本发明专利技术提供了一种用于斜切块状衬底上的外延处理的方法和系统。该方法在使用c面表面的Ga面c面(Al、Ga、In)N衬底上设置(Al、Ga、In)N薄膜，所述衬底朝向m方向的斜切大于至少0.35°。在平滑的(Al、Ga、In)N薄膜上形成发光器件。在平滑表面上制造的器件显示改善的性能。本发明专利技术还提供了由块状含镓和氮的衬底来制造光学器件的方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的公开内容涉及光学器件(光学装置)的制造。更特别地，本专利技术的公开内容提供使用斜切(Al，Ga，In)N块状晶体的方法和器件(装置)。由本专利技术公开内容提供的特定实施方式包括使用斜切的含氮化镓的材料来制造发光器件的技术。这样的器件可以用于诸如光电子器件的应用。在特定的实施方式中，本专利技术的公开内容提供使用外延含镓晶体进行制造的方法，所述晶体在衬底(基板)的大表面积(表面区域，surface area)上具有极其平滑的表面形态和均一(一致)的波长。对于块状或图案化的衬底的制造，这样的晶体和材料包括 GaN、AIN、InN, InGaN, AlGaN 和 AlInGaN。
技术介绍
在19世纪晚期，托马斯爱迪生专利技术了灯泡。通常称作“爱迪生灯泡”的常规灯泡已经使用了超过一百年。常规灯泡使用封闭在玻璃灯泡中的钨丝，所述玻璃灯泡密封在基底(base)中，所述基底螺旋到插座中。所述插座与AC电源或DC电源耦接。常规灯泡通常可用于房屋、建筑物和户外照明设备中。遗憾的是，常规灯泡散逸大于90%的用作热能的能量。另外，灯泡最终因钨丝的蒸发而失效。荧光灯使用充有稀有气体(惰性气体，noble gas)的光学透明的管，并且典型地还包含汞。一对电极通过镇流器耦接(结合)至交流电源。一旦汞被激发，则其放电以发射紫外光。典型地，所述管涂布有磷光体，所述磷光体被紫外光激发而提供白光。近来，已经将荧光灯安装到基底结构上以耦接(结合)到标准插座中。固态发光依赖用于生产发光二极管的半导体材料，所述发光二极管通常称作LED。最初，证明了红色LED并将其引入商业中。在现代，红色LED使用铝铟镓磷化物或AlInGaP半导体材料。最近，Shuji Nakamura首先使用InGaN材料以在用于蓝色LED的蓝色范围内产生LED发光。蓝色LED导致了发光的创新，且蓝色激光二极管使得DVD播放机和其他开发可行。将基于InGaN的发射蓝色、紫色或紫外光的器件与磷光体一起使用以提供白色LED。
技术实现思路
本专利技术的公开内容总体上涉及材料和器件的制造。更特别地，本专利技术的公开内容提供使用斜切(Al、Ga、In)N块状晶体的方法和器件。由本专利技术公开内容提供的特定实施方式包括使用斜切的含氮化镓的材料来制造发光器件和/或电子器件的技术。由本专利技术公开内容提供的器件可以应用于诸如光电子器件的应用。在特定的实施方式中，本专利技术公开内容提供使用闻品质外延含嫁晶体进行制造的方法，所述晶体在衬底的大表面积(表面区域，surface area)上具有极其平滑的表面形态和均一(均勻，一致，uniform)的波长。对于块状或图案化的衬底的制造，这样的晶体和材料包括GaN、AIN、InN, InGaN, AlGaN和AlInGaN0由本专利技术公开内容提供的特定实施方式包括用于处理和利用块状衬底的方法。特定方法包括在(Al、Ga、In)N衬底或模板上直接制造至少一种(Al、Ga、In)N薄膜。所述衬底或模板具有特征在于朝向m方向的斜切角为至少0. 35°的表面，并且所述表面法线的投影与m轴重合(一致)。所述衬底或模板可以通过朝向或远离m方向以相对于c面至少0.35°的预定斜切角(miscut angle)对c面晶片进行切片而获得。在特定实施方式中，本专利技术的公开内容提供由块状衬底材料如块状含镓和氮的衬底材料，例如GaN来制造光学器件的方法。方法包括提供具有顶面的块状含镓和氮的衬底材料。所述块状含镓和氮的衬底的所述顶面上的至少一个表面区域朝向m方向具有至少0.35°的斜切角。方法还包括对所述表面区域进行处理工艺(处理过程)以除去在所述表面区域内的具有表面损伤或表面下损伤的一个或多个区域。所述处理工艺可以是使用含氢和氮的物质的热处理。