CN110168752B - 用于在紫外照射下生长发光器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于在紫外（UV）照射下生长发光器件的方法。一种方法包括在UV照射下在III族氮化物p型层上方生长III族氮化物n型层。另一方法包括在生长衬底上生长发光器件结构并在发光器件结构上生长隧道结，其中某些层在UV照射下生长。另一方法包括在III族氮化物p型层上方形成III族氮化物隧道结n型层，以形成隧道结发光二极管。III族氮化物隧道结n型层的表面在初始时段期间在照射下完成，并且在没有照射的情况下完成形成的剩余部分。UV光具有高于III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量。UV照射抑制了由在沉积腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg‑H络合物的形成。

Description

用于在紫外照射下生长发光器件的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月28日提交的美国临时申请第62/414,612号、2016年12月15日提交的欧洲临时申请第16204234.5号和2017年10月25日提交的美国非临时申请第15/793,723号的权益，其内容在此通过引用并入本文，如同完全阐述一样。
技术领域
本申请涉及发光器件。
背景技术
包括发光二极管（LED）、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔表面发射激光器（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件是当前可用的最高效的光源。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中当前引起兴趣的材料***包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也被称为III族氮化物材料。
典型地，通过金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术，通过在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其他合适的衬底上外延生长不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造III族氮化物发光器件。该叠层经常包括在衬底上方形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在一个或多个n型层上方形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区上方形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。在n型和p型区上形成电接触部。
在商用III族氮化物LED中，半导体结构典型地通过MOCVD生长。在MOCVD期间使用的氮源典型地是氨。当氨解离时，产生氢。氢与镁（其在p型材料的生长期间用作p型掺杂剂）形成络合物，即Mg-H络合物。氢络合物使镁的p型特征失活，有效地降低了p型材料的有效掺杂剂（和空穴）浓度，这降低了器件的效率。在p型材料生长之后，退火该结构以便通过驱除氢来破坏氢-镁络合物。
发明内容
本文描述的是用于在紫外（UV）照射下生长发光器件的方法。一种方法包括在存在UV光的情况下在III族氮化物p型层上方生长III族氮化物n型层。另一方法包括在生长衬底上生长发光器件结构并且在该发光器件结构上生长隧道结，其中某些层在UV照射下生长。另一方法包括在III族氮化物p型层上方形成III族氮化物隧道结n型层的建立以形成隧道结发光二极管。在初始时段期间利用光照射III族氮化物隧道结n型层的表面，并且然后在没有光照射的情况下完成形成的剩余部分。UV光具有高于III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量。UV照射抑制了由沉积腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。
附图说明
可以从以下结合附图以示例的方式给出的描述中获得更详细的理解，在附图中：
图1是常规退火工艺情况下的隧道结发光器件（TJ LED）的截面视图，其图示了与Mg掺杂剂键合并且防止Mg掺杂剂的激活的p型GaN层中的氢原子；
图2是TJ LED的说明图，其示出了TJ LED被通电时，隧道结n+ GaN层和p+ GaN层如何被反向偏置但仍传导隧道电流；
图3图示了在p型GaN层的生长期间的TJ LED晶片，其中氢杂质被引入到p型GaN层中并与Mg掺杂剂键合以防止Mg掺杂剂的激活，并且限制了p型GaN层的有效p型掺杂；
图4是依照某些实现方式的用于在存在紫外（UV）照射的情况下生长器件中的特定层的说明图；
图5是依照某些实现方式的具有用于UV照射的窗口的说明性金属有机化学气相沉积（MOCVD）腔室；
