異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。一種用于形成發(fā)光器件的方法包括在單晶襯底上形成III-V單晶發(fā)射層以及在所述發(fā)射層上形成第一摻雜層。在所述第一摻雜層上沉積第一接觸。通過機(jī)械方法從所述發(fā)射層去除所述單晶襯底。在所述發(fā)射層的去除所述襯底的一側(cè)上形成第二摻雜層。所述第二摻雜層具有與所述第一摻雜層相反的摻雜劑導(dǎo)電性。在所述第二摻雜層上沉積第二接觸。
【專利說明】異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及異質(zhì)結(jié)器件，更具體地說，涉及具有減少缺陷可能性的經(jīng)濟(jì)性的發(fā)光 二極管。

【背景技術(shù)】
[0002] 寬帶隙發(fā)光二極管（LEDs)(如：紫外光（UV)、藍(lán)光以及特別是白光）在顯示和照 明應(yīng)用上引起了高度興趣。寬帶隙材料通常非常貴，且作為形成這些材料所需的外延生長 工藝需要高溫。這些高費用與低成本和/或撓性襯底不相容。再者，典型的低成本和/或 撓性襯底不需要經(jīng)受這樣高的工藝溫度。
[0003] 低溫替代物包括機(jī)LED以及a-SiC:Hp-i-n LEDs。然而，因為該發(fā)射范圍涉及的高 激子能導(dǎo)致化學(xué)淬滅，有機(jī)LEDs遭受短壽命。由于非晶材料所固有的大密度缺陷的存在， a-SiC:H p-i-n LED遭受在本征a-SiC:H發(fā)射層的過量非輻射復(fù)合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一種形成發(fā)光器件的方法，包括：在單晶襯底上形成III- V單晶發(fā)射層；在所述 發(fā)射層上形成第一摻雜層；在所述第一摻雜層上沉積第一接觸；通過機(jī)械方法從所述發(fā)射 層去除所述單晶襯底；在所述發(fā)射層的去除所述襯底的一側(cè)上形成第二摻雜層，所述第二 摻雜層具有與所述第一摻雜層相反的摻雜劑導(dǎo)電性；以及在所述第二摻雜層上沉積第二接 觸。
[0005] -種發(fā)光器件包括具有通過剝離工藝所形成的裂開表面的III - V單晶發(fā)射層。在 所述發(fā)射層的所述裂開面上形成第一摻雜層，以及在所述第一摻雜層上形成第一接觸。在 所述發(fā)射層的與所述裂開表面相反的一側(cè)上形成第二摻雜層。在所述第二摻雜層上形成第 -接觸。
[0006] 另一種發(fā)光器件包括III - V單晶發(fā)射層、在所述發(fā)射層的第一側(cè)上形成的熱載流 子隧穿注入（HTI)層、在所述第一 HTI層上形成的第一摻雜層和在所述第一摻雜層上形成 的第一接觸。在所述發(fā)射層的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上形成第二HTI層。在所述第二 HTI層上形成第二摻雜層，以及在所述第二摻雜層上形成第二接觸。
[0007] 通過下文的【具體實施方式】的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖閱讀，上述及其它特征和優(yōu)點將 顯然明了。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 通過引用下列附圖，本公開將提供下述優(yōu)選實施例的細(xì)節(jié)：
[0009] 圖1為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在其上形成的III - V單晶發(fā)射層的襯底的截面圖；
[0010] 圖2為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在其上形成的HTI層、摻雜層和接觸層的圖1所示 襯底的截面圖；
[0011] 圖3為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在轉(zhuǎn)移工藝期間裂開該發(fā)射層后在其上形成的處 理襯底的圖2的襯底的截面圖；
[0012] 圖4為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在其上形成的另外的HTI層、摻雜層和接觸層的圖 3的襯底的截面圖；
[0013] 圖5為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在其上形成的摻雜層和接觸層的圖1的襯底的截面 圖；
[0014] 圖6為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在轉(zhuǎn)移工藝期間裂開該發(fā)射層后形成的處理襯底 的圖5的襯底的截面圖；
[0015] 圖7為根據(jù)本發(fā)明原理的具有在其上形成的另外的摻雜層和接觸層的圖6的襯底 的截面圖；
[0016] 圖8為根據(jù)本發(fā)明原理的安裝到或接合到（毯式）有源矩陣背板的撓性異質(zhì) 結(jié)-LED(HJ-LED)的截面圖。
[0017] 圖9為根據(jù)本發(fā)明原理的安裝到或接合到有源矩陣背板并采用用于頂部發(fā)射器 件的顏色濾光器的撓性白光異質(zhì)結(jié)-LED(HJ-LED)的截面圖；
