专利名称：具有n极性的发光二极管及相关联制造方法
技术领域：
本发明技术大体来说针对例如发光二极管(“LED”)等固态照明(SSL)装置及相关联制造方法。
背景技术：
移动电话、个人数字助理(PDA)、数码相机、MP3播放器及其它便携式电子装置利用LED进行背景照明。图I是常规氮化铟镓(“InGaN”)LED 10的一部分的横截面图。如图IA中所展示，LED 10包含彼此上下串联的衬底12、可选缓冲材料13 (例如，氮化铝)、N型氮化镓(“GaN”)材料14、InGaN材料16 (及/或GaN多量子阱)及P型GaN材料18。LED 10还包含P型GaN材料18上的第一触点20及N型GaN材料14上的第二触点22。LED 10应可配置而以宽范围波长发射。相信，LED以其发射的波长至少部分地与 InGaN材料16中的铟(In)的量有夫。举例来说，InGaN材料16中的较大量铟已与LED 10的较长发射波长相关联。ー种用于增强InGaN材料16中的铟的并入的技术是经由氮化衬底12在氮极性表面上而非在镓极性表面上形成GaN/InGaN材料14、16及18。然而，此技术的ー个操作困难是衬底12的氮化产物可干扰GaN/InGaN材料14、16及18其上的后续沉积。因此，可期望在衬底的氮极性表面上形成LED结构的数个改进
发明内容
图IA是根据现有技术的LED的一部分的横截面图。图IB是根据本发明技术的实施例的GaN/InGaN材料中的晶体平面的示意性透视图。图2是图解说明根据本发明技术的实施例的用于形成具有N极性的LED结构的方法的流程图。图3A是图解说明根据本发明技术的实施例的用于在衬底表面处产生富含氮的环境的程序的流程图。图3B是图解说明根据本发明技术的实施例的用于执行图3A的程序的等离子体反应器的示意图。图3C是图解说明根据本发明技术的实施例在图3B的等离子体反应器中处理的衬底的一部分的横截面图。图4A到4C是图解说明根据本发明技术的实施例的经受用于在衬底表面处产生富含氮的环境的另ー程序的衬底的一部分的横截面图。图5是图解说明根据本发明技术的其它实施例的用于形成具有N极性的LED结构的方法的流程图。
具体实施例方式下文描述其上形成有LED的微电子衬底及相关联制造方法的各种实施例。在通篇中，术语“微电子衬底”用以包含其上及/或其中制作有微电子装置、微机械装置、数据存储元件、读取/写入组件及其它特征的衬底。术语“硅”通常指代具有晶格间距为5.430710人的面心菱形立方结构的单晶硅材料。术语“硅(1，0，0)”及术语“硅(1，1，1)”通常分别指代由米勒(Miller)指数定义的(1，0，0)及(1，1，1)晶体晶格定向。可在威廉C.奥玛拉(WilliamC. O' Mara)的半导体娃技术手册' (Handbook of Semiconductor Silicon Technology)中找到对米勒指数的论述，其掲示内容以全文引用的方式并入本文中。相关领域的技术人员还将理解，本发明技术可具有额外实施例，且可在无下文參考图2A到5所描述的实施例的数个细节的情况下实践本发明技术。在以下论述中，使用具有GaN/InGaN材料的LED作为根据本发明技术的实施例的LED的实例。所述LED的数个实施例也可包含以下各项中的至少ー者神化镓(GaAs)、神 化铝镓(AlGaAs)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(AlGaInP)、磷化镓(III) (GaP)、硒化锌(ZnSe)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铝镓铟(AlGaInN)及/或其它适合半导体材料。前述半导体材料可具有大体类似于或不同于GaN/InGaN材料的晶体结构。然而，以下对Ga极性及N极性的定义仍可适用。图IB是根据本发明技术的实施例的GaN/InGaN材料中的晶体平面的示意性透视图。如图IB中所展示，所述GaN/InGaN材料具有纤锌矿晶体结构，其具有由对应米勒指数表示的各种晶格平面或小面。图IB中图解说明此一晶格平面，即c平面。如下文中所使用，术语“Ga极性”通常指代沿着大体垂直于c平面且具有
的米勒指数的方向延伸的晶格结构。术语“N极性”通常指代沿着具有