图6是依照某些实现方式的说明性垂直TJ LED；
图7是依照某些实现方式的说明性倒装芯片TJ LED；
图8是依照某些实现方式的用于制造图6和7的TJ LED的说明性方法；
图9是依照某些实现方式的用于制造图6和7的TJ LED的另一说明性方法；
图10是依照某些实现方式的用于制造图6和7的TJ LED的另一说明性方法；
图11是依照某些实现方式的具有p型GaN下结构的说明性发光器件；
图12是依照某些实现方式的具有p型GaN下结构的另一说明性发光器件；
图13是依照某些实现方式的用于制造图11和12的发光器件的说明性方法；并且
图14是用于制造依照某些实现方式的发光器件的说明性方法。
具体实施方式
应理解，已经简化了针对用于在紫外照射下生长发光器件的方法的附图和描述，以说明与清楚理解相关的要素，同时为了清楚的目的，去掉了典型器件工艺中发现的许多其他要素。本领域普通技术人员可以认识到，在实现本发明时其他要素和/或步骤是合乎期望的和/或需要的。然而，因为这样的要素和步骤在本领域中是公知的，并且因为它们不便于对于本发明的更好理解，所以本文不提供对这样的要素和步骤的讨论。
在常规的III族氮化物发光二极管（LED）中，首先在衬底上生长n型层，然后是有源层（或发光层）和p型层。如本文所用，术语层指的是所标识的层的至少一个层，例如，p型层或n型层可以分别包括一个或多个p型层或n型层。例如，在诸如蓝宝石的生长衬底上方生长n型氮化镓（GaN），然后在n型GaN层上方生长多量子阱（MQW）有源层，以及在有源层上方生长p型GaN层。在p型GaN层上方生长更重掺杂的p+ GaN层，以获得与阳极电极的良好欧姆接触。对于具有顶部电极和底部电极的垂直LED，可以可选地在p+ GaN层上方沉积透明导体层（例如，氧化铟锡（ITO）或非常薄的金层）以用于电流扩散，然后在透明导体层上方沉积一个或多个小金属阳极电极。然后将载体晶片固定到顶部表面，并且诸如通过激光器剥离去除生长衬底。然后减薄“底部”n型GaN层，并且反射金属阴极电极被沉积在用于欧姆接触的n型GaN层上。在从晶片将LED管芯单体化并封装之后，将正电压施加到阳极电极并且将负电压施加到阴极电极以使LED通电，其中光中的大部分通过顶部p+ GaN层射出。
这种常规LED的问题在于不透明阳极电极和ITO电流扩散层稍微阻挡和衰减光输出，并且薄ITO层的薄层电阻是显著的。为了更好的电流扩散而添加更多金属阻挡甚至更多光。附加地，难以形成重掺杂的p+ GaN层（作为顶层）以与阳极电极的良好的欧姆接触。
这种常规设计的可替代方案是制造如图1和2中示出的隧道结LED（TJ LED）100。隧道结是允许电子在反向偏置下从p型层的价带隧穿到n型层的导带的结构。当电子隧穿时，在p型层中留下空穴，使得在两层中均生成载流子。因此，在比如二极管的电子器件中，其中在反向偏置下仅小的漏电流流动，大的电流可以在反向偏置下跨隧道结而被承载。隧道结需要导带和价带在p/n隧道结处的特定排列。这可以通过使用非常高的掺杂（例如，在p++/n++结中）来实现。另外，III族氮化物材料具有固有的极化，其在不同合金组分之间的异质界面处产生电场。该极化场还可以被利用来实现隧穿所需的带排列。
参考图1和2，TJ LED 100包括在蓝宝石衬底102上方生长的n型GaN层105、有源层110、p型GaN层115和p+ GaN层120。在p+ GaN层120上方生长n+ GaN层125，这将p+ GaN层120和n+ GaN层125建立、形成、产生或导致（共同地“建立”）为隧道结层，并且在适当时本文将使用这样的术语来区分非隧道结层和隧道结层。例如，在图1的实例中，当适当或适用时，n+GaN层125和p+ GaN层120可以被称为隧道结n+ GaN层125和隧道结p+ GaN层120。然后在n+GaN层125上方形成阳极电极130，如图2中示出的那样。阳极电极130可以是金属或其他类似材料。金属电极和n+ GaN层之间的欧姆接触典型地优于金属电极和p+ GaN层之间的欧姆接触。另外，n+ GaN层125的薄层电阻低于用于电流扩散的典型透明导体的薄层电阻，并且典型地低于p+ GaN层120的薄层电阻。由于n+ GaN层125和p+ GaN层120是高掺杂的并且耗尽层非常薄，所以即使结被反向偏置，电子也可以隧穿通过该结。作为结果，n+ GaN层125以非常小的光衰减高效地扩散来自阳极电极130的LED电流。隧道结为LED添加略微更高的正向电压降，但是由于光输出增加，所以TJ LED 100的效率可能高于常规LED的效率。另外，隧道结允许TJ LED 100以更低的电流驱动，以获得与常规LED相同的光输出，从而使得TJ LED100能够在其峰值效率下工作。
这种TJ LED的一个问题是p型GaN层被掩埋在隧道结n+ GaN层125下面。因此，在从p型GaN层115和p+ GaN层120扩散出氢原子135的退火工艺期间，氢原子135被困住。这在图3中被图示出，其中在金属有机化学气相沉积（MOCVD）腔室中使用氨（NH3）作为氮源生长器件300，导致N和H并入到p型层（被示出为p GaN层 315和320）中。器件300包括例如在蓝宝石衬底302上方生长的n型GaN层305、有源层310、p型GaN层315和p+ GaN层315和320。作为p型GaN生长工艺的固有结果，氢原子被并入到p型GaN层315和320晶格中，其中“p型”Mg掺杂剂和氢原子键合形成Mg-H络合物。Mg掺杂剂作为环戊二烯基镁（Cp2Mg）气体被引入到MOCVD腔室中。在通过退火步骤去除氢原子之前，Mg掺杂剂不能被激活。由于氢原子不通过n型GaN扩散，因此难以形成TJ LED。
