CN103460409B - 用于发光装置的p型掺杂层 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管(LED)，包括：n型III-V族半导体层、与所述n型III-V族半导体层相邻的有源层、以及与所述有源层相邻的p型III-V族半导体层。所述有源层包括一或多个V凹点。所述p型III-V族半导体层的部分在所述V凹点中。在所述p型III-V族层形成期间提供的p型掺杂物注入层帮助提供所述V凹点中所述p型掺杂物的预定浓度、分布和/或一致性。

Description

用于发光装置的P型掺杂层
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年9月29日提交的申请号为13/248,821的美国专利申请案的优先权，并且在此通过引用完整并入了该申请。
背景技术
照明应用通常使用白炽灯或充气式灯泡，这种灯泡的操作寿命通常不长，并且因此需要经常更换。充气式灯管，诸如日光灯管或霓虹灯管，可以具有较长的寿命，但是需要高电压才能操作并且相对昂贵。进一步，白炽灯与充气式灯管都会消耗大量能量。
发光二极管(lightemittingdiode，LED)为LED的有源层中的电子和空穴复合时，发出光的装置。LED通常包括掺杂有杂质来创建p-n结的半导体材料芯片。电流从p侧或阳极流向n侧或阴极。电荷载流子—电子与空穴—从具有不同电压的电极流入p-n结。当电子遇到空穴时，电子与空穴在可以导致以一个或多个光子形式辐射发射能量(hν)的过程中复合。光子或光射出LED并且用于许多应用，诸如例如照明应用以及电子应用。
与白炽灯或充气式灯泡相比，LED相对便宜、以低电压操作、并且具有长的操作寿命。此外，LED的消耗相对较少功率并且紧凑。这些属性使得LED是特别期望的并且很好地适用于许多应用。
尽管LED有这些优点，但是还是存在与这种装置关联的限制。这些限制包括可以限制LED的效率的材料限制、可以限制LED所生成的光传输出该装置的结构限制、以及可以导致高处理成本的制造限制。因此，存在对改善的LED以及用于制造LED的方法的需求。
发明内容
本发明的一个方面提供发光装置，诸如发光二极管(LED)。在实施例中，发光二极管包括：n型氮化镓(GaN)层，其掺杂有n型掺杂物；以及与该n型GaN层相邻的有源层。该有源层可具有一或多个V凹点。p型GaN层与该有源层相邻，该p型GaN层掺杂有p型掺杂物。该p型GaN层包括第一部分及由该一或多个V凹点侧向限界的第二部分。该第一部分设置于该有源层之上。该第二部分具有浓度一致的p型掺杂物。
在另一实施例中，发光二极管(LED)包括硅基板以及与该硅基板相邻的n-GaN层。有源层与该n-GaN层相邻，并且电子阻挡层与该有源层相邻。p-GaN层与该电子阻挡层相邻。该LED包括位于该电子阻挡层与该p-GaN层之间的界面处的Mg和In。
在另一实施例中，发光装置包括：第一层，其具有n型氮化镓(GaN)；以及与该第一层相邻的第二层。该第二层包括被配置为在电子与空穴复合时产生光的有源材料。该第二层进一步包括一或多个V凹点。第三层与该第二层相邻，该第三层包括p型GaN，其跨延伸到一或多个V凹点中的该第三层部分具有一致分布的p型掺杂物。
在另一实施例中，发光二极管(LED)包括：第一层，其具有n型氮化镓(GaN)；以及与该第一层相邻的第二层。该第二层包括被配置为在电子与空穴复合时产生光的有源材料。第三层与该第二层相邻。该第三层包括p型掺杂物，以及被配置为使得该p型掺杂物能够一致分布在该第三层中的润湿材料(wettingmaterial)。
在另一实施例中，发光二极管包括n型氮化镓(GaN)层，以及与该n型GaN层相邻的有源层。该有源层可具有一或多个V凹点。p型GaN层与该有源层相邻。该p型GaN层包括第一部分及由该一或多个V凹点侧向限界的第二部分。该第一部分设置于该有源层之上。该第二部分具有至少大约1x1019cm-3的p型掺杂物浓度。
在另一实施例中，发光二极管包括：第一层，其具有n型氮化镓(GaN)或p型GaN；以及有源层。该有源层与该第一层相邻，并且可具有一或多个V凹点。该发光二极管进一步包括第二层，其具有该第一层中未使用的该n型GaN或p型GaN。换言之，该第一和第二层每一层具有该n型GaN或p型GaN材料中不同的一种。该第二层包括第一部分与第二部分，该第二部分由该一或多个V凹点侧向限界。该第一部分位于该有源层之上。该第二部分具有浓度一致的p型掺杂物。
在另一实施例中，发光装置包括：第一层，其具有n型III-V族半导体或p型III-V族半导体；以及有源层。该有源层与该第一层相邻，并且可具有一或多个V凹点(V-pits)。该发光二极管进一步包括第二层，其具有该第一层中未使用的该n型III-V族半导体或p型III-V族半导体。换言之，该第一层和第二层每一层具有该n型III-V族半导体或该p型III-V族半导体中不同的一种。该第二层包括第一部分与第二部分，该第二部分由该一或多个V凹点侧向限界，并且该第一部分设置于该有源层之上。该第二部分具有浓度一致的p型掺杂物。
本发明的另一个方面提供用于形成发光装置，诸如发光二极管的方法。在实施例中，用于形成发光二极管的方法包括使用p型掺杂物对润湿层(wettinglayer)进行Δ掺杂(deltadoping)。该润湿层形成为与电子阻挡层相邻，并且该电子阻挡层形成为与有源层相邻。该有源层形成为与n型III-V族半导体层相邻，并且该n型III-V族半导体层形成为与基板相邻。在某些实施例中，该润湿层与该电子阻挡层直接接触。在某些实施例中，该电子阻挡层与该有源层直接接触。在某些实施例中，该有源层与该n型III-V族半导体层直接接触。
在另一实施例中，用于形成诸如发光二极管的发光装置的方法包括在反应室(或若该反应室包括多个反应空间，则反应空间)中的基板之上形成与有源层相邻的p型III-V族半导体层。该p型III-V族半导体层延伸到该有源层的一或多个V凹点中。通过利用p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂，并且将III族物质的源气体以及V族物质的源气体导入该反应室中来形成该p型III-V族半导体层。在某些情况下，该润湿层形成为与该有源层相邻。在范例中，在该有源层上形成该润湿层。
根据以下详细说明，本领域技术人员易于了解本发明的附加方面与优点，其中示出和描述了本公开内容的仅示例性的实施例。如所意识到的，本发明可包括其它及不同的实施例，并且不脱离本发明的情况下，许多细节都可在许多明显方面进行修改。因此，图与说明本质上应示为示例性的，而不是限制性的。
本说明书通过以相同程度引用本申请中提到的所有公开、专利、以及专利申请，而并入了所有公开、专利、以及专利申请，就好像每一个独立公开、专利、或专利申请被特别或独立地指示为通过引用并入。
