TW202249303A - 光電器件及其製造方法 - Google Patents

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提摩西 拉西亞茲
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Abstract

本發明的一個目的是一種GaN基發光二極體（1），包括：n-GaN基電子注入區(10)，p-GaN基空穴注入區(11, 11')，位於電子注入區（10）和空穴注入區（11、11'）之間配置為發射光輻射的有源區，以及氫阻擋層(12)，該發光二極體（1）的特徵在於，該空穴注入區（11、11'）包括至少一個活化部分（11'）和至少一個非活化部分（11''），使得活化部分（11'）的受體濃度為非活化部分（11''）受體濃度的至少十倍，並且該至少一個非活化部分（11''）介於電子注入區（10）和氫阻擋層（12）之間，使得所述氫阻擋層（12）’阻止氫從非活化部分（11''）的釋放。本發明的另一個目的是製造這種LED的方法。

Description

光電器件及其製造方法
本發明涉及光電領域。其在光電器件，例如基於GaN奈米線的發光二極體的製造中具有特別有利的應用。
通常，GaN基發光二極體（LED）包括其間插入有有源區的載流子（電子或空穴）注入區。
有源區是電子-空穴對發生輻射複合的區域，由該區域能夠獲得光發射。該有源區位於PN結（PN junction），包含例如基於InGaN的量子阱。
載流子注入區允許在有源區傳輸和注入電流。對於一些應用領域，尤其對於顯示技術，優選減小LED中的注入電流。為了保持有效運行和足夠的輻射率，可能有必要改進這些載流子注入區。
通常，空穴注入區是基於p-GaN的。在其形成期間，其最初包含一定濃度的雜質，例如被吸收的氫中和的鎂Mg。這些“電惰性”雜質必須被活化才能形成受體位點。因此，為了具有有效的p型導電性，需要對空穴注入區實施活化步驟。通常，該活化步驟是通過熱退火完成的。在退火過程中，釋放出中和雜質的氫，然後雜質形成“活化的”受體位點。這些受體位點的濃度（稱為受體濃度）取決於活化步驟的有效性。
文獻“Yuka Kuwano et al 2013 Jpn. J. Appl. Phys. 52 08JK1208JK12”公開了一種改善埋在N型GaN 層之下的空穴注入區的活化步驟的有效性的方法。該方法包括在活化之前在形成載流子注入區和有源區的層堆疊內形成溝道。特別是，這允許在活化過程中改善整個溝道中氫的釋放。
該方法的缺點是溝道的形成會產生缺陷和/或介面態。這會產生其載流子未注入有源區的漏電流。
改善電流從載流子注入區向有源區注入和/或傳輸的另一個解決方案包括在LED的堆疊內增加一個或多個載流子過濾層。這樣，LED在空穴注入區和有源區之間可以包括電子阻擋層（稱為EBL），以便“過濾”載流子。反之，在電子注入區和有源區之間可以包括空穴阻擋層（稱為HBL）。然而，這些層可能改變光發射。
LED不同的區和層可以通過沿縱向z堆疊來佈置。這樣的LED架構被稱為軸向的。或者，LED不同的區和層可以圍繞縱向z徑向佈置。這樣的LED架構被稱為徑向的或核殼結構的。無論目標LED的架構如何，都需要改進空穴注入。
本發明旨在至少部分地克服上述的缺點。
具體地，本發明的一個目的是提供具有優化的空穴注入區的發光二極體。本發明的另一個目的是提供製造這種發光二極體的方法。
本發明的其他目的、特徵和優點將通過研究以下描述和附圖而體現。當然，可以結合其他優點。特別地，該方法的一些特徵和一些優點加以必要的修改以適用於設備，反之亦然。
為達到這些上述的目的，第一方面涉及GaN基發光二極體，包括： - n-GaN基電子注入區， - p-GaN基空穴注入區， - 位於電子注入區和空穴注入區之間的有源區，其配置為發出光輻射。
有利地，該空穴注入區包括至少一個活化部分和至少一個非活化部分，使得活化部分的受體濃度為非活化部分受體濃度的至少10倍，優選至少100倍。該至少一個非活化部分介於電子注入區和氫阻擋層之間，配置為防止在活化步驟期間氫從非活化部分的釋放。