[0018] 圖10為根據(jù)本發(fā)明原理的安裝到或接合到有源矩陣背板并采用用于底部發(fā)射器 件顏色濾光器的撓性白光異質(zhì)結(jié)-LED(HJ-LED)的截面圖；
[0019] 圖11為根據(jù)本發(fā)明原理的安裝到或接合到有源矩陣背板以在不采用顏色濾光器 的情況下形成亞像素的彩色HJ-LED的截面圖；
[0020] 圖12為示出了根據(jù)說明性實施例的形成發(fā)光器件的框圖/流程圖。

【具體實施方式】
[0021] 根據(jù)本發(fā)明原理，提供了包括III - V發(fā)射層的異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管LED器件。在一 個實施例中，采用了薄GaN(或其它寬帶隙III- V材料）發(fā)射層和摻雜的a_SiC:H基注入 層。該薄GaN發(fā)射層可通過層轉(zhuǎn)移工藝從主襯底轉(zhuǎn)到處理襯底上。這顯著降低了襯底成本。 a-SiC:H注入層優(yōu)選用如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD)的低溫方法生長，消除了 對高溫外延生長的需要。因為GaN層是晶體，發(fā)射層中的非輻射復(fù)合基本上被消除。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明原理，用其它III - V晶體材料的c-GaN取代傳統(tǒng)的發(fā)射層（如： a_SiC:H)。這消除了發(fā)射層中的傳統(tǒng)器件要遭受的非輻射復(fù)合。在器件中使用各種III-N 和其它III-V材料是可能的。a-SiC:H(帶隙，結(jié)晶度等）注入層的性能因 PECVD生長條件 的不同而可寬泛調(diào)整。本實施例可用于諸如固態(tài)照明、撓性顯示器、可穿戴式電子設(shè)備等。
[0023] 應(yīng)理解，將用具有襯底和層疊層的給定說明性構(gòu)造來描述本發(fā)明；然而，其它的構(gòu) 造、結(jié)構(gòu)、襯底、材料和工藝特征以及步驟可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)變化。
[0024] 還應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)諸如層、區(qū)域或者襯底的元件稱為在另一元件"上"或在另一元件 "之上"時，它可以直接在該另一元件之上，或者也可以存在插入元件。相反，當(dāng)元件被述為 "直接"在另一元件"上"或"直接在"另一元件"之上"時，不存在插入元件。還應(yīng)理解，當(dāng) 一個元件"連接"或"耦合"到另一元件時，它可以直接連接到或耦合到該另一元件，或者可 以存在插入元件。相反，當(dāng)一個元件稱為"直接連接"或"直接耦合"到另一元件時，不存在 插入元件。
[0025] 可以產(chǎn)生用于集成電路集成的發(fā)光二極管器件的設(shè)計，或者發(fā)光二極管器件的設(shè) 計可以與印刷電路板上的部件相結(jié)合。電路/板以圖形計算機(jī)編程語言體現(xiàn)，并且存儲在 計算機(jī)存儲媒介（如：盤、帶、物理硬盤驅(qū)動器、或諸如位于存儲存取網(wǎng)絡(luò)中的虛擬硬盤驅(qū) 動器）中。若設(shè)計者不制造芯片或者用以制造芯片或LED器件的光刻掩模，則設(shè)計者可以 直接或間接將所得到的設(shè)計通過物理手段（例如，通過提供存儲有該設(shè)計的存儲介質(zhì)的副 本）或者電子地（如：通過互聯(lián)網(wǎng)）傳送到這等實體。然后，所存儲的設(shè)計可轉(zhuǎn)換成恰當(dāng)?shù)?形式（如：⑶SII)，用于制造光刻掩模，光刻掩模通常包括要形成在晶片上所討論的芯片設(shè) 計的多個副本。光刻掩?？捎糜谙薅ňê?或其上的層）的要蝕刻的或者要以其它方 式處理的區(qū)域。
[0026] 本申請中描述的方法用于制造 LED器件和/或具有LED或其它器件的集成電路芯 片。所得到的器件/芯片可以以原料晶片的形式、（也就是，作為具有多個未封裝的器件/ 芯片的單個晶片）作為裸管芯或者以封裝形式由制造者分配。在后面的情況下，器件/芯 片以單個芯片封裝（諸如：塑料載體，具有固定到母板或其它更高級載體上的引線）安裝或 者以多芯片封裝（例如，具有表面互連或掩埋互連、或者表面互連和掩埋互連的陶瓷載體） 安裝。在任一種情況下，該器件/芯片然后可以作為（a)諸如母板的中間產(chǎn)品的或者（b) 最終產(chǎn)品的一部分，與其它芯片、分立電路元件、和/或其它信號處理裝置集成。最終產(chǎn)品 可以是包括集成電路芯片的任何產(chǎn)品，包括玩具、能量收集器、太陽能器件和其它應(yīng)用，該 應(yīng)用包括含有顯示器、鍵盤或其它輸入設(shè)備以及中央處理器的計算機(jī)產(chǎn)品或裝置。
[0027] 也應(yīng)理解，將用所列出的元素，如：GaN或者SiC，來描述材料化合物。化合物包括 其內(nèi)元素的不同比例，如：GaN包括Ga xNh,此處X小于等于1,或SiC包括Si^CwX小于等 于1，等。此外，該化合物也可包括其它元素，諸如AlGaN，仍按照本發(fā)明原理起作用。帶有 附加元素的化合物在此被稱為合金。
