量子阱结构的一个实施方式包含有源区，所述有源区包括有源层，所述有源层包含量子阱和障壁层，其中有源层中的一些或全部为p型掺杂的。P型掺杂有源层中的一些或全部通过将P-N结的位置定位在元件的有源区中进而使主要辐射复合能够发生在有源区内，来改良III-V化合物半导体发光二极管的量子效率。在一个实施方式中，在具有含共晶源合金的氢化物气相外延(HVPE)沉积腔室的组合工具中制造量子阱结构。在一个实施方式中，通过组合工具在分离腔室中生长氮化铟镓(InGaN)层和镁掺杂的氮化镓(Mg-GaN)或镁掺杂的氮化铝镓(Mg-AlGaN)层，避免铟与镁交叉污染。也描述了通过使用III族金属共晶的氢化物气相外延进行对III族氮化物的掺杂。在一个实施方式中，提供用于p型或n型III族氮化物外延膜的HVPE沉积的源，所述源包括与III族物种的液相机械(共晶)混合物。在一个实施方式中，提供用于执行p型或n型III族氮化物外延膜的HVPE沉积的方法，所述方法包括使用与III族物种的液相机械(共晶)混合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方式涉及具有提高的量子效率的发光二极管和所述发光二极管的制造方法。
技术介绍
发光二极管(LED)为照明技术中的终极光源。LED技术过去几十年来已获得繁荣的发展。高效率、高可靠性、坚固的结构、低功耗和耐久性是快速发展基于高亮度可见LED 的固态照明的关键因素。如长丝灯泡或荧光灯的常规光源取决于白炽光或气体放电。这两种工艺伴随有归因于高温和大斯托克斯频移特性的大能量损耗。另一方面，半导体允许高效的光产生方式。由半导体材料制成的LED具有以接近1 (near unity)的效率将电转换为光的潜能。典型的基于氮化镓(GaN)的发光二极管(LED)的例子在图1中示出。LED结构包括基板102，基板102具有夹在η型接触层106与ρ型接触层108之间的有源区104，η 型接触层106诸如为硅掺杂的氮化镓(Si-GaN)层，ρ型接触层108诸如为镁掺杂的氮化镓 (Mg-GaN)层。有源区通常包含一个或更多个氮化铟镓(InGaN)或氮化铝镓(AlGaN)量子阱层120和数个障壁层122，以产生多量子阱(MQW)元件，障壁层122诸如为氮化镓(GaN) 层。LED结构100通常包括镁掺杂的电子阻挡层(EBL) 110，以有效地将辐射复合限制在有源区内，镁掺杂的电子阻挡层110诸如为Mg-AWaN层。有源区中的氮化镓(GaN)障壁层122通常掺杂有硅，以提高LED性能。硅掺杂由于极化而改良MQW的晶体界面品质和压电场的库仑屏蔽。不幸的是，MQW有源区中的硅掺杂将P-N结位置从MQW区域(或最后InGaN阱与EBL层之间的界面)移位至EBL层110中或甚至移位至P型接触层108中。因此，空穴几乎不能行进至有源区中。因此，主要的辐射复合发生在EBL层110或ρ型接触内，从而导致较低的内量子效率(IQE)和偏移波长。附图说明图1为具有硅掺杂障壁的常规氮化镓LED的示图。图2A为根据本专利技术的一个实施方式的具有ρ型障壁的LED的示图。图2B为根据本专利技术的一个实施方式的具有镁掺杂障壁的氮化镓LED的示图。图2C为根据本专利技术的一个实施方式的具有ρ型障壁层和P型量子阱的LED结构的示图。图2D为根据本专利技术的一个实施方式的具有ρ型障壁层和η型障壁层的LED结构的示图。5图2E为根据本专利技术的一个实施方式的具有ρ型障壁层、η型障壁层和中间无掺杂障壁层的LED结构的示图。图2F为根据本专利技术的一个实施方式的具有ρ型障壁层、η型障壁层和无掺杂中央障壁层的LED结构的示图，所述ρ型障壁层紧邻电子阻挡层，所述η型障壁层紧邻η型接触层。图3示出具有镁掺杂障壁的LED器件的结位置和具有硅掺杂障壁的LED器件的结位置。图4为用于具有镁掺杂障壁和硅掺杂障壁的LED器件的电子浓度和空穴浓度的示图。图5为具有硅掺杂障壁和镁掺杂障壁的LED器件的辐射复合的示图。图6为比较各LED器件的IQE辐射复合和空穴浓度的表，这些LED器件分别具有硅掺杂障壁、半镁掺杂障壁和全镁掺杂障壁。图7为示出根据本专利技术的一个实施方式的处理系统的等角视图。图8为图7中所示的处理系统的平面图。图9为示出根据本专利技术的一个实施方式的装载台和装载锁定腔室的等角视图。图10为根据本专利技术的一个实施方式的装载锁定腔室的示意图。图11为根据本专利技术的一个实施方式的载板的等角视图。图12为根据本专利技术的一个实施方式的批次装载锁定腔室的示意图。图13为根据本专利技术的一个实施方式的工作平台的等角视图。图14为根据本专利技术的一个实施方式的转移腔室的平面图。