因此，只有一部分空穴注入區-活化部分-具有有效的p型導電性。這促進了在空穴注入區的活化部分將空穴注入到LED的有源區中。這限制或避免了電流在空穴注入區的非活化部分的通過。
本發明的基本原理在於界定載流子注入和/或複合的最有效部分，通過有意插入氫阻擋層以避免對載流子注入和/或複合的最不關注的部分的活化。特別是，將有利地限制空穴注入和載流子複合到LED具有最少缺陷的區域。這可以避免由於LED的非最佳區域（通常是缺陷最多的區域）而導致的能效損失。因此，這些被有意保持為非活化狀態。
氫阻擋層阻擋氫的擴散。因此，將這種氫阻擋層直接設置在空穴注入區的一部分上方是有利的，使得該部分是非活化部分。通過選擇氫阻擋層的位置，可以限定空穴注入區的哪個部分是非活化部分。例如，在基於奈米線的3D LED 的情況下，令人關注的是非活化部分是奈米線的下部，而活化部分是奈米線的上部。通常，奈米線下部的缺陷水準高於上部。此後，它具有更高的漏電流。因此，只有上部參與電流的傳輸，從而優化了電流的傳輸。
根據一個實施例，活化部分的受體濃度高於或等於10 19cm -3，且至少一個非活化部分的受體濃度低於或等於10 16cm -3。
第二方面涉及製造這種發光二極體的方法。
根據一個方面，所描述的方法包括： -形成n-GaN基電子注入區， - 形成p-GaN基空穴注入區， - 形成位於電子注入區和空穴注入區之間的有源區，該有源區被配置為發射光輻射， - 熱活化，配置為活化該空穴注入區。
有利地，在活化前，僅在空穴注入區的一部分上方形成氫阻擋層，從而防止在空穴注入區的該部分（稱為非活化部分）處的活化，並使得在空穴注入區的另一部分（為活化部分）上方的活化是有效的。非活化部分介於在電子注入區和氫阻擋層之間。
因此，該方法有利地能夠避免空穴注入區的一部分的活化。在熱活化之前在該部分上方形成的氫阻擋層防止在活化期間氫從該部分釋放。因此，該部分是非活化的，而沒有被氫阻擋層覆蓋的空穴注入區的另一部分在熱活化完成時被活化。
例如，該方法可以在基於奈米線的LED的製造過程中應用。通常用於形成空穴注入區的奈米線的外殼，在活化之前其下部被氫阻擋層覆蓋。因此，該氫阻擋層可以是以環的形式覆蓋奈米線下部。因此，通常具有最高缺陷水準的下部是非活化的，並且不參與向有源區和有源區中的電流的傳輸和注入。
在開始詳細回顧本發明的實施例之前，需要說明的是，根據本發明第一方面的發明尤其包括下文中可以組合或替代使用的可選特徵。
根據一個示例，發光二極體包括介於氫阻擋層和非活化部分之間的所謂的儲氫層，該儲氫層被配置為至少在活化部分的活化其間在非活化部分內提供氫補充。
根據一個示例，氫阻擋層基於氮化矽，其初始氫原子濃度為0.1%-10%，並且可能高達20%。
根據一個示例，對於空穴注入區，氫阻擋層僅覆蓋該至少一個非活化區。
根據一個示例，氫阻擋層直接接觸該至少一個非活化區。
根據一個示例，非活化區的缺陷水準高於活化區的缺陷水準。通常，該缺陷是導致載流子傳輸和/或重組效率顯著下降的缺陷，例如晶體缺陷。
根據一個示例，活化部分的受體濃度高於或等於10 18cm -3，優選高於或等於10 19cm -3。
根據一個示例，該至少一個非活化部分的受體濃度低於或等於10 16cm -3，優選低於或等於10 15cm -3。
根據一個示例，二極體還包括延伸與該氫阻擋層接觸的鈍化層。
根據一個示例，有源區s為在空穴和電子注入區之間的PN結的形式。
根據一個示例，氫阻擋層基於AlN、n-GaN、n-AlGaN中的至少一種。
根據一個示例，電子和空穴注入區沿基面延伸，並且氫阻擋層具有至少一個開口，其配置為暴露空穴注入區的活化部分。
根據一個示例，電子注入區以線的形式縱向延伸，空穴注入區圍繞電子注入區徑向延伸，使得二極體具有所謂的核-殼結構，並且氫阻擋層以環狀圍繞非活化部分徑向延伸。
根據一個示例，環狀的氫阻擋層位於承載在襯底上的二極體的基部處。
根據一個示例，氫阻擋層在沿縱向z上的高度h 12為二極體在沿縱向z上的高度h d的30％到50％。
根據一個示例，二極體還包括在非活化部分和氫阻擋層之間圍繞非活化部分徑向延伸的儲氫層。
根據一個示例，二極體還包括圍繞氫阻擋層徑向延伸的鈍化層。
