專利名稱：具有提高的量子效率的發(fā)光二極管和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及具有提高的量子效率的發(fā)光二極管和所述發(fā)光二極管的制造方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)為照明技術(shù)中的終極光源。LED技術(shù)過去幾十年來已獲得繁榮的發(fā)展。高效率、高可靠性、堅固的結(jié)構(gòu)、低功耗和耐久性是快速發(fā)展基于高亮度可見LED 的固態(tài)照明的關(guān)鍵因素。如長絲燈泡或熒光燈的常規(guī)光源取決于白熾光或氣體放電。這兩種工藝伴隨有歸因于高溫和大斯托克斯頻移特性的大能量損耗。另一方面，半導(dǎo)體允許高效的光產(chǎn)生方式。由半導(dǎo)體材料制成的LED具有以接近1 (near unity)的效率將電轉(zhuǎn)換為光的潛能。典型的基于氮化鎵(GaN)的發(fā)光二極管(LED)的例子在圖1中示出。LED結(jié)構(gòu)包括基板102，基板102具有夾在η型接觸層106與ρ型接觸層108之間的有源區(qū)104，η 型接觸層106諸如為硅摻雜的氮化鎵(Si-GaN)層，ρ型接觸層108諸如為鎂摻雜的氮化鎵 (Mg-GaN)層。有源區(qū)通常包含一個或更多個氮化銦鎵(InGaN)或氮化鋁鎵(AlGaN)量子阱層120和數(shù)個障壁層122，以產(chǎn)生多量子阱(MQW)元件，障壁層122諸如為氮化鎵(GaN) 層。LED結(jié)構(gòu)100通常包括鎂摻雜的電子阻擋層(EBL) 110，以有效地將輻射復(fù)合限制在有源區(qū)內(nèi)，鎂摻雜的電子阻擋層110諸如為Mg-AWaN層。有源區(qū)中的氮化鎵(GaN)障壁層122通常摻雜有硅，以提高LED性能。硅摻雜由于極化而改良MQW的晶體界面品質(zhì)和壓電場的庫侖屏蔽。不幸的是，MQW有源區(qū)中的硅摻雜將P-N結(jié)位置從MQW區(qū)域(或最后InGaN阱與EBL層之間的界面)移位至EBL層110中或甚至移位至P型接觸層108中。因此，空穴幾乎不能行進(jìn)至有源區(qū)中。因此，主要的輻射復(fù)合發(fā)生在EBL層110或ρ型接觸內(nèi)，從而導(dǎo)致較低的內(nèi)量子效率(IQE)和偏移波長。


圖1為具有硅摻雜障壁的常規(guī)氮化鎵LED的示圖。圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有ρ型障壁的LED的示圖。圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有鎂摻雜障壁的氮化鎵LED的示圖。圖2C為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有ρ型障壁層和P型量子阱的LED結(jié)構(gòu)的示圖。圖2D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有ρ型障壁層和η型障壁層的LED結(jié)構(gòu)的示圖。
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圖2E為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有ρ型障壁層、η型障壁層和中間無摻雜障壁層的LED結(jié)構(gòu)的示圖。圖2F為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的具有ρ型障壁層、η型障壁層和無摻雜中央障壁層的LED結(jié)構(gòu)的示圖，所述ρ型障壁層緊鄰電子阻擋層，所述η型障壁層緊鄰η型接觸層。圖3示出具有鎂摻雜障壁的LED器件的結(jié)位置和具有硅摻雜障壁的LED器件的結(jié)位置。圖4為用于具有鎂摻雜障壁和硅摻雜障壁的LED器件的電子濃度和空穴濃度的示圖。圖5為具有硅摻雜障壁和鎂摻雜障壁的LED器件的輻射復(fù)合的示圖。圖6為比較各LED器件的IQE輻射復(fù)合和空穴濃度的表，這些LED器件分別具有硅摻雜障壁、半鎂摻雜障壁和全鎂摻雜障壁。圖7為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的處理系統(tǒng)的等角視圖。圖8為圖7中所示的處理系統(tǒng)的平面圖。圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝載臺和裝載鎖定腔室的等角視圖。圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝載鎖定腔室的示意圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的載板的等角視圖。圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的批次裝載鎖定腔室的示意圖。圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的工作平臺的等角視圖。圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的轉(zhuǎn)移腔室的平面圖。圖15為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的氫化物氣相外延(HVPE)腔室的示意性橫截面圖。圖16為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)腔室的示意性橫截面圖。圖17為示出用于制造化合氮化物半導(dǎo)體器件的處理系統(tǒng)的另一個實施方式的示意圖。圖18為示出用于制造化合氮化物半導(dǎo)體器件的處理系統(tǒng)的另一個實施方式的示意圖。圖19示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的作為共晶體中物種A與B的比率的函數(shù)的溫度的曲線圖。圖20根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式以周期表格式示出多種鎵二元物系。圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的示例性鎂-鎵(Mg-Ga)相圖，所述示例性鎂-鎵相圖用于選擇用于HVPE沉積的適當(dāng)共晶混合物。圖22根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式描述證實在氮化鎵膜中實現(xiàn)鎂并入的XPS光譜。圖23為表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的由鎵鎂共晶體形成的鎂摻雜ρ型氮化鎵膜中的深度分布的SIMS光譜。圖M示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鈹?shù)臋C(jī)械混合物的溫度-成分相圖。圖25示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鈣的機(jī)械混合物的溫度-成分
6相圖。圖26A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鍶的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖。圖26B示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鎂的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖。圖^C示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與銅的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖。圖26D示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與銅的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖。圖27為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的HVPE設(shè)備的示意圖。
具體實施例方式在以下描述中，描述了許多具體細(xì)節(jié)，如制造條件和材料體系，以便提供對本發(fā)明的實施方式的徹底理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的實施方式。在其它情形中，沒有詳細(xì)描述熟知的特征，以使不會不當(dāng)?shù)厥贡景l(fā)明的實施方式模糊，所述熟知的特征諸如設(shè)施布局或特定工具設(shè)置。此外，將理解，圖中所示的各種實施方式為說明性表示并且不一定按比例繪制。另外，雖然可能沒有明確地公開在本文實施方式中的其它布置和設(shè)置，但是這些其它布置和設(shè)置仍然視為在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。本發(fā)明的實施方式通過對多量子阱器件中的一些或所有障壁層進(jìn)行ρ型摻雜，來改良III-V化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的量子效率。P型摻雜一些或所有障壁層將P-N 結(jié)的位置定位于器件的有源區(qū)中，藉此使主要的輻射復(fù)合能夠發(fā)生在有源區(qū)內(nèi)，并且藉此改良器件的量子效率。P型摻雜劑可為具有至少兩個價電子的任何元素。在本發(fā)明的一個特定實施方式中，P型摻雜劑為鎂(Mg)。另外，在本發(fā)明的一些實施方式中，不僅一些或所有障壁層為P型摻雜，而且一些或所有量子阱也為P型摻雜。在本發(fā)明的一個實施方式中， 在組合工具中制造LED器件，所述組合工具具有金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)腔室和氫化物氣相外延(HVPE)沉積腔室和/或等離子體輔助MOCVD腔室。以此方式，諸如氮化銦鎵(InGaN)層的量子阱層可在一個工藝腔室(諸如，MOCVD、等離子體輔助M0CVD)中或通過 HVPE形成，并且ρ型摻雜的障壁層可在另一個工藝腔室中形成，以避免銦(In)與鎂(Mg)在單一腔室中交叉污染。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，還描述了使用III族金屬共晶通過氫化物氣相外延來摻雜III族氮化物。圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的LED結(jié)構(gòu)200。LED結(jié)構(gòu)200包括塊體基板202。