专利名称：具有二维波动组分激活层的发光器件及其制作方法
技术领域：
本发明与发光器件相关，具体而言，是具有二维QD)波动组分激活层的发光器件。
背景技术：
夹设在发光器件的N型层和P型层之间的激活层，在器件的量子效率上起着关键作用。提高对激活层中的非平衡载流子的量子限制，可以增加其辐射发光复合几率。在过去的几十年中，激活层已经从三维(3D)发展到二维(2D)，甚至到一维和零维(1D、0D)。3D激活层是由一个没有任何量子限制效应的准体材料构成，载流子可以三维自由扩散，因此电子-空穴的复合几率非常低。2D激活层通常在载流子注入方向上引进量子限制，一般是多量子阱(MQW)构造。ID和OD激活层跟2D激活层相比，在另一个和两个方向上也引进量子限制，以量子线和量子点为其代表，电子-空穴复合几率随着量子限制维数的增加而增加， 因此，OD或量子点激活层是低阈值激光二极管和高内量子效率(IQE)发光二极管(LEDs)的首选激活层。在此前的文献中，自组织量子点的形成都基于外延层中的应力。当外延层的晶格常数(aepi)大于衬底的晶格常数(asub)时，外延层表面倾向于不平整，以降低外延层-衬底系统的总自由能。当应力ε = (aepi-asub)/asub接近或大于3%时，会引发三维或岛状生长模式。利用岛状生长模式通过应力和生长时间的控制可以形成量子点。有关自组织量子点的形成可以参考美国专利7，618，905及其索引。另外，在此前文献中，如林等人在应用物理快报97，073101 (2010)上发表的论文中，报道了在二维受限制的样版层上直接沉积激活层。例如在纳米柱体上沉积激活层，可以形成量子碟作为激活层。美国专利申请2007/0152353中也报道了在多孔GaN上直接沉积 hGaN量子阱，以获得较佳发光效率。美国专利申请2009/0001416中也阐述了多孔GaN的粗化表面可以在InGaN沉积中增强铟含量，并认为在多孔洞GaN样片上直接沉积InGaN超薄层可以获得量子点效应，使得发光效率得以增强。在现有技术中多孔材料主要被研究应用于提高材料质量。例如美国专利 6，709，513中提出一种使用多孔阳极氧化铝作为掩膜，以沉积高质量的GaN。用现有技术形成的多孔材料具有较差的垂直对准特性，即这些多孔材料的孔洞有较差的垂直连续性和整体性。在现有技术中，多孔材料的制作是通过电解方法如阳极氧化方法获得。一般是将GaN、 SiC或Si晶圆置入电化学容器中充当阳极，在HF水溶液中通几毫安到几十毫安的电流以氧化阳极。为了增强阳极氧化反应，同时可以在刻蚀表面照射紫外光。孔洞的尺寸和密度可通过阳极电流控制。美国专利6，753，589及其中的参考文献披露了多孔硅的形成方法，美国专利5，298, 767及其中的参考文献披露了多孔碳化硅的形成方法，美国专利6，579，359， 7，462，893及其中的参考文献披露了多孔氮化镓的形成方法
发明内容
本发明提出一种新的在发光器件里形成自组织量子点激活层的方法。一般来讲， 本发明提出新的方法在生长表面引入温度分布的二维波动，利用该生长温度的二维波动形成二维组分波动的量子阱。更具体地说，就是利用铟组分对生长温度的灵敏性来形成二维组分波动的量子阱的一种新途径。为了达到这个目的，本发明也提出了形成具有微米或纳米量级孔洞的多孔材料的方法。本发明一方面提供了一种发光器件，包括N型层、P型层、夹设于N型层、P型层之间的激活层，激活层包括至少一含铟量子阱层，该含铟量子阱层的铟组分在沉积激活层的沉积表面上波动，以及一衬底，其包括一第一表面，用于沉积夹设于N型层和P型层之间的激活层，并且衬底包括一实体部分和一多孔部分，其中多孔部分的孔洞使得在沉积含铟量子阱层时，沉积温度沿沉积表面波动，从而引起含铟量子阱层的铟组分的波动。衬底的孔洞最好是沿垂直于沉积表面方向分布的连续孔洞。