已经使用了其他方案，但是每种这样的技术都具有问题。例如，分子束外延（MBE）已经被用来以较少嵌入的氢来生长p型GaN层，但这种MBE工艺缓慢且昂贵。另一种方案形成向下到p型GaN层的沟槽，并且然后退火以横向扩散出氢原子；然而，这种技术增加了显著的复杂性。另外，显著增加退火温度以横向扩散出氢可能会热损坏TJ LED。尽管关于TJ LED描述了上述问题，但是当首先在衬底上方生长p型GaN层然后生长有源层和n型GaN层时，它也是适用的。通常，这些问题存在于倒装芯片LED以及垂直LED中。特别地，这些问题存在于倒装芯片LED中，所述倒装芯片LED在p型GaN层和阳极电极之间使用隧道结n+ GaN层，其中n型阳极层被用来更好地扩散电流。
因此，需要使用MOCVD工艺制造TJ LED的技术，其中产生更少的Mg-H络合物并且不需要（大量）退火来激活Mg掺杂剂以创建p型GaN层。
本文描述了用于在紫外（UV）照射下生长发光器件的方法。通常，MOCVD腔室被定制为具有允许外部生成的UV光原位照射晶片的顶部的窗口。UV光至少在p型GaN层的生长期间照射晶片并且减轻Mg-H络合物的形成。在外延生长期间并入在p型GaN层中的杂质和点缺陷受费米能级效应的影响。具有高于p型GaN的带隙能量的光子能量的UV光生成少数载流子，其在生长期间暂时改变p型GaN的费米能级。因此，可以抑制在p型GaN生长期间的氢并入和其他点缺陷生成，从而导致p型GaN层中的更少的Mg-H络合物。
提供了示例方法，其中在p型GaN层和/或隧道结n+ GaN层的生长期间，在MOCVD腔室中通过UV光照射TJ LED。例如，本文描述的方法消除了对从TJ LED中的掩埋的p-GaN层去除氢的积极的非原位热退火的需要。由于存在更少的氢杂质，所以p型GaN层中的Mg掺杂剂中的更多已被激活，从而允许激活退火被完全消除。在另一实现方式中，可以在上覆盖隧道结n+ GaN层的形成之前和/或期间，原位执行激活退火，同时利用UV光照射晶片。
在一般示例TJ LED方法中，在生长顶部隧道结n+ GaN层之前生长的层在生长期间不被UV光照射。在生长隧道结n+ GaN层之前，原位执行放气退火，同时可选地由UV光照射晶片的生长表面，以从p型GaN层去除氢中的大部分。然后停止激活退火，并且在被UV光照射的同时生长隧道结n+ GaN层。这防止隧道结n+ GaN层中的氢扩散到顶部p+ GaN层中并且在隧道结附近形成Mg-H络合物。在n+ GaN的部分生长之后，可以关闭UV光（因为新的H原子不再能够扩散到p型GaN层中）并且生长隧道结n+ GaN层的剩余部分。
所描述的方法可以被用来当形成其中p型GaN层首先生长在生长衬底上方的器件时防止Mg-H络合物形成。然后在p型GaN层上方生长有源层和n型GaN层，从而导致掩埋的p型GaN层。当多个LED在彼此上方生长时，所述方法还可以被用来在单个管芯中创建串联的LED串。
图4是依照某些实现方式的用于在存在紫外（UV）照射的情况下生长器件400中的特定层的说明图。器件400包括在晶片的衬底402上方外延生长的n型GaN层405和有源层410。例如，外延生长可以在MOCVD腔室中完成。N型GaN层405可以是多层，并且可以包括但不限于例如成核层和用于提供晶格匹配的层。有源层410可以是但不限于例如多量子阱（MQW）层。器件400可以以多种波长和频率发射诸如例如蓝光。
器件400还包括在有源层410上方外延生长的p型GaN层415和p+ GaN层420。在一实现方式中，至少在通过将NH3（和可能的H2）和Cp2Mg气体引入到MOCVD腔室中而外延生长p型GaN层415和/或p+ GaN 420的时间期间，来自合适的UV源455的UV光450经由MOCVD腔室中的窗口引入，以照射晶片的生长表面。在一实现方式中，UV光450的功率范围可以从0.05W/cm2至50W/cm2。在另一实现方式中，UV光450的功率范围可以从1W/cm2至10W/cm2。在一实现方式中，生成具有比p型GaN层415的带隙能量高的能量的光子的任何光源都是足够的。
如本文上面所描述的，用于形成基于GaN的LED的常规MOCVD工艺使用氨（NH3）作为氮源。NH3在生长温度下分解成氢自由基和活性形式的氮。在如图3中示出的常规工艺中，来自氨分解的氢在生长期间与Mg形成络合物（在图3中被示出为Mg-H络合物）。并入在GaN膜中的氢和Mg杂质可能受费米能级效应的影响。例如，当Mg被并入到GaN中时，由于Mg是GaN中的受主，所以费米能级偏移远离费米能级稳定化能并且朝向GaN的价带偏移。随着费米能级偏移更接近价带，氢并入增加，并且补偿晶格中的Mg，使得Mg变得电惰性，这进而使费米能级移动远离价带并且移回更接近稳定化能。因此，在常规MOCVD p型GaN生长期间存在实现的平衡费米能级，其低于稳定化能并且导致高浓度的电惰性Mg-H络合物。常规工艺的这个问题需要高温非原位退火以扩散出氢，由于如先前描述的掩埋的p-GaN层的原因，这在TJ LED中是一个问题。