塊體基板可為任何適合的基板，諸如(但不限于)藍(lán)寶石(Al2O3)基板、碳化硅 (SiC)基板、硅(Si)基板、氧化鋅(SiO)基板、氧化鎂(MgO)基板、氮化鎵(GaN)基板、氧化鋁鋰(LiAlO2)基板和氧化鎵鋰(LiGaO2)基板。另外，基板202可為平坦基板或在基板202 中具有圖案化特征?？稍诨?02上形成緩沖或過渡層204。緩沖/過渡層204提供基板 202與LED結(jié)構(gòu)的隨后形成器件層之間的緩沖或過渡。接下來，在緩沖/過渡層上形成η型接觸層206。N型接觸層206可為任何η型摻雜的III-V半導(dǎo)體薄膜，諸如(但不限于)氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AWaInP)、氮化銦鎵(InGaN)和磷化鋁鎵銦(AWaInP)。在本發(fā)明的實施方式中，η型接觸層206可為單晶的或多晶的。在本發(fā)明的特定實施方式中，η 型接觸層206為單晶的。通常用硅(Si)將N型接觸層206摻雜為介于每立方厘米IX IOw 個原子至每立方厘米5 X IO19個原子之間的傳導(dǎo)率水平。另外，可將η型接觸層206形成為 4微米至10微米之間的厚度。在η型接觸層206上形成有源區(qū)208。在本發(fā)明的一個實施方式中，有源區(qū)208 包含單個量子阱或多個量子阱。在本發(fā)明的一個實施方式中，有源區(qū)208包括第一量子阱 220和第二量子阱222與第一障壁層2Μ和第二障壁層226。第一量子阱220形成于η型接觸層206上，第一障壁層2Μ形成于第一量子阱220上，第二量子阱222形成于第一障壁層2Μ上，并且第二障壁層2 形成于第二量子阱222上。量子阱220和222與障壁2M和 2 可由任何適合III-V半導(dǎo)體材料形成，諸如(但不限于)氮化鎵(feiN)、砷化鎵(GaAs)、 磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AWaInP)、氮化銦鎵(InGaN)和磷化鋁鎵銦 (AlGaInP)。在本發(fā)明的實施方式中，量子阱220和222與屏障2M和2 可為單晶的或多晶的。在本發(fā)明的特定實施方式中，量子阱220和222與屏障2M和226為單晶的。量子阱220和222是由能帶隙比用來形成障壁2M和226的III-V半導(dǎo)體材料的能帶隙小的 III-V半導(dǎo)體材料形成，使得障壁層可將載流子限制在阱內(nèi)。障壁層2M和2 的半導(dǎo)體材料應(yīng)該具有至少0. 1電子伏特和優(yōu)選地至少0. 2伏特的能帶隙，所述能帶隙大于用來形成阱220和222的半導(dǎo)體的能帶隙。另外，應(yīng)了解，通常量子阱的所有障壁層2M和226由相同半導(dǎo)體材料形成，并且量子阱的所有阱220和222由相同半導(dǎo)體材料形成。通常，選擇用于阱的半導(dǎo)體材料的類型決定自LED發(fā)射的輻射的頻率。在本發(fā)明的一個實施方式中，將障壁2M和226中的至少一個摻雜至ρ型傳導(dǎo)率水平?？墒褂镁哂兄辽賰蓚€價電子的任何元素將障壁2 或2 摻雜為ρ型傳導(dǎo)率，所述任何元素諸如(但不限于)為鎂(Mg)、鈷(Co)和鋅(Zn)。在特定實施方式中，用鎂摻雜障壁層。在本發(fā)明的一個實施方式中，將障壁層2M和226中的至少一個摻雜為介于每平方厘米1 X IO17個原子至每平方厘米1 X IO19個原子之間的ρ型傳導(dǎo)率水平。選擇摻雜水平和ρ 型障壁層的位置，使得P-N結(jié)的位置定位在有源區(qū)內(nèi)，從而使主要的復(fù)合發(fā)生在有源區(qū)208 內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施方式中，LED結(jié)構(gòu)200包括形成于有源區(qū)208上的電子阻擋層 (EBL) 210o電子阻擋層210直接形成于有源區(qū)208的第一障壁層2 上。電子阻擋層210 可由任何適合III-V化合物半導(dǎo)體形成，諸如(但不限于)氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、 磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(AWaInP)、氮化銦鎵(InGaN)和磷化鋁鎵銦 (AlGaInP) 0在本發(fā)明的實施方式中，電子阻擋層210可為單晶的或多晶的。在本發(fā)明的特定實施方式中，電子阻擋層210為單晶的。提供電子阻擋層210以有助于將輻射復(fù)合限制在有源區(qū)內(nèi)。電子阻擋層210具有介于每立方厘米1 X IO18個原子與每立方厘米1 X IO20個
原子之間的P型摻雜，并且將電子阻擋層210形成為約100 A至500 A的厚度。電子阻擋
層210的能帶隙比量子阱和障壁層的能帶隙更高。最后，在電子阻擋層210上形成ρ型接觸層212。P型接觸層可為任何適合III-V 半導(dǎo)體，諸如(但不限于)氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、 磷化鋁鎵銦(AWaInP)、氮化銦鎵(InGaN)和磷化鋁鎵銦(AWahP)。在本發(fā)明的實施方式
8中，P型接觸層212可為單晶膜或多晶膜。在本發(fā)明的特定實施方式中，ρ型接觸層212為單晶的。P型接觸層可被摻雜為介于每立方厘米1X IO19個原子至每立方厘米1X IO21個原子之間的P型傳導(dǎo)率水平，并且P型接觸層可形成為近似IOOnm至500nm的厚度。在本發(fā)明的一個實施方式中，有源器件區(qū)208包括多個障壁層和量子阱，以制造具有多量子阱(MQW)的發(fā)光二極管。在本發(fā)明的一個實施方式中，有源區(qū)208包括障壁層和阱的10至20個之間的疊層，其中每個疊層包括Inm至5nm厚的量子阱層和Inm至30nm 厚的障壁層。在本發(fā)明的一個實施方式中，障壁層中的至少一個被摻雜為P型傳導(dǎo)率。在本發(fā)明的一個實施方式中，障壁層中的每一個被摻雜為P型傳導(dǎo)率。在本發(fā)明的另一個實施方式中，僅與電子阻擋層(EBL) 210接觸的障壁層被摻雜為ρ型傳導(dǎo)率水平。如上文所闡述地，將一個或更多個障壁層輕微摻雜為介于每立方厘米1 X IO17個原子至每立方厘米 1 X IO19個原子之間的ρ型傳導(dǎo)率水平。圖2B示出本發(fā)明的一個特定實施方式，其中基板202為(0001)藍(lán)寶石基板。緩沖/過渡層204為無摻雜的氮化鎵(GaN)層。η型接觸層206為硅摻雜的氮化鎵(Si-GaN) 層。如圖2Β中所示，有源區(qū)208由數(shù)個鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)障壁層224/2 和數(shù)個氮化銦鎵(InGaN)量子阱層220/222組成。電子阻擋層210為鎂摻雜的氮化鋁鎵(Mg-AWaN) 層。P型接觸層212為鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)層。有源區(qū)中的ρ型摻雜將P-N結(jié)位置向有源區(qū)移位，如圖3中所示。在硅摻雜障壁層的情況下，諸如圖1中所示的器件，將P-N結(jié)位置定位于最后的氮化銦鎵(InGaN)阱中， 而在MQW中有鎂摻雜障壁層的情況下，將P-N結(jié)位置移位至第一氮化銦鎵(InGaN)阱。圖 4示出具有鎂摻雜障壁的MQW與具有硅摻雜障壁的MQW之間載流子濃度的差異。具有鎂摻雜障壁的MQW的空穴濃度與具有硅摻雜障壁的MQW的空穴濃度相比較顯著提高。輻射復(fù)合也由于具有鎂摻雜障壁的有源區(qū)中的高空穴濃度而顯著增加，如圖5中所示。圖6示出通過用鎂摻雜障壁來增加內(nèi)量子效率(IQE)。理論上，IQE可達(dá)到90%。 盡管圖6指出在有源區(qū)中的全部氮化鎵障壁層中通過鎂摻雜獲得最好的IQE，但是諸如復(fù)合速率、發(fā)射光的波長范圍的附加因素對于LED制造也很重要。這些因素可影響產(chǎn)率、亮度、顏色等。因此，實際上，其它實施方式可具有優(yōu)點。例如，在本發(fā)明的一個實施方式中，如圖2C中所示，不僅將障壁層2M和2 摻雜為P型傳導(dǎo)率水平，而且還將量子阱層2 和230中的一個或更多個摻雜為P型傳導(dǎo)率水平。在本發(fā)明的一個實施方式中，用例如鎂將量子阱2 和230中的一個或更多個摻雜為介于每立方厘米1 X IO18個原子至每立方厘米1 X IO19個原子之間的ρ型傳導(dǎo)率水平。在本發(fā)明的另一個實施方式中，如圖2D中所示，將最接近η型接觸層206的障壁層中的一個或更多個摻雜為η型傳導(dǎo)率水平，而將最接近電子阻擋層(EBL) 210和ρ型接觸層212的障壁層中的一個或更多個摻雜為ρ型傳導(dǎo)率水平?？捎弥T如(但不限于)硅的η 型摻雜劑將η型障壁層摻雜為介于每立方厘米1 X IO17個原子至每立方厘米1 X IO19個原子之間的濃度。這種摻雜分布將使大部分復(fù)合集中在有源區(qū)中間。在本發(fā)明的另一個實施方式中，以分級方式將最接近η型接觸層的障壁層摻雜為η型傳導(dǎo)率，藉此將最接近η型接觸的障壁層摻雜為比朝向有源區(qū)208的中心的η型障壁更高的η型傳導(dǎo)率水平，而以分級方式將最接近電子障壁層(EBL) 210的障壁層摻雜為ρ型傳導(dǎo)率水平，由此最接近EBL層210 的障壁層具有比朝向有源區(qū)208的中心的障壁層更高的ρ型傳導(dǎo)率水平。例如，如圖2D中所示，障壁層240被摻雜為η型傳導(dǎo)率水平N1,諸如每立方厘米1 X IO18個原子，所述η型傳導(dǎo)率水平N1大于障壁層242的η型傳導(dǎo)率水平N2，諸如每立方厘米5 X IO17個原子，所述障壁層242的η型傳導(dǎo)率水平隊又大于障壁層246的η型傳導(dǎo)率水平N3,諸如每立方厘米 1 X IO17個原子。以類似方式，最接近于EBL層210的障壁層250被摻雜為ρ型傳導(dǎo)率水平 P1，諸如每立方厘米IX IO19個原子，所述ρ型傳導(dǎo)率水平P1大于下一個緊鄰障壁層252的 P型傳導(dǎo)率水平P2,諸如每立方厘米5 X IO18個原子，所述ρ型傳導(dǎo)率水平I^2又大于下一個緊鄰障壁層254的ρ型傳導(dǎo)率水平P3，諸如每立方厘米IX IO18個原子。圖2Ε示出本發(fā)明的另一個實施方式，除中間障壁層中的一個或更多個為無摻雜層之外，所述另一個實施方式類似于上文所述實施方式。例如，以均勻或分級方式將緊鄰η 型接觸的障壁層Μ0、242和Μ4中的一個或更多個摻雜為η型傳導(dǎo)率，以均勻或分級方式將緊鄰P型接觸區(qū)的障壁層250、252和254中的一個或更多個摻雜為ρ型傳導(dǎo)率水平，并且定位于P型傳導(dǎo)率障壁層與η型傳導(dǎo)率層之間的障壁層206和沈2中的一個或更多個為無摻雜層。在本發(fā)明的另一個實施方式中，如圖2F中所示，僅摻雜與電子阻擋層(EBL)210和 η型接觸層206共用界面的障壁層，而有源區(qū)內(nèi)部的剩余障壁層保持無摻雜。