[发明专利]获得氮化物层的方法

说明书

本发明的目的在于获得氮化物(N)层(550)的方法。该氮化物层优选由镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)中的至少一种获得，该方法包括以下步骤：提供一种叠层，其包括衬底(100)和从衬底(100)连续设置的至少以下层：蠕变层(200)，其具有玻璃化转变温度T_{玻璃化转变}，结晶层(300)；通过蚀刻叠层形成衬垫(1000a‑1000e)，使得每个衬垫(1000a‑1000e)至少包括：蠕变部分(220a，220b)，由蠕变层(200)的至少一部分形成，结晶部分(300a，300b)，由结晶层(300)形成；在每个衬垫(1000a‑1000e)上通过外延生长微晶(510a‑510e)，并使微晶(510a‑510e)继续外延生长，从而形成所述氮化物层(550)。外延生长在温度T_外延下进行，使得T_外延≥k1·T_{玻璃化转变}，k1＝0.8。

技术领域

本发明总体上涉及用于在结晶层的一个面上生长氮化物层的技术，该氮化物层由选自镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)中的至少一种材料获得。

本发明尤其在发光二极管(LED)和激光器领域具有应用优势。

背景技术

现代商业化的光电子器件，特别是发光二极管(LED)和激光器，使用包含氮化物的半导体材料，该氮化物由选自镓(Ga)、铟(In)和铝(Al)中的至少一种材料获得。这种类型的氮化物通常通过从结晶层外延生长获得。

主要的挑战在于使通过外延使获得的氮化物层中的缺陷密度最小化。事实上，LED和激光器等电致发光器件对于位错等结构缺陷的密度非常敏感。这些缺陷作为非辐射复合中心限制了发光效率。因此，当氮化物层中的缺陷密度高时，电致发光器件的性能大大降低。

位错的存在有若干成因。

第一个原因是氮化物层的外延生长是在异质衬底(hétéro-substrats)上进行的，也就是说，在材料和晶格参数不同于要进行外延的氮化物层的衬底上进行的。

位错存在的第二个原因是外延生长以柱状方式进行。这主要与生长期间异质衬底表面上物种的低扩散系数有关，这导致小晶粒的形成。在聚结(coalescence)过程中，这些晶粒结合在一起，在其界面上，也就是说在聚结处形成位错，然后位错遍历整个外延结构。

解决这些问题最直接的方法是使用与要进行外延的层相同种类的衬底(均质衬底)。例如，在覆盖从红外到深紫外的发射范围的氮化物材料的情况下，可以使用GaN衬底来外延生长氮化镓基蓝光发射结构，或者对于深UV发射结构使用AlN衬底。外延很容易。实际上，外延层复制了底层衬底的结构，该衬底没有晶粒，因此没有聚结连接。因此，避免了位错的存在。

然而，这些衬底不可商购获得，或者只有很小的尺寸，通常直径小于1英寸(2.5cm)，这使得不能从中切割出足够尺寸的衬底用于所考虑的工业应用。

因此，迄今为止考虑用于工业应用的解决方案主要基于使用异质衬底。

然而，当使用异质衬底时，在外延层中产生大量位错，并且这些缺陷甚至在器件的有源区中蔓延。降低位错密度的一种解决方案是使用称为“横向过度生长”或ELOG(“外延横向过度生长”的缩写)的方法。

该方法的原理基于这样的事实，即在外延生长的一定阶段，淀积具有开口的掩模。生长胚在开口处生长，然后通过横向过度生长在掩模上方。横向过度生长会导致与胚的位错弯曲，从而阻止其垂直扩散。因此，这种类型的方法允许通过弯曲消除大量的位错，但是在聚结过程中也会产生位错。当来自两个相邻开口的两个微晶在掩模上方结合时，形成聚结连接，并且位错可以到达表面。

在实践中，如果观察到掩模下的位错被有效地阻挡，则设法通过掩模开口传播的位错在外延层中传播并能够到达表面。