光电器件及用于制造光电器件的方法与流程

本发明涉及光电领域。发现在光电器件例如基于gan纳米线的发光二极管的制造中具有特别有利的应用。

背景技术：

1、通常，基于gan的发光二极管(led)包括载流子(电子或空穴)注入区，有源区置于载流子(电子或空穴)注入区之间。

2、有源区是电子-空穴对发生辐射重组从而允许获得光发射的位置。该有源区位于pn结处。它包括量子阱，例如基于ingan的量子阱。

3、载流子注入区允许在有源区处传输和注入电流。对于某些应用，特别是对于显示技术，优选的是减少led中的注入电流。为了保持有效的操作和足够的辐射率，可能有必要对这些载流子注入区进行改进。

4、通常，空穴注入区是基于p-gan的。在空穴注入区的形成期间，空穴注入区最初包含被吸收的氢中和的一定浓度的杂质，例如镁mg。这些“电非活性”杂质必须被活化以形成受体位点。因此，为了具有有效的p型导电性，需要对空穴注入区施加活化步骤。通常，该活化步骤是通过热退火完成的。在退火过程中，中和杂质的氢被释放，然后杂质形成“活性”受体位点。这些受体位点的浓度(称为受体浓度)取决于活化步骤的有效性。

5、文件“yuka kuwano et al 2013jpn.j.appl.phys.52 08jk1208jk12”公开了一种用于提高对掩埋在n型gan层下的空穴注入区进行活化的步骤的有效性的方法。该方法包括：在活化之前，在形成载流子注入区和有源区的层叠置内形成沟道。特别是，这允许改善在活化期间中氢在整个通道中的释放。

6、该方法的缺点是沟道的形成会产生缺陷和/或界面态。这会产生漏电流，漏电流的载流子不会注入到有源区中。

7、用于改善电流从载流子注入区向有源区的注入和/或传输的另一解决方案包括：在led的叠置中添加一个或多个载流子过滤层。因此，led可以在空穴注入区与有源区之间包括电子阻挡层(称为ebl)，以对载流子进行“过滤”，反之亦然，在电子注入区与有源区之间包括空穴阻挡层(称为hbl)。然而，这些层可能会改变光发射。

8、led的不同区域和层可以通过按照纵向方向z进行叠置来设置。这种led架构称为轴向led架构。替选地，led的不同区域和层可以围绕纵向方向z径向地设置。这种led架构称为放射状或芯壳式。无论目标led架构如何，都需要对空穴注入进行改进。

9、本发明旨在至少部分地克服上述缺点。

10、具体地，本发明的目的是提供一种具有优化的空穴注入区的发光二极管。本发明的另一目的是提供一种用于制造这种发光二极管的方法。

11、本发明的其他目的、特征和优点将通过研究以下描述和附图而显现。当然，可以并入其他优点。具体地，该方法的一些特征和一些优点可以加以修改以适用于该设备，反之亦然。

技术实现思路

1、为了实现以上提及的这些目的，第一方面涉及一种基于gan的发光二极管，基于gan的发光二极管包括：

2、基于n-gan的电子注入区；

3、基于p-gan的空穴注入区；

4、有源区，所述有源区位于电子注入区与空穴注入区之间，所述有源区用于发射光辐射。

5、有利地，空穴注入区包括至少一个活化部分和至少一个非活化部分，使得活化部分的受体浓度为非活化部分的受体浓度的至少十倍高，并且优选地，活化部分的受体浓度为非活化部分的受体浓度的至少一百倍高。所述至少一个非活化部分置于电子注入区与氢阻挡层之间，所述至少一个非活化部分被配置成阻止在活化步骤期间氢从非活化部分的释放。

6、因此，空穴注入区的仅一部分(活化部分)具有有效的p型导电性。这促进了在空穴注入区的活化部分处将空穴注入到led的有源区中。这限制或避免了电流在空穴注入区的非活化部分处的通过。