S卩，例如，緊鄰電子阻擋層210形成ρ型障壁層270，并且緊鄰η型接觸層206形成η型障壁層272。形成于ρ型障壁270與η型障壁272之間的障壁層274、276和278為無摻雜層。本發(fā)明器件的接觸層、障壁層和量子阱可通過任何適合技術(shù)形成，諸如(但不限于)氫化物氣相外延(HVPE)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和等離子體增強(qiáng)的M0CVD。 在本發(fā)明的一個實施方式中，在組合工具中制造LED器件的各個層，所述組合工具具有氫化物氣相外延(HVPE)沉積腔室和金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)腔室和/或等離子體增強(qiáng)的MOCVD腔室。在本發(fā)明的一個實施方式中，提供第二 HVPE腔室。在本發(fā)明的一個實施方式中，通過MOCVD或等離子體增強(qiáng)的MOCVD在一個腔室中生長一個或更多個氮化銦鎵(InGaN)阱層，并且通過另一個腔室，諸如HVPE，形成一個或更多個鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)障壁層，以避免銦(In)與鎂(Mg)在單個腔室中交叉污染。在本發(fā)明的一個實施方式中，在介于600°C至900°C之間的低溫下形成鎂摻雜的氮化鎵 (Mg-GaN)障壁層，所述低溫與氮化銦鎵(InGaN)量子阱層的低溫生長相容，以便最小化鎂與銦之間的交叉干擾和對氮化銦鎵(InGaN)量子阱的熱損壞。可通過將銦的金屬有機(jī)物源(諸如三甲基銦(TMh))和鎵的有機(jī)物源(諸如三甲基鎵(TMGa))與氮源(諸如氨(NH3)) —起提供至含有基板的腔室中，經(jīng)由MOCVD形成氮化銦鎵(InGaN)膜?？墒褂幂d體氣體，諸如N2。可將基板加熱至介于700°C至850°C之間的生長溫度，所述生長溫度使源氣體反應(yīng)并在基板上形成氮化銦鎵(InGaN)膜。當(dāng)沉積氮化銦鎵(InGaN)膜時可將腔室維持在介于100托至大氣壓力之間的壓力下。在本發(fā)明的一個實施方式中，氮化銦鎵膜具有原子式L1^vxN,其中0. 05彡χ彡0. 25。相對于鎵20%至 80%的氣相銦原子比率將產(chǎn)生介于5%至25%之間的固相銦?？赏ㄟ^包括ρ型前驅(qū)物經(jīng)由 MOCVD形成ρ型氮化銦鎵(p-InGaN)量子阱，所述ρ型前驅(qū)物諸如(但不限于)雙環(huán)戊二烯鎂(Cp2Mg)。可通過將含鎵前驅(qū)物(諸如氯化鎵(feiCl或(^Cl3))、含鎂前驅(qū)物(諸如氯化鎂 (MgCl))和含氮前驅(qū)物(諸如氨(NH3))提供至腔室中和使上述物質(zhì)在基板表面附近一起反應(yīng)以沉積鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)膜，來經(jīng)由HVPE形成鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)層。在本發(fā)明的一個實施方式中，通過提供鎵源和在所述鎵源上方流動鹵化物或鹵素氣體以形成氣態(tài)含鎵前驅(qū)物，來形成含鎵前驅(qū)物。在本發(fā)明的一個實施方式中，使HCl與液體鎵源反應(yīng)以形成氣態(tài)氯化鎵(GaCl)。在本發(fā)明的另一個實施方式中，使氯氣(Cl2)與液體鎵反應(yīng)以形成(iaCl和(^aCl3。類似地，可通過提供鎂源和在所述鎂源上方流動鹵化物或鹵素氣體以形成含鎂前驅(qū)物，來形成含鎂(Mg)前驅(qū)物。在本發(fā)明的一個實施方式中，使Cl2與鎂(Mg)反應(yīng)以形成氯化鎂(MgCl)。在本發(fā)明的一個實施方式中，在沉積期間將腔室維持在介于100托與760托之間的壓力下。在一個實施方式中，當(dāng)沉積鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)膜時將腔室維持在約450托至約760托的壓力下。在本發(fā)明的一個實施方式中，在小于900°C的溫度下形成鎂摻雜的氮化鎵膜，并且理想地溫度在600°C至900°C之間。除了將用來自硅源的硅前驅(qū)物替代鎂前驅(qū)物之外，可用類似的方式形成η型GaN層，諸如，硅摻雜的氮化鎵(Si-GaN) 層。在本發(fā)明的一個實施方式中，使用鎂鎵(MgGa)共晶合金作為源，通過HVPE形成一個或更多個鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)障壁層。然后，使HCl或氯氣(Cl2)與鎂鎵(MgGa)共晶合金反應(yīng)，以形成氣態(tài)氯化鎂(MgCl)和氯化鎵(feiCl或(^Cl3)。在本發(fā)明的一個實施方式中，在與用來形成鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)障壁層相同的腔室中通過HVPE形成一個或更多個氮化銦鎵(InGaN)量子阱。在本發(fā)明的一個實施方式中，在與障壁層相同的腔室中但是使用分離的銦鎵(InGa)共晶合金作為源，通過HVPE 形成氮化銦鎵(InGaN)量子阱?；蛘撸稍谂c用來形成障壁層的腔室分離的HVPE腔室中形成氮化銦鎵(InGaN)量子阱，以避免銦(In)與鎂(Mg)在單個腔室中交叉污染。在本發(fā)明的另一個實施方式中，可使用介于6000C至900 °C之間的較低生長溫度通過等離子體輔助的MOCVD來生長鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)障壁層?？赏ㄟ^MOCVD或HVPE 在相同腔室或另一個腔室中沉積薄的氮化銦鎵(InGaN)量子阱層。在本發(fā)明的一個實施方式中，通過提供銦鎵(InGa)合金源和在所述銦鎵合金源上方流動鹵化物或鹵素氣體(諸如 HCl或Cl2)以獲得氣態(tài)feiCl和InCl，來經(jīng)由HVPE形成氮化銦鎵(InGaN)層。在本發(fā)明的另一個實施方式中，可通過如上文所述的等離子體輔助的MOCVD或 HVPE方法在較低溫度下生長頂部ρ型接觸層212，以避免對位于下方的InGaN量子阱的熱損壞。更進(jìn)一步地，在本發(fā)明的另一個實施方式中，可在小于或等于950°C的較低生長溫度下經(jīng)由等離子體輔助的MOCVD或HVPE來沉積ρ型氮化鋁鎵(p-AWaN)合金電子阻擋層210。 除了還提供鋁(Al)源之外，可用類似于Mg-GaN層的方式經(jīng)由HVPE形成Mg-AKkiN電子阻擋層。除了將代替含銦前驅(qū)物而使用含鋁前驅(qū)物(諸如三甲基鋁(TMAl))之外，可用類似于Mg-InGaN層的方式經(jīng)由MOCVD形成Mg-AlGaN。在本發(fā)明的一個實施方式中，Mg-AlGaN 膜具有原子式Mg-Alx^vxN,其中0. 1彡X彡0. 5。在本發(fā)明的一個實施方式中，可在組合工具中形成上文所述的結(jié)構(gòu)，所述組合工具具有一個或多個處理腔室，諸如，MOCVD腔室、等離子體增強(qiáng)的MOCVD腔室和HVPE腔室。 在本發(fā)明的一個實施方式中，組合工具可包括任何熟知的等離子體增強(qiáng)的MOCVD腔室。另夕卜，在本發(fā)明的一個實施方式中，所述MOCVD腔室可通過在MOCVD腔室中包括等離子體產(chǎn)生裝置，包括用以在將前驅(qū)物氣體饋送至沉積腔室中之前活化所述前驅(qū)物氣體的下游等離子體腔室，或者在MOCVD腔室中包括等離子體產(chǎn)生裝置和包括下游等離子體腔室兩者，以等離子體增強(qiáng)的方式操作。在本發(fā)明的實施方式中，組合工具可具有多種配置，諸如(但不限于)具有兩個MOCVD腔室和一個HVPE腔室、具有三個MOCVD腔室和一個HVPE腔室，以及具有一個MOCVD腔室、一個等離子體增強(qiáng)的MOCVD腔室以及一個HVPE腔室。應(yīng)了解，基板可在沒有破壞真空的情況下在組合工具的處理腔室之間轉(zhuǎn)移。相關(guān)于圖7-18來示出并描述可用來制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的LED結(jié)構(gòu)的組合工具的例子。圖7為處理系統(tǒng)700的一個實施方式的等角視圖，所述等角視圖示出可有利地使用的本發(fā)明的若干方面。圖8示出圖7中所示的處理系統(tǒng)700的一個實施方式的平面圖。 參閱圖7和圖8，處理系統(tǒng)700包含容納基板處理器的轉(zhuǎn)移腔室706 ；與轉(zhuǎn)移腔室耦接的數(shù)個處理腔室，諸如MOCVD腔室702和HVPE腔室704 ；與轉(zhuǎn)移腔室706耦接的裝載鎖定腔室708 ；與轉(zhuǎn)移腔室706耦接用于存儲基板的批次裝載鎖定腔室709 ；以及與裝載鎖定腔室 708耦接用于裝載基板的裝載臺710。轉(zhuǎn)移腔室706包含機(jī)械手組件730，機(jī)械手組件730 可操作以在裝載鎖定腔室708、批次裝載鎖定腔室709、M0CVD腔室702與HVPE腔室704之間拾取并轉(zhuǎn)移基板。可由馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)(未示出)控制機(jī)械手組件730的運動，所述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)可包括伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)。每個處理腔室都包含形成處理區(qū)的腔室主體(諸如用于MOCVD腔室702的元件 712和用于HVPE腔室704的元件714)，基板被放置在所述處理區(qū)處以進(jìn)行處理；化學(xué)品輸送模塊(諸如用于MOCVD腔室702的元件716和用于HVPE腔室704的元件718)，氣體前驅(qū)物是自所述化學(xué)品輸送模塊輸送至腔室主體；以及電氣模塊(諸如用于MOCVD腔室702的元件720和用于HVPE腔室704的元件72 ，所述電氣模塊包括用于處理系統(tǒng)700的每個處理腔室的電氣系統(tǒng)。MOCVD腔室702適于執(zhí)行CVD工藝，在所述CVD工藝中金屬有機(jī)物成分與金屬氫化物成分反應(yīng)以形成化合氮化物半導(dǎo)體材料的薄層。HVPE腔室704適于執(zhí)行 HVPE工藝，在所述HVPE工藝中氣態(tài)金屬鹵化物用來在熱基板上外延生長化合氮化物半導(dǎo)體材料的厚層。在替代的實施方式中，可將一個或更多個附加腔室770與轉(zhuǎn)移腔室706耦接。這些附加腔室可包括例如退火腔室、用于清潔承載板的清潔腔室，或基板移除腔室。處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)容許基板轉(zhuǎn)移發(fā)生在限定周圍環(huán)境中，所述限定周圍環(huán)境包括在真空下、在存在選定氣體的情況下、在限定的溫度條件下等等。圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝載臺710和裝載鎖定腔室708的等角視圖。裝載臺710被配置為大氣界面以允許操作者將待處理的數(shù)個基板裝載至裝載鎖定腔室708的受限環(huán)境中，并且將數(shù)個經(jīng)處理的基板自裝載鎖定腔室708卸下。裝載臺710包含框架902、橫梁軌道904、適于沿橫梁軌道904滑動以經(jīng)由狹縫閥910將基板輸送進(jìn)出裝載鎖定腔室708的輸送托盤906，和蓋子911。在一個實施方式中，可由操作者手動地沿橫梁軌道904移動輸送托盤906。在另一個實施方式中，可由馬達(dá)機(jī)械地驅(qū)動輸送托盤906。 在另一個實施方式中，由氣動致動器沿橫梁軌道904移動輸送托盤906?？蓪⒋幚淼幕宸纸M為多個批次，并且在輸送托盤906上運輸。例如，每個批次的基板914可在載板912上運輸，載板912可放置在輸送托盤906上。當(dāng)輸送托盤906經(jīng)驅(qū)動處于運動中時，可選擇性地在輸送托盤906上方打開和關(guān)閉蓋子911以便于安全保護(hù)。 在操作中，操作者打開蓋子911以在輸送托盤906上裝載含有一批次基板的載板912?？商峁┐鎯?16用于存儲含有待裝載的基板的載板。關(guān)閉蓋子911，并且移動輸送托盤906穿過狹縫閥910進(jìn)入裝載鎖定腔室708。蓋子911可包含諸如膠質(zhì)玻璃的玻璃材料或塑性材料以便于監(jiān)視輸送托盤906的操作。圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的裝載鎖定腔室708的示意圖。裝載鎖定腔室 708在裝載臺710的大氣環(huán)境與轉(zhuǎn)移腔室706的受控環(huán)境之間提供界面。經(jīng)由狹縫閥910 在裝載鎖定腔室708與裝載臺710之間并且經(jīng)由狹縫閥1042在裝載鎖定腔室708與轉(zhuǎn)移腔室706之間轉(zhuǎn)移基板。裝載鎖定腔室708包含載體支撐件1044，載體支撐件1044適于支撐所述載體支撐件上的進(jìn)出載板。在一個實施方式中，裝載鎖定腔室708可包含垂直堆疊的多個載板支撐件。為便于載板的裝載和卸載，可將載板支撐件1044耦接至桿1046，桿 1046為垂直可移動的用以調(diào)整載板支撐件1044的高度。裝載鎖定腔室708被耦接至壓力控制系統(tǒng)(未示出)，所述壓力控制系統(tǒng)向下抽吸裝載鎖定腔室708并使裝載鎖定腔室708 排氣，以便于基板在轉(zhuǎn)移腔室706的真空環(huán)境與裝載臺710的實質(zhì)周圍(例如，大氣)環(huán)境之間傳遞。另外，裝載鎖定腔室708還可包含用于溫度控制的特征，諸如除氣模塊1048，用以加熱基板并移除濕氣，或包含用于在轉(zhuǎn)移期間冷卻基板的冷卻臺(未示出)。一旦已在裝載鎖定腔室708中調(diào)節(jié)裝載有基板的載板，則可將載板轉(zhuǎn)移至MOCVD腔室702或HVPE腔室704中供處理，或轉(zhuǎn)移至批次裝載鎖定腔室709，多個載板存儲在所述批次裝載鎖定腔室 709處，為處理備用。在操作期間，含有一批次基板的載板912被裝載于裝載臺710中的輸送托盤906 上。然后，輸送托盤906移動穿過狹縫閥910進(jìn)入裝載鎖定腔室708，從而將載板912放置到裝載鎖定腔室708內(nèi)的載體支撐件1044上，并且輸送托盤返回至裝載臺710。當(dāng)載板912 處于裝載鎖定腔室708內(nèi)時，用諸如氮的惰性氣體抽吸并凈化裝載鎖定腔室708，以便移除任何剩余氧、水蒸汽和其它類型的污染物。在已在裝載鎖定腔室中調(diào)節(jié)所述批次的基板之后，機(jī)械手組件730可將載板912轉(zhuǎn)移至MOCVD腔室702或HVPE腔室704以進(jìn)行沉積工藝。 在替代的實施方式中，可將載板912轉(zhuǎn)移并存儲在批次裝載鎖定腔室709中以備在MOCVD 腔室702或HVPE腔室704中進(jìn)行處理。在完成所述批次基板的處理之后，可將載板912轉(zhuǎn)移至裝載鎖定腔室708，并且然后由輸送托盤906收回，并返回裝載臺710。圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的載板的等角視圖。在一個實施方式中，載板 912可包括一個或更多個圓形凹部1110，可在處理期間將各個基板安置在所述一個或更多個圓形凹部1110內(nèi)?？筛鶕?jù)基板的大小改變每個凹部1110的大小，以容納在凹部1110內(nèi)。 在一個實施方式中，載板912可承載六個或更多個基板。在另一個實施方式中，載板912承載八個基板。在又一個實施方式中，載板912承載18個基板。將理解，可在載板912上承載更多或更少的基板。典型的基板可包括藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)、硅或氮化鎵(GaN)。將理解，可處理其它類型的基板，諸如玻璃基板?；宕笮】蔀橹睆皆?0mm至200mm之間或更大。在一個實施方式中，可調(diào)整每個凹部1110的大小，以收納具有介于約2英寸與約6英寸之間的直徑的圓形基板。載板912的直徑可在200mm至750mm之間，例如，約300mm。載板912可由各種材料形成，包括SiC、SiC涂覆的石墨，或耐處理環(huán)境的其它材料。根據(jù)本文所述的工藝，也可在處理系統(tǒng)700內(nèi)處理其它大小的基板。圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的批次裝載鎖定腔室709的示意圖。批次裝載鎖定腔室709包含主體1205以及蓋子1234和底部1216，蓋子1234和底部1216安置在主體1205上并界定用于存儲數(shù)個基板的空腔1207，所述數(shù)個基板放置在空腔1207中的載
13板912上。在一個方面中，主體1205由耐處理材料形成，所述耐處理材料諸如鋁、鋼、鎳等等，適于耐受處理溫度并且大體不含如銅之類的污染物。主體1205可包含延伸至空腔1207 中的氣體入口 1260，用于將批次裝載鎖定腔室709連接至工藝氣體源(未示出)，用于通過氣體入口 1260輸送工藝氣體。在另一個方面中，可通過真空口 1292將真空泵1290耦接至空腔1207，以維持空腔1207內(nèi)的真空。存儲盒1210被可移動地安置在空腔1207內(nèi)并與可移動部件1230的上端耦接?？梢苿硬考?230由耐處理材料組成，所述耐處理材料諸如鋁、鋼、鎳等等，適于耐受處理溫度并且大體不含諸如銅之類的污染物?？梢苿硬考?230穿過底部1216進(jìn)入空腔1207?？梢苿硬考?230穿過底部1216可滑動地并且可密封地安置，并且由平臺1287舉起并降低。平臺1287支撐可移動部件1230的下端，使得結(jié)合平臺1287的舉起或降低而垂直地舉起或降低可移動部件1230?？梢苿硬考?230垂直地在空腔1207內(nèi)舉起并降低存儲盒1210，以在延伸穿過窗口 1235的基板轉(zhuǎn)移平面1232上移動基板載板912?；遛D(zhuǎn)移平面1232由機(jī)械手組件730將基板移動進(jìn)出存儲盒1210所遵循的路徑界定。存儲盒1210包含由框架1225支撐的數(shù)個存儲架1236。盡管在一個方面中，圖12 示出存儲盒1210內(nèi)有十二存儲架1236，但是設(shè)想可使用任何數(shù)目的存儲架。每個存儲架 1236都包含一基板支撐件1240，基板支撐件1240由托架1217連接至框架1225。托架1217 將基板支撐件1240的邊緣連接至框架1225并且可使用粘著劑或緊固件附接至框架1225 和基板支撐件1240兩者，所述粘著劑諸如為壓敏粘著劑、陶瓷結(jié)合、膠水等等，所述緊固件為諸如螺絲、螺栓、夾具等等，所述粘著劑和所述緊固件為耐處理的并且不含諸如銅之類的污染物。框架1225和托架1217由耐處理材料組成，所述耐處理材料諸如陶瓷、鋁、鋼、鎳等等，所述耐處理材料為耐處理的并且大體不含諸如銅之類的污染物。雖然框架1225和托架 1217可為單獨的物品，但是設(shè)想托架1217可與框架1225成整體，以形成用于基板支撐件 1240的支撐部件。存儲架1236在存儲盒1210內(nèi)為垂直地間隔開并且平行的，以界定數(shù)個存儲空間 1222。每個基板存儲空間1222適于在所述每個基板存儲空間中存儲至少一個載板912，所述至少一個載板912支撐在數(shù)個支撐銷1242上。每個載板912上方和下方的存儲架1236 建立存儲空間1222的上邊界和下邊界。在另一個實施方式中，基板支撐件1240不存在，并且載板912擱置于托架1217上。圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的工作平臺1300的等角視圖。在一個實施方式中，處理系統(tǒng)700進(jìn)一步包含包封裝載臺710的工作平臺1300。工作平臺1300在基板向裝載臺710裝載和卸載期間提供無微粒環(huán)境。工作平臺1300包含由四個支柱1304支撐的頂部1302。帷幕1310將工作平臺1300內(nèi)的環(huán)境與周圍環(huán)境分離開。在一個實施方式中， 帷幕1310包含乙烯基材料。在一個實施方式中，工作平臺包含用于自工作平臺內(nèi)的周圍過濾空氣傳播微粒的空氣過濾器，諸如，高效微粒空氣(HEPA)過濾器。在一個實施方式中，將封閉的工作平臺1300內(nèi)的空氣壓力維持在稍高于工作平臺1300外的大氣壓，因此使空氣流出工作平臺1300而非流入工作平臺1300中。圖14為轉(zhuǎn)移腔室706的上下文中所示的機(jī)械手組件730的平面圖。轉(zhuǎn)移腔室706 的內(nèi)部區(qū)(例如，轉(zhuǎn)移區(qū)1440)通常維持在真空條件下并提供中間區(qū)，以在所述中間區(qū)中將基板自一個腔室穿梭移動至另一個腔室和/或穿梭移動至裝載鎖定腔室708和與組合工具形成聯(lián)通的其它腔室。通常通過使用一個或更多個真空泵(未示出)來實現(xiàn)真空條件，所述一個或更多個真空泵諸如為常規(guī)的初級泵、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、常規(guī)的渦輪泵、常規(guī)的低溫泵或上述泵的組合?；蛘撸D(zhuǎn)移腔室706的內(nèi)部區(qū)可為通過連續(xù)地輸送惰性氣體至內(nèi)部區(qū)而維持處于或接近大氣壓力的惰性環(huán)境。三種此類平臺為全部可購自美國加利福尼亞圣塔克拉拉的應(yīng)用材料公司的CenturEuEndura和Producer系統(tǒng)。一種此類分階段的真空基板處理系統(tǒng)的細(xì)節(jié)公開于1993年2月16日授權(quán)的I1印man等人的題為“Staged-Vacuum Substrate Processing System and Method”的美國專利第5，186，718號中，所述美國專利以引用的方式并入本文。