多孔部分的孔洞最好是直径从200nm 10 μ m，空洞面密度从IO6 109cnT2，并且多孔部分的厚度在5 IOOym之间。多孔部分的孔洞最好对与衬底第一表面相对的第二表面开放。多孔部分可以优选粘贴在衬底的实体部分。多孔部分可以优选是作为一外延沉积炉里的外延片托盘，在激活层沉积时托着衬底的实体部分。本发明另一方面提供了一种发光器件包括N型层、P型层、夹设于N型层、P型层之间的激活层，激活层包括至少一含铟量子阱层，而含铟量子阱层的铟组分在沉积激活层的沉积表面上波动，和一样板层，其包括一第一表面，用于沉积夹设于N型层和P型层之间的激活层，及一沉积样板层的衬底，样板层包括一多孔部分，设置多孔部分的孔洞，以在沉积含铟量子阱层时，温度沿沉积表面波动，从而引起含铟量子阱层的铟组分的波动。样板层的孔洞最好是沿垂直于沉积表面方向分布的连续孔洞。样板层的厚度最好在1 10 μ m之间。样板层最好由GaN，或者AWaN，或者InGaN构成。在一个示例中，样板层的孔洞直径从5nm 50nm，面密度从IO8 IO9CnT2。在另一个示例中，样板层的孔洞直径从0.2μπι Ιμπι，面密度从IO6 IO9CnT2。多孔部分的孔洞最好对与样板层第一表面相对的第二表面开放，如果需要，也可对第一表面开放。根据本发明另一方面提供了一种制作发光器件的方法，包括在衬底上形成面密度为IO6 IO9CnT2之间的孔洞，在衬底上沉积一 N型层，在N型层上形成一至少包括一含铟量子阱层的激活层，并且含铟量子阱层的铟组分沿沉积激活层的表面波动，在激活层上沉积一 P型层，设置多孔部分的孔洞，以在沉积含铟量子阱层时，温度沿沉积表面波动，从而引起含铟量子阱层的铟组分的波动。在衬底上形成孔洞的步骤最好包括在衬底上形成一阳极氧化铝掩膜，然后将衬底置于一扫描激光束下，以在衬底上形成孔洞，之后去掉阳极氧化铝掩膜。在衬底上形成孔洞的步骤最好包括通过纳米光刻工艺在衬底上形成一掩膜，然后将该衬底置于离子注入装置内，以在衬底上形成缺陷区，通过湿法化学刻蚀去掉缺陷区，以在衬底上形成孔洞，之后去掉掩膜。
离子注入最好包括从氢、氦、氮和氧离子中选择离子，剂量不小于IO12cnT2,注入时间超过2分钟，离子能量超过50KeV。根据本发明另一方面，一种制作发光器件的方法，包括在衬底上形成一面密度为 IO6 IO9CnT2的多孔样板层，在样板层上沉积一 N型层，在N型层上形成包括至少一含铟量子阱层的激活层，铟组分沿沉积激活层的表面波动，在激活层上沉积一 P型层，设置多孔样板层的孔洞，以在沉积含铟量子阱层时，温度沿沉积表面波动，从而引起含铟量子阱层的铟组分的波动。形成多孔样板层的步骤最好包括在衬底上沉积一样板层，在样板层上沉积一些含铟岛，在样板层和含铟岛上覆盖保护层，然后置于足够的温度下，以通过热分离去掉含铟岛和覆盖在含铟岛上的保护层，从而形成暴露部分样板层的带图形的保护层(掩膜)，通过刻蚀气体来刻蚀样板层，以通过图形保护层形成多孔样板层。含铟岛最好是直径在5 50纳米之间，面密度在IO8 IO9CnT2之间，由铟组分在 10% 50%的MGaN构成。保护层和含铟岛最好置于不低于850°C的温度下，以通过热分离去掉含铟岛和覆盖其上的保护层。保护层的厚度最好在50 200纳米之间。最好还包括一步形成一再沉积层，以封闭在刻蚀样板层时打开的多孔样板层的孔洞。保护层最好由氮化硅或二氧化硅构成。在刻蚀样板层时，优选温度在1000 1050°C之间，刻蚀时间在5 20分钟之间， 刻蚀压力在100 760乇，刻蚀气体流量在5 50sccm。