根據其第二方面，本發明尤其包括下文中可以組合使用或替代地使用的可選特徵：
根據一個示例，該方法還包括在活化之前，在氫阻擋層上方形成鈍化層。
根據一個示例，該方法還包括，在形成氫阻擋層之前，在非活化部分上方形成儲氫層，使得該儲氫層介於非活化部分和氫阻擋層之間。根據一個示例，存在於儲氫層中的一部分氫在非活化部分中擴散，優選在活化期間擴散。
根據一個示例，該方法還包括在空穴注入區的活化部分上方形成導電透明電極。
根據一個示例，導電透明電極的形成包括熱退火，並且熱活化被配置為替代該熱退火。
根據一個示例，電子注入區垂直於襯底基平面的縱向z從襯底以線的形式形成，並且空穴注入區圍繞電子注入區徑向形成，從而使二極體具有所謂的核殼結構。
根據一個示例，氫阻擋層以環的形式圍繞位於與襯底接觸的二極體的基部處的空穴注入區的一部分徑向形成，使得空穴注入區的非活化部分位於二極體的該基部。
根據一個示例，形成環形的氫阻擋層包括以下子步驟： - 在核殼二極體上方保形沉積氫阻擋層， - 在氫阻擋層上方保形沉積鈍化層， - 圍繞鈍化層離心沉積高度h22的掩蔽材料， - 通過各向同性蝕刻部分去除線上部的鈍化層， - 去除掩蔽材料， - 通過各向同性蝕刻部分去除線上部的氫阻擋層。
除了在不相容的情況之外，對於給定實施例詳細描述的技術特徵可以與在描述為非限制性示例的其他實施例的上下文中描述的技術特徵組合，以形成另一個不必然被例示或描述的實施例。當然，本發明不排除這樣的實施例。
在本發明中，該方法尤其專用於發光二極體（LED），特別是具有3D結構的LED的製造。
更普遍地，本發明可以對不同的光電器件實施。
因此，本發明也可以在鐳射或光伏器件的背景下實施。
通常，3D LED具有沿著z並支承在襯底上的伸長的內部部分（芯）、圍繞內部部分的有源區和圍繞有源區的外部部分（殼）。通常，內部部分用於電子注入而外部部分用於空穴注入。有源區可以是pn結的形式。或者，有源區可以包括平行於縱向z延伸的量子阱。在外部部分和有源區之間可以存在電子阻擋層。在內部部分和有源區之間可以存在空穴阻擋層。
在本發明中，氫阻擋層用於防止部分空穴注入區的活化。優選地，該氫阻擋層具有防止或最小化氫在空穴注入區中擴散的帶隙和結晶特性。適用於該氫阻擋層的材料可以選自非摻雜GaN或氮化鋁(AlN)或這兩種材料的合金，或者AlGaN基合金。氧化鋁Al 2O 3或氧化鎂MgO也是適用於該氫阻擋層的材料。
除非另有明確說明，否則在本發明的上下文中規定，在第一層和第二層之間插入第三層的相對佈置不一定意味著這些層直接相互接觸，而是意味著第三層或者與第一層和第二層直接接觸，或者通過至少一個其他層或至少一個其他元件與這些層隔開。
因此，術語和表述“承載”和“蓋”或“覆蓋”不一定意味著“接觸”。
要求保護的方法的步驟應該被廣泛地理解並且可能以幾個子步驟執行。
術語“3D結構”應理解為與所謂的平面或2D結構相反，其在一個平面中具有兩個維度，這兩個維度比垂直於該平面的第三個維度大得多。因此， 3D LED領域的常見3D結構可以是線、奈米線或微米線的形式。這種3D結構具有沿縱向伸長的形狀。沿圖中的z的線的縱向尺寸大於，優選遠大於圖中平面xy中的線的橫向尺寸。例如，縱向尺寸為橫向尺寸的至少五倍，優選至少十倍。3D結構也可以是壁（wall）的形式。在這種情況下，只有壁的橫向尺寸比其他尺寸小很多，例如為其他尺寸的至多五分之一，優選至多十分之一。3D結構也可以是金字塔的形式。
在本專利申請中，術語“發光二極體”、“LED”或簡單地“二極體”被無差別地使用。“LED”也可以理解為“微LED”。
接下來，可以使用與材料M相關的以下縮寫：
a-M是指非晶形式的材料M，根據微電子工業中常用的術語使用前綴a-。
p-M是指多晶形式的材料M，根據微電子工業中常用的術語使用前綴p-。
類似地，可以使用與材料M相關的以下縮寫：
i-M是指本征或非故意摻雜材料M，根據微電子工業中常用的術語使用前綴i-。
n-M是指N、N+或N++摻雜材料M，根據微電子工業中常用的術語使用前綴n-。
p-M是指P、P+或P++摻雜材料M，根據微電子工業中常用的術語使用前綴p-。
本發明的一個目的是改進LED的P摻雜區域處的空穴注入。