附图说明
通过参照阐明示例性实施例的以下详细描述以及附图将获得对本发明的特征和优点的更好理解，实施例中使用了本发明的原理，附图中：
图1图解示例了发光二极管；
图2图解示例了发光二极管，其具有填充有源层的V缺陷的不足掺杂的p型氮化镓(p-GaN)的区域；
图3图解示例了具有与有源层相邻的p-GaN层的发光二极管；
图4图解示例了根据实施例的具有△掺杂层（deltadopedlayer）的发光装置；
图5图解示例了根据实施例的具有△掺杂层以及其它装置层的发光装置；
图6示出了根据实施例的形成发光装置的方法；以及
图7示出了用于形成Mg△掺杂层与p-GaN层的压力与时间脉冲关系图。
具体实施方式
虽然已经于此示出和描述了本发明的许多实施例，但是仅是通过范例方式提供这些实施例对本领域技术人员是明显的。不脱离本发明，本领域技术人员可进行无数改变、变更以及替换。应该了解，于此所描述的本发明的实施例的许多替代方式都可用来实施本发明。
于此使用的术语“发光装置”是指配置成在电子和空穴在该装置的发光区(或“有源层”)中复合时生成光的装置。在某些例子中，发光装置是将电能转换成光的固态装置。发光二极管为发光装置。存在由不同材料制成，并且具有不同结构，并且以许多方式运行的LED装置结构的范例。一些LED发出激光，而一些生成非单色光。一些LED被优化为执行特定应用。LED可为所谓的蓝光LED，其包括具有氮化铟镓的多量子阱(multiplequantumwell，MQW)有源层。蓝光LED可发出具有波长范围从大约440纳米至大约500纳米的非单色光，同时具有每平方厘米38安培或更大的平均电流密度。可以提供荧光粉涂层来吸收发出的一些蓝光。荧光粉接着放荧光以发出其它波长的光，使得整体LED装置所发出的光具有较宽的波长范围。
于此所使用的术语“层”是基板上原子或分子的层。在一些例子中，层包括单个外延层或多个外延层。层可包括膜或薄膜，或多个括膜或薄膜。在一些情况下，层为装置(例如发光装置)的结构部件，提供预定装置功能，诸如例如被配置为生成光的有源层。层的厚度通常从大约一个单原子单层(monolayer，ML)至数十单层、数百单层、数千单层、数百万单层、数十亿单层、数万亿单层或更多。在范例中，层为多层结构，具有大于一个单原子单层的厚度。此外，层可包括多个材料层。在范例中，多量子阱有源层包括多个阱和垒层。
于此所使用的术语“有源区”(或“有源层”)指被配置为生成光的发光二极管(LED)的发光区。有源层包括有源材料，其在电子和空穴诸如例如借助于跨有源层施加的电位而复合时生成光。有源层可以包括一个或多个层。在一些例子中，有源层可以包括一个或多个垒层(或包覆层，诸如GaN)以及量子阱(“阱”)层(诸如例如InGaN)。在范例中，有源层包括多个量子阱，在该情况下，有源层可称为多量子阱(“MQW”)有源层。
于此所使用的术语“已掺杂”指掺杂有掺杂物的结构或层。层可掺杂有n型掺杂物(于此也称为“n掺杂”)或p型掺杂物(于此也称为“p掺杂”)。在一些例子中，层未掺杂或非故意掺杂(于此也称为“u掺杂”或“u型”)。在范例中，u-GaN(或u型GaN)层包括未掺杂或非故意掺杂的GaN。
于此所使用的术语“掺杂物”指掺杂物，诸如n型掺杂物或p型掺杂物。p型掺杂物包括但不受限于镁、锌和碳。n型掺杂物包括但不受限于硅和锗。p型半导体为掺杂有p型掺杂物的半导体。n型半导体为掺杂有n型掺杂物的半导体。n型III-V族半导体包括掺杂有n型，诸如n型氮化镓(“n-GaN”)，的III-V族半导体。p型III-V族半导体包括掺杂有p型，诸如p型氮化镓(“p-GaN”)，的III-V族半导体。
于此使用的术语“相邻”或“相邻于”包括“邻近”、“邻接”、“接触”以及“紧邻”。在一些实例中，相邻部件由一个或多个介入层彼此分隔。例如，该一个或多个介入层的厚度小于大约10微米(“微米”)、1微米、500纳米(“nm”)、100nm、50nm、10nm、1nm或更小。在范例中，第一层与第二层直接接触时，第一层与第二层相邻。在其它范例中，第一层藉由第三层而与第二层分隔时，第一层与第二层相邻。
于此所使用的术语“基板”指其上要形成膜或薄膜的任何工件。基板包括但不受限于硅、二氧化硅、蓝宝石、氧化锌、碳(例如石墨)、SiC、AlN、GaN、尖晶石(spinel)、涂布硅(coatedsilicon)、氧化物上硅、氧化物上碳化硅、玻璃、氮化镓、氮化铟、二氧化钛、氮化铝、金属材料(例如钼、钨、铜、铝)以及这些的组合(或合金)。
于此所使用的术语“注入效率”指通过发光装置的注入到发光装置的有源区的电子和空穴的比例。
于此所使用的术语“内量子效率”指在发光装置有源区中所有电子空穴复合中辐射(即产生光子)的比例。
于此所使用的术语“提取效率”指发光装置的有源区中所产生的光子从该装置逃逸的比例。
于此所使用的术语“外量子效率”(externalquantumefficiency,(EQE))指从LED发出的光子数与通过LED的电子数之比率，即EQE=注入效率x内量子效率x提取效率。
LED可由许多半导体装置层所形成。在一些情况下，III-V族半导体LED提供优于其它半导体材料的装置参数(例如光波长、外量子效率)。氮化镓(GaN)为二元III-V族直接带隙半导体，其可用于光电子应用以及高功率和高频率装置。
基于III-V族半导体的LED可形成在许多基板上，诸如硅和蓝宝石。硅提供超过其它基板的许多优点，诸如除使用大尺寸晶圆来帮助将特定时间段内形成的LED数量最大化外，使用当前制造和处理技术的能力。图1示出了LED100，其具有基板105、与基板105相邻的AlGaN层110、与AlGaN层110相邻的凹点生成层(pitgenerationlayer)115、与凹点生成层115相邻的n型GaN(“n-GaN”)层120、与n-GaN层120相邻的有源层125、与有源层125相邻的电子阻挡(例如AlGaN)层130、以及与电子阻挡层130相邻的p型GaN(“p-GaN”)层135。电子阻挡层130被配置为将p-GaN层135中电子与空穴的复合最小化。基板100可由硅形成。在一些例子中，凹点生成层115包括非故意掺杂的GaN(“u-GaN”)。
虽然硅提供许多优点，诸如使用适用于硅的使用的商业可用半导体制造技术的能力，但是硅基板上的基于III-V族半导体的LED的形成仍旧受到许多限制。例如，硅与氮化镓之间的晶格失配以及热膨胀系数都会导致结构应力，结构应力在氮化镓薄膜的形成时生成缺陷，例如线(threading)和/或发夹(hairpin)位错(于此统称为“位错”)。缺陷四周生长的薄膜产生V缺陷(或V凹点)，即装置层中的V形或总体凹陷的结构。这种V凹点使得难以实现一致的装置特性，诸如一个或多个层中的掺杂物的分布。
