用于光电子器件的III族氮化物异质结构制造技术

描述了用于光电子器件中的异质结构。异质结构的一个或多个参数可以被配置用于提高相应的光电子器件的可靠性。可以在配置异质结构的n型和/或p型侧的各种参数时考虑用来产生器件的有源结构的材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于光电子器件的M I族氮化物异质结构 相关申请的交叉引用 本申请要求2013年9月23 日提交的题目为"Group III Nitride HeterostrucUire for Ligth血ission and Sensing"的共同未决的美国临时申请号61/881,192的权益，并 通过因引用将其并入本文。
本公开内容一般地设及光电子器件，更具体地，设及用于制造光电子器件的HI族 氮化物异质结构。
技术介绍
具有高效率及高可靠性的电子和光电子器件(例如，基于III族氮化物的发光二极 管化ED))的发展取决于许多因素。运样的因素包括:半导体层的质量、有源层设计和接触质 量。设计高质量的半导体层对于包含紫外发光二极管(UV LED)的若干电子和光电子器件尤 其重要。半导体层的质量由半导体层内的若干位错W及存在于材料内的应力决定。当应力 变得大于阔值应力时，结构的可靠性可W由于在器件的操作期间形成载流子捕获缺陷而受 到损害。器件的导电特性同样可W由于裂纹和缺陷的形成而在器件操作期间被改变。而且， 导致的结溫度升高还会影响器件的可靠性和效率。 要降低器件内的整体应力并进一步降低位错密度，需要仔细选择外延层。另外，需 要精屯、挑选的势垒和量子阱W在没有对有源层强加过大的应力和应变的情况下产生目标 发射波长。而且，控制P型层内的应力是必不可少的，W便确保器件的可靠性。 现有的方案一直力图在不牺牲器件的电学性质的情况下控制应力。在一种方案 中，使半导体结构生长于原生氮化侣(AlN)基板上。在AlN晶体基板上生长的好处是在基板 与其余半导体层之间的晶格失配小。尽管如此，在AlN基板上进行制造是困难的且昂贵的。 而且，只可W制造尺寸相对较小的AlN基板，从而导致器件成品率小。 当前，标准的方法包括在由蓝宝石、碳化娃(SiC)等制成的基板上外延生长III族 氮化物半导体。然而，基板与外延生长的半导体层之间的晶格常数和热膨胀系数显著不同。 结果，在外延生长期间可能在半导体层内形成裂纹、位错及凹坑。半导体层的质量可能受到 缺陷、组分不均匀性及渗杂浓度的不均匀性进一步影响。[000引为了解决该问题，人们已经开发出各种技术，用于通过生长可W吸收基板引起的 应力的缓冲层来减羟基板的影响，并且一般地提供与后续的外延层紧密晶格匹配的层。例 如，一种方案寻求通过在娃基板与III族氮化物半导体层之间提供基于AlN的超晶格缓冲层 来在娃基板上产生高度结晶的HI族氮化物半导体层(其中防止了裂纹形成），所述基于AlN 的超晶格缓冲层具有由AlxGai-xN(其中Al含量x:0.5<x<l)制成的多个第一层W及由AlyGai-yN(其中Al含量y:0.01<y<0.2)制成的多个第二层，所述多个第一层与所述多个第二层交替 堆叠。在用于获得高度结晶的HI族氮化物半导体层的另一种方案中，III族氮化物半导 体层通过在娃基板上形成AlN缓冲层并且在AlN缓冲层上依次堆叠组成渐变层(具有为使侣 含量沿晶体生长方向降低而渐变的组成）W及超晶格复合层(其中高含率层和低含率层交 替堆叠)而形成于超晶格复合层上。 在另外一种方案中，AlN缓冲层使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长于蓝宝石 基板上。生长条件使用两步生长技术来优化，其中第一步生长在低溫(1200°C)下完成，紧跟 着在高溫（1270°C)下进行第二步生长。在第一步生长中，尽管在1.2和4.0的V/III比下观察 到了微晶岛，但是通过将V/III比降低至1.5使基板完全被二维生长的AlN覆盖。该方案据报 道在第二步生长之后可得到几乎无凹坑的平坦表面。 方案一直力图通过MOCVD工艺的优化来控制AlN缓冲层的生长。例如，在一种方案 中，AlN缓冲层的生长条件得到了研究，W在蓝宝石基板上制作高质量的AlN层。S甲基侣 (TMA)和氨(畑3)被分别用作A巧日N的前体。在生长之前，基板在1000-1100°C下于出气氛中清 洁十分钟。