在本申請的上下文中，如果材料具有高於或等於10 19cm -3的受體濃度 [A]，則該材料是“有效的”P型摻雜的。通常，受體或受體位點對應於非中性雜質，能夠接受至少一個電子（或“給出”空穴）。通過所謂的活化步驟，中性雜質可以變為非中性或活化的。因此，只有“活化”的雜質參與P型傳導。
本發明的一個目的是僅活化空穴注入區的一部分。特別地，這種選擇性活化能夠促進電流在空穴注入區的僅活化部分中通過。有利地，該活化部分對應於空穴注入區的具有最佳結晶品質的部分。
“基於”材料M的襯底、層、器件應理解為僅包含該材料M或包含該材料M和可能的其他材料（例如合金元素、雜質或摻雜元素）的襯底、層、器件。因此，基於p-GaN的空穴注入區通常包含GaN和鎂(Mg)雜質。
座標系，優選正交的座標系，包括x、y、z軸，其在一些附圖中示出。該座標系可以擴展並適用於其他附圖。
在本專利申請中，我們將優選討論層的厚度和結構或器件的高度。厚度被認為是沿垂直於層延伸的主平面的方向，高度被認為是垂直於襯底的基平面xy。因此，當層主要沿平面xy延伸時，層通常具有沿z的厚度， LED具有沿z的高度。相關術語“上方”、“下方”、“下層”優選指的是沿方向z的位置。
尺寸值應理解為在製造和測量公差範圍內。
術語“基本上”、“大約”、“範圍內”，當它們涉及一個值時，是指該值的“10%以內”，或者當它們涉及角度時，是指該角度的“10°以內”。因此，基本上垂直於平面的方向是指相對於平面具有90±10°角的方向。
圖1至圖8中示出了根據本發明的方法的第一實施例。該第一實施例旨在形成具有核殼結構的3D LED，該核殼結構具有優化的空穴注入區。
在該第一實施例中，首先從襯底2以線的形式形成3D LED結構 (圖1)。
通常，本文中的襯底2包括成核層20和掩蔽層21。
優選地，成核層20基於AlN。或者，它可以基於其他金屬氮化物，例如n-GaN或AlGaN。該成核層20可以是本領域技術人員已知的能夠使GaN成核和生長的任何層。它可以通過在由矽製成的支持物（未示出）上外延形成，優選通過MOVPE（“金屬有機氣相外延（Metal Organic Vapour Phase Epitaxy）”的首字母縮寫）。有利地，它具有小於或等於200nm、優選地小於或等於100nm、例如在50nm範圍內的厚度。
優選地，掩蔽層21由介電材料製成，例如氮化矽Si3N4。它可以通過CVD（“化學氣相沉積（Chemical Vapour Deposition）”的首字母縮寫）沉積在成核層20上。它部分地掩蔽成核層20並包括開口210，其優選地是成核層20的圓形暴露區域。通常，這些開口210具有一定尺寸，例如30nm至600nm的直徑或平均直徑。
n-GaN線通過掩蔽層21的開口210生長。該線的形成通過外延來完成，優選地通過MOVPE（“金屬有機氣相外延（Metal Organic Vapour Phase Epitaxy）”的首字母縮寫），特別是如在WO2012136665公報中限定的外延完成。
或者，該線的形成可以通過MBE（“分子束外延（Molecular Beam Epitaxy）”的首字母縮寫）、HVPE（“氫化物氣相外延（Hydride Vapour Phase Epitaxy）”的首字母縮寫）、CVD和MOCVD（“金屬有機化學氣相沉積（Metal Organic Chemical Vapour Deposition）”的首字母縮寫）來完成。
該n-GaN線旨在形成LED的電子注入區10。以已知方式，該區域10的N摻雜可以由生長、植入和/或活化退火產生。特別地，N摻雜可以在生長期間從矽或鍺源直接獲得，例如通過添加甲矽烷或乙矽烷或鍺烷蒸氣。形成這種n-GaN線10所需的生長條件是眾所周知的。
優選地，線10具有大於或等於30nm和/或小於或等於600nm的直徑Φ。線10還具有優選地大於或等於150nm的高度h 10。優選地，該n-GaN線10的縱橫比h 10/Φ大於1，優選大於5。
本文中的n-GaN線10形成具有核殼結構的3D LED的核。
之後，可以在核10上方形成由p-GaN製成的殼11。