為了執(zhí)行制造工藝的特定步驟，可改變腔室的精確布置和組合。機(jī)械手組件730被定位在轉(zhuǎn)移腔室706內(nèi)的中心處，使得可分別穿過狹縫閥1042、 1412、1414、1416、1418和1420將基板轉(zhuǎn)移進(jìn)出緊鄰的處理腔室、裝載鎖定腔室708，和批次裝載鎖定腔室709以及其它腔室。閥實現(xiàn)處理腔室、裝載鎖定腔室708、批次裝載鎖定腔室 709與轉(zhuǎn)移腔室706之間的聯(lián)通，同時還提供腔室中的每一個腔室內(nèi)的環(huán)境的真空隔離，以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)分階段的真空。機(jī)械手組件730可包含蛙腿式機(jī)構(gòu)。在某些實施方式中，機(jī)械手組件730可包含任何種類的已知機(jī)械機(jī)構(gòu)，用于實現(xiàn)進(jìn)出各種工藝腔室的線性延伸。刀片1410與機(jī)械手組件730耦接。刀片1410被配置成穿過處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)移載板912。在一個實施方式中，處理系統(tǒng)700包含自動中心探測器(未示出)。自動中心探測器允許確定載板 912在機(jī)械手組件730上的精確位置并將所述位置提供至控制器。知道載板912的精確中心允許計算機(jī)調(diào)整每個載板912在刀片上的可變位置并且精確地在處理腔室中定位每個載板912。圖15為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的HVPE腔室704的示意性橫截面圖。HVPE腔室704包括包封處理容積1508的腔室主體714。淋噴頭組件1504被安置在處理容積1508 的一端處，并且載板912被安置在處理容積1508的另一端處。如上文所述的淋噴頭組件可允許在比常規(guī)HVPE腔室中更大數(shù)目的基板或更大基板上的更均勻沉積。淋噴頭可與化學(xué)品輸送模塊718耦接。載板912可在處理期間繞載板912的中心軸線旋轉(zhuǎn)。在一個實施方式中，可以約2RPM至約100RPM轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)載板912。在另一個實施方式中，可以約30RPM轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)載板912。旋轉(zhuǎn)載板912幫助提供處理氣體對每個基板的均勻暴露?？蓪?shù)個燈1530a、1530b安置在載板912下方。對于許多應(yīng)用，典型的燈布置可包含基板上方(未示出)和下方(如圖所示)的燈組。一個實施方式可從側(cè)面包含燈。在某些實施方式中，可按同心圓布置燈。例如，內(nèi)陣列的燈1530b可包括八個燈，并且外陣列的燈1530a可包括十二個燈。在本發(fā)明的一個實施方式中，對燈1530a、1530b各自單獨供電。在另一個實施方式中，可將諸陣列的燈1530a、1530b定位在淋噴頭組件1504上方或內(nèi)部。應(yīng)理解，其它布置和其它數(shù)目的燈也是可行的?？蛇x擇性地對各陣列的燈1530a、1530b 供電，以加熱載板912的內(nèi)區(qū)域和外區(qū)域。在一個實施方式中，將燈1530a、1530b作為內(nèi)陣列和外陣列集體供電，其中對頂部陣列和底部陣列集體供電或獨立供電。在又一個實施方式中，可將分離的燈或加熱器件定位在源船形器皿1580之上和/或之下。將理解，本發(fā)明不限于使用燈陣列?？墒褂萌魏芜m合的加熱源以確保將適當(dāng)?shù)臏囟瘸浞值厥┘佑谔幚砬皇?、處理腔室中的基板，和金屬源。例如，設(shè)想可使用諸如公開于2006年1月沈日的題為 PROCESSING MULTILAYER SEMICONDUCTORS WITH MULTIPLE HEAT SOURCES 的美國專利公開案第2006/0018639號中描述的快速熱處理燈系統(tǒng)，所述美國專利公開案以引用的方式全部并入本文。在又一個實施方式中，源船形器皿1580相對于腔室主體714遠(yuǎn)程定位，如提交于 2007 年 10 月 5 日的題為 METHOD FOR DEPOSITING GROUP III/Y COMPOUNDS 的美國臨時專利申請第60/978，040號中所述，所述美國臨時專利申請以引用的方式全部并入本文?？蓪σ粋€或更多個燈1530a、1530b供電，以加熱基板和源船形器皿1580。燈可將基板加熱至約900°C至約1200°C的溫度。在另一個實施方式中，燈1530a、1530b將源船形器皿1580內(nèi)的金屬源維持在約350°C至約900°C的溫度。熱電偶可用來在處理期間測量金屬源溫度。由熱電偶測量的溫度可被反饋至控制器，所述控制器調(diào)整自加熱燈1530a、1530b 提供的熱量，以便可根據(jù)需要控制或調(diào)整金屬源的溫度。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的工藝期間，前驅(qū)物氣體1506自淋噴頭組件1504 向基板表面流動。前驅(qū)物氣體1506在或接近基板表面處的反應(yīng)可在基板上沉積各種金屬氮化物層，包括GaN、AlN和hN。也可將多種金屬用于諸如AWaN和/或InGaN的“組合膜”的沉積。可將處理容積1508維持在約760托降至約100托的壓力處。在一個實施方式中，將處理容積1508維持在約450托至約760托的壓力處。淋噴頭組件1504的示例性實施方式和HVPE腔室的其它方面在提交于2007年6月M日的題為HVPE TUBE SHOffERHEAD DESIGN的美國專利申請第11/767，520號中描述，所述美國專利申請以引用的方式全部并入本文。HVPE腔室704的示例性實施方式在提交于2009年4月M日的題為HVPE CHAMBER HARDWARE的美國專利申請第61/172，630號中描述，所述美國專利申請以引用的方式全部并入本文。圖16為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的MOCVD腔室的示意性橫截面圖。MOCVD腔室702包含腔室主體712、化學(xué)品輸送模塊716、遠(yuǎn)程等離子體源16 、基板支撐件1614和真空系統(tǒng)1612。腔室702包括包封處理容積1608的腔室主體712。淋噴頭組件1604被安置在處理容積1608的一端處，并且載板912被安置在處理容積1608的另一端處。載板912 可被安置在基板支撐件1614上?？捎糜趯嵤┍景l(fā)明的示例性淋噴頭在以下專利申請中描述提交于 2007 年 10 月 16 日的題為 MULTI-GAS STRAIGHT CHANNEL SHOffERHEAD 的美國專利申請第11/873，132號，提交于2007年10月16日的題為MULTI-GAS SPIRAL CHANNEL SH0WERHEAD的美國專利申請第11/873，141號和提交于2007年10月16日的題為MULTI-GAS CONCENTRIC INJECTION SHOffERHEAD的美國專利申請第11/873，170號，所有上述美國專利申請以引用的方式全部并入本文。下圓頂1619被安置在下容積1610的一端處，并且載板912被安置在下容積1610 的另一端處。載板912被示為處于處理位置中，但是載板912可移動至例如可裝載或卸載基板1640的較低位置。排氣環(huán)1620可被安置為包圍載板912的周邊，以幫助防止沉積發(fā)生于下容積1610中，并且也幫助將廢氣自腔室702導(dǎo)引至排氣口 1609。下圓頂1619可由透明材料制成，以允許光透過以用于基板1640的輻射加熱，所述透明材料諸如高純度石英。輻射加熱可由安置在下圓頂1619下方的數(shù)個內(nèi)燈1621A和外燈1621B提供，并且反射器1666 可用來幫助控制腔室702對由內(nèi)燈1621A和外燈1621B提供的輻射能的暴露。附加的燈環(huán)也可用于基板1640的更精細(xì)溫度控制。凈化氣體(例如，氮)可自淋噴頭組件1604和/或自安置在載板912下方和腔室主體712底部附近的進(jìn)氣口或管(未示出)輸送至腔室702中。凈化氣體進(jìn)入腔室702的下容積1610并且向上流過載板912和排氣環(huán)1620并流動至多個排氣口 1609中，所述多個排氣口 1609安置在環(huán)形排氣通道1605的周圍。排氣管道1606將環(huán)形排氣通道1605連接至包括真空泵(未示出)的真空系統(tǒng)1612?？墒褂瞄y系統(tǒng)1607來控制腔室702的壓力，閥系統(tǒng)1607控制自環(huán)形排氣通道1605抽出廢氣的速率。MOCVD腔室的其它方面在提交于2008 年1月31日(代理人案號011977)的題為CVDAPPARATUS的美國專利申請第12/023，520 號中描述，所述美國專利申請以引用的方式全部并入本文。也可將各種計量器件，諸如反射比監(jiān)測器、熱電偶或其它溫度器件與腔室702耦接。計量器件可用來測量各種膜性質(zhì)，諸如，厚度、粗糙度、成分、溫度或其它性質(zhì)。這些測量可用于自動實時反饋控制回路中，以控制諸如沉積速率和相應(yīng)厚度的工藝條件。腔室計量的其它方面在提交于2008年1月31日(代理人案號011007)的題為CLOSED LOOP MOCVD DEPOSITION CONTROL的美國專利申請第61/025，252號中描述，所述美國專利申請以引用的方式全部并入本文?；瘜W(xué)品輸送模塊716、718分別將化學(xué)品供應(yīng)至MOCVD腔室702和HVPE腔室704。 反應(yīng)性氣體和載體氣體經(jīng)由供應(yīng)線路自化學(xué)品輸送系統(tǒng)供應(yīng)至氣體混合箱中，在所述氣體混合箱中所述反應(yīng)性氣體和載體氣體混合在一起并輸送至各個淋噴頭1604和1504。通常， 用于每一氣體的供應(yīng)線路包括截止閥和質(zhì)量流控制器或其它類型的控制器，所述截止閥可用來自動或手動關(guān)閉氣體至氣體的關(guān)聯(lián)線路中的流動，所述控制器測量氣體或液體通過供應(yīng)線路的流量。用于每一種氣體的供應(yīng)線路還可包括用于監(jiān)測前驅(qū)物濃度和提供實時反饋的濃度監(jiān)測器，可包括背壓調(diào)節(jié)器以控制前驅(qū)物氣體濃度，閥切換控件可用于獲得快速和準(zhǔn)確的閥切換能力，氣體線路中的濕氣傳感器測量水位并可將反饋提供至系統(tǒng)軟件，所述系統(tǒng)軟件又可向操作者提供警告/警報。也可加熱氣體線路以防止前驅(qū)物和蝕刻劑氣體在供應(yīng)線路中冷凝。取決于所使用的工藝，一些源可為液體而非氣體。當(dāng)使用液體源時，化學(xué)品輸送模塊包括液體注入系統(tǒng)或其它適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)(例如起泡器)以蒸發(fā)液體。