改善含镓发光器件性能的方法技术

在衬底上生长含镓半导体层，随后在器件制造期间干法蚀刻含镓半导体层。干法蚀刻后，执行表面处理以去除器件侧壁的损伤。在表面处理之后，在器件的侧壁上沉积电介质材料，以钝化器件的侧壁。这些步骤导致器件的正向电流

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改善含镓发光器件性能的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求根据《美国法典》第35编第119(e)享有以下共同未决和共同转让申请的权益：
[0003]美国临时申请序列号62/927,859，由Matthew S.Wong、Jordan M.Smith和Steven P.DenBaars于2019年10月30日提交，标题为“METHOD TO IMPROVE THE PERFORMANCE OF GALLIUM
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CONTAINING LIGHT
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EMITTING DEVICES”，代理人案卷号G&C 30794.0754USP 1(UC 2020
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086
‑
1)；
[0004]该申请通过引用并入本文。


[0005]本专利技术总体上涉及发光二极管(LED)，更具体地说，涉及一种改善含镓LED的性能的方法。

技术介绍

[0006]近年来，具有优异分辨率和色域的显示器的发展已经获得了显著的研究关注。微型LED(也称为微型LED或μLED)被认为是下一代显示应用中最有前途的显示技术。然而，在将该技术应用于商业生产之前，需要解决一些挑战。
[0007]在所有挑战中，红色μLED的材料选择是μLED显示器的主要问题之一。对于全色显示器，需要红色(～630nm)、绿色(～525nm)和蓝色(～480nm)。使用InGaN材料系统的高效蓝色和绿色发光μLED已经被证明并且是商业上可获得的，然而使用InGaN材料系统的高性能红色发光LED还没有被开发并且由于材料原因很难实现。
[0008]另一方面，传统的III
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V半导体材料，即AlGaInP/GaAs材料系统，已经被用作成熟的红光发射器，用于各种商业用途。AlGaInP器件在大尺寸下工作良好，但是随着器件缩小，效率急剧下降，因为AlGaInP材料系统具有高的少数载流子扩散长度，这使得诸如泄漏电流和非辐射复合的问题。
[0009]因此，此项技术中需要用于制造基于AlGaInP的μLED的改进方法。本专利技术满足了这一需求。

技术实现思路

[0010]本专利技术公开了一种提高含镓LED的性能的方法。在衬底上生长含镓半导体层，随后在器件的制造期间通过干法蚀刻(dry etching)含镓半导体层。在干法蚀刻后，执行表面处理以去除器件的侧壁的损伤。在表面处理之后，在器件的侧壁上沉积电介质材料，以钝化器件的侧壁。这些步骤导致正向电流
‑
电压特性的改善和器件泄漏电流的降低，以及器件光输出功率和效率的提高。
附图说明
[0011]图1示出了在衬底上生长的半导体材料的示意图。
[0012]图2示出了半导体材料的示意图，包括n型掺杂层、有源层和p型掺杂层。
[0013]图3示出了氮等离子体处理后器件的侧壁轮廓的图。
[0014]图4和图5示出了20
×
20μm
2 AlGaInPμLED在0至3.5V和
‑
4至3.5V范围内的正向电流
‑
电压特性。
[0015]图6和图7呈现了100
×
100和20
×
20μm
2 AlGaInPμLED的光输出功率和效率曲线。
[0016]图8和9展示了具有不同侧壁钝化技术的不同器件尺寸的泄漏电流密度和效率。
[0017]图10是本专利技术的过程步骤的流程图。
具体实施方式
[0018]在下面对优选实施例的描述中，参考了附图，这些附图构成了描述的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了可以实施本专利技术的具体实施例。应当理解的是，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构改变。
[0019]技术描述
[0020]在本专利技术中，无机半导体材料生长在衬底上，以及其中无机半导体材料包括具有化学式为Al
x
Ga
y
In
z
N
v
P
w
As
u
的III族和V族元素，其中0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1,0≤v≤1,0≤w≤1,0≤u≤1,v+w+u＝1，以及x+y+z＝1。所使用的衬底可以是光学透明的、半透明的或不透明的，并且可以是导电的、半绝缘的或绝缘的。
[0021]图1示出了包括衬底100和生长在衬底100上的Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑
y
P
w
As1‑
w 101的半导体材料的示意图。
[0022]图2示出了包括衬底200、生长在衬底200上的n型掺杂的Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑
y
P
w
As1‑
w 201，随后生长有源区203和p型掺杂的Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑
y
P
w
As1‑
w 204半导体材料的示意图。
[0023]基于等离子体的干法蚀刻用于通过蚀刻穿过发光的有源区来限定半导体材料的发光区域，所述发光区域也称为台面(mesa)。在蚀刻步骤之后，将半导体材料送入真空室进行侧壁处理，其中真空室具有蚀刻和沉积的能力。
[0024]如果半导体材料在台面蚀刻后暴露在环境条件下，半导体材料可以被送到蚀刻室，因为氧充当半导体材料的非辐射位置。在蚀刻室中，可以通过低功率干法蚀刻去除纳米级的半导体材料薄层，以消除暴露表面上氧原子的存在。该蚀刻步骤进一步提高了器件性能。
[0025]然后用三甲基铝(trimethy aluminum，TMA)和氮/氢等离子体的交替脉冲周期处理蚀刻的半导体材料的表面。这种TMA和等离子体表面处理通过去除非辐射结合位置、减少表面位置和用氮填充空位来抑制干损伤的影响。氢等离子体的使用不像氮等离子体那样重要，因为氢等离子体可能与衬底上的其它成分反应。在表面处理中使用的氮等离子体是低功率的，导致器件不会被损伤，并且没有来自金属有机物和等离子体的沉积。
[0026]图3示出了氮等离子体处理之后的AlGaInP器件的侧壁轮廓的图，包括Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑
y
P
w
As1‑
w
器件侧壁300、Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑
y
P
w
N
v
As1‑
v
‑
w
侧壁界面301和Al
x
Ga
y
In1‑
x
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：在衬底上生长一个或多个含镓半导体层；在器件制造期间干法蚀刻所述含镓半导体层；在所述干法蚀刻之后，执行一个或多个表面处理以从所述器件的侧壁去除损伤或改变表面化学性质；以及在所述表面处理之后，在所述器件的侧壁上沉积一个或多个电介质材料，以钝化器件的侧壁。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含镓半导体层包括一个或多个氮、磷或砷原子作为抗衡原子。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行和沉积步骤导致所述器件的正向电流
‑
电压特性的改善和泄漏电流的降低。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述执行和沉积步骤导致所述器件的光输出功率和效率的增强。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述器件具有大于0.04μm
‑1的侧壁周长与发光面积之比。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述器件具有小于80μm的长度的一个或多个边缘。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面处理包括基于热的或基于等离子体的氮化、氧化或其他表面化学改性技术。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述表面处理在25℃以上的温度处进行。9.根据权利要求7所述的方法，其中等离子体的源可以来自气体、金属有机物或其他挥发性化学物质。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述表面处理在低功率水平处进行，以避免物理沉积和对所述器件的损...

【专利技术属性】
技术研发人员：MS黄，JM史密斯，SP登巴尔斯，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：