[0028] 在說明書中對本發(fā)明原理的"一個實施例"或者"實施例"及其其它變型的引用， 意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性等等包括在本發(fā)明原理的至少一個實施 例中。因此，在貫穿說明書在各處出現(xiàn)的短語"在一個實施例中"或"在實施例中"以及其 任何其它變型，不必都指相同的實施例。
[0029] 應(yīng)當(dāng)理解，下文中和/或"以及"至少......一個"中任何一個的使用，t匕 如，在"A/B"、"A和/或B"和"A和B中的至少一個"的情況下，旨在包括：僅選擇第一個所 列選項（A)、或僅選擇第二個所列選項（B)、或兩個選項都選（A和B)。作為進(jìn)一步的例子， 在"A、B和/或C"和"A、B、C中的至少一個"的情況下，此類短語旨在包括：僅選擇第一個 所列選項（A)、或僅選擇第二個所列選項（B)、或僅選擇第三個所列選項（C)、或僅第一個和 第二個所列選項（A和B)、或僅選擇第一個和第三個所列選項（A和C)、或僅選擇第二個和 第三個所列選項（B和C)、或者是三個選項都選（A、B和C)。本領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員可顯而易見地將這擴(kuò)展到同樣數(shù)量列出的項目上。
[0030] 現(xiàn)在參考附圖，其中相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的元件。首先參考圖1，根據(jù) 一個說明性的實施例，圖1為具有形成在其上的發(fā)射層104的襯底102的截面圖。襯底102 可包括GaN、藍(lán)寶石、Si以及其它III-V材料等。襯底102優(yōu)選為單晶襯底以支持其上的用 于發(fā)射層104的晶體III - V層的形成。發(fā)射層104的III - V層材料優(yōu)選包括III-N材料，且 在特定的有用的實施例中，該III-V層包括GaN單晶（c-GaN)。可采用外延生長工藝形成 發(fā)射層104。發(fā)射層104可由與襯底102相同或不同的材料組成。在一些實施例中，發(fā)射 層104和襯底102由相同的材料組成，發(fā)射層104是襯底102的一部分而非形成在襯底102 上；例如，若襯底102由c-GaN構(gòu)成，發(fā)射層104也由c-GaN構(gòu)成。晶體形式的發(fā)射層104 提供了典型為非晶氫化SiC(a-SiC:H)的傳統(tǒng)發(fā)射層的替代。發(fā)射層104可包括用于發(fā)光 二極管器件的GaN ;然而，也可采用其它III - V材料。例如，III -N和III -P材料在藍(lán)光、紫外 光和白光LED方面引起了興趣。然而，可采用任何III - V材料，本發(fā)明實施例也可適用于藍(lán) 光、綠光、紅光或任何其它顏色的LED。
[0031] 參考圖2,可在發(fā)射層104上形成熱載流子隧穿注入（HTI)層106。HTI層106優(yōu) 選為非晶（如，a-Si:H或a-SiC:H)，以提供較大的帶隙。HTI層的材料可包括本征或輕摻 雜材料以提供更高的電阻率?；蛘撸琀TI層106可包括諸如a-SiN x:H、a-SiOx:H、a-SiOxNy:H 等的薄絕緣層。優(yōu)選使用低溫工藝（如，低于400攝氏度）形成HTI層106。應(yīng)理解，在沉 積HTI層之前，可用標(biāo)準(zhǔn)清洗法和/或氫封端（termination)步驟（如，浸在稀釋的氫氟酸 溶液中）處理發(fā)射層104的表面，以改進(jìn)發(fā)射層和HTI層間的界面。
[0032] 可通過優(yōu)選在低于400°C的溫度下、更為優(yōu)選的是在150_250°C之間的溫度下，采 用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)來生長包括SiC:H的HTI層106。然而，也可采用諸 如熱線CVD(HWCVD)的其它CVD方法。用于生長SiC:H層的氣體可包括作為Si源的硅烷、 乙硅烷和二氯硅烷（diclorosilane)等以及作為C源的甲烷、乙炔和丙烷等，以及作為載體 氣體的氫氣或氣氣。也可以使用諸如氦氣、氮氣和氦氣的其它載體氣體。
[0033] 若采用了 a_SiNx:H、a_SiOx:H 或 a_SiOxNy:H，則可通過射頻（RF)PECVD 生長這些 層，然而也可采用直流電（DC)和甚高頻（VHF)PECVD工藝。也可使用如kHz的其它頻率范 圍以及其它的CVD技術(shù)。a-SiN x: H、a-SiOx: Η或a-SiOxNy: Η可從作為N源的如氨氣、一氧化 二氮（Ν20)，作為Si源的硅烷、乙硅烷等，作為氧源的二氧化碳、氧氣、一氧化二氮等氣體生 長，且可包括諸如氫氣、氘氣、氦氣、氬氣及氮氣等的載體氣體。
[0034] 該HTI層106可以是本征的或者是輕摻雜的。根據(jù)布置，通過用于η型的磷化氫、 胂（arsine)等，用于ρ型的乙硼烷、ΤΜΒ(三甲基硼）等原位提供摻雜。
[0035] 若有層106,在HTI層106上形成摻雜層108 ;若無層106,則直接在發(fā)射層104上 形成摻雜層108。應(yīng)理解，在沉積摻雜層之前，可以用標(biāo)準(zhǔn)清洗法和/或氫封端步驟（如， 浸在稀釋的氫氟酸溶液中）處理HTI層106的表面，以改進(jìn)HTI層和摻雜層間的界面；若 無 HTI層，則改進(jìn)發(fā)射層和摻雜層間的界面。然而，若HTI層和摻雜層是用同樣的沉積工具 形成的（或者是彼此相連的不同沉積工具/室），且沒有打破真空，在沉積摻雜層之前的對 HTI層的表面處理則可為非必需的。
