè)凹點(diǎn)410的開口。在一些實(shí)施例中，凹點(diǎn)410為V凹點(diǎn)，諸如上面在圖3的上下文中所討論的那些。凹點(diǎn)410延伸到有源層400中，并且在一些例子中，延伸至有源層400以下的層，諸如η型II1-V族半導(dǎo)體層(圖未顯示)。
[0080]凹點(diǎn)410可具有許多截面區(qū)域。凹點(diǎn)410可形成于有源層400中的缺陷處或附近，和/或有源層以下的一個(gè)或多個(gè)層處或附近。在有源層400的生長期間，至少一些凹點(diǎn)的大小會(huì)生長。例如，至少一些凹點(diǎn)的直徑(以及截面面積)隨著有源層厚度增加而增加。在一些情況下，于有源層400的生長期間，兩或更多凹點(diǎn)合并，在有源層400的頂部表面405處形成單一開口。
[0081]凹點(diǎn)可具有許多直徑、形狀以及配置。在一些實(shí)施例中，凹點(diǎn)410的開口具有在Inm與2000nm之間、或在大約IOnm與IOOOnm之間、或在大約60nm與120nm之間、或在大約80nm與IOOnm之間的直徑。在其它實(shí)施例中，凹點(diǎn)410的開口具有小于大約2000nm、或小于大約lOOOnm、或小于大約500nm、或小于大約400nm、或小于大約300nm、或小于大約200nm、或小于大約100nm、或小于大約90nm、或小于大約80nm、或小于大約70nm、或小于大約65nm的直徑。
[0082]頂部表面405可包括許多大小的凹點(diǎn)。在范例中，一些凹點(diǎn)410小于其它凹點(diǎn)。在另一范例中，凹點(diǎn)410具有大體上類似的大小。一些凹點(diǎn)可完全延伸通過有源層400，而其它凹點(diǎn)可延伸通過部分有源層400 (例如通過有源層的50%)。一些凹點(diǎn)可沿著與正交于頂部表面的軸(“表面法線”，延伸出圖的平面)平行的向量生長，而其它凹點(diǎn)可沿著相對(duì)于表面法線成角度的向量生長，相對(duì)于表面法線的該角度諸如大于大約0°、或大于大約5°、或大于大約10°、或大于大約20°、或大于大約30°、或大于大約40°、或大于大約50°、或大于大約60°。在一些例子中，凹點(diǎn)側(cè)壁切面(facet)大約是60°。
[0083]在一些實(shí)施例中，凹點(diǎn)的剖面(或開口)為圓形、三角形、方形、矩形、五角形、六角形、七角形、九角形(nonagonal)或這些的組合。在一些例子中，開口為這些形狀的部分區(qū)段(例如半圓形、半矩形)。[0084]在一些實(shí)施例中，凹點(diǎn)填充有一種或多種材料，諸如II1-V族半導(dǎo)體。凹點(diǎn)的開口可填充有一種或多種材料。
[0085]在范例中，有源層400具有小于或等于大約200nm、或小于或等于大約150nm的厚度，并且具有在大約lX109cm_2與2X109cm_2之間的位錯(cuò)密度。
[0086]形成發(fā)光裝置的方法
[0087]在本發(fā)明的另一方面，提供用于形成發(fā)光裝置的方法。于此提供的方法使得能夠形成發(fā)光裝置有源層，該有源層被優(yōu)化用于其中該有源層具有在大約IxlO8Cnr2與5X109cm_2之間，或在大約lX109cm_2與2X109cm_2之間的位錯(cuò)密度的情況。
[0088]在一些實(shí)施例中，用于形成諸如發(fā)光二極管(LED的發(fā)光裝置的方法包括形成與有源層相鄰的η型或ρ型II1-V族半導(dǎo)體層。通過在一個(gè)或多個(gè)選擇的生長條件之下，將反應(yīng)室中的基板曝露于一種或多種III族前驅(qū)物(precursor)和一種或多種V族前驅(qū)物來形成有源層，選取的生長條件是為了在有源層內(nèi)產(chǎn)生表面密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2之間、或在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。在一些例子中，II1-V族半導(dǎo)體包括氮化鎵(GaN)。在一些情況下，在基板曝露于一種或多種III族前驅(qū)物和一種或多種V族前驅(qū)物時(shí)，基板(包括基板之上的任何層)都與該一種或多種III族前驅(qū)物和該一種或多種V族前驅(qū)物接觸。
[0089]在范例中，于反應(yīng)室中在硅基板之上的η-GaN層之上形成包括氮化鎵壘層與氮化銦鎵或氮化銦鋁鎵阱層的有源層。生長溫度與運(yùn)載氣體(例如H2)流率選擇為生成具有在大約5%與30%之間、或在大約10%與20%之間的V凹點(diǎn)表面覆蓋率的有源層。在一些例子中，這種生長條件選擇為將位錯(cuò)密度維持在在大約lX108cm_2與5X109cm_2之間，或在大約IxlO9CnT2與2xl09之間。在一些例子中，在硅基板之上的一個(gè)或多個(gè)附加層(例如凹點(diǎn)生成層)之上形成該η-GaN層。使用選擇為在η-GaN層中提供在大約lxl08cm_2與5xl09cm_2之間、或在大約IxlO9CnT2與2xl09cnT2之間的位錯(cuò)密度的生長條件來形成η-GaN層。
