[发明专利]氮化镓发光二极管的快速热退火

说明书

技术领域

本发明是涉及一种发光二极管，特别是涉及一种氮化镓发光二极管及其快速热退火方法。

现有技术

发光二极管（特别是氮化镓发光二极管），已被证明对各种照明应用(例如全彩显示器、交通号志灯等等)有用，且如果可使这样的LED更有效率，则可用于更多应用(例如背照光LCD面板、固态照明以取代传统白炽灯及荧光灯等等)。为实现更高效率的氮化镓发光二极管，它们需要具有增强的输出功率、更低的接通电压及减小的串联电阻。氮化镓发光二极管中的串联电阻是与掺杂物激活的效率、电流散布的均匀性及欧姆接触形成密切相关。

对于氮化镓而言，可容易地使用Si而使n型掺杂物具有高达1×10²¹cm^-3的激活浓度。p型氮化镓可借助使用Mg作为掺杂物而获得。然而，Mg掺杂的效率由于其高热激活能而相当低。在室温下，仅数个百分比的并入的Mg对自由空穴浓度的有贡献。由于在生长处理期间的氢钝化，在MOCVD生长期间使Mg掺杂进一步复杂化。氢钝化需要热退火步骤以破坏Mg-H键并激活掺杂物。典型的热退火是在约700℃的N₂环境中执行。到目前为止，p型氮化镓中的实际空穴浓度仍限于约5×10¹⁷cm^-3。该低激活水平导致弱欧姆接触及大散布电阻，此限制氮化镓发光二极管的性能。

发明内容

本发明的一方面是一种氮化镓发光二极管的形成方法。该方法包含在基板顶部形成具有夹着激活层的n型氮化镓层与p型氮化镓层的氮化镓多层结构。该方法亦包含对该p型氮化镓层执行持续时间为10秒或者更短的快速热退火。所述快速热退火可以是激光尖峰退火（laser spike annealing,LSA），其包含对该p型氮化镓层扫描激光束；或者是闪光灯退火（flash lamp annealing），其包含使整个晶片暴露在来自闪光灯的闪光或辐射下。本方法亦包含在该氮化镓多层结构上形成透明导电层。本方法还包括将p型接触添加至透明导电层及将n型接触添加至n型氮化镓层。

本方法较佳地还包括对所述透明导电层执行快速热退火。

本方法较佳地还包括对所述p型接触执行快速热退火。

本方法中，p型接触较佳地具有p型接触电阻，该对p型接触执行该快速热退火导致该p型接触电阻在从约4x10^-4ohm-cm²至约1x10^-6ohm-cm²的范围中。

本方法较佳地还包括对所述n型接触执行快速热退火。

本方法较佳地还包括形成凸缘在所述氮化镓多层结构及所述透明导电层中，以暴露n型氮化镓层。本方法较佳地还包括形成n型接触在暴露的n型氮化镓层上。

本方法中，快速热退火较佳地具有最大退火温度T_AM，它是在从约700°C至约1500°C的范围中。

本方法中，所述快速热退火较佳地是借助激光器或闪光灯来执行。

本方法中，所述快速热退火较佳地是借助闪光灯来执行，该闪光灯对整个该p型氮化镓层照射单一道闪光。

本方法中，所述p型氮化镓层被执行该快速热退火后，较佳地具有从约5x10¹⁷cm^-3至约5x10¹⁹cm^-3范围中的被激活的掺杂物浓度。

本方法较佳地还包括形成所述激活层以包括多重量子阱结构。

本发明的另一方面是形成氮化镓发光二极管的方法。所述方法包含形成氮化镓多层结构，所述氮化镓多层结构具有n型氮化镓层与p型氮化镓层，所述n型氮化镓层与p型氮化镓层之间夹入激活层。本方法也包含形成p型接触层，邻接于该p型氮化镓层。本方法也包含形成n型接触在该n型氮化镓层上。本方法还包括对该n型接触执行快速热退火。所述快速热退火的持续时间是10秒或者更短，其可使用激光器或闪光灯来执行。

在本方法中，快速热退火较佳地是使用激光器或闪光灯来执行。

在本方法中，n型接触较佳地具有n型接触电阻。该对n型接触执行快速热退火导致该n型接触电阻在从约1x10^-4ohm-cm²至约1x10^-6ohm-cm²的范围中。

本方法较佳地还包括使该快速热退火具有最大退火温度T_AM，它是在从约700°C至约1500°C的范围中。