然后，通常使來自液體的蒸汽與載體氣體混合，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。雖然已結(jié)合包含一個MOCVD腔室和一個HVPE腔室的處理系統(tǒng)描述了上述實施方式，但是替代的實施方式可在處理系統(tǒng)中整合一個或更多個MOCVD腔室和HVPE腔室，如圖 17和18中所示。圖17示出處理系統(tǒng)1700的實施方式，處理系統(tǒng)1700包含耦接至轉(zhuǎn)移腔室706的兩個MOCVD腔室702和一個HVPE腔室704。在處理系統(tǒng)1700中，機(jī)械手刀片可操作，以分別將載板轉(zhuǎn)移至MOCVD腔室702和HVPE腔室704中的每一個中。因此，可在MOCVD 腔室702和HVPE腔室704中的每一個中并行地處理裝載于單獨載板上的多個批次的基板。圖18示出處理系統(tǒng)1800的較簡單實施方式，處理系統(tǒng)1800包含單個MOCVD腔室 702。在處理系統(tǒng)1800中，機(jī)械手刀片將裝載有基板的載板轉(zhuǎn)移至單個MOCVD腔室702中， 以進(jìn)行沉積。在已完成全部沉積步驟之后，將載板自MOCVD腔室702轉(zhuǎn)移回裝載鎖定腔室 708，并且然后向裝載臺710釋放。系統(tǒng)控制器760控制處理系統(tǒng)700的活動和操作參數(shù)。系統(tǒng)控制器760包括計算機(jī)處理器和耦接至處理器的計算機(jī)可讀存儲器。處理器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，諸如存儲在存儲器中的計算機(jī)程序。處理系統(tǒng)和使用方法的方面進(jìn)一步在2006年4月14日的題為 EPITAXIAL GROWTH OF COMPOUND NITRIDE STRUCTURES 的美國專利申請第 11/404，516 號中
17描述，所述美國專利申請在此以引用的方式全部并入本文。系統(tǒng)控制器760和相關(guān)控制軟件基于來自使用者和分布在處理系統(tǒng)700各處的各種傳感器的輸入而按優(yōu)先次序排列任務(wù)和基板運動。系統(tǒng)控制器760和相關(guān)控制軟件允許處理系統(tǒng)700的調(diào)度/處理功能的自動化，以在不需要人類干預(yù)的情況下提供資源的最有效使用。在一個方面中，系統(tǒng)控制器760和相關(guān)控制軟件基于所計算的最優(yōu)化生產(chǎn)量而調(diào)整穿過處理系統(tǒng)700的基板轉(zhuǎn)移順序，或在已變得不可操作的處理腔室周圍工作。在另一個方面中，調(diào)度/處理功能涉及在基板上制造化合氮化物結(jié)構(gòu)所需要的工藝的順序，尤其針對發(fā)生在一個或更多個處理腔室中的工藝。在另一個方面中，調(diào)度/處理功能涉及多個批次的基板的有效和自動的處理，藉此在載板上含有一批次的基板。在另一個方面中，調(diào)度 /處理功能涉及處理腔室的周期性原位清潔或其它維護(hù)相關(guān)的工藝。在另一個方面中，調(diào)度/處理功能涉及基板在批次裝載鎖定腔室中的暫時存儲。在另一個方面中，調(diào)度/處理功能涉及基于操作者輸入將基板轉(zhuǎn)移進(jìn)出裝載臺。提供以下例子以說明結(jié)合處理系統(tǒng)700所述的一般工藝如何用于制造化合氮化物結(jié)構(gòu)。例子參照LED結(jié)構(gòu)，其中所述LED結(jié)構(gòu)的制造使用具有至少兩個處理腔室的處理系統(tǒng)700來執(zhí)行，所述至少兩個處理腔室諸如為MOCVD腔室702和HVPE腔室704。在HVPE 腔室704中執(zhí)行初始GaN層的清潔和沉積，并且其余InGaN、AlGaN和GaN接觸層的生長在 MOCVD系統(tǒng)702中執(zhí)行。工藝始于將含有多個基板的載板轉(zhuǎn)移至HVPE腔室704中。HVPE腔室704被配置成提供GaN的快速沉積。使用HVPE前驅(qū)物氣體在HVPE腔室704中將預(yù)處理工藝和/或緩沖層生長于基板上。然后執(zhí)行厚n-GaN層的生長，所述厚n-GaN層的生長在這個例子中使用HVPE前驅(qū)物氣體來執(zhí)行。在另一個實施方式中，在MOCVD腔室中生長預(yù)處理工藝和/或緩沖層，并且在HVPE腔室中生長厚n-GaN層。在沉積n-GaN層之后，將基板轉(zhuǎn)移出HVPE腔室704并轉(zhuǎn)移至MOCVD腔室702中， 其中轉(zhuǎn)移通過轉(zhuǎn)移腔室706發(fā)生在高純度N2氣氛中。MOCVD腔室702用于提供非常均勻的沉積，可能會降低總沉積速率。在MOCVD腔室702中，在沉積過渡GaN層之后生長InGaN多量子阱有源層。這之后沉積P-AKiaN層和p-GaN層。在另一個實施方式中，在HVPE腔室中生長p-GaN層。然后，將完成的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移出MOCVD腔室702，使得MOCVD腔室702準(zhǔn)備好自HVPE腔室704或自不同的處理腔室接收含有經(jīng)部分處理基板的其他載板。可將完成的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至批次裝載鎖定腔室709進(jìn)行存儲，或者完成的結(jié)構(gòu)可通過裝載鎖定腔室708和裝載臺710 退出處理系統(tǒng)700。在接收其他基板之前，可通過原位清潔工藝來清潔HVPE腔室和/或MOCVD腔室。 清潔工藝可包含蝕刻劑氣體，所述蝕刻劑氣體自腔室壁和表面熱蝕刻沉積物。在另一個實施方式中，清潔工藝包含由遠(yuǎn)程等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體。示例性清潔工藝在提交于2006年4月14日的美國專利申請第11/404,516號和提交于2007年6月M日的題為 HVPE SHOffERHEAD DESIGN的美國專利申請第11/767，520號中描述，所述美國專利申請以引用的方式全部并入本文。已提供用于制造化合氮化物半導(dǎo)體器件的改良系統(tǒng)和方法。在化合氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的常規(guī)制造中，在單個工藝反應(yīng)器中執(zhí)行多個外延沉積步驟，其中基板在已完成所有步驟后才離開工藝反應(yīng)器，從而導(dǎo)致較長的處理時間，通常約為4小時至6小時。常規(guī)系統(tǒng)還需要手動地打開反應(yīng)器，以便移除并插入其他基板。在打開反應(yīng)器之后，在許多情形下， 必須執(zhí)行附加4小時的抽吸、凈化、清潔、打開和裝載，從而導(dǎo)致每一基板約8小時至10小時的總運行時間。常規(guī)單一反應(yīng)器方法還防止用于各個工藝步驟的反應(yīng)器的最優(yōu)化。改良的系統(tǒng)提供使用多腔室處理系統(tǒng)同時處理基板的途徑，所述多腔室處理系統(tǒng)具有增加的系統(tǒng)生產(chǎn)量、增加的系統(tǒng)可靠性和增加的不同基板間的均勻性。多腔室處理系統(tǒng)通過在不同處理中執(zhí)行不同化合物的外延生長而擴(kuò)展用于不同化合物結(jié)構(gòu)的可用工藝窗口，所述不同處理具有用于增強(qiáng)那些特定程序的結(jié)構(gòu)。因為基板轉(zhuǎn)移是自動的且在受控環(huán)境中執(zhí)行，所以不再需要打開反應(yīng)器并執(zhí)行長期的抽吸、凈化、清潔、打開和裝載工藝。因此，已描述具有提高的內(nèi)量子效率的發(fā)光二極管和所述發(fā)光二極管的制造方法。本文還公開了用于使用III族金屬共晶通過氫化物氣相外延來摻雜III族氮化物的源和方法。在一個實施方式中，提供用于P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源。 源包括III族物種與諸如(但不限于)II族物種、I族物種的物種或不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，提供用于執(zhí)行P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的方法。所述方法使用III族物種與諸如(但不限于)II族物種、I族物種或不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種的液相機(jī)械 (共晶)混合物。在一個實施方式中，提供用于η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源。 源包括III族物種與IV族或VI族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中， 提供用于執(zhí)行η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的方法。方法包括使用III族物種與 IV族或VI族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，在本文中III族物種指鎵。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將共晶混合物用于包括以下的工藝中的至少一個或工藝組合中(a)氫化物氣相外延(HVPE)，(b)氮化鎵或其它III族氮化物的形成，(c) III-V材料膜或其它半導(dǎo)體膜的摻雜，(d)發(fā)光二極管(LEDs)的制造，(e)激光二極管 (LDs)的制造，和(f)諸如場致發(fā)射晶體管的電子器件的制造。在一個實施方式中，使用鎵金屬共晶源由HVPE來執(zhí)行III族氮化物膜摻雜，其中金屬可為分別用于ρ型摻雜的II族或 I族和用于η型摻雜的IV族中的任何金屬。在一個實施方式中，針對III-V材料中的陽離子部位執(zhí)行II族或IV族摻雜，而將VI族摻雜用于III-V材料中陰離子部位的η型摻雜。 在另一個實施方式中，針對III-V材料中的陽離子部位執(zhí)行II族摻雜，而將IV族或VI族摻雜用于III-V材料中陰離子部位的η型摻雜。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將HVPE用于 P型摻雜的優(yōu)點在于能夠排除作為載體氣體的H2,從而本質(zhì)上消除Mg-H絡(luò)合物形成。這個優(yōu)點可幫助克服用于活性鎂形成的主要障礙，所述活性鎂形成障礙通常另外需要潛在有害的沉積后退火。通常，摻雜諸如III族氮化物的III-V族材料以增強(qiáng)這些材料的電氣性質(zhì)或光子性質(zhì)。然而，此類摻雜可能并非是直接的，這取決于用來制造和摻雜III-V材料的技術(shù)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，III族氮化物材料的P型摻雜可為困難的。