該p-GaN殼旨在形成LED的空穴注入區11。優選地，該區11通過MOVPE外延形成。特別地，P型摻雜元素的納入可以在生長期間直接獲得，例如從鎂源獲得。形成這種p-GaN殼11所需的生長條件是眾所周知的。
殼11可以直接形成在核10之上，以便形成pn結。因此，有源區101對應於該pn結。或者，有源區可以以已知方式包括多個量子阱(未示出)，其被配置為發射主波長λ的光輻射。例如，這些量子阱基於InGaN。通常，它們可以通過基於AlGaN的障壁（barrier）彼此分離。
通常，殼11具有上部11a和下部11b。通常，下部11b支撐在襯底2上並且具有高度h def。一般地，該下部11b的缺陷水準高於上部11a的缺陷水準。
在完成生長後，區域11的P摻雜仍然無效。實際上，活化步驟，通常是在氮N 2氣氛中的熱退火，對於活化區域11中存在的摻雜元素是必要的。該步驟旨在消除區域11內吸收的氫並中和摻雜元素。
有利地，該活化步驟不在該階段進行，使得殼11沒有被活化並且不具有有效的P型導電性。相反，殼11可以經受氫氣氛以鈍化或失活p-GaN。
如圖1所示，氫阻擋層類型的層12可以以保形方式（conformally）沉積在非活化的p-GaN基的殼11上方。氫阻擋層12可以基於n-GaN、I-AlN、n-AlGaN或這些材料的組合。特別地，層12可以包括疊層，例如與n-GaN層相結合的I-AlN層，或與I-AlN層相結合的n-AlGaN層。優選地，氫阻擋層12的厚度在5nm和100nm之間，通常在10nm範圍內。
氫阻擋層12基於優選具有能防止或最小化氫在空穴注入區中擴散的帶隙和結晶特性的材料。優選地，氫阻擋層12基於可以有利地通過外延沉積並且與有源區和空穴注入區的材料相容的材料。特別地，這種材料與有源區和空穴注入區的材料具有低的網格（mesh）參數失配。
層12也稱為HyBL，意思是“氫阻擋層(Hydrogen Blocking Layer)”。因此，在區域11上方的該HyBL層12可以防止該區域11的活化。本發明的一個原理在於將該HyBL層12的一部分保留在區域11的不太關注的部分之上，通常是區域11的下部11b之上，以使其非活化。
如圖2所示，鈍化層13可以以保形方式沉積在HyBL層12上方。通常，該鈍化層13是基於介電材料的，例如基於氮化矽或氧化矽。
如圖3所示，圍繞鈍化層13可以通過離心沉積高度h 22的掩蔽材料22。優選地，選擇離心條件使得h 22≥h def。這能夠在區域11的下部11b的整個高度上掩蔽LED的基部。因此，只有LED的上部1a未被掩蔽材料22覆蓋。優選地，該上部1a基本上對應於缺陷最少的區域11的上部11a。
如圖4所示，然後在LED的上部1a處部分去除鈍化層13。該部分去除可以通過層13的材料的各向同性蝕刻以已知方式執行。在完成該去除後，只有LED的上部1a未被鈍化層13覆蓋。被掩蔽材料22覆蓋的層13的部分以環或圈的形式保留在LED的底部。通常，圈13的高度h 13基本上等於掩蔽材料22的高度h 22。
如圖5所示，隨後可以去除掩蔽材料22。在這個階段，圈13在LED基部圍繞HyBL層12。HyBL層12暴露在LED的上部1a。
如圖6所示，然後在LED的上部1a處部分去除HyBL層12。可以選擇性地相對於層13的材料以已知方式通過對層12的材料進行各向同性蝕刻而執行該部分去除。各向同性蝕刻可以通過濕法蝕刻進行，例如使用TMAH(四甲基氫氧化銨)溶液。有利地，在該部分去除之後，HyBL層12的一部分在LED的基部以環或圈的形式保留在圈13和區域11的下部11b之間。通常，HyBL層12的這部分的高度h 12基本上等於圈13的高度h 13。沿z的高度h 12可以為二極體的高度h d的30％至50％。HBL層12的高度h 12可以根據二極體的標稱工作電流進行調整。在完成該去除後，只有LED的上部1a未被HyBL層12覆蓋。因此，區域11的上部11a是暴露的。
根據圖7所示的實施例，在部分去除HyBL層12之後並且在形成透明導電電極之前執行能夠使區域11的摻雜有效的活化步驟。通常，通過在無氫的中性或氧化氣氛中（例如在氮氣中或在氧氣和氮氣的混合物中）的熱退火進行該活化步驟。優選地，當氣氛為氧化性氣氛時，退火溫度高於500℃，例如在650℃的範圍內。優選地，當氣氛為中性氣氛時，退火溫度高於700℃，例如在750℃的範圍內。