[0036] 摻雜層108可包括SiC:H，也可采用其它材料。摻雜層108優(yōu)選納米晶體（如， nc-SiC:H)或微晶體（如，yc-SiC:?以得到更高激活的摻雜和更好的載流子注入。若對 摻雜層108采用SiC:H，則可用進(jìn)行和之前上述HTI層106相似的處理。例如，DC和非DC 工藝均可被采用，這些工藝包括標(biāo)準(zhǔn)RF(如，13. 56MHz)或甚高頻（VHF)PECVD。對a-Si:H， 優(yōu)選使用RF或DC等離子體；對nc/ μ c-SiC:H，優(yōu)選采用RF或VHF，具有如60-120MHz的優(yōu) 選頻率范圍的VHF更為優(yōu)選。也可以采用如kHz的其它頻繁范圍。優(yōu)選使用低溫工藝（如， PECVD)形成摻雜層108。
[0037] 用于生長SiC:H層的氣體可包括：作為Si源的硅烷、乙硅烷、二氯甲硅烷等，作為 C源的甲烷、乙炔和丙烷等，以及包括作為載體氣體的氫氣或氘氣。也可以使用諸如氬氣、氮 氣和氦氣的其它載體氣體。通過用于η型的磷化氫、胂等來摻雜層108,用于p型的乙硼烷、 TMB(三甲基硼）等來提供層108的原位摻雜。SiC:H層（層106、116、108、118)可包括N、 0、F、C1、D(氣）和Ge等或其組合。在該情況下，這些物種（species)原子百分比濃度可在 1-10范圍內(nèi)；然而，也可以有更高或更低的濃度。
[0038] 在摻雜層108上形成接觸110。接觸110可包括如Mo、A1等的金屬。在一個實施 例中，接觸110包括透明導(dǎo)電材料，且可以包括如氧化銦錫（ΙΤ0)或摻鋁氧化鋅（Ζη0:Α1) 的透明導(dǎo)電氧化物（TC0)。
[0039] 接下來，為轉(zhuǎn)移工藝準(zhǔn)備發(fā)射層104。在一個實施例中，限定了裂開線112以裂開 或分離襯底102。裂開或分離工藝包括用機(jī)械力（如，剝離、智能切割等）的層的分離。裂 開或分離工藝可包括任何其它合適的晶片轉(zhuǎn)移工藝。在其它實施例中，可從發(fā)射層104拋 光或蝕刻掉襯底102。
[0040] 參考圖3,示出了裂開線112以供參考，層疊層已被反轉(zhuǎn)以進(jìn)行下步工藝。處理襯 底114已被附到接觸110。在分離工藝之前添加處理襯底114,也可在分離工藝之后添加該 處理襯底。處理襯底114(或帶）可附到接觸110。處理襯底114可包括任何合適的材料，也 可包括晶體襯底、陶瓷或撓性材料。該處理或撓性襯底114可包括諸如聚對苯二甲酸乙二 醇酯（PET)、聚酰亞胺等的熱塑性塑料的聚合材料；及諸如預(yù)浸料板等的增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。
[0041] 參考圖4,在發(fā)射層104上可選地形成另一 HTI層116。HTI層116優(yōu)選為非晶 (如，a-Si:H或a-SiC:H)以提供更大的帶隙。HTI層材料可包括本征的或輕摻雜材料以提 供更高的電阻率。可選地，該HTI層116還可包括諸如a-SiN x:H、a-SiOx:H、a-SiOxNy:H等 的薄絕緣層。優(yōu)選使用低溫工藝（如：在400攝氏度以下）形成HTI層116。
[0042] 可通過優(yōu)選在低于400°C的溫度下、更為優(yōu)選的是在150_250°C之間的溫度下，使 用等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD)來生長包括SiC:H的HTI層116。然而，也可采用其它的 諸如熱線CVD(HWCVD)的CVD技術(shù)。用于生長SiC:H的氣體可包括作為Si源的硅烷、乙硅 烷和二氯硅烷等，作為C源的甲烷、乙炔和丙烷等，以及作為載體氣體的氫氣或氘氣。也可 以使用諸如氬氣、氮氣和氦氣的其它載體氣體。
[0043] 若采用了 a_SiNx:H、a_SiOx:H 或 a_SiOxNy:H，則可通過 RF PECVD 生長這些層，然 而也可采用DC和VHFPECVD工藝。也可使用如kHz的其它頻率范圍以及其它的CVD技術(shù)。 a-SiNx: H、a-SiOx: Η或a-SiOxNy: Η可從作為N源的諸如氨氣、一氧化二氮（N20)的氣體，作為 Si源的硅烷、乙硅烷等，作為氧源的二氧化碳、氧氣、一氧化二氮等氣體中生長，且可包括諸 如氫氣、氣氣、氦氣、氦氣及氮氣等的載體氣體。
[0044] 該HTI層116可以是本征的或者是輕摻雜的。根據(jù)布置，可通過用于η型的磷化 氫、胂等，用于Ρ型的乙硼烷、ΤΜΒ(三甲基硼）等原位提供摻雜。若該ΗΤΙ116層為輕摻雜， 則其包括與ΗΤΙ層106導(dǎo)電性相反的摻雜劑。
[0045] 在ΗΤΙ層116上形成摻雜層118,或若無 ΗΤΙ層116,則在發(fā)射層104上形成摻雜層 118。摻雜層118包括與摻雜層108相反的摻雜劑導(dǎo)電性。摻雜層118可包括SiC:H，然而也 可采用其它材料。摻雜層118優(yōu)選為納米晶體（如，nc-SiC:H)或微晶體（如，μ c-SiC:H) 以得到更高激活的摻雜和更好的載流子注入。若對于摻雜層118使用SiC:H，則可進(jìn)行和 之前上述HTI層116相似的處理。例如，DC和非DC工藝均可被采用，這些工藝包括標(biāo)準(zhǔn) RF(如，13. 56MHz)或甚高頻（VHF)PECVD。對a-Si:H，優(yōu)選使用RF或DC等離子體；對nc/ yc-SiC:H，優(yōu)選使用RF或VHF，具有如60-120MHZ的優(yōu)選頻率范圍的VHF更為優(yōu)選。也可 以采用如kHz的其它頻率范圍。優(yōu)選使用低溫工藝（如，PECVD)形成摻雜層118。