所附各图是用来帮助进一步理解本发明，是本发明的一部分，阐述本发明所包含的内容，并与下列说明一起来阐明本发明的宗旨，通篇里图中相同数字是代表相同的组成部分，一个层可以代表具有相同功能的一组层。图1显示了本发明所述制作具有垂直对齐孔洞的多孔材料结构的方法；图2A -2C显示了本发明所述制作多孔材料结构的方法；图3A 3G显示了本发明所述制作多孔样板层的方法；图4显示了沉积在具有垂直对齐孔洞的衬底上的发光结构；图5显示了在衬底的一面沉积的发光结构，而在衬底的另一面贴片上多孔材料；图6显示了在衬底上的多孔样板层上沉积的发光结构；图7显示了在衬底上的多孔样板层上沉积的发光结构；图8是在具有垂直对齐孔洞的衬底上的多孔样板层上沉积的发光结构。具体实施示例本发明提出利用合金化合物半导体的组分对温度的灵敏依赖性，形成以自组织量子点为激活层的发光器件的新方法。含铟量子阱层如InGaN、InGaAs, InGaP的铟组分对沉积温度非常敏感。在本发明中，在衬底、样板层或发光器件中置于含铟激活层下的其它部分中引进多孔材料特性，利用多孔材料的实体部分和孔洞的热导的不同，得到多孔材料中材料热导的二维非连续性。根据本发明，在含铟激活层沉积表面下面及附近形成微米和/或纳米量级的孔洞，这样就在含铟激活层沉积表面以下(如衬底或样板层中)形成热导的二维不连续性，从而在适当的加热条件下，在沉积表面形成对应于孔洞分布的温度波动分布。本发明的原理可以应用于发光器件如LEDs、激光二极管，也可以在理解该原理的基础上灵活应用于光电二极管中。为了方便起见，本发明采用以^GaN为基础的LEDs为例来阐述一些实施示例，但是要知道本发明并不局限于以InGaN为基础的LEDs。图1显示了一种制作多孔材料结构的方法，所用材料可以从GaN、Si、SiC、蓝宝石及类似材料中选择，通过现有已知的方法，例如光刻掩膜版的方法，或者例如美国专利 6，139，713中所述(该专利在此全文引用)的方法，在衬底10’上形成具有高密度孔洞的阳极化氧化铝掩膜25’，然后将覆盖掩膜25’的衬底10’的表面置于高能量密度的激光束 70'下，由于阳极化氧化铝的非透明性，激光能量可以通过掩膜25’的纳米量级的孔洞而到达衬底10’，这样可以通过激光引起的气化过程，在衬底10’中产生垂直对齐的连续孔洞， 掩膜25’的孔洞面密度可以大于106cm_2，或者大于108cm_2，或者甚至大于109cm_2，最好在 IO8CnT2 IO9CnT2之间，孔洞的平均直径或尺寸可以在0. 2 10微米之间，衬底10’的多孔部分包含高密度微米或纳米量级的孔洞101和实体侧壁102，孔洞101的深度可以通过调节激光束70’的能量和/或照射时间来调整，可以在5 100微米之间，例如，在一些示例中为5 10微米，而在另一些示例中为50 100微米。如果图1中的衬底10’是由GaN或AlGaN构成，那么扫描激光束70’可以是Q开关 NchYAG脉冲激光的3次谐波的355nm谱线，或者是KrF准分子激光的248nm谱线，激光束的脉冲宽度可以在5 50ns之间，能量密度在300 600mJ/cm2之间，另外，激光束70’可以以一个脉冲或多个脉冲施加，衬底10’中的孔洞101有与掩膜25’的孔洞类似的密度和尺寸。图2A 2C显示了本发明所述制作多孔材料的另一种方法，在图2A中，在衬底10 上通过纳米光刻工艺形成掩膜25’，有关纳米光刻工艺可参考美国专利7，604，903(该专利在此整体引用)，然后将带掩膜25’的衬底10进行离子注入，离子束70通过掩膜25’被选择性注入到衬底10中，产生如图2B中所示的微米量级或纳米量级高度损伤区域101’。为了增强对衬底10的选择性损伤，可以在较高的温度下进行离子注入，例如，将衬底10加热到500°C时进行离子注入，在一些示例中，可以采用氢、氦、氮、氧及类似离子，以IO12CnT2的剂量(如IO12CnT2 IO15cm-2)、注入时间2分钟以上(如1 60分钟)和离子能量50KeV 以上(如20KeV 300KeV)来形成图2B中所示的具有高度缺陷的微米量级或纳米量级区域101’。