7、本发明的基本原理在于通过有意地插入氢阻挡层以避免对于载流子注入和/或重组最不感兴趣的部分的活化来界定对于载流子注入和/或重组最有效的部分。具体地，将有利地优选将空穴注入和载流子重组限制到led的具有最少缺陷的区域。这样允许避免由于led的非最佳区域(通常是缺陷最多的区域)而造成的能效损失。因此，这些被有意地保持为非活化状态。

8、氢阻挡层对氢扩散进行阻挡。因此，有利的是，将这样的氢阻挡层直接地设置在空穴注入区的一部分上，使得该部分是非活化部分。通过选择氢阻挡层的位置，因此可以限定空穴注入区的哪一部分是非活化的。例如，在基于纳米线的3d led的情况下，有趣的是，非活化部分是纳米线的下部部分，而活化部分是纳米线的上部部分。一般而言，纳米线的下部部分具有比上部部分更高的缺陷水平。此后，它具有更高的漏电流。因此，只有上部部分参与电流的传输。因此，电流的传输被优化。

9、根据一个实施例，活化部分具有高于或等于1019cm-3的受体浓度，并且至少一个非活化部分具有低于或等于1016cm-3的受体浓度。

10、第二方面涉及一种用于制造这种发光二极管的方法。

11、根据一个方面，描述了一种方法，该方法包括：

12、形成基于n-gan的电子注入区；

13、形成基于p-gan的空穴注入区；

14、形成有源区，所述有源区位于电子注入区与空穴注入区之间，所述有源区被配置成发射光辐射；

15、进行热活化，所述热活化被配置成对空穴注入区进行活化。

16、有利地，在活化之前，在空穴注入区的仅部分上形成氢阻挡层，使得阻止在空穴注入区的所述部分(称为非活化部分)处的活化，并且使得在空穴注入区的另外的部分(称为活化部分)上的活化是有效的。非活化部分置于电子注入区与氢阻挡层之间。

17、因此，该方法有利地允许避免空穴注入区的部分的活化。在热活化之前形成在所述部分上的氢阻挡层阻止在活化期间氢从该部分释放。因此，该部分是被非活化的，而空穴注入区的未被氢阻挡层覆盖的另外的部分在热活化完成时被活化。

18、例如，可以在基于纳米线的led的制造过程中应用该方法。通常旨在用于形成空穴注入区的纳米线的壳在活化之前其下部部分被氢阻挡层覆盖。因此，该氢阻挡层可以以环的形式位于纳米线下部部分上。下部部分通常是具有最高缺陷水平的部分，因此下部部分是非活化的并且不参与电流向有源区的传输和注入以及在有源区中的传输和注入。

技术特征：

1.一种基于gan的发光二极管(1)，所述基于gan的发光二极管(1)包括：

2.根据前一权利要求所述的发光二极管(1)，其中，所述氢阻挡层(12)覆盖所述空穴注入区(11)的仅所述至少一个非活化部分(11”)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，所述发光二极管(1)包括所谓的氢储存层(15)，所述氢储存层(15)置于所述氢阻挡层(12)与所述非活化部分(11”)之间，所述氢储存层(15)被配置成：至少在所述活化部分(11')的活化期间，在所述非活化部分(11”)内提供氢补充。

4.根据前一权利要求所述的发光二极管(1)，其中，所述氢储存层(15)是基于氮化硅的，并且所述氢储存层(15)具有包含在0.1％至20％之间的氢原子浓度。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述氢阻挡层(12)与所述至少一个非活化部分(11”)直接地接触。

6.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述非活化部分(11”)具有比所述活化部分(11')的缺陷水平大的缺陷水平。

7.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，所述发光二极管(1)还包括钝化层(13)，所述钝化层(13)以与所述氢阻挡层(12)接触的方式延伸。