在特定实施方式中，所述方法包括形成覆盖所述表面区域的n型含镓和氮的材料(或未掺杂的材料)和由薄膜层的堆叠形成有源区域。所述薄膜层中的每一 个可以包括覆盖n型含镓和氮的材料的铟物质、铝物质以及含镓和氮的物质。在特定的实施方式中，所述方法包括形成覆盖所述有源区域的含铝、镓和氮的电子阻挡材料(electronblocking material)和形成覆盖所述电子阻挡材料的p型含镓和氮的材料,从而使得形成经处理的含镓和氮的衬底。在特定实施方式中，所述经处理的块状含镓和氮的衬底的特征在于，光致发光(PU波长标准偏差为0. 2%以下；并且所述薄膜层中的每一个具有特征在于在至少2，500 u m2的面积(区域)上均方根(RMS)表面粗糙度为0. 3nm以下的表面区域。在特定实施方式中，含氢物质和含氮物质分别源自氢气和氨气。在特定实施方式中，所述n型含镓和氮的材料是n型GaN。在特定的实施方式中，所述p型含镓和氮的材料是P型GaN。在特定的实施方式中，所述电子阻挡材料是AlGaN。在特定的实施方式中，形成所述有源区域的所述薄膜层中的每一个是AlInGaN。在特定的实施方式中，所述有源层包括多个量子阱，其包含例如3至20个量子阱。在特定实施方式中，所述量子阱中的每一个可以被势垒区域隔开。在特定的实施方式中，所述势垒区域包括GaN。在特定实施方式中，本专利技术的公开内容提供用于制造器件的方法。方法包括例如提供具有表面区域的含镓和氮的衬底，其具有特征在于从C面朝向m方向斜切角为至少0.35°的C-面表面区域。在特定的实施方式中，所述方法包括在所述含镓和氮的衬底上形成包含含铝物质和含铟物质的含镓和氮的薄膜。在特定的实施方式中，所述方法包括形成覆盖所述薄膜的电接触区域。本专利技术的公开内容提供用于识别和选择适合用于制造LED 二极管或其他器件的衬底的部分和/或区域的方式。这样的区域的特征在于，在含镓和氮的衬底上朝向m方向的斜切角为至少0. 35°。令人惊讶地，使用朝向m方向为至少0. 35°的斜切角提高了经处理器件的一致性和产率。通过具有朝向m方向为至少0.35°的斜切角，或者在特定的实施方式中，与较小的斜切角相反，具有朝向m方向和/或a方向为大于0.4°的斜切角，以对于制造LED器件有利的方式改善了衬底的表面形态，使得提高了器件的制造产率并改善了性能。朝向m方向为至少0.35°的斜切角产生了平滑的衬底表面，从而改善了器件性能和可靠性。对于改善性能的原因之一是平滑的衬底表面导致高的载流子迁移率和较低的串联电阻。另外，平滑的衬底表面降低了在衬底上形成的光学器件的光散射。总之，使用朝向m方向为至少0. 35°的斜切实现了改善的PL性能。附图说明图IA示出了沿m方向切割的衬底(衬底A)的斜切图。所述值表示相对于c面的角度。图IB示出了沿a方向切割的衬底的斜切图。所述值表示相对于c面的角度。图2示出了关于在图IA和图IB的衬底上生长的InGaN/GaN异质结构的光致发光(PL)图。图3是在衬底A上生长的表面形态的诺马斯基(Nomarski)图像。所述诺马斯基图像对应于在图3的左侧上示出的衬底A上的相对位置。、图4示出了衬底A的5个2X2iim2面积(区域)的原子力显微镜(AFM)振幅图像(幅度图像，amplitude images)。对于特定区域指示了均方根(RMS)平均振幅(平均幅度)(nm)。图5示出了衬底A的5个50X50 ii m2面积的原子力显微镜(AFM)振幅图像。对于特定面积指示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制造器件的方法，所述方法包括：提供具有表面区域的含镓和氮的衬底，所述表面区域的特征在于c面、从所述c面朝向m方向为至少0.35°的斜切角，并且表面法线的投影与m轴重合；形成含镓和氮的薄膜；以及形成覆盖所述薄膜的电接触区域。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔潘·查克拉博尔蒂，迈克尔·格林德曼，阿努拉·特亚吉，
申请(专利权)人：天空公司，
类型：发明
国别省市：
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