然而，当具有高于p型GaN带隙能量的光子能量的UV光450在生长期间照射p型GaN层415和/或p+ GaN层420表面时，通过吸收UV光450生成的少数载流子使费米能级偏移更接近稳定化能而不涉及氢并入。因此，在p型GaN层415和/或p+ GaN层420中不形成Mg-H络合物或形成更少的Mg-H络合物。作为结果，p型GaN层415和/或p+ GaN层420不需要任何后续的激活步骤以扩散出氢。
图5是依照某些实现方式的说明性金属有机化学气相沉积（MOCVD）腔室560，其具有用于进入到MOCVD腔室560的沉积腔室570中的UV照射的窗口565。窗口565允许来自UV源555的UV光在某些层的生长期间照射晶片的生长表面。例如，在衬底502上方生长n型GaN层505，并且在n型GaN层505上方生长有源层510。在一实现方式中，UV源555不照射生长表面，即，例如n型GaN层505或有源层510。在有源层510上方生长p型GaN层515。在p型GaN层515的生长期间，UV源555利用UV光照射p型GaN层515的生长表面。在p型GaN层515的生长之后可以关闭UV源555。在p型GaN层515上方生长隧道结n+型层517。在隧道结n+型层517的生长开始期间，UV源555利用UV光照射隧道结n+型层517的生长表面。在隧道结n+型层517的部分生长之后可以关闭UV源555。在一实现方式中，窗口565允许来自UV源555的UV光在所有或某些层的生长期间照射晶片的生长表面。
图6是依照某些实现方式的说明性垂直TJ LED 600。TJ LED 600包括在衬底（未示出）上方的外延生长的n型GaN层605和在n型GaN层605上方生长的有源层610。TJ LED 600还包括在有源层610上方生长的p型GaN层615。如本文上面描述的那样，P型GaN层615在存在光的情况下生长。在一实现方式中，p型GaN层615包括但不限于p型GaN层617和隧道结p+ GaN层619。在p型GaN层615上方形成隧道结n+ GaN层620。在一实现方式中，如本文描述的那样，TJ LED 600中的所有层在存在光的情况下生长。由于Mg掺杂剂不是Mg-H络合物的部分并且已经是活性的，所以不需要激活退火来扩散出氢并激活p型GaN层615中的Mg掺杂剂。在一实现方式中，掺杂水平对于隧道结n+ GaN层620而言是1×10E20cm-3，对于p+ GaN层619而言其是1.5×10E20cm-3，对于p型GaN层617而言其是3×10E18cm-3，以及对于n型GaN层605而言其是3×10E18cm-3。
在完成外延生长之后，经由金属化在隧道结n+ GaN层620上形成阳极电极625。在一实现方式中，阳极电极625可以仅围绕外边缘或者以其他方式最小化地使用顶部区域，因为隧道结n+ GaN层620是良好的电流扩散体。然后将载体晶片固定到顶部表面以用于机械支撑，并且然后诸如通过激光器剥离来去除生长衬底。然后在下面减薄暴露的n型GaN层605，并在底部表面上形成反射阴极电极630。然后将晶片单体化并封装以形成每个TJ LED600。
图7是依照某些实现方式的说明性倒装芯片TJ LED 700。通常，隧道结720形成在下面的n+ GaN层725和上覆盖的p型GaN层715的结处，其中n+ GaN层725被用于对于电流的更好的扩散。与p型层相比，n+ GaN层725典型地具有低得多的薄层电阻并因此具有更好的电流扩散。金属阳极电极730接触隧道结n+ GaN层725。N型GaN层705和725用作TJ LED 700的正端子和负端子两者的接触层。
在生长衬底702上生长N型GaN层705，并且在n型GaN层705上生长有源层710。N型GaN层705可以包括不同组分、掺杂剂浓度（包括非有意掺杂和/或p型）和厚度的多个层。有源层710可以包括由阻挡层分离的多个厚的或量子阱发光层。如本文描述的那样，在存在光的情况下，在有源层710上方生长p型GaN层715。P型GaN层715可以包括不同组分、掺杂剂浓度（包括非有意掺杂和/或n型）和厚度的多个层。在p型GaN层715上方形成隧道结720。
在一些实现方式中，隧道结720包括与p型GaN层715直接接触的高度掺杂的p+ GaN层（也被称为p++层），以及与p++层直接接触的高度掺杂的n+ GaN层（也被称为n++层）。在一些实现方式中，隧道结720包括夹在p++层与n++层之间的、与p++层和n++层不同的组分的层。在一些实现方式中，隧道结720包括夹在p++层与n++层之间的氮化铟镓（InGaN）层。在一些实现方式中，隧道结720包括夹在p++层与n++层之间的氮化铝（AlN）层。隧道结720与用作欧姆接触层的n+ GaN层730直接接触，如下面描述的那样。