例如，形成氮化铝镓(A1GaN)层之后在V缺陷凹点(于此统称为“V凹点”)中生长的GaN的p型掺杂，可能不足以使得能够实现从填充有源区中的V缺陷的材料的有效空穴发射。此问题可以归因于薄膜形成期间，p型掺杂物(例如Mg)分离至与切面V缺陷AlGaN表面相对的A1GaN表面的c平面的倾向。V缺陷切面表面处p型掺杂物的吸收对于气相p型掺杂前驱物浓度相对不敏感。p型掺杂物的并入主要沿着该c平面表面发生。图2示出了得到的LED的范例。填充凹点的GaN材料的掺杂不足，导致差的装置性能(例如低亮度、高功率输入)和/或跨LED的不一致的光输出。也就是说，在其中在p型GaN(p-GaN)层中的p型掺杂物的掺杂分布不一致的例子中，LED的电子结构(或能带图)可以跨该装置而变，造成不一致的发光分布。在示例的范例中，V缺陷中的p型层的部分未掺杂，并且因此缺少期望(或一致)的装置性能所需的p型掺杂物(例如Mg)的浓度。V凹点中的p型层的该部分的掺杂不足，具有p型掺杂物浓度，该浓度小于p-GaN层中V凹点之外的p型掺杂物的浓度。在范例中，V凹点中的p-GaN层具有p型掺杂物浓度，其至多为p-GaN层中V凹点之外的p型掺杂物浓度的1%、或10%、或20%、或30%、或40%、或50%、或60%、或70%、或80%、或90%或95%。
解决这种问题的方式包括直接在AlGaN之前的V缺陷凹点有源区上生长具有低浓度的铟的p-GaN，藉此减少A1GaN表面上p型掺杂物(例如Mg)分离的问题。图3图解示出了具有这种结构的发光装置。虽然实现了空穴注入效率，但是会丧失藉由在有源层与p-GaN之间具有中间电子阻挡层所获得的至少某些益处。
另一种解决此问题的方式为使该LED中的V凹点的浓度最小化低。例如，有源层可形成具有低或大体上低的缺陷密度，这有助于最小化V凹点的覆盖率(或密度)。不过这种方式在商业上不可行且/或难以搭配目前用来形成LED的方法来实施。例如，低缺陷密度的LED组件层(例如有源层)的形成是缓慢并且耗费资源的过程，导致高工艺成本以及不满足LED装置的商业需求的装置转换率。
于此提供用于减少，若未消除，V凹点中掺杂物浓度不足的问题的装置结构及方法。于此提供的装置及方法通过补偿许多LED组件层中差的和/或不一致的掺杂物浓度的问题，有利地消除形成具有低缺陷密度的LED组件层的需求。
本发明许多实施例中描述的发光装置及方法，解决了该p-GaN层形成期间p型掺杂物至AlGaN表面的c平面的分离所造成的V凹点中p型掺杂不足的问题。于此描述的方法及结构提供高空穴注入效率，无需A1GaN电子阻挡层以下的p型半导体层(请参阅图3)。
发光装置
在本发明的方面中，提供具有改善的V凹点中掺杂物浓度的发光装置。这种装置结构最小化或消除了形成具有最低缺陷密度的发光装置结构的需求。借助于于此所提供的结构，可使用具有相对适度的缺陷密度(因此V凹点)的装置结构，这有利地降低了工艺成本。
在一些实施例中，诸如发光二极管(LED)的发光装置包括n型III-V族半导体层和p型III-V族半导体层之一者构成的第一层、与第一层相邻的有源层，以及与有源层相邻的n型III-V族半导体层和该p型III-V族半导体层之另一者构成的第二层。n型III-V族半导体包括掺杂有n型掺杂物的III-V族半导体。p型III-V族半导体包括掺杂有p型掺杂物的III-V族半导体。有源层包括一或多个V凹点。第二层具有第一部分及由该一或多个V凹点侧向限界的第二部分。第一部分设置于有源层之上。第二部分具有浓度一致的n型或p型掺杂物。在范例中，III-V族半导体材料为氮化镓。在某些实施例中，有源层具有介于大约1x108cm-2与5x109cm-2之间的缺陷密度。在其它实施例中，有源层具有介于大约1x109cm-2与2x109cm-2之间的缺陷密度。
III-V族半导体包括III族物质与V族物质。在某些实施例中，III族物质为镓并且V族物质为氮。在某些实施例中，III族物质包括镓和/或铟。在其它实施例中，III族物质包括镓、铟和/或铝。
在一些实施例中，发光装置包括具有n型掺杂物的n型氮化镓(GaN)层。n-GaN层设置为与具有一或多个V凹点的有源层相邻。也就是说，所形成的有源层呈现出一或多个V形状的凹点(或缺陷)。有源层与具有p型掺杂物的p型GaN层相邻。p-GaN层具有第一部分与第二部分。第二部分由一或多个V凹点侧向限界。第一部分设置于有源层之上，并且未由一或多个V凹点侧向限界。在实施例中，发光装置为初期发光装置，需要额外工艺和/或装置结构来完成。
在一些例子中，p-GaN层具有范围介于大约10纳米(“nm”)与1000nm之间的厚度。在其它实施例中，p-GaN层具有范围介于大约50nm与500nm之间的厚度。p-GaN层的厚度选择为使得提供具有预定操作条件的发光装置。
在一些例子中，n-GaN层具有范围介于大约100nm与8微米(“微米”)之间的厚度，而在其它实施例中，n-GaN层的厚度范围介于大约500nm与6微米之间。而在其它实施例中，n-GaN层的厚度范围介于大约1微米与4微米之间。n-GaN层的厚度选择为使得提供具有预定操作条件的发光装置。
在特定实施例中，p型掺杂物包括镁、碳和锌中的一或多种。在特定实施当中，p型掺杂物为镁。
在实施例中，n型掺杂物包括硅和锗中的一或多种。在特定实施当中，n型掺杂物为硅。
在一些情况下，p-GaN层进一步包括润湿材料，帮助p-GaN层的掺杂。在某些例子中，润湿材料可在形成p-GaN层之前，使p型掺杂物跨润湿材料的层一致分布(请参阅底下)。在某些情况下，润湿材料为铟(In)。
在一些实施例中，第二部分具有浓度一致的p型掺杂物。在一些例子中，第二部分中的p型掺杂物的浓度接近或大体上等于p-GaN层的第一部分中的p型掺杂物(或另一p型掺杂物)的浓度。在实施例中，第二部分中的p型掺杂物的浓度为第一部分中的p型掺杂物的浓度的大约90%、或80%、或70%、或60%、或50%、或40%、或30%、或20%、或10%、或5%、或1%、或0.1%、或0.01%或0.001%。
在实施例中，第二部分大体上掺杂有p型掺杂物。第一部分与第二部分中p型掺杂物的浓度介于大约1x1018cm-3与1x1022cm-3之间。在其它实施例中，第一部分与第二部分中p型掺杂物的浓度介于大约1x1019cm-3与1x1021cm-3之间，而在其它实施例中，第一部分与第二部分中p型掺杂物的浓度则介于大约1x1020cm-3与5x1020cm-3之间。
在其它情况下，第一部分中p型掺杂物的浓度在有源层处或附近最高，并且朝向第二部分降低。在其它情况下，沿着与p-GaN层与有源层之间的表面平行的方向(于此也称为“横向轴”)，以及沿着与p-GaN层与有源层之间的表面垂直的方向(于此也称为“纵向轴”)，第一部分中p型掺杂物的浓度一致或大体上一致。