該活化步驟能夠通過氫的釋放來局部活化基於p-GaN的區域11。因此，活化部分11'形成在LED的上部1a處。該活化部分11'基本上對應於具有最少缺陷的區域11的上部11a。由此，這樣的活化部分11'的受體濃度可以高於或等於10 18cm -3，優選高於或等於10 19cm -3。
由於HyBL層12的存在，在完成活化步驟後也就形成了非活化部分11''。該非活化部分11''基本上對應於具有最少缺陷的區域11的下部11b。因此，這樣的非活化部分的受體濃度可以低於或等於10 16cm -3，優選低於或等於10 15cm -3。通常，非活化部分11''介於電子注入區10和HyBL層12之間。
根據圖8所示的實施例，活化後，通常稱為TCO（“透明導電氧化物（Transparent Conductive Oxide）”的首字母縮寫）的透明導電電極14形成在活化部分11'上方。鈍化層13使得HyBL層12與TCO電極14電絕緣。
以已知方式，TCO電極14在其形成期間需要熱退火，通常在氧化氣氛中退火。
根據未示出的實施例，TCO電極在活化步驟之前形成在區域11上方。然後，在氧化氣氛中在650℃範圍內的溫度下進行熱退火有利地允許完成TCO電極的形成，同時進行活化步驟，從而獲得區域11的活化部分11'。TCO電極不會形成氫擴散的屏障。因此，活化步驟和TCO的退火可以在一個步驟中同時進行。這節省了一個工藝步驟。
在任何情況下，有意使用HyBL層12能夠在局部形成非活化部分11''。選擇非活化部分11''以優化LED的運行。根據圖8所示的實施例，該非活化部分11''有利地對應於具有核殼結構的3D LED的空穴注入區11的下部11b。
根據圖9所示的另一個實施例，LED可以具有所謂的平面2D結構。在這種情況下，空穴注入層11沿著z方向在電子注入層10上堆疊形成。之後，在空穴注入層11上方沿著z方向堆疊形成HyBL層12。優選地，鈍化層13是沿著z方向在HyBL層12上方堆疊形成。之後，例如通過光刻/蝕刻在整個層13和12形成開口，以暴露空穴注入層11的一部分。之後，在活化步驟之前或之後，在層11的暴露部分上方的開口中形成TCO電極14。由此，形成了包括活化部分11'和至少一個非活化部分11''的平面2D LED。有利地，活化部分可以位於2D LED的中心，而非活化部分11''可以位於2D LED的外周。
根據圖10所示的另一個實施例，在區域11的下部11b和HyBL層12之間可以插入所謂的儲氫層15。有利地，該儲氫層15被配置為在區域11的上部11a的活化步驟之前包含初始量的氫，並且優選地在活化步驟期間沿區域11的下部11b的方向釋放至少一部分初始包含的氫。因此，通常，主要是在活化步驟期間，氫從儲氫層15向區域11的下部11b向外擴散。這使得區域11的下部11b富集氫，使該下部11b的摻雜元素非活化。儲氫層15允許通過擴散將氫注入下部11b內。因此，在其他實施例中由於HyBL層12的存在而獲得的下部11b的非活化效果在本文中通過該儲氫層15的存在而增加或放大，該儲氫層15在下部11b內直接提供氫補充。
從儲氫層15向下部11b擴散的氫的量不需要高。痕量可能足以使下部11b非活化。
優選地，儲氫層15將選擇由具有從百分之幾到百分之幾十的氫的初始量並且特別是在活化期間允許將該氫釋放到下部11b的材料中的材料製成。氮化矽，特別是當通過PECVD（“等離子體增強化學氣相沉積（Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition）”的首字母縮寫）沉積時，通常包含0.1％至10％，並且可能高達20％的氫原子濃度。因此，氮化矽成為適用於儲氫層15的氫源。Si-H和N-H鍵的易斷裂性以及該材料中氫的遷移率允許氫向下部11b的半導體材料進行良好地向外擴散。其他材料也可適用於儲氫層15，特別是氮化材料，例如SiN、Si 3N 4、SiCN。
優選地，儲氫層15的厚度在2nm和20nm之間，通常在5nm的範圍內。