[0046] 用于生長SiC:H層的氣體可包括：作為Si源的硅烷、乙硅烷、二氯甲硅烷等，作為 C源的甲烷、乙炔和丙烷等，以及作為載體氣體的氫氣或氘氣。也可以使用諸如氬氣、氮氣 和氦氣的其它載體氣體。通過用于η型的磷化氫、胂等，以及通過用于p型摻雜的乙硼烷、 ΤΜΒ(三甲基硼）等來提供層118的摻雜。SiC:H層（層106、116、108、118)可包括N、0、F、 C1、D(氘）和Ge等，或其組合。在該情況下，這些物種的原子百分比濃度可在1-10范圍內(nèi)； 然而，也可以有更高或更低的濃度。
[0047] 在摻雜層118上形成另一接觸120。接觸120可包括如Μο、Α1等的金屬。在一個實 施例中，接觸120包括透明導(dǎo)電材料，且可以包括如氧化銦錫（ΙΤ0)或摻鋁氧化鋅（ZnO: A1) 的透明導(dǎo)電氧化物（TC0)。
[0048] 處理襯底114可去除也可不去除。如圖4所示，現(xiàn)在提供了發(fā)光二極管器件。然 而，也可以通過使用相同或相似的結(jié)構(gòu)和處理技術(shù)形成其它器件。這些結(jié)構(gòu)可包括固態(tài)照 明、撓性顯示器、可穿戴式電子設(shè)備等。通過采用純（pristine)晶體發(fā)射層（如，GaN)，可 實質(zhì)上消除發(fā)射層中的非輻射復(fù)合。各種III-N和III- V材料都可用來做發(fā)射層，以及晶片 轉(zhuǎn)移處理確保了低成本處理。此外，本發(fā)明原理可采用a-Si:H注入層（106, 116)。對HTI 層106和116的組成和處理通過PECVD的生長條件，提供了寬泛的可調(diào)特性（如，可調(diào)特性 可包括帶隙、結(jié)晶度等）。
[0049] 參考圖5,示出了根據(jù)另一說明性實施例的具有形成在其上的發(fā)射層104的襯底 102的截面圖。該襯底102可包括GaN、藍(lán)寶石、Si和其它III - V材料等。優(yōu)選襯底102為 單晶襯底，以支持在其上的用于發(fā)射層104的晶體III - V層的形成。發(fā)射層104的III - V 層材料優(yōu)選包括III -N材料，且在特定的有用的實施例中，該III - V層包括單晶GaN納米晶 (c-GaN)?？赏ㄟ^采用外延生長工藝形成發(fā)射層104。發(fā)射層104可由與襯底102相同或不 同的材料組成。
[0050] 在一些發(fā)射層104和襯底102由相同材料構(gòu)成的實施例中，發(fā)射層104可為襯底 102的一部分而非形成在襯底102上；例如，若襯底102由c-GaN組成，則發(fā)射層104也由 c-GaN構(gòu)成。晶體形式的發(fā)射層104提供了典型為非晶氫化SiC(a-SiC:H)的傳統(tǒng)發(fā)射層的 替代。發(fā)射層104可包括用于發(fā)光二極管器件的GaN ;然而，也可采用其它III - V材料。例 如，III -N和III -P材料在藍(lán)光、紫外光和白光LED方面引起了興趣。然而，可采用任何III - V 材料，本發(fā)明實施例也可適用于藍(lán)光、綠光、紅光或任何其它顏色的LED。
[0051] 直接在發(fā)射層104上形成慘雜層108。慘雜層108可包括SiC: H，然而，也可米用 其它材料。摻雜層108優(yōu)選為納米晶體（如，nc-SiC:H)或微晶體（如，μ c-SiC:H)以得到 更高激活的摻雜和更好的載流子注入。若對于摻雜層108采用SiC:H，則DC和非DC工藝均 可被采用，這些工藝包括標(biāo)準(zhǔn)RF(如，13. 56MHz)或甚高頻（VHF)PECVD。優(yōu)選使用低溫工藝 (如，PECVD)形成摻雜層108。
[0052] 在摻雜層108上形成接觸110。接觸110可包括如Mo、A1等的金屬。在一個實施 例中，接觸110包括透明導(dǎo)電材料且包括如氧化銦錫（ΙΤ0)或摻鋁氧化鋅（Ζη0:Α1)的透明 導(dǎo)電氧化物（TC0)。
[0053] 接下來，為轉(zhuǎn)移工藝準(zhǔn)備了發(fā)射層104。在一個實施例中，限定了裂開線112以裂 開或分離襯底102。裂開或分離工藝包括用機(jī)械力（如，剝離、智能切割等）的層的分離。 切割或分離工藝可包括任何其它合適的晶片轉(zhuǎn)移工藝。在其它實施例中，可從發(fā)射層104 拋光或蝕刻掉襯底102。
[0054] 參考圖6,示出了裂開線112以供參考，層疊層已被前后反轉(zhuǎn)以進(jìn)行下步工藝。已 粘附處理襯底114到接觸110?？稍诜蛛x工藝之前或之后添加處理襯底114?？烧掣教幚?襯底114(或帶）到接觸110。處理襯底114可包括任何合適的材料，也可包括晶體襯底、陶 瓷或撓性材料。該處理或撓性襯底114可包括諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚酰亞胺 等的熱塑性塑料的聚合材料；及諸如預(yù)浸料板等的增強(qiáng)環(huán)氧樹脂等。