在特定实施中，第二部分中p型掺杂物的浓度沿着V凹点纵维度一致。在一些实施例中，沿着发光装置纵轴所测量的V凹点中p型掺杂物的浓度最多改变大约50%、或40%、或30%、或20%、或10%、或5%、或1%、或0.1%、或0.01%、或0.001%或0.0001%。在其它例子中，第二部分中p型掺杂物的浓度沿着等V凹点横维度一致。在一些实施例中，沿着发光装置横轴所测量的V凹点中p型掺杂物的浓度最多改变大约50%、或40%、或30%、或20%、或10%、或5%、或1%、或0.1%、或0.01%、或0.001%或0.0001%。
发光装置进一步包括与n型或p型GaN层相邻的基板。在范例中，基板包括硅，诸如例如n型硅，或蓝宝石。在一些例子中，基板用于完成的发光装置中。在其它例子中，基板为载体基板，并且在这种例子中，完成的发光装置将包括另一基板。在某些实施例中，基板具有范围介于大约200微米(μm)与2毫米(mm)之间的厚度。
在一些实施例中，发光装置包括凹点产生层。在某些例子中，凹点产生层与n型GaN层相邻，诸如在n型GaN层与有源层以下。在其它例子中，凹点产生层介于n型GaN层与有源层之间。凹点产生层在有源层，以及在某些例子中于有源层之上形成的其它层，的形成期间期间，帮助一或多个V凹点的生长。
在一些实施例中，凹点产生层具有介于大约1x108cm-2与5x109cm-2之间的缺陷密度，而在其它实施例中，凹点产生层具有介于大约1x109cm-2与2x109cm-2之间的缺陷密度。在一些实施例中，凹点产生层具有介于大约10nm与1000nm之间的厚度，而在其它实施例中，凹点产生层具有介于大约50nm与500nm之间的厚度。
发光装置包括通过直接与n-GaN层接触或通过一或多层中间层而与n-GaN层电连通的电极。发光装置进一步包括通过直接与p-GaN层接触或通过一或多层中间层而与p-GaN层电连通(或电耦合)的电极。在某些例子中，一或该两个电极具有经过选择的形状与配置(例如发光装置上的位置)，以使对从发光装置所发出光的阻碍最小化。
有源层可为量子阱有源层，诸如多量子阱(MQW)有源层。在实施例中，有源层包括由氮化铟镓和/或氮化铟铝镓形成的阱层。包括有源层的材料可用包括有源层的二或更多元素进行组成分级(本说明书中也称为“分级”)。在范例中，有源层由分级的氮化铟镓InxGa1-xN形成，其中“x”为介于0与1之间的数，并且垒(或包覆)层由GaN形成。这种层的组成从层的第一侧至第二侧可变化。在一些实施例中，阱或垒材料从氮化镓、InAlGaN的许多组成(或化学计量)及AlGaN的许多组成当中选择。在一些实施例中，有源层具有介于大约10nm与1000nm之间的厚度，而在其它实施例中，有源层具有介于大约50nm与200nm之间的厚度。
在一些实施例中，有源层具有介于大约1x108cm-2与5x109cm-2之间的缺陷密度，而在其它实施例中，有源层具有介于大约1x109cm-2与2x109cm-2之间的缺陷密度。在一些实施例中，有源层具有大于大约1x106cm-2、大于大约1x107cm-2、大于大约1x108cm-2或大于大约1x109cm-2的缺陷密度。
在一些实施例中，n-GaN层与p-GaN层之间发光装置的厚度小于大约4微米、小于大约3微米、小于大约2微米、小于大约1微米、或小于大约500nm。n-GaN层与p-GaN层之间的区域包括有源层。
在一些例子中，发光装置在有源层与p-GaN层之间包括电子阻挡层。电子阻挡层被配置为最小化p-GaN层中电子与空穴的复合，在期望有源层中的光发射时，p-GaN层中电子与空穴的复合是不期望的。在范例中，电子阻挡层由氮化铝镓或氮化铝铟镓所形成。电子阻挡层可用电子阻挡层的二或更多元素进行组成分级(本说明书中也称为“分级”)。例如，电子阻挡层可以由分级的氮化铝镓AlxGa1-xN形成，其中“x”为介于0与1之间的数，或由AlxInyGa1-x-yN形成，其中“x”和“y”为介于0与1之间的数。这种层的组成从层的第一侧至第二侧可变化。在某些实施例中，电子阻挡层的厚度介于大约1nm与1000nm之间或介于大约10nm与100nm之间。
在一些实施例中，发光装置在有源层与p-GaN层之间进一步包括p型掺杂物注入层。p型掺杂物注入层被配置为在p-GaN层形成期间，提供p型掺杂物给p-GaN层的第二部分。p型掺杂物注入层有利于帮助在V凹点中提供期望的或预定的p型掺杂物浓度，这帮助最小化(若未消除时)p-GaN层的掺杂不足的区所带来的问题。p型掺杂物注入层包括p型掺杂物以及在一些例子中润湿材料。在一些实施例中，p型掺杂物为镁(Mg)。在一些实施例中，润湿材料为铟(In)。润湿材料被配置为使得p型掺杂物能够一致地覆盖p型掺杂物注入层。在一些例子中，润湿材料可保留在p-GaN层与电子阻挡层或有源层(在已消除电子阻挡层时)之间的界面上。
在一些实施例中，p型掺杂物注入层具有小于大约100nm、或小于大约50nm、或小于大约10nm、或小于大约1nm、或更小的厚度。在一些例子中，p型掺杂物注入层的厚度以单原子单层(monoatomicmonolayer，ML)来描述。在一些实施例中，p型掺杂物注入层的厚度介于大约0.1ML与10ML之间。在其它实施例中，p型掺杂物注入层具有小于或等于大约10ML、或小于或等于大约5ML、或小于或等于大约4ML、或小于或等于大约3ML、或小于或等于大约2ML、或小于或等于大约1ML、或小于或等于大约0.5ML、或更小的厚度。
在一些实施例中，发光二极管(LED)包括n型氮化镓(GaN)层、与所述n型GaN层相邻的有源层、以及与有源层相邻的p型GaN层。有源层包括一或多个V凹点。p型GaN层包括第一部分与第二部分。第二部分由一或多个V凹点侧向限界。第一部分设置于有源层之上，并且具有至少大约1x1018cm-3、或至少大约1x1019cm-3、或至少大约1x1020cm-3、或至少大约1x1021cm-3、或至少大约1x1022cm-3的p型掺杂物浓度。在某些例子中，p型掺杂物的浓度介于大约1x1018cm-3与1x1022cm-3之间、或介于大约1x1019cm-3与1x1021cm-3之间、或介于大约1x1020cm-3与5x1020cm-3之间。
在一些实施例中，发光二极管(LED)包括n型氮化镓(GaN)与p型GaN之一构成的第一层，以及与第一层相邻的有源层，有源层具有一或多个V凹点。LED进一步包括n型氮化镓(GaN)与p型GaN之另一构成的第二层，第二层具有第一部分及由一或多个V凹点侧向限界的第二部分。第一部分设置于有源层之上。第二部分具有浓度一致的n型或p型掺杂物。