8.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述有源区(101)位于所述空穴注入区(11)与所述电子注入区(10)之间的pn结内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述氢阻挡层(12)是基于aln、n-gan、n-algan中的至少一者的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述电子注入区(10)和所述空穴注入区(11)沿基平面(xy)延伸，并且其中，所述氢阻挡层(12)具有至少一个开口，所述至少一个开口被配置成使所述空穴注入区(11)的所述活化部分(11')暴露。

11.根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述电子注入区(10)沿着纵向方向(z)以线的形式纵向地延伸，并且所述空穴注入区(11)围绕所述电子注入区(10)径向地延伸，使得所述二极管(1)具有所谓的芯壳架构，并且其中，所述氢阻挡层(12)围绕所述非活化部分(11”)以环的形式径向地延伸。

12.根据前一权利要求所述的发光二极管(1)，其中，具有环的形式的所述氢阻挡层(12)位于所述二极管(1)的基部处并且被承载在衬底(2)上。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的发光二极管(1)，其中，所述氢阻挡层(12)具有沿着纵向方向(z)的高度h12，所述高度h12构成所述二极管的沿着所述纵向方向(z)所考虑的高度hd的30％至50％之间。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的发光二极管(1)，所述发光二极管(1)还包括氢储存层(15)，所述氢储存层(15)在所述非活化部分(11”)与所述氢阻挡层(12)之间围绕所述非活化部分(11”)径向地延伸。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的发光二极管(1)，所述发光二极管(1)还包括钝化层(13)，所述钝化层(13)围绕所述氢阻挡层(12)径向地延伸。

16.一种用于制造基于gan的发光二极管(1)的方法，所述方法至少包括以下步骤：

17.根据前一权利要求所述的方法，所述方法还包括：在形成所述氢阻挡层(12)之前，在所述非活化部分(11”)上形成氢储存层(15)，使得所述氢储存层(15)置于所述非活化部分(11”)与所述氢阻挡层(12)之间。

18.根据权利要求16至17中任一项所述的方法，所述方法还包括：在活化之前，在所述氢阻挡层(12)上形成钝化层(13)。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，所述方法还包括：在所述空穴注入区(11)的所述活化部分(11')上形成透明的传导电极(14)。

20.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述透明的传导电极(14)的形成包括热退火，并且其中，所述热活化被配置成代替所述热退火。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，其中，沿着与衬底(2)的基平面(xy)垂直的纵向方向(z)，从所述衬底(2)以线的形式形成所述电子注入区(10)，并且其中，围绕所述电子注入区(10)径向地形成所述空穴注入区(11)，使得所述二极管(1)具有所谓的芯壳结构，并且其中，围绕所述空穴注入区(11)的部分(11”)以环的形式径向地形成所述氢阻挡层(12)，所述氢阻挡层(12)位于所述二极管(1)的基部处且与所述衬底(2)接触，使得所述空穴注入区(11)的所述非活化部分(11”)位于所述二极管(1)的所述基部处。

22.根据前一权利要求所述的方法，其中，以环的形式形成所述氢阻挡层(12)包括以下子步骤：

技术总结
本发明涉及基于GaN的发光二极管(1)，所述基于GaN的发光二极管(1)包括：基于n‑GaN的电子注入区(10)；基于p‑GaN的空穴注入区(11，11')；有源区，所述有源区位于电子注入区(10)与空穴注入区(11，11')之间，所述有源区被配置成发射光辐射；氢阻挡层(12)，所述发光二极管(1)的特征在于，所述空穴注入区(11，11')包括至少一个活化部分(11')和至少一个非活化部分(11”)，使得所述活化部分(11)具有为所述非活化部分(11”)的受体浓度的至少十倍大的受体浓度，并且所述至少一个非活化部分(11”)位于在电子注入区(10)与氢阻挡层(12)之间，使得所述氢阻挡层(12)阻止氢从非活化部分(11”)释放。本发明还涉及一种用于制造这种LED的方法。

技术研发人员：皮埃尔·楚尔菲安,伯努瓦·阿姆施塔特,蒂莫泰·拉西亚,约恩·马利耶
受保护的技术使用者：艾利迪公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15