损伤区域101’的深度和准直度可以通过离子注入参数如离子种类、离子剂量、离子能量、注入温度和时间来优化。损伤区域101’可以通过化学刻蚀等方法去掉，例如通过KOH溶液刻蚀，相对于非损伤区域102，KOH溶液对区域101，有很强的选择性刻蚀率，由于区域101，的高密度缺陷或非晶特性，101’中的材料会被KOH溶液选择性地刻蚀掉，留下如图2C中所示的由未被刻蚀的区域102和孔洞101所构成的含高密度垂直连续孔洞101的结构。掩膜25’的孔洞密度可以大于IO6CnT2，或者大于108cnT2，或者甚至大于109cnT2，最好在IO8CnT2 IO9CnT2之间，孔洞的平均直径或尺寸在0. 2 10微米之间，衬底10’的孔洞101与膜25’的孔洞具有类似的密度和尺寸，孔洞101的深度可以通过改变离子注入和刻蚀条件如刻蚀时间和温度来调节，可以在5 100微米之间，例如在一些示例中为5 10微米，而在另一些示例中为50 100微米。图3A 3G显示了一种原位形成多孔氮化物的过程。利用一个外延生长炉如 M0CVD，在衬底10上沉积样板层22。衬底可由GaN、Si、SiC、蓝宝石或类似材料构成，而样板层可由GaN、AWaN、InGaN或类似材料构成，样板层22的厚度在1 10微米之间。优化样板层22的沉积条件，以获得高质量的氮化物层，例如，保持在100 500乇之间的相对较低的生长压力，以利于二维生长的进行，另外保持在950 1150°C之间的沉积温度，不仅有利于二维生长的进行，而且降低污染杂质的渗入。在形成样板层22 (图3A)后，将沉积温度降至500 750°C和沉积压力升至200 760乇，以利于含铟材料如InGaNjlInGaN及类似材料的三维岛状生长。在此生长条件下， 如图3B所示，在样板层22上形成含铟岛23如高铟组分(10% 50InGaN或AlInGaN 岛，这些含铟岛23可以通过控制金属有机物的流量和沉积时间，而做到直径或尺寸在5 50纳米之间，密度在IO8 1010αιΓ2之间。然后，最好原位形成，在样板层22暴露的表面上及含铟岛23的表面上(如图3C 所示)形成保护层251如氮化硅或氧化硅，保护层251的厚度最好在50 200纳米之间， 以充分覆盖样板层22暴露的表面。在图3D中，衬底10被加热到850°C以上，通过热分解以去掉含铟岛23和覆盖岛 23的保护层251，这是因为含铟岛如InGaN岛具有相对较低的分解温度(对于铟组分大于 10%的InGaN，低于850°C )，这个过程在样板层22的表面形成纳米量级掩膜25如图3D所示，这时，不要将衬底10加热到过高温度，以避免过度损坏保护层251的剩余部分。在图3E中，通过引进刻蚀气体7(Γ如HCl，及维持刻蚀温度在1000 1050°C之间， 这样就形成如图3F所示的垂直对齐的多孔中间样板层22”’。在刻蚀过程中，要停止氨气和其它金属有机物的流入，以避免在表面残留下任何金属点滴。通常来说，通过控制HCl的流量、刻蚀时间、刻蚀温度和刻蚀压力，可以形成一个具有一定厚度和密度的垂直连续孔洞的多孔洞中间样板层22”’，刻蚀温度最好是1000 1050°C，刻蚀时间在5 20分钟之间， 刻蚀压力在100 760乇之间，HCl的流量在5 50sCCm之间，多孔中间样板层22”’的孔洞密度是岛23的复制，可以超过108cnT2，或者甚至超过109cnT2，最好在IO8CnT2 IO9CnT2之间，孔洞的平均直径或尺寸可以在5 50纳米之间，垂直连续孔洞的平均深度在1 10微米之间，在多孔中间层22”’中的垂直连续孔洞可以是如3F中暴露衬底10表面的贯穿的孔洞，或者是不暴露衬底10的非贯穿孔洞。在图3G中，继续沉积具有平坦表面修复层，以利于后续LED结构的沉积。