图4图解示例根据本发明的实施例的发光装置(“装置”)400。在范例中，发光装置400为发光二极管。发光装置400由底部到顶部包括n掺杂(或“n型”)的GaN层(“n-GaN层”)405、与n-GaN层405相邻的凹点产生层410、与凹点产生层410相邻的有源层415、与有源层415相邻的电子阻挡层420、与电子阻挡层420相邻的p型掺杂物注入层425、以及与p型掺杂物注入层425相邻的p-GaN层430。装置400包括多个V凹点435(示出了两个)，其由凹点产生层410、有源层415和电子阻挡层420这些逐层形成的材料层中的缺陷(例如位错)所形成。p-GaN层430包括第一部分430a以及第二部分430b，第二部分430b设置于V凹点435中。p型掺杂物注入层包括p型掺杂物以及在某些例子中润湿材料。p型掺杂物注入层帮助以第二部分430b中p型掺杂物的期望的(或预定的)一致性、分布和/或浓度来形成第二部分430b。
在一些实施例中，有源层415为多量子阱有源层。在实施例中，有源层由阱层与垒层的交替层所形成，注入氮化铟镓与氮化镓的交替层，或氮化铟铝镓与氮化镓的交替层。两例子中的氮化镓可用作垒层材料。氮化铟镓或氮化铟铝镓可用作阱层材料。
在范例中，有源层415由交替的氮化铝镓层与氮化镓层所形成、电子阻挡层420由氮化铝镓所形成，并且p型掺杂物注入层425由镁和铟所形成。在这种例子中，铟用作润湿材料。替代地，电子阻挡层420由四元材料所形成，注入氮化铝铟镓。在某些例子中，电子阻挡层420依照组成分级。在其它例子中，电子阻挡层420具有一致的组成（composition）。
装置400形成于基板(未显示)上。基板与n-GaN层405或p-GaN层430相邻设置。在实施例中，基板由硅或蓝宝石形成。在某些例子中，基板与n-GaN层405相邻设置，并且在基板与n-GaN层405之间形成具有AlN层和AlGaN层的缓冲层。AlN层与基板相邻设置，并且AlGaN层与AlN层和n-GaN层405相邻设置。
在实施中，由硅形成与n-GaN层405相邻设置的基板。基板可用于将层405-430转移至另一基板，诸如硅。在这种例子中，层405-430形成于与n-GaN层相邻设置的第一基板上，转移之后，层405-430设置于与p-GaN层相邻的第二基板上。
图5图解示例根据本发明的实施例的具有形成于基板505上的多个层510-535的装置500。装置500为发光装置，诸如发光二极管。装置500由底部到顶部(“底部”代表与基板505相邻的位置)包括n-GaN层510、凹点产生层515、有源层520、电子阻挡层525、Δ掺杂层(deltadopedlayer)530、以及p-GaN层535。p-GaN层535包括第一部分与第二部分(未示出)。第二部分形成于凹点产生层515、有源层520和电子阻挡层525中的一或多个V凹点中(见例如图4)。Δ掺杂层530包括诸如镁的p型掺杂物以及诸如铟的润湿材料。在某些情况下，润湿材料减小Δ掺杂层表面上p型掺杂物迁移的阻碍，使p型材料能够一致地覆盖Δ掺杂层。润湿材料可减小V缺陷上p型掺杂物(例如Mg)的表面能量。如以下所述，通过将p型掺杂物的源气体以脉冲型态加入到具有基板505的反应室中，来将p型掺杂物提供到Δ掺杂层530中。
在范例中，Δ掺杂层530包括润湿材料，诸如铟，其减小V缺陷切面上p型掺杂物(例如Mg)的表面能量，藉此帮助将p型掺杂物并入到润湿层中。Δ掺杂层530中的p型掺杂物提供p型掺杂物源，用于后续并入到有源层520与电子阻挡层525的一或多个V凹点中的GaN层的部分中。这有助于在一或多个V凹点中形成p-GaN层535的部分。
在一些实施例中，装置500包括与n-GaN层510电连通的第一电极，以及与p-GaN层535电连通的第二电极。电极使得能够跨有源层520施加电位(电压)。在某些情况下，第一和第二电极分别与n-GaN层510和p-GaN层535电接触。在其它例子中，第一和第二电极之一或二者通过一或多层中间层与n-GaN层510和p-GaN层535电接触。在范例中，第二电极通过透明导电层(未示出)，例如氧化铟锡(ITO)层，与p-GaN层电连通。
有源层520中电子与空穴的复合，诸如在跨有源层520施加电位时，产生在总体离开基板502的方向上传输出装置的光。作为替代，层505-535转移至另一基板540，接着移除基板505。有源层520中电子与空穴的复合产生光，之后光穿过n-GaN层并沿着总体离开基板540的方向从装置500传输出。在一些例子中，装置500包括p-GaN层535与基板540之间的附加层。
在一些实施例中，基板505由硅、二氧化硅、蓝宝石、氧化锌、碳(例如石墨)、SiC、AlN、GaN、尖晶石(spinel)、涂布硅(coatedsilicon)、氧化物上硅、氧化物上碳化硅、玻璃、氮化镓、氮化铟、二氧化钛、氮化铝、金属材料(例如铜)以及这些的组合(或合金)中一或多种所形成。在一些情况下，基板505由硅形成。在范例中，基板505可由n型硅形成。在这种例子中，电极可形成为与基板505接触，也就是与n-GaN层510电连通。
在一些情况下，装置500包括基板505与n-GaN层510之间的一或多个附加层。一或多个附加层可包括缓冲层、应力释放层、或应力产生层。在实施例中，装置500包括与基板相邻的氮化铝镓层，以及与氮化铝镓层相邻的一或多个u型GaN(即是未掺杂或非故意掺杂的GaN)层。一或多个u-GaN层与n-GaN层510相邻设置。
在一些情况下，电子阻挡层525由氮化铝镓(AlGaN)形成。在某些例子中，能够依照铝和镓对AlGaN层进行组成分级。
在一些实施例中，Δ掺杂层530是电子阻挡层525与p-GaN层535之间的界面。在一些例子中，在电子阻挡层525与p-GaN层535之间的界面上，装置500具有呈现重合的Mg与In峰值的二次离子质谱分布(secondaryionmassspectrometry(SIMS)profile)。
在一些例子中，如通过SIMS测量的，在Δ掺杂层530中观察到的峰值铟强度，为有源层520内的独立量子阱中所观察到的峰值铟强度(或浓度)的1/100或更小的量级。峰值铟浓度的位置与峰值镁浓度的位置在AlGaN层与p-GaN层535之间的界面上重合。
在一些实施例中，具有V凹点(或V缺陷)的发光装置在发光装置的p-GaN层中具有一致的p型掺杂物分布。这有利地使得能够使用具有中等至高缺陷密度的装置结构(例如有源层)，并且如果不是消除的话，最小化，于此所提供的这种装置结构伴随的问题，诸如不一致的掺杂物浓度。
用于形成发光装置的方法
在本发明的另一方面中，提供用于形成发光装置的方法。这种方法提供于此所描述的装置的形成，装置诸如是发光二极管，包括III-V族LED(例如GaN基LED)。
在一些实施例中，用于形成诸如发光二极管(LED)的发光装置的方法包括在反应室中的基板之上，于有源层之上(或相邻)形成p型III-V族半导体层，p型III-V族半导体层延伸到有源层的一或多个V凹点中，包括p型III-V族半导体层与有源层之间的任何中间层(例如电子阻挡层)。通过利用p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂，并且将III族源气体以及V族源气体导入反应室中，来形成p型III-V族半导体层。导入p型掺杂物的源气体，来控制p型III-V族层中的p型掺杂物的浓度。在n型III-V族半导体层之上(或相邻)形成有源层。通过将III族源气体、V族源气体以及n型掺杂物的源气体导入反应室中，来形成n型III-V族半导体层。