的米勒指数的相反方向延伸的晶格结构。图2是图解说明根据本发明技术的实施例的形成具有N极性的LED结构的方法200的流程图。如图2中所展示，所述方法的初始阶段(框202)包含至少接近衬底的表面产生富含氮的环境，而不在衬底的表面上形成氮化物材料。在以下描述中，出于图解说明的目的，衬底包含具有(I，I，I)晶体晶格定向的娃晶片。在其它实施例中，衬底还可包含具有(I，0,0)晶体晶格定向的娃晶片。在其它实施例中，衬底可包含具有其它晶体晶格定向的娃晶片，或者其可包含碳化硅(SiC)、蓝宝石(Al2O3)及/或其它适合衬底材料。衬底的表面处所产生的富含氮的环境的ー个特征是可使氮(N)原子松散地吸附于、扩散到及/或以其它方式附着到所述硅晶片的表面上，而不与硅材料形成共价键、离子键及/或具有其它强相互作用。如后文中所使用，片语“强相互作用”通常指代具有大于约50kcal/mol的相互作用能量的分子相互作用。而是，在某些实施例中，可经由范德华(Van der Waal)力、氢键及/或其它弱相互作用将氮原子吸附到硅晶片的表面上。如后文中所使用，片语“弱相互作用”通常指代具有小于约lO.Okcal/mol的相互作用能量的分子相互作用。举例来说，可经由具有约10. 0kcal/mol、5kcal/mol、lkcal/mol的相互作用能量及/或具有其它适合值的相互作用能量的范德华カ或氢键将氮原子附着到硅晶片的表面。在另ー实施例中，可使氮原子扩散到硅晶片中。经扩散的氮原子可被牵制或陷获在所述硅晶片的晶格结构中，而不形成氮化硅(SiN)晶体结构。在其它实施例中，氮原子可经由其它适合机制以其它方式松散地附着到衬底。在某些实施例中，产生富含氮的环境可包含施加氮等离子体，多个氮原子从所述等离子体附着到硅晶片的表面；及控制氮等离子体的參数以避免在硅晶片的表面上形成氮化硅(SiN)及/或其它氮化产物。下文參考图3A到3C更详细地描述利用氮等离子体的施加的数个实施例。在其它实施例中，产生富含氮的环境可包含在硅晶片的表面上沉积氮化硅(SiN)及/或其它氮化产物；使氮原子中的至少ー些氮原子从氮化硅(SiN)扩散到硅晶片中；及随后在于硅晶片的表面上形成LED结构之前从所述表面移除经沉积氮化硅(SiNhT文參考图4A到4D更详细地描述利用氮原子进入到硅晶片中的扩散的数个实施例。在其它实施例中，产生富含氮的环境可包含使硅晶片的表面与其它适合含氮组合物接触。在产生富含氮的环境之后，所述方法接着可包含在硅晶片的表面上形成LED结构的数个阶段。举例来说，所述方法的另ー阶段(框204)可包含在硅晶片上沉积第一半导体材料，所述硅晶片具有至少接近硅晶片的表面的富含氮的环境。在一个实施例中，沉积第一 半导体材料包含在硅晶片的表面上生长外延N型GaN材料。在其它实施例中，沉积第一半导体材料可包含在硅晶片的表面上生长P型GaN材料及或其它适合包覆材料。所述方法的另ー阶段(框206)可包含在第一半导体材料上形成LED的作用区域。在一个实施例中，形成作用区域包含在生长于衬底的表面上的N型GaN材料上生长外延InGaN材料及/或形成GaN多量子阱。在其它实施例中，形成作用区域可包含在第一半导体材料上生长其它类型的适合半导体材料。所述方法的又ー阶段(框208)可包含在作用区域上形成第二半导体材料。在ー个实施例中，沉积第二半导体材料包含在LED的作用区域上生长外延P型GaN材料。在其它实施例中，沉积第二半导体材料还可包含生长N型GaN材料及/或其它适合包覆材料。用于生长第一半导体材料、作用区域及第ニ半导体材料的技术可包含金属有机化学气相沉积(“M0CVD”)、分子束外延(“MBE”)、液相外延(“LPE”)、氢化物气相外延(“HVPE”)及/或其它适合技木。相信，硅晶片的表面处的富含氮的环境可至少促进生长用于LED结构的具有N极性而非Ga极性的GaN/InGaN材料。在不受理论束缚的情况下，相信，至少接近硅晶片的表面的氮原子可影响及/或确定硅晶片的表面处的电场及/或电磁场的极性。因此，镓(Ga)及/或铟(In)原子将优先形成具有N极性而非Ga极性的GaN及/或InGaN晶格结构。也相信，所形成的LED结构可具有优于现有技术LED结构的经改进晶格质量，因为在硅晶片的表面上不形成氮化硅(SiN)。