[0090]II1-V族半導(dǎo)體包括一種或多種III族物質(zhì)和一種或多種V族物質(zhì)。在范例中，III族物質(zhì)為鎵(Ga)并且V族物質(zhì)為氮。η型II1-V族半導(dǎo)體為摻雜有η型摻雜物(例如Si)的II1-V族半導(dǎo)體。ρ型II1-V族半導(dǎo)體為摻雜有P型摻雜物(例如Mg)的II1-V族半導(dǎo)體。
[0091]反應(yīng)室可為配置為用于薄膜形成的真空室。在一些例子中，真空室為超高真空(ultrahigh vacuum, UHV)室。在其中想要低壓環(huán)境的例子中，該反應(yīng)室可藉助于擁有一個(gè)或多個(gè)真空泵，諸如渦輪分子(“渦輪”)泵、低溫泵、離子泵、擴(kuò)散泵、和機(jī)械泵中的一個(gè)或多個(gè)，的抽吸系統(tǒng)來抽真空。反應(yīng)室可包括控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)前驅(qū)物流率、基板溫度、反應(yīng)室壓力、以及反應(yīng)室排出。反應(yīng)室可為配置為生成發(fā)光裝置的系統(tǒng)當(dāng)中的部分(見例如圖6)。
[0092]根據(jù)用于形成有源層和/或該有源層以上和以下的層的一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)的選擇，能夠調(diào)整生長條件。在一些實(shí)施例中，生長條件包括生長溫度、運(yùn)載氣體流率、前驅(qū)物流率、生長率以及生長壓力中的一個(gè)或多個(gè)。
[0093]在一些實(shí)施例中，于此提供的工藝參數(shù)用于其中在硅基板之上形成具有中等至高位錯(cuò)密度的II1-V族半導(dǎo)體的有源層。在一些情況下，位錯(cuò)密度在大約IxIO8CnT2與5xl09cnT2之間、或在大約IxlO9CnT2與2xIO9CnT2之間。在一些例子中，調(diào)整用于形成有源層的一個(gè)或多個(gè)處理參數(shù)以在在大約IxlO8CnT2與5xl09cnT2之間、或在大約IxlO9CnT2與2xl09CnT2之間的位錯(cuò)密度提供具有于此提供的V凹點(diǎn)密度的有源層，V凹點(diǎn)密度諸如在大約5%與30%直接按，或在大約10%與20%之間。在一些實(shí)施例中，有源層生長條件選擇為在有源層厚度小于或等于大約300nm、小于或等于大約200nm、或小于或等于大約150nm上，并且有源層位錯(cuò)密度在大約IxlO8CnT2與5xl09cnT2之間、或在大約IxlO9CnT2與2xl09cnT2之間時(shí)，提供在大約5%與30%之間、或在大約10%與20%之間V凹點(diǎn)表面密度。在一些情況下，于有源層生長期間，生長溫度以及運(yùn)載氣體(例如H2)流率選擇為實(shí)現(xiàn)V凹點(diǎn)的預(yù)定的密度和/或分布。
[0094]生長溫度為基板或薄膜形成時(shí)基板之上的一個(gè)或多個(gè)層的溫度。在范例中，生長溫度為基板溫度，如借助于與基板熱接觸的熱電偶或高溫計(jì)測(cè)得的。在一些例子中，在有源層的形成期間，基板的溫度在大約750°C與850°C之間。在實(shí)施例中，該有源層包括量子阱材料，諸如具有阱層與壘層的多量子阱(MQW)材料。在一些情況下，阱層以在大約750°C與790°C之間、或在大約770V與780°C之間的溫度來形成，并且壘層以在大約790°C與850°C之間、或在大約810°C與840°C之間的溫度來形成。
[0095]前驅(qū)物流率包括一個(gè)或多個(gè)III族前驅(qū)物的流率以及V族前驅(qū)物的流率。流率指定在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)投送至反應(yīng)室的前驅(qū)物的量。
[0096]可以與于此描述的方法一起使用許多源氣體(或前驅(qū)物)。鎵前驅(qū)物可以包括三甲基嫁(trimethylgallium(TMG))、三乙基嫁、氯化二乙基嫁(diethylgallium chloride)以及同位的氫化鎵化合物(coordinated gallium hydride compounds)(例如氫化二甲基鎵)中的一種或多種。鋁前驅(qū)物可包括三異丁基鋁(TIBAL)、三甲基鋁(TMA)、三乙基鋁(TEA)、和氫化二甲基鋁(DMAH)中的一種或多種。銦源氣體可包括三甲基銦(TMI)和三乙基銦(TEI)中的一種或多種。氮前驅(qū)物可包括氨(NH3)、氮(N2)、以及等離子體激發(fā)的氨和/或隊(duì)中的一種或多種。
[0097]在一些例子中，藉助于包括He、Ar、N2和H2中的一種或多種的運(yùn)載氣體，在反應(yīng)室內(nèi)提供一種或多種前驅(qū)物。在實(shí)施例中，有源層形成期間運(yùn)載氣體的流率在大約I升/每分鐘以及20升/每分鐘之間。