p型III-V族半导体层包括III-V族半导体以及p型掺杂物。n型III-V族半导体层包括III-V族半导体以及n型掺杂物。III-V族半导体包括III族物质与V族物质。在实施例中，III族物质包括镓和/或铟。在另一实施例中，V族物质为氮。
在一些实施例中，用于形成诸如LED的发光装置的方法包括在反应室中的基板之上，形成与有源层相邻的p型III-V族半导体层，p型III-V族半导体层延伸到有源层的一或多个V凹点中。通过利用p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂，并且将III族物质的源气体以及V族物质的源气体导入反应室中，来形成p型III-V族半导体层。形成与有源层相邻的润湿层。在一些情况下，在形成润湿层之前，形成与有源层相邻的电子阻挡层。在实施例中，形成与n型III-V族半导体层相邻的有源层。在另一实施例中，形成与基板相邻的n型III-V族半导体层。
在特定实施例中，用于形成诸如发光二极管(LED)的发光装置的方法包括在反应室中的基板之上，于有源层之上(或相邻)形成p型氮化镓(p-GaN)层，p-GaN层延伸到有源层的一或多个V凹点中，包括p-GaN层与有源层之间的任何中间层(例如电子阻挡层)。通过利用p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂，并且将镓源气体以及氮源气体导入反应室中，来形成p-GaN层。导入p型掺杂物的源气体，来控制p-GaN层中p型掺杂物的浓度。
在实施例中，形成与有源层相邻的润湿层。在一些例子中，发光装置在润湿层与有源层之间包括电子阻挡层。在一些情况下，形成润湿层之前，形成与有源层相邻的电子阻挡层。有源层形成于n型GaN(“n-GaN”)层之上(或相邻)。n-GaN层形成于基板之上(或相邻)。
在其它实施例中，用于形成发光二极管(LED)的方法包括形成与反应室中的基板相邻的n-GaN层、在基板之上形成有源层、在有源层之上形成电子阻挡层以及在电子阻挡层之上形成Δ掺杂层。通过利用p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂来形成Δ掺杂层。
在某些情况下，对润湿层进行Δ掺杂包括以脉冲方式将p型掺杂物的前驱物加入具有基板的反应室中。以大约0.01秒与20分钟之间、或大约0.1秒与15分钟之间、或大约1秒与10分钟之间的持续时间将p型掺杂物的前驱物以脉冲方式加入。
图6图解示例根据本发明实施例的具有用于形成发光装置的工艺流程图的方法600。在第一操作605中，在被配置为生长发光装置的一或多个装置结构(或层)的反应室中提供基板。在范例中，反应室为真空或惰性气体环境之下的室。
例如，反应室可为真空室，诸如超高真空(ultrahighvacuum，UHV)室。在其中期望低压环境的例子中，可藉助于拥有一或多个真空泵，诸如一或多个涡轮分子(“涡轮”)泵、低温泵(cryopump)、离子泵、以及扩散泵(difusionpum)和机械泵的抽吸系统来对反应室抽真空。反应室可包括控制系统，用于调节前驱物流率、基板温度、室压力、以及室排空。
接下来，在第二操作610中，在基板之上形成n-GaN层。在实施例中，通过将镓前驱物、氮前驱物、以及n型掺杂物的前驱物导入反应室中，来形成n-GaN层。镓前驱物包括三甲基镓(trimethylgallium，TMG)、三乙基镓(diethylgallium)、二乙基氯化镓(diethylgalliumchoride)、以及同位的氢化镓化合物(coordinatedhydridecompounds)(例如二甲基氯化镓)中一或多种。氮前驱物包括氨(NH3)、氮(N2)、以及等离子体激发的氨和/或N2的物质中的一或多种。在一些例子中，n型掺杂物的前驱物为硅烷(silane)。
在实施例中，将镓前驱物、氮前驱物以及n型掺杂物的前驱物同时导入反应室中。在另一实施例中，以交替并且依序的方式(例如脉冲方式)，将镓前驱物、氮前驱物以及n型掺杂物的前驱物导入反应室中。
接下来，在可选的第三操作615中，在n-GaN层之上形成凹点产生层。通过将镓前驱物和氮前驱物，以及在一些例子中铟前驱物，导入反应室中，来形成凹点产生层。在一些情况下，凹点产生层由GaN、InGaN、以及其许多组合，包括InGaN/GaN超晶格，所形成。在一些例子中，若使用多量子阱有源层的一或多个子层来产生凹点，则凹点产生层为可选的。
接下来，在第四操作620中，在n-GaN层或凹点产生层(如果在操作615中形成)之上形成有源层。在范例中，有源层为包括交替的InGaN阱层与GaN垒层的多量子阱有源层。有源层在镓源气体与氮源气体进入反应室来形成垒层，以及导入铟源气体来形成阱层期间形成。铟源气体包括三甲基铟(trimethylindium)、三乙基铟(triethylindium)、二乙基氯化铟(diethylindiumchloride)以及同位的氢化铟化合物(coordinatedindiumhydridecompounds)(例如二甲基氢化铟(dimethylindiumhydride)中的一或多种。将用于形成独立垒层与阱层的源气体同时导入反应室中，或在其它例子中，以交替并依序方式导入。
接下来，在第五操作625中，在有源层之上形成电子阻挡层。在其中电子阻挡层包括氮化铝镓的例子中，通过将镓源气体、氮源气体以及铝源气体导入反应室中，来形成电子阻挡层。在一些情况下，铝源气体包括三-异丁基铝(TIBAL)、三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)、和氢化二甲基铝(DMAH)中的一或多种。在一些情况下，电子阻挡层包括氮化铝铟镓，在此例子中，诸如三甲铟(TMI)的铟源气体与其它源气体结合使用。在其它实施例中，在一些例子消除了电子阻挡层。
接下来，在第六操作630中，在电子阻挡层(若已消除电子阻挡层，则为有源层)之上形成润湿层。通过将润湿材料的源气体，诸如若润湿材料为铟，则为三甲铟(TMI)，导入反应室中来形成润湿层。
接下来，在第七操作635中，润湿层与p型掺杂物的源气体接触。在实施当中，通过将p型掺杂物的源气体以脉冲方式加入反应室中来对润湿层进行Δ掺杂。对润湿层进行Δ掺杂形成Δ掺杂层。在一些例子中，Δ掺杂层为p型掺杂物注入层。在范例中，p型掺杂物为镁，并且通过将双环戊二烯基镁(Cp2Mg)导入反应室中来以镁对润湿层进行Δ掺杂。