在不受理论束缚的情况下，相信，如果在硅晶片的表面上形成了氮化硅(SiN)，那么用于形成GaN及/或InGaN材料的前驱物(例如，三甲基镓、三こ基镓、三甲基铟、三こ基铟、ニ异丙基甲基铟、こ基ニ甲基铟等)可能不充分地润湿硅晶片的表面。因此，可能难以使GaN/InGaN前驱物在硅晶片的表面上成核。因此，所形成的LED结构将具有高位错率、粗糙表面及/或其它不良晶格质量。因此，通过不在硅晶片的表面上形成氮化硅(SiN)，GaN/InGaN前驱物可容易地在硅晶片的表面上成核以产生所形成的LED结构的经改进晶格质量。尽管上文将方法200描述为直接在硅晶片的表面上形成LED结构，但在某些实施例中，方法200还可包含任选地在形成LED结构之前将缓冲材料沉积到硅晶片的表面上。在一个实施例中，缓冲材料可包含通过使硅晶片的表面与含有三甲基铝(TMAl)、氨水(NH4OH)及/或其它适合组合物的气体接触而形成的氮化铝(AlN)。在其它实施例中，缓冲材料还可包含经由MOCVD、MBE及/或其它适合技术在硅晶片的表面上形成的氧化锌(ZnO2)及/或其它适合缓冲材料。图3A是图解说明根据本发明技术的实施例的用于至少接近硅晶片的表面产生富含氮的环境的程序300的流程图。如图3A中所展示，程序300可包含将硅晶片放置于等离子体反应器及/或其它适合类型的反应器中的初始阶段(框302)。下文參考图3B更详细地论述等离子体反应器的ー个实例。程序300的另ー阶段(框304)包含在等离子体室中产生氮等离子体。在ー个实施例中，产生氮等离子体包含将含有氮的气体注入到等离子体室中，并将能量施加到所注入气体以在所述等离子体室中产生氮等离子体。用于施加能量的技术包含静电偏置、射频(“RF”)辐射及/或其它适合技木。在另ー实施例中，可通过远程等离子体源产生氮等离子体且可借助等离子体导引器将其引导到等离子体室。在其它实施例中，可经由其它适合 技术产生氮等离子体。程序300的后续阶段(框306)包含将所产生等离子子体施加到硅晶片的表面。在将氮等离子体施加到硅晶片的表面时，程序300的另ー阶段(框308)包含调整产生及/或施加氮等离子体的至少ー个參数以使得所产生的氮等离子体不会导致在硅晶片的表面上形成氮化硅(SiN)。在一个实施例中，等离子体传感器可连续地測量所产生等离子子体的至少ー个等离子体參数(例如，等离子体电荷密度及/或等离子体温度)。基于计算机的控制器可接着使用所监测的等离子体參数作为反馈控制环路中的エ艺变量以实现等离子体能量的所要设定点。可凭经验及/或在理论上确定等离子体能量的设定点，以使得氮等离子体不具有足以导致在硅晶片的表面上形成氮化硅(SiN)的能量。反馈控制环路的控制变量可包含电偏置电压、RF強度、到等离子体室及/或硅晶片的热输入及/或其它适合操作条件。在其它实施例中，可使用所产生等离子子体的其它适合技术及/或操作參数。图3B是图解说明根据本发明技术的实施例的用于执行图3A的程序300的等离子体反应器310的示意图。如图3B中所展示，等离子体反应器310包含室311、室311内部的支撑件312及电耦合到支撑件312的电源314。室311包含容器316，容器316耦合到电接地盖318以在室311内部形成密封环境。室311还包含接近于容器316的上部部分的气体入口 320及接近于容器316的底部部分的气体出ロ 322。等离子体反应器310还可包含耦合到气体出ロ 322以用于从室311抽空气体的真空泵(未展示)。在操作中，含有氮的气体经由气体入口 320进入室311。电源314在支撑件312与盖318之间形成偏置电压以在盖318与固持于支撑件312上的硅晶片328之间建立及/或維持等离子体324。等离子体324可接着在接近于硅晶片328的表面上形成富含氮的环境而不形成氮化硅(SiN)，如下文參考图3C更详细地论述。图3C是图解说明根据本发明技术的实施例的在图3B的等离子体反应器310中处理的硅晶片328的一部分的横截面图。如图3C中所展示，硅晶片328包含接近于硅晶片328的表面329的多个硅原子330。尽管未图解说明，但表面329可为氧封端、羟基封端的及/或具有其它适合封端基团。