[0098]在一些例子中，通過在反應(yīng)室中將基板曝露于一種或多種前驅(qū)物和氫氣(H2),來形成有源層。在實(shí)施例中，有源層的形成期間氫氣的流率在大約I升/每分鐘與20升/每分鐘之間、或在大約I升/每分鐘與10升/每分鐘之間、或在大約4升/每分鐘與8升/每分鐘之間。在一些例子中，在量子阱有源層形成期間，基于是否正在形成阱層或壘層來調(diào)整氫氣流率。在實(shí)施例中，于壘層(例如GaN壘層)形成期間，氫氣流率在大約I升/每分鐘與10升/每分鐘之間、或在大約4升/每分鐘與8升/每分鐘之間。在阱層的形成期間(例如氮化銦鎵)，氫氣流率相對(duì)于于壘層的形成期間的氫氣的流率減小了。在一些情況下，阱層形成期間氫氣的流率已經(jīng)終止(即為或接近O升/每分鐘)。
[0099]在實(shí)施當(dāng)中，以在大約750°C與790°C之間、或在大約770 V與780°C之間的溫度(生長溫度)形成該阱層。在這種例子中，以在大約790°C與850°C之間、或在大約810°C與84011C之間的溫度，以及以在大約I升(L)/每分鐘(min)與10L/min之間、或在大約4L/min與8L/min之間的氫氣流率，來形成壘層。在實(shí)施中，以大約820°C的溫度形成壘層。在實(shí)施例中，阱層形成期間的氫氣流率已經(jīng)終止。在一些情況下，壘層的生長溫度與氫氣流率的增加成反比。也就是，氫氣流率越高，則生長溫度越低。在一些例子中，用于阱層的形成的溫度比用于壘層的形成的溫度低30V至40°C。
[0100]在范例中，通過以大約6升/每分鐘的H2流率，使TMG、NH3和H2流入反應(yīng)室，來在反應(yīng)室中的硅基板之上形成壘層。在預(yù)定時(shí)間段之后，H2流率終止，并且將銦前驅(qū)物與TMG和NH3引入反應(yīng)室內(nèi)，來形成阱層?？扇缙谕刂貜?fù)這種操作，來形成具有如期望的時(shí)段(即是壘-阱疊層數(shù)量)的多量子阱層。
[0101]生長率為許多裝置層的生長率，諸如有源層。在一些情況下，生長率取決于該驅(qū)物流率。也就是，流入反應(yīng)室中的前驅(qū)物的流率越高，則生長率越高。在其它情況下，生長率取決于氫氣的流率。在其它情況下，生長率取決于選自前驅(qū)物流率、氫氣流率、運(yùn)載氣體流率、反應(yīng)室壓力以及生長溫度中的一個(gè)或多個(gè)因素。
[0102]在一些實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管(LED)的方法包括通過將反應(yīng)室中的基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物來形成具有表面密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ HI2之間、或在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hi2之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的有源層。在有源層的形成期間:(i)基板的溫度在大約750°C與850°C之間；和/或(ii)氫氣(H2)進(jìn)入反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。在特定實(shí)施當(dāng)中，于有源層的形成期間，i)該基板的溫度在大約750°C與850°C之間；以及ii)氫氣(H2)進(jìn)入該反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。在一些情況下，氫氣的流率小于大約10升/每分鐘。
[0103]術(shù)語“基板”包括在該基板上具有或不具有附加材料層的基板。在一些情況下，將反應(yīng)室內(nèi)的基板曝露于III族前驅(qū)物與V族前驅(qū)物包括將基板之上的一個(gè)或多個(gè)層曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物。在其它情況下，將反應(yīng)室中的基板曝露于III族前驅(qū)物與V族前驅(qū)物包括將基板曝露于III族前驅(qū)物與V族前驅(qū)物。在實(shí)施例中，基板包括η型或P型II1-V族材料的層，并且有源層形成于該η型或P型II1-V族材料的層之上。在范例中，在硅基板之上形成的n-GaN之上形成有源層。
[0104]在一些情況下，于有源層形成期間，將基板同時(shí)曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物(并且在一些例子中與III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物接觸)。在其它情況下，于有源層的形成期間，將基板以交替方式曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物(即先是III族前驅(qū)物，接著是V族前驅(qū)物)。