隧道结720中的p++层可以是例如掺杂有诸如Mg或Zn的受主的InGaN或GaN，该受主具有约1018cm-3至约5×1020cm-3的浓度。在一些实现方式中，将p++层掺杂至约2×1020cm-3至约4×1020cm-3的浓度。隧道结720中的n++层可以是例如掺杂有诸如Si或Ge的受主的InGaN或GaN，该受主具有约1018cm-3至约5×1020cm-3的浓度。在一些实现方式中，将n++层掺杂至约7×1019cm-3至约9×1019cm-3的浓度。隧道结720通常非常薄，例如，具有范围从约2 nm到约100 nm的总厚度，并且p++层和n++层中的每一个可以具有范围从约1 nm到约50 nm的厚度。在一些实现方式中，p++层和n++层中的每一个可以具有范围从约25 nm到约35 nm的厚度。p++层和n++层可以不一定是相同的厚度。在一实现方式中，p++层是Mg掺杂的InGaN的15 nm，并且n++层是Si掺杂的GaN的30 nm。p++层和n++层可以具有分等级的掺杂剂浓度。例如，与下面的p型GaN层715相邻的p++层的一部分可以具有从p型GaN层715的掺杂剂浓度分等级到p ++层中的期望的掺杂剂浓度的掺杂剂浓度。类似地，n++层可以具有从与p++层相邻的最大值分等级到与形成在隧道结720上方的n+ GaN层725相邻的最小值的掺杂剂浓度。隧道结720被制备成足够薄并且足够地掺杂，使得隧道结720当在反向偏置的模式下传导电流时显示低的串联电压降。在一些实现方式中，跨隧道结720的电压降为约0.1V到约1V。
在p++层和n++层之间包括InGaN或AlN或其他合适层的实现方式可以利用III族氮化物中的极化场来帮助排列用于隧穿的带。这种极化效应可以降低n++和p++层中的掺杂要求，并降低所需的隧穿距离（潜在地允许更高的电流流动）。p++层和n++层之间的层的组分可以与p++层和n++层的组分不同，和/或可以被选择以由于III族氮化物材料***中的不同材料之间存在的极化电荷而引起带重新排列。合适的隧道结的示例在通过引用被并入本文的美国专利第8,039,352号中被描述。图6的垂直TJ LED 600可以以与TJ LED 700相同的方式形成。
在隧道结720上方形成n+ GaN层725，其与n++层直接接触，以用作欧姆接触层。在n+ GaN层725上形成金属阳极电极730。刻蚀台面（mesa）以暴露n-GaN层705，并且在n-GaN层705的暴露部分上形成金属阴极电极735。
图8是在图6的TJ LED 600、图7的TJ LED 700和其中p型GaN层被掩埋以致难以扩散出氢的其他器件中的某些外延层的生长期间使用UV照射的说明性方法800。在UV照射或具有高于p型层的带隙能量的光子能量的光下，在MOCVD腔室中在衬底上生长所有GaN层（包括但不限于n型GaN层、有源层、p型GaN层、隧道结p+ GaN层和隧道结n+ GaN层），以抑制由MOCVD腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成（805）。形成金属电极（810），将晶片单体化（815），并且封装LED（820）。对于垂直LED实现方式而言，可以去除生长衬底以暴露n-GaN阴极层，如图6中示出的那样。对于倒装芯片LED实现方式，可以刻蚀台面以暴露n-GaN阴极层以供阴极电极接触，所以生长衬底可以保留，如图7中示出的那样。
图9是在图6的TJ LED 600、图7的TJ LED 700和其中p型GaN层被掩埋以致难以扩散出氢的其他器件中的某些外延层的生长期间使用UV照射的另一说明性方法900。在没有被UV光照射的情况下在生长衬底上方生长n-GaN层和有源层（905）。在所有p型GaN层（包括图7中示出的隧道结中的任何p++层）的生长期间以及在隧道结n+ GaN层（包括隧道结中的任何n++层）的开始，打开UV光以照射晶片（910）。UV照射防止来自隧道结n+ GaN层的生长的新的氢扩散到p型GaN层中以在隧道结附近形成Mg-H络合物。然后可以执行工艺以完成封装的TJ LED的制造（915），如例如在图8的框810-820中示出的那样。
图10是在图6的TJ LED 600、图7的TJ LED 700和其中p型GaN层被掩埋以致难以扩散出氢的其他器件中的某些外延层的生长期间使用UV照射的另一说明性方法1000。在没有被UV光照射的情况下，在生长衬底上方生长N型GaN层、有源层和所有p型GaN层（包括如图7中示出的隧道结中的任何p++层）（1005）。在非氢环境中执行原位退火（在MOCVD腔室中）以扩散出来自p型GaN层中的全部的氢原子以激活Mg掺杂剂（1010）。在一实现方式中，UV照射被用来使退火工艺更高效。
停止退火工艺，并且在UV光下生长隧道结n+ GaN层（包括如图7中示出的隧道结中的任何n++层）直到一定厚度（1015）。这防止在n+ GaN层的生长期间存在的新氢扩散到p型GaN层中并形成Mg-H络合物。
关闭UV光，并生长隧道结n+ GaN层的剩余部分（1020）。新的H原子不再能够通过部分生长的隧道结n+ GaN层扩散到掩埋的p型GaN层中。然后可以执行工艺以完成封装的TJLED的制造（1025），如例如在图8的框810-820中示出的那样。
本文描述的方法还适用于在p-GaN层被掩埋在另一层之下（诸如如果p型GaN层首先在衬底上方生长，然后是有源层，等等）的情况下的其他LED的制造。这在图11和12中示出的发光器件中图示出。
