[发明专利]一种制造发光器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管（LED），更具体地，涉及增大由纳米柱阵列形成的LED的量子效率的方法。

背景技术

如我们的专利申请PCT/GB2010/050992中所述的，由纳米柱阵列构成的LED能够表现出增强的性能。III族氮化物纳米柱阵列非常适于该应用。纳米柱阵列LED能够以许多方式制造，诸如电子束光刻以及接着的干蚀刻、纳米压印以及接着的干蚀刻或者任何自组织掩模以及接着的干蚀刻。通常，干蚀刻（其包括用例如来自硅氯化物的离子轰击晶片）在III族氮化物中引起严重损伤，这导致半导体材料的表面区域中的表面态的存在以及光性能的严重退化。

此外，InGaN/GaN纳米柱暴露到空气或任何含氧的气氛会引起氧化。这种氧化也导致表面态的存在，从而降低了由于纳米柱的构造而引起的光效率的增强。氧化过程灵敏地取决于环境温度。具体地，温度越高，氧化越严重。在最坏的情形下，氧化可能完全破坏（quench）光发射。在制造基于InGaN/GaN纳米柱的发射器期间，能够包括许多退火工艺，在某些特定步骤中，退火可能必须在氧气氛下进行。在这样的情形下，该问题将变得更严重，导致光学效率非常弱或负增加。

发明内容

本发明提供一种制造发光器件的方法，该方法包括：提供包括III族氮化物半导体材料的发光层的晶片结构；干蚀刻晶片以至少部分地穿过发光层从而留下发光层的暴露表面；以及在至少100℃的温度用硝酸处理发光层的暴露表面。

干蚀刻可以布置为留下多个柱，其中所述暴露表面是所述柱的表面。通常，所述柱为纳米级。

实际上，本发明还提供了一种制造发光器件的方法，该方法包括：提供包括III-氮化物半导体材料的发光层的晶片结构；干蚀刻以至少部分穿过晶片从而形成具有暴露表面的多个柱；以及在至少100℃的温度用硝酸处理柱的暴露表面。

硝酸的温度可以为至少200℃，并优选地为至少250℃。硝酸优选为至少30%的浓度，更优选地为至少50%的浓度，更优选地为至少65%。浓度可以为按水中的重量计，或者可以是水中的摩尔分数，或者可以按水中的体积计。所述表面可以被处理至少1分钟，或者更优选地至少3分钟。

本发明还提供了一种制造发光器件的方法，该方法包括：提供包括III-氮化物半导体材料的发光层的晶片结构；干蚀刻晶片或者在晶片中形成纳米柱，至少部分地穿过发光层从而留下发光层的暴露表面；以及用等离子体处理发光层的暴露表面。

本发明还提供一种制造发光器件的方法，该方法包括：提供包括III-氮化物半导体材料的发光层的晶片结构；干蚀刻或以别的方式成形晶片以形成多个柱；以及用等离子体处理柱的暴露表面。

等离子体可以是氢等离子体，或者可以是别的合适气体或气体混合物的等离子体，其优选地具有至少氢成分。

等离子体处理可以包括例如在感应耦合等离子体腔室中朝向半导体材料加速至少等离子体成分。在气体是氢气的情形下，这将通常包括朝向半导体材料加速质子。因此，可以预期的是，利用引导质子到半导体材料的其他方法，本发明也将实现。

因此，本发明还提供一种制造发光器件的方法，该方法包括：提供包括III-氮化物半导体材料的发光层的晶片结构；干蚀刻或以别的方式成形晶片以形成多个柱；以及引导质子到所述柱的暴露表面。

发光层可以包括InGaN、GaN、AlGaN和GaN中的至少一种。更具体地，发光层可以包括In_xGa_1-xN或者Al_yGa_1-yN（其中0≤x≤1，0≤y≤1）。例如，发光层可以包括相邻的InGaN（或In_xGa_1-xN）和GaN层，或者相邻的AlGaN（或Al_yGa_1-yN）和GaN层。发光层可以包括至少一个量子阱层，优选地包括多个量子阱层。量子阱层或多个量子阱层可以包括InGaN（或In_xGa_1-xN）或AlGaN（或Al_yGa_1-yN）。量子阱层或多个量子阱层可以在不同的半导体材料的层之间，该不同的半导体材料可以是III族氮化物，并且可以是GaN。

等离子体可以在从5至100mTorr的压力，优选地为至少20mTorr，优选地不超过50mTorr。

等离子体可以通过引入气体到腔室中并通过至少一个电极或线圈向其施加射频信号来产生。例如，腔室可以是感应耦合等离子体腔室。