[0105]在一些實(shí)施例中，形成發(fā)光二極管(LED)的方法包括在反應(yīng)室內(nèi)提供基板，并且以在大約750°C與790°C之間的第一溫度加熱基板。然后通過將III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中，來在基板上或之上形成阱層，其中阱層以第一運(yùn)載氣體流率來形成。在一些情況下，將其它前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中來形成阱層。接下來，以在大約790°C與850°C之間的溫度加熱基板，并且通過將III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室，來形成與阱層相鄰的魚層。魚層以第二運(yùn)載氣體流率來形成。在一些例子中，第一運(yùn)載氣體流率小于第二運(yùn)載氣體流率。
[0106]在實(shí)施例中，第二運(yùn)載氣體流率在大約I升/每分鐘與10升/每分鐘之間、或在大約4升/每分鐘與8升/每分鐘之間。運(yùn)載氣體可包括氫氣(H2)、氮?dú)?N2)、氬氣(Ar)以及氦氣(He)中的一種或多種。在一些例子中，運(yùn)載氣體為氫氣。運(yùn)載氣體幫助壘層和/或該阱層的生長。在一些實(shí)施例中，在壘層而不是阱層的形成期間使用運(yùn)載氣體。在范例中，于壘層形成期間，氫氣的流率在大約I升/每分鐘與10升/每分鐘之間、或在大約4升/每分鐘與8升/每分鐘之間。在這種例子中，于阱層的形成期間，可降低或終止氫氣的流率。
[0107]圖5圖解地示例根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成用于發(fā)光裝置的量子阱有源層的方法500。在第一操作505中，在反應(yīng)室中提供基板?；暹x擇為具有在大約IxlO8CnT2與5xl09Cm_2、或在大約IxlO9CnT2與2xl09之間的中等至高位錯(cuò)密度。在范例中，基板為硅(例如η型硅)。接下來，在第二操作510中，以在大約750°C與790°C之間的第一溫度加熱基板。在一些情況下，第一溫度在大約770°C與780°C之間。基板可借助于電阻加熱方式被加熱，諸如借助于與基板相鄰的承座(susc印tor)?？蓮某跏紲囟纫灶A(yù)定加熱或冷卻率上來調(diào)整基板的溫度。
[0108]接下來，在第三操作515中，在基板處于第一溫度時(shí)，通過將一種或多種阱層前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中，來在基板之上形成阱層。在一些實(shí)施例中，在阱層包括II1-V族材料時(shí)，將一種或多種III族前驅(qū)物和一種或多種V族前驅(qū)物導(dǎo)入反應(yīng)室中，來形成具有II1-V族半導(dǎo)體的阱層?；逶诘谝粶囟绕芈队谠撘环N或多種前驅(qū)物，直到形成預(yù)定厚度的阱層。
[0109]例如，在其中期望具有II1-V族半導(dǎo)體的阱層的例子中，在反應(yīng)室中導(dǎo)入一種或多種III族前驅(qū)物和一種或多種V族前驅(qū)物，并使基板曝露其中。在范例中，阱層的II1-V族半導(dǎo)體層包括氮化銦鎵，并且通過將三甲基銦(TMI)、三甲基鎵(TMG)、以及NH3和/或氮(N2)導(dǎo)入反應(yīng)室中來形成阱層。在另一范例中，阱層的II1-V族半導(dǎo)體層包括氮化鋁鎵，并且通過將三甲基鋁(TMA)、TMG、以及NH3和/或N2導(dǎo)入反應(yīng)室中來形成阱層。
[0110]接下來，在第四操作520中，以在大約790°C與850°C之間的第二溫度加熱基板。在一些情況下，第二溫度在大約810°C與840°C之間?？梢灶A(yù)定加熱率將基板的溫度從第一溫度調(diào)整為第二溫度。例如，基板的溫度可以以在大約0.10C /每秒與10°C /每秒之間、或大約0.50C /每秒與5°C /每秒之間的加熱率，從第一溫度升高至第二溫度。在范例中，加熱率為大約1°C /每秒。
[0111]接下來，在第五操作525中，在基板處于第二溫度時(shí)，通過在反應(yīng)室中導(dǎo)入一種或多種壘層前驅(qū)物和氫氣(H2)，來在基板之上形成壘層。在一些情況下，壘層包括II1-V族物質(zhì)。在這種例子中，將III族前驅(qū)物、V族前驅(qū)物以及氫氣(H2)導(dǎo)入反應(yīng)室中。將基板在第二溫度下曝露于一種或多種壘層前驅(qū)物和H2，直到形成預(yù)定厚度的壘層。在一些實(shí)施例中，于壘層形成期間，氫氣的流率在大約I升/每分鐘(L/min)與10L/min之間、或在大約4L/min 與 8L/min 之間。
[0112]例如，在其中期望具有II1-V族半導(dǎo)體的壘層的例子中，在反應(yīng)室中導(dǎo)入III族前驅(qū)物、V族前驅(qū)物和h2。在范例中，II1-V族半導(dǎo)體包括氮化鎵，III族前驅(qū)物包括鎵源氣體，諸如TMG，并且V族前驅(qū)物包括NH3或氮(N2)。在這種例子中，氫氣的流率在大約lL/min與10L/min之間，諸如例如6L/min。
[0113]接下來，可重復(fù)530操作510-525，以形成具有預(yù)定周期的阱-壘層疊層的有源層。在范例中，操作510-525重復(fù)一次、二次、三次、四次、五次、六次、或七次，以形成MQW有源層。