图11是依照某些实现方式的具有p型GaN下结构的说明性LED 1100。LED 1100包括在衬底1105上方的外延生长的p型GaN层1110。在p型GaN层1110上方生长有源层1115，并且在有源层1115上方生长n型GaN层1120。
图12是依照某些实现方式的具有p型GaN下结构的另一说明性LED 1200。LED 1200包括在衬底1205上方生长的外延生长的未掺杂层1210。然后在未掺杂层1210上方生长p型GaN层1215，在p型GaN层1215上方生长有源层1220，并且在有源层1220上方生长n型GaN层1225。
图13是依照某些实现方式的用于制造图11和12的发光器件的说明性方法1300。在UV照射或具有高于p型层的带隙能量的光子能量的光下，在MOCVD腔室中在衬底上生长所有GaN层（包括但不限于p型GaN层、有源层、n型GaN层以及未掺杂的GaN层），以抑制由MOCVD腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成（1105）。然后可以执行工艺以完成封装LED的制造（1110），如例如在图8的框810-820中示出的那样。
图14是用于制造依照某些实现方式的发光器件的说明性方法1400。在没有UV照射的情况下，在MOCVD腔室中在衬底上生长P型GaN层和未掺杂的GaN层（1405）。在非氢环境中执行原位退火（在MOCVD腔室中）以扩散出来自p型GaN层中的全部的氢原子以激活Mg掺杂剂（1410）。在一实现方式中，UV照射被用来使退火工艺更高效。停止退火工艺，并且然后在UV照射下生长至少有源层（1415），如本文描述的那样。在一实现方式中，有源层的第一部分在UV照射下生长，并且剩余部分在没有UV照射的情况下生长。n型层可以在有或没有UV照射的情况下生长（1420），因为p型GaN层被掩埋在有源层之下。然后可以执行工艺以完成封装LED的制造（1425），如例如在图8的框810-820中示出的那样。
本文描述的方法能够实现垂直堆叠的LED的制造，以创建以串联串的LED的管芯，以获得期望的正向电压。在一实现方式中，该LED的叠层可以以由金属阳极电极接触的p型GaN层而终止。
尽管本文描述的实现方式和示例使用GaN作为示例，但是所述方法适用于所有III族氮化物工艺和材料。
衬底经常是蓝宝石，但可以是任何合适的衬底，诸如例如SiC、Si、GaN或复合衬底。其上生长III族氮化物半导体结构的衬底表面可以在生长之前被图案化、粗糙化或纹理化，这可以改善来自LED的光提取。
通常，用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法包括外延生长III族氮化物p型层、在照射下在III族氮化物p型层上方外延生长非p型层、以及在初始生长期期间利用具有高于III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射非p型层的表面，以抑制由在沉积腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。在一实现方式中，通过沉积腔室中的窗口提供光。在一实现方式中，沉积腔室是MOCVD腔室。在一实现方式中，光是紫外光或更高能量的光。在一实现方式中，非p型层是有源层。在一实现方式中，非p型层是III族氮化物n型层。在一实现方式中，利用光照射非p型层的表面在非p型层的整个生长期内一直保持。在一实现方式中，III族氮化物p型层是隧道结III族氮化物p型层，并且非p型层是III族氮化物隧道结n型层，并且还包括在照射下外延形成隧道结III族氮化物p型层和III族氮化物隧道结n型层。在一实现方式中，III族氮化物p型层是隧道结III族氮化物p型层，并且非p型层是III族氮化物隧道结n型层，并且还包括在照射下外延形成III族氮化物隧道结n型层的一部分。在一实现方式中，该方法还包括在没有光照射的情况下外延形成III族氮化物隧道结n型层的剩余部分。在一实现方式中，该方法还包括在照射下外延生长III族氮化物隧道结n型层的一部分之前对隧道结III族氮化物p型层进行退火。
通常，用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法包括在生长衬底上方外延生长III族氮化物n型层、在III族氮化物n型层上方外延生长有源层、以及在存在氢和镁的情况下在有源层上方外延生长III族氮化物p型层。III族氮化物p型层被原位退火以激活p型层中的镁掺杂剂。然后停止退火。该方法还包括在III族氮化物p型层上方外延形成III族氮化物隧道结n型层的第一部分以形成隧道结发光二极管，在生长期间利用具有高于III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射III族氮化物隧道结n型层的第一部分的表面，以及在生长期间在没有光照射的情况下外延形成III族氮化物隧道结n型层的剩余部分。利用光照射III族氮化物隧道结n型层的表面抑制了III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。在一实现方式中，光是UV光。在一实现方式中，该方法还包括通过沉积腔室中的窗口施加光。在一实现方式中，该方法还包括在退火期间利用光照射。