如图所示，修复层22”通过氮化物横向生长，封闭了多孔中间样板层22”’的孔洞口，修复层22”可以由GaN、InGaN, AlGaN或类似材料构成，可以使用与样板层22相同或不同的材料构成，厚度可以在1 5微米之间，这样形成的多孔样板层22’，包括多孔中间样板层22”’、纳米掩膜25和修复层22”，由于在孔洞口处合并时缺陷弯曲效应，可以拥有降低的缺陷密度，也可以由于增强的光散射，而得到增强的出光效率。图4是根据本发明的一个示例的横截面图，发光结构1包括至少一个N型层20、一个P型层40和一个夹设于其间的激活层30，该激活层30包括至少一个垒层31和至少一个阱层32。激活层30可以是多量子阱(MQW)结构，N型层20可以是硅掺杂的GaN、AKiaN或铟组分低于10%的低铟组分InGaN，P型层40可以是镁掺杂的GaN、AWaN或铟组分低于10%的低铟组分InGaN，垒层31最好是硅掺杂的GaN或铟组分低于10%的低铟组分InGaN，阱层32最好是由InGaN构成。发光结构1位于具有多孔结构的衬底10’上，本发明的多孔衬底包含高密度孔洞，最好是垂直连续孔洞，并且由固体侧壁分开，多孔部分的厚度d至少是衬底厚度D的十分之一，d也可以至少是D的五分之一，最好至少是D的三分之一。本发明中衬底的多孔部分包含高密度微米量级或纳米量级的孔洞，沿与衬底表面相垂直的方向扩展，这些孔洞优选是不间断连续向上扩展，孔洞的面密度可以大于106cm_2，或大于108cm_2， 或者甚至大于109cnT2。衬底10，上部的实体部分的厚度，也就是图4中所示结构的D-d可以是D的十分之九到三分之一之间，衬底10’的孔洞的平均直径可以在0. 2 10微米之间， 垂直连续孔洞101的平均深度在5 100微米之间，适合于本发明的衬底材料有GaN、SiC、 Si、蓝宝石及类似材料。继续参考图1、图2和图4，将如此形成的多孔衬底10’清洁和干燥后，放入MOCVD 反应炉。衬底10’的外延沉积表面可以是多孔的，例如孔洞101是穿透的孔洞(D = d)，然而如图4所示的示例，优选孔洞不是穿透的，以得到的适于外延生长的平坦表面。衬底10’ 被承载衬底的托盘加热到合适的高温，以沉积N型层20，如N型GaN层，沉积温度通常在 950°C以上，此时温度足够高已经消除了由多孔衬底的热导非均勻性而导致的温度不均勻性。然而在含铟激活层30的沉积时，当托盘温度降到如500 750°C时，多孔衬底10’的热导非均勻性可以导致激活层沉积表面的二维温度波动。在激活层沉积中，位于孔洞101上方表面的温度可以比位于实体侧壁102上方表面的温度低1°C或更多。通过优化多孔部分的厚度d和孔洞密度可以调节从托盘传到衬底10’的热流。如果D-d接近D的话，就完全没有二维温度调节，如果D-d = 0，则具有最大的二维温度调节，而且如果温度太高，例如高于950°C，热量可以通过传导及辐射而传到沉积表面，因此多孔衬底10’的不同热导在二维温度调节里就起着较小作用，而如果热量主要是通过托盘和多孔衬底10’传导到沉积表面， 例如在500 750°C之间的温度，则多孔衬底10’的二维热导起伏在二维温度调节里就起着很大作用。由于含铟氮化物(如MGaN)的铟组分对生长温度很敏感，这种在生长表面的二维温度起伏可以影响含铟量子阱层32的铟含量，从而导致InGaN外延层具有二维波动组分。 在InGaN外延生长中，1°C的温差可以导致InGaN层铟组分以上的差别，因此，图4所示激活层30可以在量子阱层平面上具有微米或纳米量级组分波动的^GaN量子阱层32，而在此意义上的量子阱层32就相当于量子点，可以获得最高的发光效率。激活层30具有与衬底10’上孔洞101 二维分布相同或近似的组分波动结构这样的激活层30提供了与此前量子阱相比更强的量子限制效应。