[0114]在一些實(shí)施例中，在操作505與510之間，在基板之上形成一個(gè)或多個(gè)附加層。在范例中，在借助于操作510-530形成有源層之前，在基板之上形成η型II1-V族半導(dǎo)體層。在其它實(shí)施例中，在形成有源層之后，于有源層上形成一個(gè)或多個(gè)層。在范例中，在有源層上形成P型II1-V族半導(dǎo)體層。
[0115]在依照方法500形成有源層之后，于有源層之上形成一個(gè)或多個(gè)附加層。在一些實(shí)施例中，在有源層之上形成P型II1-V族半導(dǎo)體層。在范例中，P型II1-V族半導(dǎo)體層包括P型GaN。也形成附加的前側(cè)和/或后側(cè)接觸部，以提供至η型II1-V族半導(dǎo)體層和ρ型II1-V族半導(dǎo)體層的電流路徑。
[0116]于此提供的發(fā)光裝置中一個(gè)或多個(gè)層可通過氣相(或氣態(tài))沉積技術(shù)形成。在一些實(shí)施例中，借助于化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)、等離子體增強(qiáng)ALD (PEALD)、金屬有機(jī)CVD (MOCVD)、熱線CVD (HWCVD)、初始CVD (iCVD)、改良式CVD(MCVD)、蒸發(fā)軸沉積(VAD)、外部蒸發(fā)沉積(OVD)和/或物理氣相沉積(例如濺鍍沉積、蒸發(fā)沉積)，來形成于此提供的發(fā)光裝置的一個(gè)或多個(gè)層。
[0117]雖然在具有II1-V族半導(dǎo)體材料，諸如氮化鎵，的發(fā)光裝置的上下文中描述了于此提供的方法與結(jié)構(gòu)，但是這些方法與結(jié)構(gòu)適用于其它類型的半導(dǎo)體材料。于此提供的方法及結(jié)構(gòu)可用于具有由氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、磷化鎵砷(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AlGaInP)、磷化鎵(GaP)、氮化銦鎵(InGaN)、磷化鋁鎵(AlGaP)、硒化鋅(ZnSe)、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、以及氮化鋁鎵銦(AlGaInN)所形成的有源層的發(fā)光裝置。
[0118]配置為形成發(fā)光裝置的系統(tǒng)
[0119]在本發(fā)明的方面中，用于形成發(fā)光裝置的系統(tǒng)包括:用于固定基板的反應(yīng)室；與反應(yīng)室流體連通的抽吸系統(tǒng)，該抽吸系統(tǒng)配置為清洗或排空反應(yīng)室；以及算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有處理器，用于執(zhí)行實(shí)施用于形成有源層的方法的機(jī)械可讀取程序代碼。該程序代碼可實(shí)施于此提供的任何方法。在實(shí)施例中，代碼實(shí)施包括以下形成有源層的方法:通過將反應(yīng)室中的基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物，來形成具有表面密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2之間、或在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ Hl2之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的有源層。在有源層的形成期間:i)基板的溫度在大約750°C與850°C之間；和/或ii)氫氣(H2)進(jìn)入反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。
[0120]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成發(fā)光裝置的系統(tǒng)600。系統(tǒng)600包括具有承座(或基板固定器)610的反應(yīng)室605，該承座配置為固定用于形成該發(fā)光裝置的基板。系統(tǒng)包括第一前驅(qū)物儲(chǔ)存容器(或箱)615、第二前驅(qū)物儲(chǔ)存容器620、以及運(yùn)載氣體儲(chǔ)存箱625。第一前驅(qū)物儲(chǔ)存容器615可用于容納III族前驅(qū)物(例如TMG)，并且第二前驅(qū)物儲(chǔ)存容器620可用于容納V族前驅(qū)物(例如NH3)。運(yùn)載氣體儲(chǔ)存箱625用于容納運(yùn)載氣體(例如H2)。系統(tǒng)600可包括其它儲(chǔ)存箱或容器，例如用于容納附加前驅(qū)物與運(yùn)載氣體。
[0121]系統(tǒng)600還包括真空系統(tǒng)630，來給反應(yīng)室605提供真空。真空系統(tǒng)630與反應(yīng)室605流體連通。在一些例子中，真空系統(tǒng)630被配置為借助于閥門，例如閘門閥，來與反應(yīng)室605隔離。系統(tǒng)600的控制器(或控制系統(tǒng))635實(shí)施用于在反應(yīng)室605中形成發(fā)光裝置，諸如形成發(fā)光裝置的一個(gè)或多個(gè)層，的方法?？刂破?35連通耦合至第一前驅(qū)物儲(chǔ)存容器615、第二前驅(qū)物儲(chǔ)存容器620、運(yùn)載氣體儲(chǔ)存箱625以及真空系統(tǒng)630中的每一個(gè)的閥門?？刂破?35可操作地耦合至承座610用于調(diào)節(jié)承座以及承座上的基板的溫度，并且耦合至真空系統(tǒng)630用于調(diào)節(jié)反應(yīng)室605中的壓力。