图15为根据本专利技术的一个实施方式的氢化物气相外延(HVPE)腔室的示意性横截面图。图16为根据本专利技术的一个实施方式的金属有机化学气相沉积(MOCVD)腔室的示意性横截面图。图17为示出用于制造化合氮化物半导体器件的处理系统的另一个实施方式的示意图。图18为示出用于制造化合氮化物半导体器件的处理系统的另一个实施方式的示意图。图19示出根据本专利技术的一个实施方式的作为共晶体中物种A与B的比率的函数的温度的曲线图。图20根据本专利技术的一个实施方式以周期表格式示出多种镓二元物系。图21示出根据本专利技术的一个实施方式的示例性镁-镓(Mg-Ga)相图，所述示例性镁-镓相图用于选择用于HVPE沉积的适当共晶混合物。图22根据本专利技术的一个实施方式描述证实在氮化镓膜中实现镁并入的XPS光谱。图23为表示根据本专利技术的一个实施方式的由镓镁共晶体形成的镁掺杂ρ型氮化镓膜中的深度分布的SIMS光谱。图M示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与铍的机械混合物的温度-成分相图。图25示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与钙的机械混合物的温度-成分6相图。图26A示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与锶的机械混合物的温度-成分相图。图26B示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与镁的机械混合物的温度-成分相图。图^C示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与铜的机械混合物的温度-成分相图。图26D示出根据本专利技术的一个实施方式的用于镓与铜的机械混合物的温度-成分相图。图27为根据本专利技术的一个实施方式的HVPE设备的示意图。 具体实施例方式在以下描述中，描述了许多具体细节，如制造条件和材料体系，以便提供对本专利技术的实施方式的彻底理解。本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的实施方式。在其它情形中，没有详细描述熟知的特征，以使不会不当地使本专利技术的实施方式模糊，所述熟知的特征诸如设施布局或特定工具设置。此外，将理解，图中所示的各种实施方式为说明性表示并且不一定按比例绘制。另外，虽然可能没有明确地公开在本文实施方式中的其它布置和设置，但是这些其它布置和设置仍然视为在本专利技术的精神和范围内。本专利技术的实施方式通过对多量子阱器件中的一些或所有障壁层进行ρ型掺杂，来改良III-V化合物半导体发光二极管(LED)的量子效率。P型掺杂一些或所有障壁层将P-N 结的位置定位于器件的有源区中，藉此使主要的辐射复合能够发生在有源区内，并且藉此改良器件的量子效率。P型掺杂剂可为具有至少两个价电子的任何元素。在本专利技术的一个特定实施方式中，P型掺杂剂为镁(Mg)。另外，在本专利技术的一些实施方式中，不仅一些或所有障壁层为P型掺杂，而且一些或所有量子阱也为P型掺杂。在本专利技术的一个实施方式中， 在组合工具中制造LED器件，所述组合工具具有金属有机物化学气相沉积(MOCVD)腔室和氢化物气相外延(HVPE)沉积腔室和/或等离子体辅助MOCVD腔室。以此方式，诸如氮化铟镓(InGaN)层的量子阱层可在一个工艺腔室(诸如，MOCVD、等离子体辅助M0CVD)中或通过 HVPE形成，并且ρ型掺杂的障壁层可在另一个工艺腔室中形成，以避免铟(In)与镁(Mg)在单一腔室中交叉污染。根据本专利技术的一个实施方式，还描述了使用III族金属共晶通过氢化物气相外延来掺杂III族氮化物。图2A示出根据本专利技术的一个实施方式的LED结构200。LED结构200包括块体基板202。块体基板可为任何适合的基板，诸如(但不限于)蓝宝石(Al2O3)基板、碳化硅 (SiC)基板、硅(Si)基板、氧化锌(SiO)基板、氧化镁(MgO)基板、氮化镓(GaN)基板、氧化铝锂(LiAlO2)基板和氧化镓锂(LiGaO2)基板。另外，基板202可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏杰，O·克利里欧科，Y·梅尔尼克，H·科吉里，L·陈，石川哲也，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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