通常，用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法包括在生长期间在没有光照射的情况下在生长衬底上方外延生长至少一个III族氮化物p型层，在至少一个III族氮化物p型层上方外延生长非p型层，以及在非p型层生长期间利用具有高于III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射非p型层的表面，以抑制由在沉积腔室中存在的氢导致的III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。在一实现方式中，至少一个非p型层是III族氮化物n型层和有源层中的至少一个。在一实现方式中，在非p型层的初始生长之后停止利用光照射非p型层的表面。在一实现方式中，在没有光照射的情况下完成非p型层的剩余生长。
上面的生长技术是说明性的，并且上面描述的用于p型层、有源层和n型层的生长技术的组合在说明书和权利要求书的范围内。
本文描述的器件中的任一个可以与波长转换结构组合。波长转换结构可以包含一种或多种波长转换材料。波长转换结构可以直接连接到LED、被设置成很靠近LED但不直接连接到LED、或者与LED间隔开。波长转换结构可以是任何合适的结构。波长转换结构可以与LED分离形成、或者与LED原位形成。与LED分离形成的波长转换结构的示例包括可以通过烧结或任何其他合适的工艺形成的陶瓷波长转换结构；被设置在诸如硅树脂或玻璃的透明材料中的波长转换材料（诸如粉末磷光体），该透明材料被轧制、铸造或以其他方式形成为片材，然后被单体化为单独的波长转换结构；以及被设置在诸如硅树脂的透明材料中的波长转换材料（诸如粉末磷光体），该透明材料被形成为可以被层压或以其他方式被设置在LED上方的柔性片材。
原位形成的波长转换结构的示例包括与诸如硅树脂的透明材料混合并被分涂、丝网印刷、模板印刷、模制或以其他方式设置在LED上方的诸如粉末磷光体的波长转换材料；以及通过电泳、蒸汽或任何其他合适类型的沉积涂覆在LED上的波长转换材料。
多种形式的波长转换结构可以用在单个器件中。例如，陶瓷波长转换构件可以与模制的波长转换构件组合，在陶瓷和模制构件中具有相同或不同的波长转换材料。
波长转换结构可以包括例如常规磷光体、有机磷光体、量子点、有机半导体、II-VI或III-V族半导体、II-VI或III-V族半导体量子点或纳米晶体、染料、聚合物、或其他发光的材料。
波长转换材料吸收由LED发射的光并发射一种或多种不同波长的光。由LED发射的未转换光经常是从结构提取的光的最终光谱的部分，尽管并不需要这样。常见组合的示例包括与黄色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED、与绿色和红色发射波长转换材料组合的蓝色发射LED、与蓝色和黄色发射波长转换材料组合的UV发射LED以及与蓝色、绿色和红色发射波长转换材料组合的UV发射LED。可以添加发射其他颜色的光的波长转换材料以调整从结构提取的光的光谱。
本文描述的实现方式可以被并入到任何合适的发光器件中。本发明的实现方式不限于所图示的特定结构，诸如例如图6的垂直器件或图7的倒装芯片器件。
尽管在上面描述的示例和实现方式中，LED是发射蓝光或UV光的III族氮化物LED，但是除了LED之外的发光器件，诸如激光器二极管，也在本发明的范围内。另外，本文描述的原理可以适用于由其他材料***（诸如其他III-V族材料、III族磷化物、III族砷化物、II-VI族材料、ZnO或基于Si的材料）制成的半导体发光器件。
本文描述的用于在某些层的生长期间使用UV照射的非限制性方法可以被修改用于多种应用和用途，同时保持在权利要求书的精神和范围内。本文描述的和/或附图中示出的实现方式和变型仅以示例的方式呈现，并且不作为对于范围和精神的限制。尽管可能关于特定实现方式来描述，但是本文的描述可以适用于在某些层的生长期间使用UV照射的方法的所有实现方式。
如本文描述的那样，本文描述的方法不限于执行任何（多个）特定功能的任何（多个）特定要素，并且所呈现的方法的一些步骤不一定需要以示出的顺序发生。例如，在一些情况下，两个或更多个方法步骤可以以不同的顺序或同时发生。另外，所描述的方法的一些步骤可以是可选的（即使没有明确地陈述是可选的），并且因此可以被省略。本文公开的方法的这些和其他变型将是容易清楚明白的（尤其是鉴于如本文描述的在某些层的生长期间使用UV照射的方法的描述），并且被认为是在本发明的全部范围内。
可以省略或利用其他实现方式来实现一些实现方式的一些特征。本文描述的器件要素和方法要素可以是可互换的，并且可以在本文描述的示例或实现方式中的任一个中使用或省略。
尽管上面以特定组合描述了特征和要素，但是每个特征或要素可以在没有其他特征和要素的情况下被单独使用，或者以与其他特征和要素或不与其他特征和要素的各种组合来使用。

Claims (20)

1.一种用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法，所述方法包括：