在范例中，于操作630中以第一温度形成润湿层，并且在操作635中，以相同或类似温度对润湿层进行Δ掺杂，以形成Δ掺杂层。然而，在其它例子中，以第一温度形成润湿层，并且以与第一温度不同的第二温度，以p型掺杂物对润湿层进行Δ掺杂。在实施例中，以介于大约700℃与1100℃之间的温度，形成润湿层和/或Δ掺杂层。在其它实施例中，以介于大约800℃与1050℃之间的温度形成润湿层和/或Δ掺杂层，而在其它实施例中，以介于大约850℃与1000℃之间的温度形成润湿层和/或Δ掺杂层。
在范例中，通过将p型掺杂物的源气体以脉冲方式加入反应室中来对润湿层进行Δ掺杂。在实施例中，以介于0.01秒与20分钟之间的持续时间，以脉冲方式加入p型掺杂物的源气体。在其它实施例中，以介于0.1秒与15分钟之间的持续时间以脉冲方式加入p型掺杂物的源气体，而在其它实施例中，以介于1秒与10分钟之间的持续时间以脉冲方式加入p型掺杂物的源气体。
在示例的范例中，操作635接着操作630。然而，在一些例子中，操作630与635同时进行。也就是说，将润湿材料的源气体以及p型掺杂物的源气体同时导入反应室中。在范例中，在N2载体气体的帮助之下将三甲基铟(TMI)、双环戊二烯基镁(Cp2Mg)以及氨导入反应室中，并且与操作625中形成的电子阻挡层(例如AlGaN)接触。Cp2Mg可在提供TMI之前、同时或之后流入反应室中。在范例中，操作635在操作630之前，也就是电子阻挡层与p型掺杂物(例如Cp2Mg)的源接触，以便在电子阻挡层之上形成p型掺杂物层，其接着与润湿材料(例如TMI)的源气体接触。
接下来，在第八操作640中，在Δ掺杂层之上(或与其相邻)形成p型氮化镓(p-GaN)层。在一些实施例中，于Δ掺杂层的形成期间，不发生p-GaN层的实际生长。
通过将镓源气体(或前驱物)以及氮源气体导入反应室中来形成p-GaN层。在实施例中，p型掺杂物的源气体并未被导入含有镓源气体以及氮源气体的反应室中。在这种例子中，在使镓源气体和氮源气体与Δ掺杂层接触时，开始在Δ掺杂层上形成GaN层。将Δ掺杂层的p型掺杂物并入GaN层中伴随GaN层的生长，藉此形成p-GaN，伴随p型掺杂物中的Δ掺杂层的消耗。在预定的时间段中，将p型掺杂物的源气体导入反应室中，继续形成p-GaN层。在一些例子中，镓源气体和氮源气体的继续流动伴随p型掺杂物的源气体。Δ掺杂层使得能够对有源层与电子阻挡层的一或多个V凹点中的GaN层进行掺杂(以形成p-GaN)。p型掺杂物的源气体的后续导入提供用于有源层之上的p-GaN层的部分中(并且不在V凹点中)的p-GaN层的继续生长的p型掺杂物。
在范例中，p-GaN层包括第一部分和第二部分(例如，见图4)。第一部设置于一或多个V凹点之外的电子阻挡层之上，并且在该一或多个V凹点中形成第二部分。在第二部分的生长期间，由Δ掺杂层提供用于p-GaN层的p型掺杂物。在第二部分形成之后，导入p型掺杂物的源气体(或另一p型掺杂物的源气体)，以提供第一部分中的p型掺杂物的预定浓度。
在一些情况下，在载体气体和/或抽吸的帮助之下，将源气体导入反应室中。载体气体可为惰性气体，诸如H2、Ar和/或N2。在范例中，在N2的帮助之下，将镓源气体(例如TMG)以及氮源气体(例如NH3)导入反应室中。在另一范例中，在抽吸系统(例如涡轮泵)的帮助之下，将镓源气体、氮源气体以及p型掺杂物的源气体导入反应室中。
可以在一些或全部独立操作之间可排空反应室。在一些例子中，借助于净化气体(purgegas)或真空(抽吸)系统来净化反应室。在范例中，在操作620与625之间借助于净化气体来排空反应室。净化气体可与载体气体相同或类似。在范例中，净化气体为N2，并且通过继续使N2流入反应室，同时停止一或多种源气体的流动，来净化反应室。在另一范例中，在操作610与615之间借助于抽吸系统来排空反应室(即给反应室施加真空)。在其它例子中，借助于净化气体或真空系统来净化反应室。
虽然将方法600描述为发生于反应室中，但是在一些情况下，方法600的一或多个操作可发生在分开的反应室中。在范例中，在第一反应室中进行操作605和610，在第二反应室中进行操作615-625，并且在第三反应室中进行操作630-640。反应空间可彼此流体隔离，诸如在分开的位置中。
图7示出了用于在Δ掺杂层之上形成Δ掺杂层与p-GaN层的压力与时间脉冲关系图。将压力(y轴)示为时间(x轴)的函数。压力可对应于反应室中每一源气体的分压。对于反应室中的基板，在第一时间(t1)，在N2载体气体的帮助之下，将TMI和NH3导入反应室中。这在基板上形成润湿层。接下来，在借助于第二时间(t2)导入反应室中的Cp2Mg以Mg对润湿层进行Δ掺杂。在将Cp2Mg以脉冲方式加入反应室期间，维持NH3与N2的流率。用于Cp2Mg曝露的时间段小于TMI的时间段；然而，在一些情况下，用于Cp2Mg曝露的时间段(即脉冲持续时间)大于或等于用于TMI曝露的时间段。Cp2Mg脉冲与TMI脉冲交叠。在其它例子中，Cp2Mg脉冲不与TMI脉冲交叠。在范例中，Cp2Mg脉冲在TMI脉冲之前。在另一范例中，Cp2Mg脉冲在TMI脉冲之后。
接下来，在第三时间(t3)，将TMG导入反应室中。在导入TMG之前，停止Cp2Mg的流率，但是维持NH3与N2的流率。接下来，在第四时间(t4)，将Cp2Mg导入反应室中，提供用于形成p-GaN层的p型掺杂物。Δ掺杂层提供用于在GaN沉积时并入到V凹点中的p型掺杂物(Mg)，这在V凹点中形成p-GaN。Cp2Mg的第二剂量提供p型掺杂物，用于基板之上与V凹点之外的p-GaN层的后续生长。
于此提供的发光装置的一或多层可通过汽相(或气相)沉积技术来形成。在一些实施例中，藉由化学汽相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强CVD(PECVD)、等离子体增强ALD(PEALD)、金属有机CVD(MOCVD)、热线CVD(HWCVD)、初始CVD(iCVD)、改良CVD(MCVD)、汽相轴向沉积(VaporAxialDeposition,VAD)、外部汽相沉积(OVD)和/或物理汽相沉积(例如溅射沉积、蒸发沉积)来形成于此提供的发光装置中的一或多层。
虽然在具有某些III-V族半导体材料，诸如氮化镓，的发光装置的背景中描述了于此提供的方法和结构，但是这些方法和结构仍旧适用于其它类型的半导体材料。于此提供的方法和结构可用于具有由氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、硒化锌(ZnSe)、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝镓铟(AlGaInN)以及氧化锌(ZnO)所形成的有源层的发光装置。
在一些实施例中，在控制器的帮助之下，形成于此提供的层和装置结构，诸如例如有源层(包括阱层与垒层)、n型III-V族半导体层、p型III-V族半导体层，控制器被配置为调节一或多个工艺参数，诸如基板温度、前驱物流率、生长率、氢气流率、以及反应室压力。控制器包括处理器，处理器被配置为帮助执行机器可执行代码，代码被配置为实施于此提供的方法。