可经由弱相互作用将多个氮原子332吸附及/或以其它方式附着到硅晶片328的表面329。举例来说，可经由范德华カ或氢键将氮原子332附着到所述硅晶片的表面329。不同于现有技术，氮原子332不是经由共价键、离子键及或其它强相互作用而附着到硅晶片328的表面329。因此，氮原子332不在硅晶片328的表面329上形成氮化硅(SiN)。图4A到4C是图解说明根据本发明技术的实施例的经受用于至少接近表面404产生富含氮的环境的程序400的衬底402的一部分的横截面图。如图4A中所展示，程序400的初始阶段可包含在衬底402的表面404上沉积氮化物材料406。氮化物材料406可包含具有厚度T的氮化硅(SiN)、氮化铝(AlN)及/或其它适合氮化物材料。用于沉积氮化物材料406的技术可包含化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、MOCVD, MBE及/或其它适合技木。在一个实施例中，氮化物材料406可大体为非晶的。在其它实施例中，氮化物材料406可为部分结晶的。程序400的后续阶段可包含致使来自氮化物材料406的氮中的至少ー些氮朝向衬底402的表面404迁移。在一个实施例中，可施加热(如由箭头408表示)以促进氮原子的迁移。在其它实施例中，可使用电磁辐射及/或其它适合技术以促进氮原子的迁移。 如图4B中所展示，迁移的氮原子可接近于衬底402的表面404形成富含氮的层410。可调整至少ー个操作參数(例如，热量、辐射强度、辐射及/或热的持续时间等等)以使得迁移的氮原子不与衬底材料形成氮化产物。而是，可将迁移的氮原子可牵制或陷获在衬底402的晶格结构中。程序400的另ー阶段可包含在于衬底402的表面404上形成LED结构之前从衬底402的表面404移除氮化物材料406。在一个实施例中，移除氮化物材料406可包含对氮化物材料406进行湿式蚀刻及基于氮化物材料406的厚度T而选择蚀刻时间、蚀刻温度及蚀刻剂组合物中的至少ー者。在其它实施例中，移除氮化物材料406可包含激光烧蚀、干式蚀刻及/或使用其它适合技木。程序400可接着包含借助富含氮的层410在衬底402上形成LED结构，如參考图2所论述。图5是图解说明根据本发明技术的其它实施例的用于形成具有N极性的LED结构的方法500的流程图。如图5中所展示，方法500的初始阶段(框502)可包含在衬底上形成N极性GaN材料。衬底可包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、蓝宝石(Al2O3)及/或其它适合衬底材料。在一个实施例中，形成N极性GaN材料可包含经由MOCVD、MEB、LPE、HVPE及/或其它适合类型的沉积技术将具有重镁(Mg)掺杂的GaN沉积到衬底上。在不受理论束缚的情况下，相信，当镁掺杂浓度高于阈值(例如，约lXE2°/cnT3)时，形成于所述衬底上的GaN为大致N极性。因此，形成N极性GaN材料还可包含调整镁掺杂浓度、掺杂条件及/或其它适合操作參数中的至少ー者以实现GaN材料中的所要N极性晶格结构。在其它实施例中，形成N极性GaN材料还可包含沉积具有其它类型的适合掺杂剂的GaN。方法500可然后包含沉积第一 LED半导体材料、形成LED的作用区域及沉积第二 LED半导体材料，如上文參考图2更详细地论述。 依据前文，将了解，本文中已出于图解说明的目的描述了本发明技术的特定实施例，但在不背离本发明的情况下可做出各种修改。举例来说，程序300的数个实施例可包含在硅晶片的表面上形成至少某种氮化物材料且随后在形成LED结构之前移除氮化物材料。在其它实例中，可在MOCVD、MEB、LPE、HVPE及/或其它适合类型的沉积系统中执行程序300及程序400的数个实施例。除了其它实施例的元件以外或替代所述元件，一个实施例的元件中的许多元件还可与其它实施例组合。举例来说，程序300的数个实施例还可包含在移除氮化物材料之前致使氮原子中的至少ー些氮原子朝向硅晶片的表面迁移， 如參考图4A到4C所论述。因此，本发明不受除了所附权利要求书以外的限制。
权利要求
1.一种用于形成发光二极管LED的方法，其包括 将衬底的表面暴露于含氮组合物，所述衬底具有衬底材料； 借助所述含氮组合物至少接近所述衬底的所述表面产生富含氮的环境； 调整将所述衬底的所述表面暴露于所述含氮组合物的至少一个操作参数以使得所述含氮组合物不与所述衬底材料反应而形成氮化产物；及 借助所述富含氮的环境在所述衬底的所述表面上形成LED结构，所述LED结构具有氮极性。