AlN缓冲层然后在2763的V/III比下生长，生长溫度从800°C变化到1250°C，厚度 为5-50nm。最后，1皿的AlN层W584的V/III比在30Torr的气压下在1430°C下生长。 基板对电子迁移率的影响可W通过测量在生长于各种基板上的调制渗杂的 Alo.sGao.sN-GaN异质结构中的电子迁移率来证实。例如，图IA和IB不出了蓝宝石基板、导电 的細-SiC基板和绝缘的4H-SiC基板的作为在异质界面处的薄层电子密度ns的函数的电子 迁移率的测量结果。如运些测量结果所示，与蓝宝石基板相比，在SiC基板上获得了稍微更 高的电子迁移率。与蓝宝石基板相比，更高的电子迁移率可W归因于在SiC基板上生长的层 质量更高，可能是因为AlGaN与SiC之间的晶格常数失配较低。 AlGaN/AlGaN异质结构W及AlGaN/GaN异质结构具有与产生于层内的位错关联的 各种陷阱。例如，图2示出了与根据现有技术的此类异质结构关联的各种陷阱。 在异质结构（例如，AlGaN/GaN异质结构）中的应力/应变水平取决于层厚。例如，图 3示出了在根据现有技术的生长于厚的GaN基板上的Alo.25Gao.75N层内的相对应变。当层厚增 加时，所产生的应力由于位错及其它缺陷（例如，应力松弛）的形成而降低。例如，在突变界 面之前，应变是高的。然而，随着进一步移动远离突变界面，应变由于位错的存在而松弛。对 于好的近似而言，应力线性地且成比例地取决于层内的应变。因此，如图3所示，对于突变界 面，应力快速下降，而对于渐变界面，应力下降得更慢。 层的临界厚度可W被定义为位错在能量方面变得有利时的厚度。对于AlGaN层，临 界厚度取决于Al的摩尔比。例如，图4示出了临界厚度对在根据现有技术的AlGaN/GaN异质 结构内的AlGaN层的侣摩尔比的依赖关系。如图所示，随着Al的摩尔比增加，由于晶格失配 而存在的应力同样增加，运会导致AlGaN层临界厚度的不断减小。
技术实现思路
本专利技术的各个方面提供了用于光电子器件中的异质结构W及所得到的光电子器 件。异质结构的一个或多个参数可W被配置用于提高相应的光电子器件的可靠性。可W在 配置异质结构的n型和/或P型侧的各种参数时考虑用来创建器件的有源结构的材料。 本专利技术的第一个方面提供了一种异质结构，包括:基板;位于基板上的AlN缓冲层； 位于缓冲层上的AlxGai-xN/Ak Gai-x' N第一超晶格结构，其中0.6<x。，0.1 <x ' <0.9，且X〉 X'，并且其中在第一超晶格结构中的每个层都具有小于或等于100纳米的厚度;位于第一超 晶格结构上的AlyGai-yN/Aly'Gai-y'N第二超晶格结构，其中y ' <x'，0.6<y。，O. Ky ' <0.8，且 y〉y'，并且其中在第二超晶格结构中的每个层都具有小于100纳米的厚度;位于第二超晶格 结构上的AlzGai-zN n型层，其中0.1知<0.85且z<y' ； W及AlbGai-bN/AlqGai-qN有源结构，其中 b-q>0.05O 本专利技术的第二个方面提供了一种异质结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结构，包含：基板；位于所述基板上的AlN缓冲层；位于所述缓冲层上的AlxGa1‑xN/Alx’Ga1‑x’N第一超晶格结构，其中0.6<x≤1，0.1<x’<0.9，且x>x’，并且其中在所述第一超晶格结构内的每个层均具有小于或等于100纳米的厚度；位于所述第一超晶格结构上的AlyGa1‑yN/Aly’Ga1‑y’N第二超晶格结构，其中y’<x’，0.6<y≤1，0.1<y’<0.8，且y>y’，并且其中在所述第二超晶格结构内的每个层均具有小于100纳米的厚度；位于所述第二超晶格结构上的AlzGa1‑zN n型层，其中0.1<z<0.85且z<y’；以及AlbGa1‑bN/AlqGa1‑qN有源结构，其中b‑q>0.05。

【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：R·杰因，M·S·沙特阿洛夫，杨锦伟，A·杜博尔因斯基，M·舒尔，R·格斯卡，
申请(专利权)人：传感器电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US