范例
在反应室中提供具有有源层之上的AlGaN电子阻挡层的基板。有源层和电子阻挡层包括多个V凹点。通过初始形成p型Δ掺杂层，来在AlGaN电子阻挡层上形成p-GaN层。以介于大约850℃与1000℃的基板温度，于N2载体气体的帮助之下，将三甲基铟(TMI)和氨(NH3)提供到反应室中，并且使它们与电子阻挡层接触来形成润湿层。接下来，通过将Cp2Mg导入反应室，并且将润湿层曝露于Cp2Mg，以以镁对润湿层进行Δ掺杂。在一些例子中，在TMI流入反应室中之前、同时或之后，将Cp2Mg提供至反应室中。接下来，通过将TMG导入反应室中，来在Δ掺杂层上形成GaN层。Δ掺杂层中的p型掺杂物提供用于并入到V凹点中的GaN层中的p型掺杂物。在p-GaN层填充V凹点之前或之后，连同TMG与NH3一起p型掺杂物的源气体导入反应室中。p型掺杂物的源气体的定时选择为提供p型掺杂物浓度、分布和/或期望的分布。
除非特别要求，否则整个说明书与权利要求中所使用的单数或复数词语也分别包括复数或单数。此外，词语“于此”、“底下”、“以上”、“以下”以及类似意思的词语作为整体引用本申请，而非本申请的任何特定部分。词语“或”用于引用二或更多项的清单时，该词语涵盖该词语的所有以下解释：清单内的任何项、清单内的所有项目以及清单内的项的任意组合。
从以上应当理解，虽然已经示例并描述了特定实施，但是于此可以对其进行许多修改和设想许多修改。本发明也不意图受限于本申请文件中提供的具体范例。虽然已经参考上述申请文件描述了本发明，但是于此本发明的实施例的描述与示例并没有限制之意。更进一步，应当理解，本发明的所有方面并不受限于于此根据许多条件与变量所阐述的具体说明、配置或相对比例。本领域技术人员将明白本发明实施例的形式与细节的许多修改。因此，设想本发明也应涵盖任何这种修改、变化与同等项。

Claims (21)

1.一种发光二极管，包括：
n型GaN层，所述n型GaN层掺杂有n型掺杂物；
有源层，其与所述n型GaN层相邻，所述有源层包括In并具有一或多个V凹点；
p型Δ掺杂层，其与所述有源层相邻，所述p型Δ掺杂层包括In并Δ掺杂有Mg；以及
p型GaN层，其与所述p型Δ掺杂层相邻，所述p型GaN层掺杂有p型掺杂物，所述p型GaN层具有第一部分和第二部分，所述第一部分设置于所述有源层之上，所述第二部分是由所述一或多个V凹点侧向限界的所述p型GaN层的部分，
其中Mg强度在所述p型Δ掺杂层中具有峰值，并且In强度在所述p型Δ掺杂层中具有第一峰值且在所述有源层中具有第二峰值，In强度在所述p型Δ掺杂层中的所述第一峰值低于In强度在所述有源层中的第二峰值。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述第一部分中的所述p型掺杂物的浓度至少为1x1020cm-3。
3.如权利要求1所述的发光二极管，进一步包括与所述n型GaN层相邻的硅基板。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述有源层具有1x108cm-2与5x109cm-2之间的位错密度。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述p型GaN层延伸到所述有源层的所述一或多个V凹点中。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其中所述第二部分中的所述p型掺杂物的浓度至少为1x1020cm-3。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其中In强度在所述p型Δ掺杂层中的所述第一峰值是In强度在所述有源层中的所述第二峰值的1/100或更低。
8.如权利要求1所述的发光二极管，进一步包括所述有源层与所述p型Δ掺杂层之间的电子阻挡层。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其中Mg强度在所述p型Δ掺杂层中的所述峰值与In强度在所述p型Δ掺杂层中的所述第一峰值重合。
10.一种发光二极管，包括：
n型GaN层；
有源层，其与所述n型GaN层相邻，所述有源层包括In并包括一或多个V凹点；
电子阻挡层，其与所述有源层相邻；以及
p型GaN层，其与所述电子阻挡层相邻，
其中所述发光二极管在所述电子阻挡层与所述p型GaN层之间的界面处包括Mg和In，Mg强度在所述界面处具有峰值，并且In强度在所述界面处具有第一峰值且In强度在所述有源层中具有第二峰值，In强度在所述界面处的所述第一峰值低于In强度在所述有源层中的所述第二峰值。
11.如权利要求10所述的发光二极管，其中所述有源层具有1x108cm-2与5x109cm-2之间的位错密度。
12.如权利要求10所述的发光二极管，其中In强度在所述界面处的所述第一峰值是In强度在所述有源层中的所述第二峰值的1/100或更低。
13.如权利要求10所述的发光二极管，其中Mg强度在所述界面处的所述峰值与In强度在所述界面处的所述第一峰值重合。
14.如权利要求10所述的发光二极管，其中所述界面是包括In和N的层。
15.如权利要求10所述的发光二极管，其中所述p型GaN层延伸到所述有源层的所述一或多个V凹点中。
16.如权利要求10所述的发光二极管，其中所述p型GaN层具有第一部分和第二部分，其中所述第一部分设置于所述有源层之上，并且所述第二部分是由所述一或多个V凹点侧向限界的所述p型GaN层的部分。
17.如权利要求16所述的发光二极管，其中所述第二部分中的所述p型掺杂物的浓度至少为1x1020cm-3。
18.一种用于形成发光二极管的方法，包括：
在反应室中的基板之上，形成与有源层相邻的p型III-V族半导体层，所述p型III-V族半导体层延伸到所述有源层的一或多个V凹点中，
其中如下形成所述p型III-V族半导体层：
以镁对润湿层进行Δ掺杂，所述润湿层包括铟，其中镁强度在经Δ掺杂的层中具有峰值，并且铟强度在经Δ掺杂的层中具有第一峰值且在所述有源层中具有第二峰值，铟强度在经Δ掺杂的层中的所述第一峰值低于铟强度在所述有源层中的第二峰值；以及
将III族物质的源气体以及V族物质的源气体导入所述反应室中。
19.如权利要求18所述的方法，其中在形成所述润湿层之前，形成与所述有源层相邻的电子阻挡层。
20.如权利要求18所述的方法，其中Δ掺杂包括将Mg的前驱物以脉冲方式加入反应室中，所述反应室中设置有所述基板。
21.如权利要求20所述的方法，其中以0.1秒与15分钟之间的持续时间，以脉冲方式加入Mg的所述前驱物。
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