2.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含 产生氮等离子体； 朝向所述硅晶片的表面引导所述氮等离子体； 产生所述富含氮的环境包含经由范德华力将氮原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上； 调整所述至少一个操作参数包含调整等离子体电荷密度及等离子体温度中的至少一者以使得所述氮等离子体不与所述硅晶片的所述表面处的硅反应而形成氮化硅(SiN);及形成所述LED结构包含在所述硅晶片的所述表面上顺序地沉积N型氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)及P型GaN材料。
3.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含在所述硅晶片的所述表面上沉积氮化硅(SiN)，所述经沉积氮化硅含有多个氮(N)原子； 产生所述富含氮的环境包含经由加热及/或辐射致使所述氮(N)原子中的至少一些氮(N)原子迁移到所述硅晶片的所述表面中；且 调整所述至少一个操作参数包含调整热量、辐射强度、辐射及/或热的持续时间中的至少一者以使得所述迁移的氮(N)原子不与所述硅晶片的所述表面处的硅反应而形成氮化硅(SiN);且 所述方法进一步包含从所述硅晶片的所述表面移除所述经沉积氮化硅(SiN);且形成所述LED结构包含在从所述硅晶片的所述表面移除所述氮化硅(SiN)之后，在所述硅晶片的所述表面上顺序地沉积N型GaN、InGaN及P型GaN材料。
4.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 调整所述至少一个操作参数包含调整至少一个操作参数以使得所述含氮组合物不与所述硅晶片的所述表面处的硅反应而形成氮化硅(SiN)。
5.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片；所述衬底材料包含硅(Si);且 产生所述富含氮的环境包含将多个氮(N)原子吸附到所述硅晶片的所述表面上而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
6.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含 产生氮等离子体 '及 朝向所述硅晶片的所述表面引导所述氮等离子体；且 产生所述富含氮的环境包含将多个氮(N)原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
7.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含 产生氮等离子体 '及 朝向所述硅晶片的所述表面引导所述氮等离子体； 产生所述富含氮的环境包含将多个氮(N)原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上；且 调整所述至少一个操作参数包含调整所述氮等离子体的等离子体电荷密度及等离子体温度中的至少一者以使得所述氮等离子体不与所述硅晶片的所述表面处的硅反应而形成氮化娃(SiN)。
8.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含具有晶格结构的娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含在所述硅晶片的所述表面上沉积氮化硅(SiN)，所述经沉积氮化硅含有多个氮(N)原子； 产生所述富含氮的环境包含致使所述氮(N)原子中的至少一些氮(N)原子迁移到所述硅晶片的所述表面中，所述迁移的氮(N)原子被陷获于所述硅晶片的所述晶格结构中而不与所述硅晶片中的所述硅(Si)形成氮化硅(SiN)晶体结构。
9.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含在所述硅晶片的所述表面上沉积氮化硅(SiN)，所述经沉积氮化硅含有多个氮(N)原子；且 产生所述富含氮的环境包含致使所述氮(N)原子中的至少一些氮(N)原子迁移到所述硅晶片的所述表面中；且 所述方法进一步包含在形成所述LED结构之前从所述硅晶片的所述表面移除所述经沉积氮化硅(SiN)。
