[发明专利]GaN LED的快速退火

说明书

交叉参考相关申请 

本申请是2009年11月6日递交的美国专利申请序列No.12/590,360，标题为“Laser spike annealing of GaN LEDs”的部分继续申请，本文引用该专利申请供参考。 

技术领域

本公开一般涉及发光二极管（LED），并且尤其涉及在形成GaNLED中快速热退火的使用。 

背景技术

LED（尤其是GaN LED）已经被证明对各种照明应用（如全色显示、交通灯等等）是有用的，且如果这些LED能被制成有更高效率的话，则有潜力用于甚至更多的应用（如背光照明LCD板、取代惯用白炽灯的固态照明和荧光灯等等）。为实现GaN LED的更高效率，它们必须有增强的输出功率、较低的导通电压和降低的串联电阻。GaNLED中的串联电阻与掺杂物激活的效率、电流分布的均匀性和欧姆接触形成密切相关。 

在GaN中，n型掺杂物容易用Si获得并有高达1×10²¹cm^-3的激活浓度。p型GaN能够用Mg作掺杂物获得。然而，由于Mg的高的热激活能量，Mg掺杂的效率十分低。在室温下，只有被引入的Mg的小的百分比对自由空穴浓度有贡献。Mg掺杂在MOCVD生长期间进一步变复杂，因为氢在生长过程期间钝化。氢钝化要求热退火步骤断开Mg-H键并激活掺杂物。典型的热退火是在约700°C的N₂环境中被进行的。到目前为止，p型GaN的实际空穴浓度仍然被限制在约5×10¹⁷cm^-3。这样低的激活水平导致限制GaN LED性能的不良的欧姆接触和大的分布电阻。 

发明内容

本公开的一方面是形成GaN LED的方法。该方法包含在基底顶上形成有当中夹入激活层的n-GaN层和p-GaN层的GaN多层结构。该方法还包含形成p-GaN层的快速（即，100毫秒或更快）热退火。该快速热退火能够或者是包含令激光束在p-GaN层上扫描的激光器尖脉冲退火（LSA），或者是包含令整个晶片暴露于闪光灯的辐射闪光中的闪光灯毫秒退火。该方法还包含在GaN多层结构顶上形成透明导电层。该方法还包含添加p-接触到透明导电层和n-接触到n-GaN层。 

该方法最好还包含进行通过透明导电层的快速热退火。 

该方法最好还包含进行p-接触的快速热退火。 

在该方法中，该p-接触最好有p-接触电阻。且进行该p-接触的快速热退火导致p-接触电阻的范围从约4×10^-4ohm-cm²到约1×10^-6ohm-cm²。 

该方法最好还包含进行n-接触的快速热退火。 

该方法最好还包含在GaN多层结构和透明导电层中形成凸缘，以暴露该n-GaN层。该方法最好还包含在暴露的GaN层上形成n接触。 

在该方法中，该快速热退火最好有从约700°C到约1,500°C范围的最大退火温度T_AM。 

在该方法中，该快速热退火最好利用或者激光器或者闪光灯。 

在该方法中，该快速热退火最好利用以单次闪光辐照整个p-GaN层的闪光灯。 

在该方法中，p-GaN层最好在快速热退火之后，激活的掺杂物浓度在从约5×10¹⁷cm^-3到约5×10¹⁹cm^-3的范围。 

该方法最好还包含形成包括多量子阱结构的激活层。 

本公开的另一方面是形成GaN LED的方法。该方法包含形成有当中夹入激活层的n-GaN层和p-GaN层的GaN多层结构。该方法还包含形成邻接该p-GaN层的p-接触层。该方法还包含在n-GaN层顶上形成n-接触。该方法还包含通过令激光束在该n-接触上扫描进行该 n-接触的快速热退火（即，100毫秒或更快）。该快速热退火可以用激光器或闪光灯完成。 

在该方法中，该快速热退火最好用激光器或闪光灯进行。 

在该方法中，该n-接触最好有n-接触电阻。且进行该n-接触的快速热退火导致n-接触电阻的范围从约1×10^-4ohm-cm²到约1×10^-6ohm-cm²。 

该方法最好还包含进行有从约700°C到约1,500°C范围的最大退火温度T_AM的快速热退火。