外延生长III族氮化物p型层；
对所述III族氮化物p型层进行退火；
在照射下在所述III族氮化物p型层上方外延生长非p型层；并且
在初始生长期期间利用具有高于所述III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射所述非p型层的表面，以抑制由在所述沉积腔室中存在的氢导致的所述III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述沉积腔室中的窗口提供所述光。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述沉积腔室是MOCVD腔室。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述光是紫外光或更高能量的光。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述非p型层是有源层。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述非p型层是III族氮化物n型层。
7.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述光所述照射所述非p型层的所述表面在所述非p型层的整个生长期内一直保持。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述III族氮化物p型层是隧道结III族氮化物p型层，并且所述非p型层是III族氮化物隧道结n型层，并且还包括：
在照射下外延形成所述隧道结III族氮化物p型层和所述III族氮化物隧道结n型层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述III族氮化物p型层是隧道结III族氮化物p型层，并且所述非p型层是III族氮化物隧道结n型层，并且还包括：
在照射下外延形成所述III族氮化物隧道结n型层的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在没有光照射的情况下，外延形成所述III族氮化物隧道结n型层的剩余部分。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在照射下所述外延生长所述III族氮化物隧道结n型层的一部分之前，对所述隧道结III族氮化物p型层进行退火。
12.一种用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法，所述方法包括：
在生长衬底上方外延生长III族氮化物n型层；
在所述III族氮化物n型层上方外延生长有源层；
在存在氢和镁的情况下，在所述有源层上方外延生长III族氮化物p型层；
对至少所述III族氮化物p型层进行原位退火，以激活所述p型层中的镁掺杂剂；
停止所述退火；
在所述III族氮化物p型层上方外延形成III族氮化物隧道结n型层的第一部分，以形成隧道结发光二极管；
在生长期间利用具有高于所述III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射所述III族氮化物隧道结n型层的所述第一部分的表面；并且
在生长期间在没有光照射的情况下，外延形成所述III族氮化物隧道结n型层的剩余部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中利用所述光照射所述III族氮化物隧道结n型层的所述表面抑制了在所述III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述光是UV光。
15.根据权利要求12所述的方法，还包括：
通过所述沉积腔室中的窗口施加所述光。
16.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在所述退火期间利用所述光照射。
17.一种用于在沉积腔室中形成发光二极管（LED）的方法，所述方法包括：
在生长期间在没有光照射的情况下，在生长衬底上方外延生长至少一个III族氮化物p型层；
对所述至少一个III族氮化物p型层进行退火；
在所述至少一个III族氮化物p型层上方外延生长非p型层；并且
在非p型层生长期间利用具有高于所述III族氮化物p型层的带隙能量的光子能量的光照射所述非p型层的表面，以抑制由在所述沉积腔室中存在的氢导致的所述III族氮化物p型层内的Mg-H络合物的形成。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个非p型层是III族氮化物n型层和有源层中的至少一个。
19.根据权利要求17所述的方法，其中在所述非p型层的初始生长之后，停止利用光所述照射所述非p型层的所述表面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在没有光照射的情况下完成所述非p型层的剩余生长。
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