[0122]在一些情況下，真空系統(tǒng)630包括一個(gè)或多個(gè)選自渦輪分子(“渦輪”)泵、低溫泵、離子泵、和擴(kuò)散泵和機(jī)械泵的真空泵。泵可包括一個(gè)或多個(gè)備用泵，例如，渦輪泵的備用泵為機(jī)械泵。
[0123]在一些實(shí)施例中，控制器635被配置為調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)處理參數(shù)，諸如基板溫度、前驅(qū)物流率、生長率、氫氣流率以及反應(yīng)室壓力。控制器635包括處理器，其被配置為幫助執(zhí)行機(jī)器可執(zhí)行程序代碼，該程序代碼被配置為實(shí)施于此提供的方法。機(jī)器可執(zhí)行程序代碼儲(chǔ)存在物體儲(chǔ)存介上，諸如閃存、硬盤或被配置為儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)可執(zhí)行程序代碼的其它物理儲(chǔ)存介質(zhì)上。
[0124]在一些實(shí)施例中，控制器635被配置為調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)處理參數(shù)，以在有源層厚度小于或等于大約300nm、或小于或等于大約200nm、或小于或等于大約150nm，并且有源層位錯(cuò)密度在大約IxlO8CnT2與5xl09cnT2之間、或在大約IxlO9CnT2與2xl09cnT2之間時(shí)，生成V凹點(diǎn)表面密度在大約5%與30%之間、或在大約10%與20%之間的有源層。
[0125]范例
[0126]圖7A為娃上所形成的有源層的5 μ m χ5 μ m表面的AFM顯微圖(樣品A)。樣品A的有源區(qū)具有大約300nm的厚度。圖7B為硅上所形成的有源層的5 μ m χ5μπι表面的AFM顯微圖(樣品B)。樣品B的有源區(qū)具有大約150nm的厚度。樣品A和樣品B的有源層具有在大約IxlO9Cnr2與2xl09Cm_2之間的位錯(cuò)密度。樣品A的表面具有大約30%的V凹點(diǎn)表面覆蓋率，并且樣品B的表面具有大約10%的V凹點(diǎn)表面覆蓋率。在具有樣品A和B的厚度以及V凹點(diǎn)表面覆蓋率的有源層的硅上形成LED。具有樣品B的有源層的LED的光輸出效率比具有樣品B的有源層的LED高大約40%。圖7A和圖7B示例具有高位錯(cuò)材料與較薄有源區(qū)的LED為比具有高位錯(cuò)材料與較厚有源區(qū)的LED更有效率的光生成器。
[0127]除非特別要求，否則整個(gè)說明書與權(quán)利要求中所使用的單數(shù)或復(fù)數(shù)詞語也分別包括復(fù)數(shù)或單數(shù)。此外，詞語“于此”、“底下”、“以上”、“以下”以及類似意思的詞語作為整體引用本申請(qǐng)，而非本申請(qǐng)的任何特定部分。詞語“或”用于引用二或更多項(xiàng)的清單時(shí)，該詞語涵蓋該詞語的所有以下解釋:清單內(nèi)的任何項(xiàng)、清單內(nèi)的所有項(xiàng)目以及清單內(nèi)的項(xiàng)的任意組合。
[0128]從以上應(yīng)當(dāng)理解，雖然已經(jīng)示例并描述了特定實(shí)施，但是于此可以對(duì)其進(jìn)行許多修改和設(shè)想許多修改。本發(fā)明也不意圖受限于本申請(qǐng)文件中提供的具體范例。雖然已經(jīng)參考上述申請(qǐng)文件描述了本發(fā)明，但是于此本發(fā)明的實(shí)施例的描述與示例并沒有限制之意。更進(jìn)一步，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的所有方面并不受限于于此根據(jù)許多條件與變量所闡述的具體說明、配置或相對(duì)比例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白本發(fā)明實(shí)施例的形式與細(xì)節(jié)的許多修改。因此，設(shè)想本發(fā)明也應(yīng)涵蓋任何這種修改、變化與同等項(xiàng)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管(LED),包括: 第一層，其包括η型II1-V族半導(dǎo)體； 第二層，其與所述第一層相鄰，所述第二層包括在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料； 第三層，其與所述第二層相鄰，所述第三層包括P型II1-V族半導(dǎo)體；以及 硅基板，其與所述第一層或所述第三層之一相鄰， 其中所述有源材料包括一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)在所述有源層與所述第三層之間的界面處具有一個(gè)或多個(gè)開口，所述V凹點(diǎn)具有在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間的密度。