10.根据权利要求I所述的方法，其中 所述衬底包含具有晶格结构的娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 暴露所述衬底的所述表面包含在所述硅晶片的所述表面上沉积氮化硅(SiN)，所述经沉积氮化硅含有多个氮(N)原子；且 产生所述富含氮的环境包含致使所述氮(N)原子中的至少一些氮(N)原子迁移到所述硅晶片的所述表面中，所述迁移的氮(N)原子被陷获于所述硅晶片的所述晶格结构中而不与所述硅晶片中的所述硅(Si)形成氮化硅(SiN)晶体结构；且 所述方法进一步包含在形成所述LED结构之前从所述硅晶片的所述表面移除所述经沉积氮化硅(SiN)。
11.一种用于形成LED的方法，其包括 将衬底的表面暴露于含氮组合物，所述衬底具有衬底材料； 借助所述含氮组合物增加至少接近所述衬底的所述表面的所述衬底材料中的氮(N)浓度而不形成所述衬底材料的氮化产物；及 借助富含氮的环境在所述衬底的所述表面上形成LED结构，所述LED结构具有氮极性。
12.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含将多个氮(N)原子吸附到所述硅晶片的所述表面上而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
13.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含 使所述硅晶片的所述表面与氮等离子体接触；及 将多个氮(N)原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
14.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含 将氮等离子体施加到所述硅晶片的所述表面； 将多个氮(N)原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上；及控制所述所施加的氮等离子体的能量以使得所述氮等离子体不与所述硅晶片中的硅(Si)反应而在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
15.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含将氮等离子体施加到所述硅晶片的所述表面； 将多个氮(N)原子从所述氮等离子体吸附到所述硅晶片的所述表面上；及控制所述所施加的氮等离子体的所述能量以使得所述经吸附的氮原子经由具有小于约lOkcal/mol的相互作用能量的分子相互作用而被吸附在所述硅晶片的所述表面上。
16.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含 将氮等离子体施加到所述硅晶片的所述表面； 将多个氮(N)原子从所述氮等离子体附着到所述硅晶片的所述表面上；及控制所述经施加的氮等离子体的所述能量以使得所述氮原子不经由具有大于约50kcal/mol的相互作用能量的分子相互作用便被附着在所述硅晶片的所述表面上。
17.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 增加所述氮(N)浓度包含将多个氮(N)原子迁移到所述硅晶片的所述表面中而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
18.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 所述方法进一步包含将氮化硅(SiN)沉积到所述硅晶片的所述表面上；且增加所述氮(N)浓度包含将多个氮(N)原子从所述经沉积氮化硅(SiN)迁移到所述硅晶片的所述表面中而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN)。