通常，在HyBL層12和鈍化層13沉積之前，該儲氫層15可以通過PECVD保形沉積形成在區域11上方。可以相對於LED的其他構成材料選擇性地以已知的方式通過對層15的材料進行各向同性蝕刻在LED的上部1a處進行部分去除。各向同性蝕刻可以通過濕法蝕刻或幹法蝕刻來完成，例如使用氟化等離子體或氟碳等離子體。有利地，在該部分去除後，在LED基部，在區域11的下部11b與HyBL層12之間，層15的一部分以環或圈的形式得以保留。通常，層15的這部分的高度基本上等於圈13的高度。在完成該去除後，只有LED的上部1a沒有被層15覆蓋。由於儲氫層15，圖10所示的這個實施例對下部11b的非活化產生了額外的效果。當然，通過提供介於HyBL層12和非活化部分11''之間的儲氫層15，該實施例可以適用於如圖9所示的2D平面結構。
本發明不限於先前描述的實施例，而且包括由請求項覆蓋的所有實施例。
特別地，可以調整HyBL層的尺寸以便將活化部分限制在給定的工作電流和/或LED的關注區域。
2:襯底 10:電子注入區 11:空穴注入區 101:有源區 12:氫阻擋層 13:鈍化層 14:導電透明電極 15:儲氫層 11':活化部分 11'':非活化部分 20:成核層 21:掩蔽層 22:掩蔽材料
本發明的目標、目的以及特徵和優點將從以下附圖例示的實施方式的詳細描述中得到更好的體現，其中：
圖1至圖7示出了根據本發明的實施例的LED製造方法的步驟。
圖8示出了根據本發明第一實施例的3D LED。
圖9示出了根據本發明的第二實施例的2D LED。
圖10示出了根據本發明第三實施例的3D LED。
附圖是作為示例提供的，並不限制本發明。它們由旨在促進對本發明的理解的原理示意圖組成，並不一定符合實際應用的比例。特別是，LED不同部分的尺寸不一定代表實際情況。
2:襯底
10:電子注入區
11:空穴注入區
101:有源區
12:氫阻擋層
13:鈍化層
14:導電透明電極

Claims (22)

  1. 一種GaN基發光二極體（1），包括： - n-GaN基電子注入區（10）， - p-GaN基空穴注入區（11, 11'）， - 位於電子注入區（10）和空穴注入區（11、11'）之間的有源區（101），配置為用於發射光輻射， 其中，該空穴注入區（11、11'）包括至少一個活化部分（11'）和至少一個非活化部分（11''），使得活化部分（11'）的受體濃度為非活化部分（11''）的受體濃度的至少十倍，並且該至少一個非活化部分（11''）介於電子注入區（10）和氫阻擋層（12）之間，該氫阻擋層（12）被配置為在活化部分（11'）的活化期間防止氫從非活化部分（11''）的釋放。
  2. 根據前述請求項的發光二極體（1），其中，該氫阻擋層（12）覆蓋該空穴注入區（11）的僅該至少一個非活化部分（11''）。
  3. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），包括介於該氫阻擋層（12）和該非活化部分（11''）之間的所謂的儲氫層（15），該儲氫層（15）被配置為至少在活化部分（11'）的活化期間在非活化部分（11''）內提供氫補充。
  4. 根據前述請求項的發光二極體（1），其中，該儲氫層（15）基於氫原子濃度為0.1至20％的氮化矽。
  5. 根據請求項1至2中任一項的發光二極體（1），其中，該氫阻擋層（12）與該至少一個非活化部分（11''）直接接觸。
  6. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），其中，該非活化部分（11''）的缺陷水準大於該活化部分（11'）的缺陷水準。
  7. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），還包括延伸與該氫阻擋層（12）接觸的鈍化層（13）。
  8. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），其中，該有源區（101）位於該空穴注入區和電子注入區(11、10)之間的PN結內。