[0055] 參考圖7,在發(fā)射層104上形成了另一摻雜層118。摻雜層118包括與摻雜層108 相反的摻雜劑導(dǎo)電性。摻雜層118可包括SiC:H，然而也可采用其它材料。摻雜層118優(yōu)選 為納米晶體（如，nc-SiC:H)或微晶體（如，yc-SiC:?以得到更高激活的摻雜和更好的 載流子注入。若對摻雜層118采用SiC:H，則DC和非DC工藝均可被采用，這些工藝包括標(biāo) 準(zhǔn)RF(如，13. 56MHz)或甚高頻（VHF)PECVD。優(yōu)選使用低溫工藝（如，TOCVD)形成摻雜層 118。
[0056] 在摻雜層118上形成另一接觸120。接觸120可包括如Μο、Α1等的金屬。在一個實 施例中，接觸120包括透明導(dǎo)電材料且也可包括如氧化銦錫（ΙΤ0)或摻鋁氧化鋅（Ζη0:Α1) 的透明導(dǎo)電氧化物（TC0)。處理襯底114可去除也可不去除。如圖7所示，現(xiàn)在提供了發(fā)光 二極管器件。然而，也可以通過使用相同或相似的結(jié)構(gòu)和處理技術(shù)形成其它器件。這些結(jié) 構(gòu)可包括固態(tài)照明、撓性顯示器、可穿戴式電子設(shè)備等。通過采用純晶體發(fā)射層（如，GaN)， 可實質(zhì)上消除發(fā)射層中的非輻射復(fù)合。各種III -N和III - V材料都可用于發(fā)射層104,以及 晶片轉(zhuǎn)移處理確保了低成本處理。應(yīng)理解，該器件可包括一個HTI層（106或116)、兩個HTI 層或無 HTI層。若需要，可去除處理襯底114。
[0057] 圖8-11示出了接合到薄膜晶體管（TFT)有源矩陣背板的異質(zhì)結(jié)LED的不同的說 明性配置。背板可是撓性的或剛性的。也可考慮其它結(jié)構(gòu)和特征。
[0058] 參考圖8,接合撓性異質(zhì)結(jié)LED (HJ-LED) 200到TFT有源矩陣背板202。通過如金 屬到金屬接合等，使用到結(jié)構(gòu)中的TC0/金屬部分204的接觸層，接合HJ-LED200到有源矩 陣背板。為了頂部發(fā)射或雙面顯示器件，可去除處理襯底（114)。LED200的橫向傳導(dǎo)可以 忽略；因此，對于單色或白光LED加顏色濾光器應(yīng)用，無需圖案化。
[0059] 在襯底220上形成驅(qū)動器TFT206,包括在其上的柵極導(dǎo)體208及導(dǎo)電墊或?qū)щ娋€ 路。在柵極導(dǎo)體208上形成半導(dǎo)電島210 (溝道），該島跨過源極/漏極金屬212和源極/ 漏極金屬214傳導(dǎo)。在島210上的高摻雜或?qū)щ妳^(qū)216的之上形成源極金屬212和漏極金 屬214。在島210和柵極導(dǎo)體208間布置柵極電介質(zhì)218 (如，氮化物）。在TFT之上形成 鈍化層222,鈍化層222支持TC0/金屬204。在HJ-LED200上形成第二接觸層224或者接 合第二接觸層224到器件200的接觸層（如110或120)。應(yīng)理解，背板可包括未在本例子 說明的另外的TFT或其它部件。如本領(lǐng)域所公知，至少使用一個附加的TFT用于行選擇，至 少采用一個電容用于電荷存儲。在一個實施例中，襯底220和HJ-LED200均為撓性（其它 結(jié)構(gòu)亦同），以允許整個結(jié)構(gòu)的彎曲或卷繞。
[0060] 參考圖9,另一 HJ-LED300被接合到TFT有源矩陣背板，并配置為用于頂部發(fā)射 (通過顏色濾光器302, 304)。在本實施例中，HJ-LED300包括白光LED、顏色濾光器302和 304。盡管只繪出兩種顏色濾光器，但顏色濾光器優(yōu)選包括紅光、綠光和藍(lán)光（RGB)濾片。在 TFT206之上均厚（blanket)沉積或形成LED300。LED300的有源區(qū)域取決于下面的用于發(fā) 光的結(jié)構(gòu)（如，TCO/金屬204)。如前，由于LED300的橫向傳導(dǎo)可忽略，無需圖案化LED300。 在一些實施例中，如本領(lǐng)域所公知，可使用轉(zhuǎn)換層以轉(zhuǎn)換從LED發(fā)射的光。在一個例子中， 可使用由磷光材料組成的轉(zhuǎn)換層以從紫外（UV)到白光來轉(zhuǎn)換發(fā)射光?？墒褂棉D(zhuǎn)換層替代 顏色濾光器，或在顏色濾光器之外附加使用轉(zhuǎn)換層。例如，可使用在磷光材料頂上的紅色顏 色濾光器，以把發(fā)射的UV光轉(zhuǎn)換成白光（通過磷光轉(zhuǎn)換），然后再轉(zhuǎn)換成紅色（通過顏色濾 光器）。
[0061] 參考圖10,另一 HJ-LED300被接合到TFT有源矩陣背板202,并被配置為用于底部 發(fā)射（通過顏色濾光器302、304)。同樣在該實施例中，HJ-LED300包括白光LED并包括顏 色濾光器302和304。盡管只繪出兩種顏色濾光器，但顏色濾光器優(yōu)選包括紅光、綠光和藍(lán) 光（RGB)濾光器。在TFT206之上均厚沉積或形成LED300。LED300的有源區(qū)取決于下面的 用于發(fā)光的結(jié)構(gòu)（如，TC0/金屬204)。如前，由于LED300的橫向傳導(dǎo)可忽略，無需圖案化 LED300。應(yīng)理解，顏色濾光器（以及轉(zhuǎn)換層，如果其存在的話）可施加到頂部和底部，這樣， 在一個相同的結(jié)構(gòu)中，提供了底部發(fā)射和頂部發(fā)射。