尽管根据图4中的示例，N型层20直接沉积在多孔洞衬底 10’上，但是类似地，P型层40可以直接沉积在衬底10’上，也就是说，P型层40、激活层30 和N型层20可以在多孔洞衬底10’上按序形成。在图5中给出另外一种在沉积表面形成二维温度波动的方法。衬底10被覆盖或粘贴上具有较好热导的多孔材料8，例如具有大于23W/m°C的热导。多孔材料8可以是氧化铍、碳化硅，硅、阳极氧化铝或类似材料。多孔洞材料8由于多孔而产生热导的二维非均勻性，这样就在沉积InGaN量子阱32的沉积表面产生二维温度非均勻性，从而引起InGaN量子阱32中铟组分的二维波动，对注入量子阱32的载流子提供除了量子垒31之外的量子限制。衬底10优选粘贴在多孔材料8的非多孔洞表面，衬底10和多孔材料8的厚度可以分别在50 100微米和50 200微米之间，尽管根据图5中的示例，N型层20直接沉积在衬底10上，但是类似地，也可以将P型层40直接沉积在衬底10上。也就是说，P型层40、 激活层30和N型层20可以在多孔衬底10上按序形成。多孔洞材料8可以由图1和2A 2C中所述方法制成。可以具有与图1和2A 2C中所示类似的多孔结构，例如孔洞的尺寸或直径从200纳米 10微米，孔洞密度从IO6 109cm_2。图5中的多孔材料8也可以是用于沉积LED而支撑衬底10的托盘，即该托盘一个具有微米或纳米量级的多孔结构。例如孔洞的尺寸或直径从200纳米 10微米，孔洞密度从IO6 109cm_2，可以用于支撑衬底10，并且多孔洞部分可直接与衬底10接触。根据本发明的另一个示例，垂直多孔结构也可以在如图6所示的样板层22，上形成。在图6中，样板层22’具有类似于图1和2A 2C中的孔洞201和实体侧壁202，可以由6鄉、或hGaN、或铝组分低于10%的AlGaN构成，利用图1或图2A 2C中所述方法，在衬底上沉积的GaN、或AlGaN、或InGaN样板层可以转变成图6所示的样板层22’，也就是说，在衬底上沉积的样板层可以通过纳米光刻和材料去除机制如图1中所示激光烧蚀和图2A 2C中所示离子注入及湿法化学刻蚀转变成多孔洞样板层22’，在沉积N型层20之前，在多孔洞样板层22’上沉积平整层221’，最好厚度在1 5微米之间，以长平沉积表面而利于后续结构沉积。平整层221’可以由与样板层22’相同或不同的材料构成。该多孔洞样板层 22’的厚度可以在1 10微米之间，或在1 5微米之间，孔洞尺寸在0. 2 1微米之间， 多孔样板层22，由于离激活层30很近，只有3 10微米，即平整层221，和N型层20的厚度之和，可以在沉积激活层30时，对沉积表面的温度分布起着重要作用。该样板层22’在沉积InGaN量子阱32的沉积表面产生二维温度波动，从而引起D沉积表面InGaN量子阱32 中铟组分的二维波动，这对注入量子阱32的载流子提供除了量子垒31之外的量子限制。如图3A 3G，多孔样板层22’可以原位形成。，在形成多孔样板层22’之后(如图3F 3G)，恢复氨气和有机金属化合物气流，在不去掉纳米掩膜25的情况下，沉积平整或恢复N型层20，N型层20最好由硅掺杂GaN构成，目的是平整和恢复任何多孔层22’引起的粗化。如图7中所示结构的N型层20的厚度可以在1 10微米之间，然后在长平的 N型层20上形成包括含铟量子阱如hGaN激活层的发光结构，多孔样板层22’由于离激活层30很近，只有1 10微米(是平整N型层20的厚度)，可以在沉积激活层30时，对沉积表面的温度分布起着重要作用。样板层22’的孔洞在生长^iGaN量子阱32时在的生长表面引入二维温度波动，从而引起InGaN量子阱32中铟组分的二维波动，这对注入量子阱32 的载流子提供除了量子垒31之外的量子限制。这里多孔样板层22’的厚度在1 10微米之间，孔洞的尺寸从5 50纳米，孔洞密度从IO6 109cm_2，优选从IO8 lOW。