  9. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），其中，該氫阻擋層（12）基於AlN、n-GaN、n-AlGaN中的至少一種。
  10. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），其中，該電子注入區和空穴注入區(10、11)沿基平面（xy）延伸，其中，該氫阻擋層（12）具有至少一個開口，該開口配置為暴露空穴注入區（11）的活化部分（11'）。
  11. 根據前述請求項中任一項的發光二極體（1），其中，該電子注入區（10）沿縱向方向（z）以線的形式縱向延伸且空穴注入區（11）圍繞電子注入區（10）徑向延伸，使得二極體（1）具有所謂的核殼結構，並且其中氫阻擋層（12）以環形的形式圍繞非活化部分（11''）徑向延伸。
  12. 根據前述請求項的發光二極體（1），其中，該氫阻擋層（12）呈環形，位於承載在襯底（2）上的該二極體（1）的基部處。
  13. 根據請求項11至12中任一項的發光二極體（1），其中，該氫阻擋層（12）具有沿縱向方向（z）的高度h 12，該高度h 12為二極體在縱向方向（z）上的高度h d的30％至50％。
  14. 根據請求項11至13中任一項的發光二極體（1），還包括在非活化部分（11''）和氫阻擋層（12）之間圍繞非活化部分（11''）徑向延伸的儲氫層（15）。
  15. 根據請求項11至14中任一項的發光二極體（1），還包括圍繞該氫阻擋層（12）徑向延伸的鈍化層（13）。
  16. 一種GaN基發光二極體（1）的製造方法，至少包括以下步驟： - 形成n-GaN基電子注入區（10）， - 形成p-GaN基空穴注入區（11）， - 形成位於電子注入區（10）和空穴注入區（11）之間的有源區（101），該有源區（101）配置為發射光輻射， - 熱活化，配置為活化該空穴注入區（11、11'）， 其中，在活化之前，僅在空穴注入區（11）的一部分（11''）上形成氫阻擋層（12），從而防止在空穴注入區(11)的該部分（11''）處的活化，該部分（11''）稱為非活化部分（11''），並且該活化對空穴注入區（11）的另一部分（11'）有效，該另一部分（11'）稱為活化部分（11'），並且該非活化部分（11''）介於電子注入區（10）和氫阻擋層（12）之間。
  17. 根據前述請求項的方法，還包括在形成該氫阻擋層（12）之前，在該非活化部分（11''）上方形成儲氫層（15），使得該儲氫層（15）介於非活化部分（11''）和氫阻擋層（12）之間。
  18. 根據請求項16至17中任一項的方法，還包括：在活化之前，在該氫阻擋層（12）上方形成鈍化層（13）。
  19. 根據請求項16至18中任一項的方法，還包括：在該空穴注入區（11）的活化部分（11'）上方形成導電透明電極（14）。
  20. 根據前述請求項的方法，其中該導電透明電極（14）的形成包括熱退火，其中熱活化被配置為替代該熱退火。
  21. 根據請求項16至20中任一項的方法，其中，該電子注入區（10）從襯底（2）沿垂直於襯底（2）的基平面（xy）的縱向方向（z）以線的形式形成，其中該空穴注入區（11）圍繞該電子注入區（10）徑向形成，使得該二極體（1）具有所謂的核殼結構，其中，氫阻擋層（12）圍繞該空穴注入區（11）的部分（11''）以環的形式徑向形成，該部分（11''）位於二極體（1）的基部與襯底（2）接觸，使得該空穴注入區（11）的非活化部分（11''）位於二極體（1）的基部處。
  22. 根據前述請求項的方法，其中，該環形的氫阻擋層（12）的形成包括以下子步驟： - 在核-殼二極體（1）上方保形沉積氫阻擋層（12）， - 在氫阻擋層（12）上方保形沉積鈍化層（13）， - 圍繞鈍化層（13）離心沉積高度h22的掩蔽材料(22)， - 通過各向同性蝕刻部分去除線的上部（1a）處的鈍化層（13）， - 去除掩蔽材料（22）， - 通過各向同性蝕刻部分去除線的上部（1a）處的氫阻擋層（12）。
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