[0062] 參考圖11，在TFT有源矩陣背板202的TC0/金屬204之上形成HJ-LED400、402， 以在無需顏色濾光器的情況下形成RGB或RGB白光（RGBW) LED。在此實施中，對于每個亞像 素410可采用不同的LED材料。LED400、402單獨發(fā)射適宜的亞像素顏色（如，R、G、B亞像 素或R、G、B、W亞像素）。盡管LED400、402及相關(guān)的層224需要圖案化，消除對顏色濾光器 的需要可以增加效率（能量有效）。可接合LED400、402到襯墊204,或可均厚沉積LED400、 402,隨后為圖案化工藝。該器件可是頂部發(fā)射、底部發(fā)射或雙側(cè)的（兩面的）。
[0063] 參考圖12,繪出了根據(jù)本發(fā)明原理的用于形成發(fā)光器件的方法。需要指出，在一些 備選實施方式中，框圖中所示的功能可能不按圖中示出的順序發(fā)生。例如，連續(xù)示出的兩個 框?qū)嶋H上可以基本上同時被執(zhí)行，或者這兩個框有時可以以相反的順序被執(zhí)行，這取決于 所涉及的功能。也要指出，框圖和/或流程圖中的每一個框，以及框圖和/或流程圖中框的 組合，可以由執(zhí)行特定功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)或者由專用硬件與計算機(jī)指令 的組合實現(xiàn)。
[0064] 在框502中，在單晶襯底上形成III - V單晶發(fā)射層。該III - V單晶發(fā)射層可包括 諸如GaN發(fā)射層的III -N單晶發(fā)射層。
[0065] 在框504中，可選地在發(fā)射層的第一側(cè)上沉積第一熱載流子隧穿注入（HTI)層。第 一 HTI層可包括本征或輕摻雜的非晶氫化SiC，或者非晶氫化氮化硅、非晶氫化氧化硅、非 晶氫化氮氧化硅中的一種或多種。在框506中，在第一 HTI層上或者直接在發(fā)射層上形成 第一摻雜層。在框508中，在第一摻雜層上沉積第一接觸。
[0066] 在框510中，從發(fā)射層去除單晶襯底。這包括剝離發(fā)射層以去除該襯底。其它實 施例可包括刻蝕或拋光去掉襯底。
[0067] 在框511中，可粘附處理襯底到第一接觸層（在去除襯底之前或之后）。提供該處 理襯底以允許部分制造的器件的轉(zhuǎn)移。
[0068] 在框512中，可選地在發(fā)射層的去除襯底的第二側(cè)上沉積第二HTI層。該第二HTI 層可包括本征或輕摻雜的非晶氫化SiC，或者非晶氫化氮化硅、非晶氫化氧化硅、以及非晶 氫化氮氧化硅中的一種或多種。需要指出，實施例可包括一個HTI層、兩個HTI層或不含 HTI 層。
[0069] 在框514中，在第二HTI層上或直接在發(fā)射層上形成第二摻雜層，該摻雜層包括與 第一摻雜層相反的摻雜劑導(dǎo)電性。在框516中，在第二摻雜層上沉積第二接觸。在一些實 施例中，盡管HTI層是有利的，仍可省略HTI層。
[0070] 在框518中，采用PECVD以形成第一 HTI、第一摻雜層、第二HTI層和第二摻雜層中 的一種或多種。該工藝優(yōu)選包括溫度低于400攝氏度。
[0071] 在框520中，非晶HTI層具有在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝期間可調(diào)整的特 性。這些特性可包括摻雜劑濃度、結(jié)晶度、帶隙等。
[0072] 在一些實施例中，采用發(fā)光器件以用作LED或者其它的發(fā)光應(yīng)用。在其它實施例 中，發(fā)光器件可并入其它結(jié)構(gòu)中。在框522中，可將發(fā)光器件安裝到或者集成到顯示器背板 中，以形成亞像素，或者可在電路板或芯片上安裝LED。在框524中，多個發(fā)光器件發(fā)射不同 顏色以便采用多個發(fā)光器件作為顯示背板器中不同顏色的亞像素。在框526中，可在顯示 器背板上的多個像素器件（如，TFT)之上均厚覆蓋發(fā)光器件。光從與多個亞像素器件對應(yīng) 位置處的發(fā)光器件發(fā)射。可在其它平臺上安裝發(fā)光器件，且該發(fā)光器件可包括其它配置。
[0073] 已經(jīng)描述了用于異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管的優(yōu)選實施例（這些實施例旨在說明而非限 制），需要指出，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可依照上述教導(dǎo)做出修改和變動。因此，應(yīng)理解，可在所 附權(quán)利要求書中所限定的范圍內(nèi)，對所公開的特定實施例做出變化。