19.根据权利要求11所述的方法，其中 所述衬底包含硅晶片；且 所述衬底材料包含硅(Si)； 所述方法进一步包含将氮化硅(SiN)沉积到所述硅晶片的所述表面上；且增加所述氮(N)浓度包含将多个氮(N)原子从所述经沉积氮化硅(SiN)迁移到所述硅晶片的所述表面中而不在所述硅晶片的所述表面上形成氮化硅(SiN);且 所述方法进一步包含在形成所述LED结构之前从所述硅晶片的所述表面移除所述经沉积氮化硅(SiN)。
20.一种用于在具有衬底材料的衬底上形成LED的方法，其包括 至少接近所述衬底的表面形成富含氮的环境而不与所述衬底的所述表面上的所述衬底材料形成氮化产物；及 借助所述富含氮的环境在所述衬底的所述表面上形成具有氮极性的LED结构。
21.根据权利要求20所述的方法，其中形成所述富含氮的环境包含将多个氮(N)原子吸附到所述衬底的所述表面上而不氮化所述衬底的所述表面上的所述衬底材料。
22.根据权利要求20所述的方法，其中形成所述富含氮的环境包含经由具有小于约lOkcal/mol的相互作用能量的分子相互作用而将氮原子吸附在硅晶片的表面上。
23.根据权利要求20所述的方法，其中形成所述富含氮的环境包含将氮原子吸附在所述硅晶片的所述表面上而不与所述衬底材料形成离子键或共价键。
24.根据权利要求20所述的方法，其中形成所述富含氮的环境包含致使氮原子迁移到所述硅晶片的所述表面中而不与所述衬底材料形成离子键或共价键。
25.一种发光二极管，其包括 衬底，其具有衬底材料； 第一半导体材料，其直接位于所述衬底的表面上； 作用区域，其位于所述第一半导体材料上，所述作用区域具有氮极性晶体结构； 第二半导体材料，其位于所述作用区域上；且 其中所述发光二极管在所述衬底的所述表面与所述第一半导体材料之间的界面处不包含所述衬底材料的氮化产物。
26.根据权利要求25所述的发光二极管，其中 所述衬底包含具有晶格结构的娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 所述第一半导体材料包含N型氮化镓(GaN)材料； 所述作用区域包含氮化铟镓(InGaN)材料； 所述第二半导体材料包含P型GaN材料；且 所述硅晶片包含至少接近所述硅晶片的所述表面的富含氮的环境，所述富含氮的环境具有陷获于所述硅晶片的所述晶格结构中而不与所述硅晶片中的所述硅(Si)形成氮化硅(SiN)晶体结构的多个氮(N)原子。
27.根据权利要求25所述的发光二极管，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si)； 所述第一半导体材料包含N型氮化镓(GaN)材料； 所述作用区域包含氮化铟镓(InGaN)材料； 所述第二半导体材料包含P型GaN材料；且 所述发光二极管在所述硅晶片的所述表面与所述N型GaN材料之间的所述界面处不包含结晶氮化硅(SiN)。
28.根据权利要求25所述的发光二极管，其中 所述衬底包含娃晶片； 所述衬底材料包含硅(Si);且 所述发光二极管在所述硅晶片的所述表面与所述第一半导体材料之间的所述界面处不包含结晶氮化硅(SiN)。
29.一种用于形成发光二极管LED的方法，其包括 在具有掺杂剂的衬底上形成氮化镓(GaN)材料； 调整所述掺杂剂的浓度以使得所述所形成的GaN材料具有大致氮极性；及在具有所述氮极性的所述所形成的GaN材料上形成LED结构，所述LED结构也具有氮极性。
30.根据权利要求29所述的方法，其中形成GaN材料包含沉积具有镁掺杂剂的所述GaN材料，所述镁掺杂剂在所述GaN材料中具有至少约lXE2°/cm_3的浓度；且 调整所述掺杂剂的浓度包含调整所述镁掺杂剂的浓度以使得所述所形成的GaN材料具有大致氮极性。
全文摘要
本文中揭示具有N极性的发光二极管“LED”及相关联制造方法。在一个实施例中，一种用于在具有衬底材料的衬底上形成发光二极管的方法包含至少接近所述衬底的表面形成富含氮的环境，而不在所述衬底的所述表面上形成所述衬底材料的氮化产物。所述方法还包含借助富含氮的环境在所述衬底的所述表面上形成具有氮极性的LED结构。
文档编号H01L33/32GK102834938SQ201180018207
公开日2012年12月19日 申请日期2011年2月25日 优先权日2010年2月26日
发明者任在元, 托马斯·格尔克 申请人:美光科技公司