在一個實施方式中，用于P型摻雜的金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MO-CVD)前驅(qū)物可無意中將碳原子載至 III-V材料中。碳為用于III族氮化物的η型摻雜劑，因此有損于對膜進(jìn)行P型摻雜的企圖。在另一個實施方式中，氫化物氣相外延(HVPE)用來消除碳污染。然而，尋求與HVPE相容的P型源(例如鎂或鈹原子的源)可為富有挑戰(zhàn)的，因為需要P型摻雜劑取代III族氮化物外延膜中的III族元素。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將包括P型摻雜劑的機(jī)械混合物，或共晶用于III族氮化物膜的HVPE沉積。例如，在一個實施方式中，將鎵與鈹或與鎂的液相機(jī)械混合物(鈹或鎂充當(dāng)P型摻雜劑)，或共晶用作P型氮化鎵(GaN)的HVPE沉積中的源。共晶中元素的混合物可不同以改變共晶熔化溫度，且因此可影響可將共晶用作為用于HVPE工藝的液相前驅(qū)物或源的溫度。圖19示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的作為共晶中物種A與物種B的比率的函數(shù)的溫度的曲線圖1900。參閱圖19，純物種A與物種B的混合物在特定溫度值1902下方為固體(例如，結(jié)晶)，并且在位于特定溫度值1902上方的區(qū)域1904中為液體(例如，全部熔化)。然而，僅存在所有混合物皆在特定溫度值1902處熔化的一種特定混合物A+B。在共晶點1906處找到這種特定混合物。將理解，本文對共晶的其他引用代表落入?yún)^(qū)域1904中的混合物和溫度組合。只有當(dāng)使用術(shù)語“共晶點”時，才將包括“共晶”的術(shù)語視為意謂單個點1906。再次參閱圖19，區(qū)域1908為所有純物種B和僅一部分純物種A熔化的溫度和混合物比率組合。 這個區(qū)域包括固體部分A。同樣地，區(qū)域1909為所有純物種A和僅一部分純物種B熔化的溫度和混合物比率組合。這個區(qū)域包括固體部分B。因此，對于區(qū)域1904中的混合物比率和溫度的組合，A與B的機(jī)械混合物處于液體形式。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可將此類混合物用作HVPE沉積工藝中的物種A和B的源。在一個特定實施方式中，當(dāng)使鹵化物氣體在機(jī)械混合物上方流動時，可改變對于給定A/B機(jī)械混合物選擇的超過特定溫度值1906的溫度的程度、形成的鹵化物的類型。在一個特定實施方式中，近似1 49的鈹鎵比率在近似800攝氏度處和以上為液體機(jī)械混合物。在這個實施方式中，將具有近似1 49的鈹 鎵比率的液體機(jī)械混合物用作800攝氏度處或稍微高于800攝氏度的HVPE沉積的源。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，開發(fā)出鎵可能獨有的優(yōu)點，其中鎵為用于III族氮化物材料的HVPE工藝形成中的共同源金屬。在一個實施方式中，鎵用來形成用于HVPE源的共晶混合物。鎵可用來與周期表中的幾乎每種元素一起形成共晶，極少數(shù)除外。例如，圖 20根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式以周期表格式2000示出各種鎵二元物系。在一個實施方式中，通過形成此類共晶，顯著地增寬可用于HVPE工藝的各種摻雜劑。在一個實施方式中，與使用金屬有機(jī)化合物前驅(qū)物相比較，使用共晶作為金屬源降低HVPE工藝的總成本。在一個實施方式中，通過參考二元化合物的溫度-成分相圖選擇用于HVPE的共晶混合物的特定成分。如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，可將本文另外稱為共晶混合物的III 族物種(諸如，硼、鋁、鎵或銦)與II族物種(諸如，鈹、鎂或鈣)的液相機(jī)械混合物用作P 型III-V外延材料膜的HVPE沉積中的III族和II族物種的源。在一個實施方式中，將III 族物種與II族物種的共晶混合物用作P型III族氮化物外延材料膜的HVPE沉積中的III 族和II族物種的源，所述P型III族氮化物外延材料膜諸如鈹摻雜的氮化鎵或鎂摻雜的氮化鎵。在一個特定實施方式中，將共晶混合物暴露于鹵化物氣體流，以將物種自共晶混合物引入至反應(yīng)腔室中。鹵化物氣體流可為諸如(但不限于)Cl自由基氣體流、Cl2氣體流或 HCl氣體流。在一個特定實施方式中，由于Cl-Cl鍵比例如H-Cl鍵相對較弱，因此使用Cl2氣體流。在一個實施方式中，通過調(diào)適液相機(jī)械混合物源中的II族物種與III族物種的相對比率來確定P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的配方細(xì)節(jié)。在另一個實施方式中，通過調(diào)適鹵化物氣體流的成分、濃度和流動速率以將物種自共晶混合物引入至反應(yīng)腔室中， 來確定P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的配方細(xì)節(jié)。在一個實施方式中，通過調(diào)適液相機(jī)械(共晶)混合物源中的II族物種與III族物種的相對比率并且通過調(diào)適鹵化物氣體流的成分、濃度和流動速率以將物種自共晶混合物引入至反應(yīng)腔室中，來確定P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的配方細(xì)節(jié)。在選擇特定II族物種和III族物種用于作為HVPE源形成共晶混合物時，可考慮 II族物種與III族物種的相對大小。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，選擇II族物種和 III族物種，以具有近似相同的離子半徑。然而，在另一個實施方式中，選擇將最終為III-V 膜中的取代摻雜劑的II族物種，以具有比III族物種和V族物種兩者較小的離子半徑。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，與僅以填隙方式被包含到III族氮化物外延膜中相反，II族物種取代III族氮化物外延膜中的III族物種中的某些。作為某些II族物種和III族物種的離子半徑的例子，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，Be2+為0.34 A，Mg2+為0.74 A，Ca2+為 1.04 A，B3+ 為0.20 A，A13+ 為0.57 A，Ga3+ 為0.62 A并且 In3+ 為0.92 A。將理解，提供了離子半徑的以上物種列表僅表示說明性列表并且決不限于所列出的這些物種。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，四面體半徑接近于陽離子側(cè)上的Ga(或Al或In，取決于特定情況)和陰離子側(cè)上的N的原子最適合充當(dāng)用于被取代的III-V膜部分的施體或受體。在一個實施方式中，將半徑的差異選擇為低于近似10%，以在( (或分別為Al或 In)次晶格中具有良好的可溶性。在一個特定實施方式中，對于選擇摻雜劑，電子狀態(tài)和半徑為最重要的準(zhǔn)則。在一個實施方式中，將半徑的差異選擇為低于近似10%，以在氮或其它V族次晶格中具有良好的可溶性。例如，在一個特定實施方式中，將具有接近半徑的來自 (IV)族的元素選擇為施體，并且將來自(VI)族的元素選擇為受體。選定的摻雜劑物種和所述摻雜劑物種的相對濃度可確定半導(dǎo)體膜的傳導(dǎo)率類型和自由載流子濃度。例如，在單一材料中使用兩個傳導(dǎo)率類型(例如，η型和ρ型)有可能形成ρ-η結(jié)，這對于電子和光電子器件的類型，并且尤其對于此類器件中的III族氮化物材料可為基本要求。摻雜水平控制對于適當(dāng)?shù)钠骷僮骱托阅芸蔀橹匾?，并且可確定導(dǎo)通和操作電壓、接觸參數(shù)、電流注入效率和電流擴(kuò)布等。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，II族元素主導(dǎo)占據(jù)III-V膜中的III族部位，并且因此由于II族物種和III族物種的價電子設(shè)置而可用來提供P型III族氮化物材料。在另一個實施方式中，提供IV族元素或物種(諸如，碳、硅或鍺)以占領(lǐng)III-V材料中的III 族部位以提供η型III族氮化物材料。然而，在另一個實施方式中，在占領(lǐng)陰離子或V族部位(諸如，氮部位、磷部位、砷部位或銻部位)的情況下，形成P型材料。IV族物種可由于取代III-V材料中的陽離子或陰離子部位的選擇而為獨特的，從而導(dǎo)致電子(η型)的過量或電子(P型)的短缺。在另一個實施方式中，通過取代III-V材料膜中的陰離子部位而提供 VI族物種(諸如，氧、硫、硒或碲)作為η型摻雜劑。如上文所述，可考慮的另一個準(zhǔn)則為原子或離子大小，并且因此需要已知四面體半徑。在一個實施方式中，將原子大小選擇為在III族物種情況下接近于鋁、鎵或銦，并且在V族物種情況下接近于氮。選定的生長溫度下?lián)诫s劑鍵的穩(wěn)定性同樣可為重要因素。在一個實施方式中，用于III族氮化物材料的兩種關(guān)鍵摻雜劑為分別用于P型摻雜和η型摻雜的鎂和硅。通常，將SiH4或Si2H6用作硅源，并且將Cp2Mg用作鎂源。然而，在一個實施方式中，各種物種的選擇由于滿足全部沉積準(zhǔn)則的化合物的數(shù)量相對少而很少，并且一個主要限制為需要低蒸汽壓力。圖21示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的示例性鎂-鎵(Mg-Ga)相圖2100，所述示例性鎂-鎵相圖用于選擇用于HVPE沉積的適當(dāng)共晶混合物。參閱圖21，鎂與鎵的適當(dāng)混合物可用來形成鎂鎵(Mg-Ga)共晶混合物。在一個實施方式中，鎵不僅與鎂形成簡單的共晶，而且也形成若干金屬間化合物。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將根據(jù)相圖2100確定和挑選的共晶混合物用作 HVPE工藝中的金屬源以提供ρ型氮化鎵，其中包括鎂作為ρ型摻雜劑。例如，在一個實施方式中，使用4W%的Mg合成簡單的(ia-Mg共晶，并且將所述簡單的fe-Mg共晶用作ρ摻雜劑源。在一個特定實施方式中，P型氮化鎵的生長溫度近似在600°C至1100°C的范圍內(nèi)，將 Mg-fe共晶源維持在近似在500°C至800°C的范圍內(nèi)的溫度處，并且生長壓力近似在100托至760托的范圍內(nèi)。在一個特定實施方式中，fei-Mg源上方的Cl2流近似在kccm至200SCCm 的范圍內(nèi)并且提供近似在每小時150微米至每小時200微米的范圍內(nèi)的ρ型氮化鎵的生長速率。