已經(jīng)根據(jù)專利法所需 要的細(xì)節(jié)和詳述，描述了本發(fā)明的各方面，所附權(quán)利要求書中闡述了要求保護(hù)以及希望專 利特許證所予以保護(hù)的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種形成發(fā)光器件的方法，所述方法包括： 在單晶襯底上形成III - V單晶發(fā)射層； 在所述發(fā)射層形成第一摻雜層； 在所述第一摻雜層上沉積第一接觸； 通過機(jī)械方法從所述發(fā)射層去除所述單晶襯底； 在所述發(fā)射層的去除所述襯底的一側(cè)上形成第二摻雜層，所述第二摻雜層具有與所述 第一摻雜層相反的摻雜劑導(dǎo)電性；以及 在所述第二摻雜層上沉積第二接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成所述III- V單晶發(fā)射層包括形成III-N單晶發(fā)射 層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成所述III- V單晶發(fā)射層包括形成GaN單晶發(fā)射層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述方法還包括： 沉積下列中至少一種：在所述發(fā)射層和所述第一摻雜層之間的第一熱載流子隧穿注入 (HTI)層；以及在所述發(fā)射層和所述第二摻雜層之間的第二HTI層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中沉積所述第一和所述第二HTI層中的至少一種包括沉 積非晶氫化SiC。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中沉積所述第一和所述第二HTI層中的至少一種包括沉 積非晶氫化氮化硅、非晶氫化氧化硅和非晶氫化氮氧化硅中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中沉積所述第一和所述第二HTI層中的至少一種、形成所 述第一摻雜層和形成所述第二摻雜層中的至少一種，包括在小于400攝氏度的溫度下采用 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括調(diào)整通過所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法形成的 一個層或多個層的特性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將所述發(fā)光器件安裝到顯示器背板中以形成亞像 素。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括多個發(fā)光器件以發(fā)射不同顏色，其中所述方法還包 括采用所述多個發(fā)光器件作為在所述顯示器背板中的不同顏色的亞像素。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述發(fā)光器件均厚覆蓋在所述顯示器背板上的多個 像素器件之上，以及光從在與所述多個像素器件相對應(yīng)的位置處的所述發(fā)光器件發(fā)射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中去除所述單晶襯底包括剝離所述發(fā)射層以去除所述 襯底。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括粘附處理襯底到所述第一接觸層。
14. 一種發(fā)光器件，包括： 具有通過剝離方法所產(chǎn)生的裂開表面的III- V單晶發(fā)射層； 在所述發(fā)射層的所述裂開表面上形成的第一摻雜層； 在所述第一摻雜層上形成的第一接觸； 在所述發(fā)射層的與所述裂開表面相反的側(cè)上形成的第二摻雜層；以及 在所述第二摻雜層上形成的第二接觸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的器件，其中所述III - V單晶發(fā)射層包括III -N單晶發(fā)射層。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14的器件，還包括下列中的至少一種：在所述發(fā)射層和所述第一摻 雜層間形成的第一熱載流子隧穿注入（HTI)層；以及，在所述發(fā)射層和所述第二摻雜層間 形成的第二HTI層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的器件，其中所述第一和所述第二HTI層中的至少一個包括：非 晶氫化SiC、非晶氫化氮化硅、非晶氫化氧化硅和非晶氫化氮氧化硅中的一種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14的器件，其中所述器件被安裝到顯示器板以形成亞像素。
19. 一種發(fā)光器件，所述器件包括： III-V單晶發(fā)射層； 在所述發(fā)射層的第一側(cè)上形成的第一熱載流子遂穿注入（HTI)層； 在所述第一 HTI層上形成的第一摻雜層； 在所述第一摻雜層上形成的第一接觸； 在所述發(fā)射層的與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上形成的第二HTI層； 在所述第二HTI層上形成的第二摻雜層；以及 在所述第二摻雜層上形成的第二接觸。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述器件被安裝到顯示器背板以形成亞像素。
【文檔編號】H01L33/00GK104218126SQ201410231720
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】陳自強(qiáng), B·赫克瑪特紹塔巴里, D·K·薩達(dá)那, G·G·沙希迪, D·沙赫莉亞迪 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司