图8显示了本发明的另一个示例，衬底10’具有一定厚度的多孔部分，可以根据图 1和图2A 2C中的方法形成衬底10’，衬底10’的表面最好是可沉积外延表面。如前图 3A 3G中所述在衬底10’上原地形成多孔样板层22’，如前图7中所述形成平整N型层20 和激活层30，多孔衬底10’和多孔样板层22’合起来会对量子阱32的铟组分的二维波动产生很大影响。本发明用上述一系列示例进行了说明，然而，本发明的范围并不局限在上述示例中，而是尽量覆盖各种变相或类似结构，因此，专利申请的范围应该是涵盖所有变相或类似结构。
权利要求
1.一种发光器件，其包括N型层；P型层；夹设于所述N型层和P型层之间的激活层，该激活层包括至少一个含铟量子阱层，该含铟量子阱层的铟组分沿生长所述激活层的生长表面波动；以及具有第一表面的衬底，所述第一表面用来生长夹在所述N型层和P型层之间的所述激活层；所述衬底具有实体部分和多孔部分，多孔部分的孔洞在所述含铟量子阱层的外延生长时，在生长表面引起温度波动，从而导致所述含铟量子阱层的铟组分的波动。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述衬底的孔洞为沿着垂直于所述生长表面延伸的连续孔洞。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述多孔部分的孔洞直径为200纳米 10 微米，密度为IO6 IO9CnT2。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述衬底的所述多孔部分的厚度为5 100 微米。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述孔洞在与衬底第一表面相对的第二表面上开放。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述多孔部分被粘贴在所述衬底的实体部分。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述多孔部分是外延生长时的外延片托盘， 以在所述激活层的生长中支撑所述衬底的实体部分。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述衬底材料是氮化镓，砷化镓，硅，碳化硅， 蓝宝石。
9.一种发光器件，其包括N型层；P型层；夹设于所述N型层和P型层之间的激活层，该激活层包括至少一个含铟量子阱层，该含铟量子阱层的铟组分沿生长所述激活层的生长表面波动；具有第一表面的样板层，所述第一表面用来生长夹在所述N型层和P型层之间的所述激活层；以及用于生长所述样板层的衬底；所述样板层包含有孔洞，所述孔洞在所述含铟量子阱层的外延生长时，在生长表面引起温度波动，从而导致所述含铟量子阱层的铟组分的波动。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述样板层的孔洞为沿着垂直于生长表面延伸的连续孔洞。
11.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述样板层的厚度为1 10微米。
12.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述样板层由GaN、AWaN或InGaN构成。
13.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述样板层的孔洞直径为5 50纳米，密度为 IO8 IO9CnT2。