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的密度在大約10個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與20個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中所述有源材料具有在大約IxlO8Cm-2與5x 109cm_2之間的位錯(cuò)密度。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管，其中所述有源層具有小于大約300納米(nm)的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中所述η型II1-V族半導(dǎo)體包括η型氮化鎵，并且所述P型II1-V族半導(dǎo)體包括P型氮化鎵。
6.如權(quán)利要求1所 述的發(fā)光二極管，其中所述發(fā)光二極管具有至少大約50%的外量子 效率。
7.一種發(fā)光二極管(LED),包括: 第一層，其具有η型II1-V族半導(dǎo)體； 第二層，其與所述第一層相鄰，所述第二層具有在電子與空穴復(fù)合時(shí)生成光的有源材料，所述第二層具有密度在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)；以及第三層，其與所述第二層相鄰，所述第三層具有P型II1-V族半導(dǎo)體。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，還包括與所述第一層或所述第三層相鄰的基板。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管，其中所述基板由硅或藍(lán)寶石形成。
10.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中所述發(fā)光二極管具有至少大約50%的外量子效率。
11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中所述第二層具有小于大約300nm的厚度。
12.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中所述η型II1-V族半導(dǎo)體包括η型氮化鎵，并且所述P型II1-V族半導(dǎo)體包括P型氮化鎵。
13.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中所述有源材料包括多個(gè)量子阱。
14.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其中所述有源材料包括交替的氮化鎵與氮化銦鎵或氮化銦鋁鎵薄膜。
15.一種發(fā)光二極管(LED)，包括: η型氮化鎵(GaN)層； P型GaN層；以及 有源層，其在所述η型GaN層與所述ρ型GaN層之間，所述有源層包括一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)在所述有源層與所述η型GaN層或所述ρ型GaN層之間的界面處具有一個(gè)或多個(gè)開口，所述一個(gè)或多個(gè)開口消耗的所述界面在所述界面的大約5%與30%之間。
16.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，還包括與所述η型GaN層或所述ρ型GaN層相鄰的基板。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)光二極管，其中所述基板由硅或藍(lán)寶石形成。
18.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，其中所述有源層包括一個(gè)或多個(gè)量子阱疊層，獨(dú)立疊層包括壘層和與所述壘層相鄰的阱層。
19.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，其中所述有源層包括多個(gè)周期，并且其中所述多個(gè)周期中的至少一個(gè)周期包括氮化銦鎵層或氮化銦鋁鎵。
20.如權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管，其中所述多個(gè)周期中的所述至少一個(gè)周期包括氮化鎵。
21.如權(quán)利要求15所述的發(fā)光二極管，其中所述界面在所述有源層與所述ρ型GaN層之間。
22.—種用于發(fā)光二極管(LED)中的有源層,包括發(fā)光材料,所述發(fā)光材料具有小于大約500納米的厚度和覆蓋率在大約5%與30%之間的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求22所述的有源層，其中所述有源層具有至少大約50%的外量子效率。