14.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述样板层的孔洞的直径为0.2 1微米， 密度为IO6 IO9CnT2。
15.一种制作发光器件的方法，其包括在衬底上形成孔洞，所述孔洞的密度为IO6 IO9CnT2 ； 在所述衬底上生长N型层；在所述N型层上形成包含至少一个含铟量子阱的激活层，所述含铟量子阱层的铟组分沿生长所述激活层的生长表面波动；以及在所述激活层上生长P型层；所述孔洞在所述含铟量子阱层的外延生长时，在生长表面引起温度波动，导致所述含铟量子阱层的铟组分的波动。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于在所述衬底上形成孔洞的步骤包括 在所述衬底上形成阳极氧化铝掩膜；将所述具有阳极氧化铝掩膜的衬底经激光束扫描，以在所述衬底上形成所述孔洞；以及去掉所述阳极氧化铝掩膜。
17.根据权利要求15所述的方法，其中在所述衬底上形成孔洞的步骤包括 通过纳米量级光刻工艺，在所述衬底上形成掩膜；对带有所述掩膜的所述衬底进行离子注入，以在所述衬底上形成缺陷区； 通过化学湿法刻蚀工艺去掉所述缺陷区，以在所述衬底上形成所述孔洞；以及去掉所述掩膜。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述离子注入包括注入从氢、氦、氮和氧离子中选择的离子，剂量为IO12CnT2以上，注入时间为2分钟以上，离子能量超过50KeV。
19.一种制作发光器件的方法，其包括在所述衬底上形成多孔样板层，孔洞密度为IO6 IO9CnT2 ； 在所述多孔样板层上形成N型层；在所述N型层上形成包含至少一个含铟量子阱的激活层，所述含铟量子阱层的铟组分沿生长所述激活层的生长表面波动；以及在所述激活层上生长P型层；所述多孔样板层的孔洞在所述含铟量子阱层的外延生长时，在生长表面引起温度波动，从而导致所述含铟量子阱层的铟组分的波动。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述形成多孔样板层的步骤包括 在所述衬底上形成样板层；在所述样板层上形成含铟岛；在所述样板层和所述含铟岛上沉积掩膜层；将所述掩膜层和所述含铟岛置于足够高的温度下，通过热分解去掉所述含铟岛从而覆盖所述含铟岛的掩膜层，从而在所述样板层上形成暴露部分样板层的图形掩膜层； 通过刻蚀气体刻蚀部分被暴露的样板层，以形成多孔洞样板层。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述含铟岛的尺寸为5 50纳米，密度为 IO8 109cnT2，且由铟组分为10% 50%的InGaN构成。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述掩膜层和所述含铟岛置于高于850°C的温度下。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述掩膜层的厚度为50 200纳米。
24.根据权利要求20所述的方法，其中进一步包括形成再生长层，以封住在所述样板层的刻蚀步骤中产生的孔洞。
25.根据权利要求20所述的方法，其中所述掩膜层由氮化硅或氧化硅构成。
全文摘要
本发明提出一种通过对激活层下面材料的二维热导的调制而得到二维组分波动激活层的发光器件，热导调制通过在激活层下面材料上形成高密度孔洞来实现，也提出了制作发光器件和含高密度孔洞的材料的方法。
文档编号H01L33/06GK102386291SQ20101056838
公开日2012年3月21日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年8月30日
发明者张剑平, 闫春辉 申请人:亚威朗(美国)