24.如權(quán)利要求22所述的有源層，其中所述有源層包括阱層和與所述阱層相鄰的壘層。`
25.如權(quán)利要求24所述的有源層，還包括i)與所述阱層相鄰的附加壘層，或ii)與所述壘層相鄰的附加阱層。
26.—種用于發(fā)光二極管(LED)中的有源層,包括發(fā)光材料,所述發(fā)光材料具有小于大約500納米的厚度和在所述有源層的表面處具有一個(gè)或多個(gè)開口的一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)具有在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2之間的密度。
27.一種形成發(fā)光二極管(LED)的方法，包括: 形成與有源層相鄰的η型II1-V族半導(dǎo)體層或ρ型II1-V族半導(dǎo)體層， 其中通過在一個(gè)或多個(gè)生長條件下，將基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物來形成所述有源層，所述一個(gè)或多個(gè)生長條件被選擇為在所述有源層內(nèi)生成一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)，所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)在所述有源層與所述η型II1-V族半導(dǎo)體層或所述ρ型II1-V族半導(dǎo)體層之間的界面處具有一個(gè)或多個(gè)開口，所述V凹點(diǎn)具有在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/μ m2之間的密度。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述II1-V族半導(dǎo)體包括氮化鎵。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述III族前驅(qū)物包括鎵。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述V族前驅(qū)物包括氮。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述V族前驅(qū)物選自氨。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中以在大約750°C與850°C之間的溫度來形成所述有源層。
33.如權(quán)利要求27所述的方法，其中以在大約I升/每分鐘與20升/每分鐘之間的氫氣(H2)流率來形成所述有源層。
34.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述基板包括硅。
35.一種形成發(fā)光二極管(LED)的方法，包括: 通過將反應(yīng)室中的基板曝露于III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物以形成具有一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的有源層來形成有源層，所述一個(gè)或多個(gè)V凹點(diǎn)的密度在大約I個(gè)V凹點(diǎn)/ μ m2與30個(gè)V凹點(diǎn)/μ m2之間， 其中在所述有源層的形成期間: i)所述基板的溫度在大約750°C與850°C之間；和/或 ?)氫氣(H2)進(jìn)入所述反應(yīng)室的流率小于或等于大約20升/每分鐘。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，其中所述基板包括η型II1-V族材料或ρ型II1-V族材料的層，并且所述有源層形成于所述η型II1-V族材料或所述ρ型II1-V族材料的所述層之上。
37.一種形成發(fā)光二極管(LED)的方法，包括: 在反應(yīng)室中提供基板； 通過將III族前驅(qū)物和V族前驅(qū)物導(dǎo)入所述反應(yīng)室中來形成與所述基板相鄰的量子阱層，其中以在大約750°C與790°C之間的生長溫度來形成所述量子阱層；以及 通過將所述III族前驅(qū)物和所述V族前驅(qū)物導(dǎo)入所述反應(yīng)室中來形成與所述量子阱層相鄰的壘層，其中以在大約790°C與850°C之間的生長溫度來形成所述壘層， 其中利用施主材料來形成所述壘層。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中所述基板包括硅。
39.如權(quán)利要求37所述的方法，其中以在大約I升/每分鐘與20升/每分鐘之間的氫氣(H2)流率來形成所述壘層。
【文檔編號(hào)】H01L33/30GK103430333SQ201280011989
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】J·拉默, S·丁 申請(qǐng)人:東芝技術(shù)中心有限公司