在另一個特定的實施方式中，將近似在5sCCm至lOOsccm的范圍內(nèi)的附加Cl2流用來增強(qiáng)氯化物形成且用來最優(yōu)化沉積與蝕刻平衡。在一個實施方式中，除Cl2流之外還使用諸如(但不限于)氬或氦的惰性氣體。在一個實施方式中，用于膜的氮化物方面的氮源為諸如(但不限于)氨(NH3)、分子氮(N2)、氮自由基(N)或聯(lián)氨的前驅(qū)物。圖22根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式描述證實在氮化鎵膜中實現(xiàn)鎂并入的XPS光譜2200。參閱圖22，在一個實施方式中，鎂濃度為近似4. 56原子百分比?？捎蒘IMS測量生長結(jié)構(gòu)中的摻雜分布。圖23為表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式由鎵鎂共晶形成的鎂摻雜的P型氮化鎵膜中的深度分布的SIMS光譜2300。參閱圖23， 鎂摻雜的氮化鎵的SMS深度分布顯示近似每立方厘米IO^1個原子的摻雜水平。將理解，本發(fā)明的實施方式不限于以上列出和/或描述的物種。例如，在一個實施方式中，以下金屬可用于使用( 金屬共晶的P型摻雜Cu(I)、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、C0、Ni、 ai、Cd、Hg、Se(II)、Te(II)或Sn(II)。在另一個實施方式中，針對η型，使用鎵硅(Ga-Si) 共晶，如下文聯(lián)合圖26D所述。當(dāng)摻雜劑替換是使用氮化物膜的氮部分時，用于η型摻雜的其它可能的元素可包括在鎵共晶中使用硒或碲。作為可用來確定用于形成鎵金屬共晶的最佳和/或可行條件的數(shù)據(jù)或工具的例子，可產(chǎn)生并評估相圖。圖M示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鈹?shù)臋C(jī)械混合物的溫度-成分相圖Μ00。圖25示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵與鈣的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖2500。圖26A-26D示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的用于鎵分別與鍶、鎂、銅或硅的機(jī)械混合物的溫度-成分相圖^00A4600D。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，將在用于HVPE源的共晶混合物中使用的金屬物種轉(zhuǎn)換為氯化物作為沉積工藝的一部分。在一個實施方式中，所得氯化物的蒸汽壓力在沉積中起作用。作為可用來確定用于使用產(chǎn)生鹵化物物種的HVPE工藝中的鎵金屬共晶的最佳和/或可行條件的數(shù)據(jù)或工具的例子，可產(chǎn)生并評估作為鹵化物產(chǎn)物的溫度的函數(shù)的壓力曲線圖。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，自作為溫度(以攝氏度為單位)的函數(shù)的壓力 (以mm Hg為單位)的曲線圖得出，用于各種氯化物物種的范圍包括分別針對(^Cl3近似 IOmm Hg至50000mm Hg對近似80攝氏度至450攝氏度、針對AlCl3近似IOmm Hg至3000mm Hg對近似10攝氏度至190攝氏度、針對SiCl4近似IOmm Hg至50000mm Hg對近似-70攝氏度至230攝氏度、針對BeCl2近似IOmm Hg至1000mm Hg對近似290攝氏度至490攝氏度、針對CdCl2近似IOmm Hg至800mm Hg對近似600攝氏度至970攝氏度、針對CuCl近似 10謹(jǐn)Hg至1000mm Hg對近似400攝氏度至1500攝氏度、針對MgCl2近似10謹(jǐn)Hg至900mm Hg對近似750攝氏度至1450攝氏度、針對SiCl2近似10_ Hg至950_ Hg對近似430攝氏度至730攝氏度，或針對CoCl2近似IOmm Hg至750mm Hg對近似820攝氏度至1050攝氏度。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，自作為溫度(以攝氏度為單位)的函數(shù)的壓力(以mm Hg 為單位)的曲線圖得出，用于氯分子Cl2的范圍為近似IOmm Hg至80000mm Hg對近似-100 攝氏度至150攝氏度。在一個實施方式中，在沉積中使用附加氯氣流的情況下，包括用于Cl2 的數(shù)據(jù)。將理解，本文所述的源和方法不限于二元III族氮化物膜的形成。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，本文所述的源或方法可用來提供摻雜的三元III族氮化物膜，諸如(但不限于)摻雜的hGaN、AKiaN或InAlN膜。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，本文所述的源或方法可用來提供摻雜的四元III族氮化物膜，諸如(但不限于)摻雜的feilnAIN膜。還將理解，關(guān)于摻雜劑，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，使用鎂作為摻雜劑可存在特定益處。例如，在一個實施方式中，因為沒有使用H2，所以可因為不存在Mg-H形成而實現(xiàn)增強(qiáng)的鎂并入。此外，在一個實施方式中，不需要HVPE生長之后的熱退火來活化此類Mg-H絡(luò)合物。然而，本發(fā)明的實施方式?jīng)Q不限于鎂作為摻雜劑物種。在一個實施方式中，將由共晶混合物形成的摻雜的III-V層用于制造發(fā)光二極管 (LED)器件，諸如上文所述的那些器件。參閱圖27示出并描述可用來沉積根據(jù)本發(fā)明的實施方式的III族氮化物或類似膜的HVPE沉積腔室的例子。圖27為根據(jù)一個實施方式的HVPE設(shè)備2700的示意圖。設(shè)備包括由蓋子2704封閉的腔室2702。來自第一氣體源2710的處理氣體通過氣體分配淋噴頭2706輸送至腔室 2702。在一個實施方式中，氣體源2710可包含含氮化合物。在另一個實施方式中，氣體源 2710可包含氨。在一個實施方式中，可同樣通過氣體分配淋噴頭2706或通過腔室2702的壁2708引入諸如氦或雙原子氮的惰性氣體。能量源2712可安置在氣體源2710與氣體分配淋噴頭2706之間。在一個實施方式中，能量源2712可包含加熱器。能量源2712可分解來自氣體源2710的氣體，諸如，氨，使得來自含氮的氣體的氮更具活性。為與來自第一源2710的氣體反應(yīng)，可自一個或更多個第二源2718輸送前驅(qū)物材料。一個或更多個第二源2718可包含共晶混合物?？赏ㄟ^使活性氣體在前驅(qū)物源2718中的前驅(qū)物或共晶混合物上方流動及/或流經(jīng)前驅(qū)物源2718中的前驅(qū)物或共晶混合物，將前驅(qū)物輸送至腔室2702。在一個實施方式中，活性氣體可包含含氯氣體，諸如雙原子氯。含氯氣體可與前驅(qū)物源反應(yīng)以形成氯化物。為增加含氯氣體與前驅(qū)物或共晶混合物反應(yīng)的有效性，含氯氣體可蜿蜒穿過腔室2732中的船形器皿區(qū)域并以電阻加熱器2720加熱。通過增加含氯氣體蜿蜒穿過腔室2732的停留時間，可控制含氯氣體的溫度。通過增加含氯氣體的溫度，氯可與前驅(qū)物或共晶混合物反應(yīng)得更快。換句話說，溫度為氯與前驅(qū)物或共晶混合物之間的反應(yīng)的催化劑。為增加前驅(qū)物或共晶混合物的活性，可由船形器皿中的第二腔室2732內(nèi)的電阻加熱器2720加熱前驅(qū)物或共晶混合物。然后，可將氯化物反應(yīng)產(chǎn)物輸送至腔室2702?；钚月然锂a(chǎn)物首先進(jìn)入第一管2722，其中所述活性氯化物產(chǎn)物均勻地分配在管2722內(nèi)。管 2722是連接至另一個管27M。氯化物反應(yīng)產(chǎn)物在已被均勻地分配在第一管2722內(nèi)之后進(jìn)入第二管2724。然后，氯化物反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入腔室2702中，在腔室2702中所述氯化物反應(yīng)產(chǎn)物與含氮氣體混合，以在基板2716上形成氮化物層，基板2716安置在基座2714上。在一個實施方式中，基座2714可包含碳化硅。例如，氮化物層可包含摻雜的氮化鎵或摻雜的氮化鋁。通過排氣裝置27 排出其它反應(yīng)產(chǎn)物，諸如，氮和氯。因此，也已公開使用III族金屬共晶通過氫化物氣相外延來摻雜III族氮化物的源和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供用于P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源。源包括III族物種與諸如(但不限于)II族物種、I族物種或不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種的另一個物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中， 對于所述源，III族物種為鎵，其它物種為鈹或鎂，并且P型III族氮化物外延膜為鈹摻雜的或鎂摻雜的氮化鎵外延膜。在本發(fā)明的另一個實施方式中，提供用于執(zhí)行P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的方法。所述方法使用III族物種與諸如(但不限于)II族物種、I 族物種或不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種的另一個物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，對于所述方法，III族物種為鎵，其它物種為鈹或鎂，并且 P型III族氮化物外延膜為鈹或鎂摻雜的氮化鎵外延膜。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，提供用于η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源。源包括III族物種與IV族物種或VI 族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，對于所述源，III族物種為鎵，并且η型III族氮化物外延膜為IV族或VI族摻雜的氮化鎵外延膜。在另一個實施方式中， 提供用于執(zhí)行η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的方法。所述方法包括使用III族物種與IV族物種或VI族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，對于所述方法，III族物種為鎵，并且η型III族氮化物外延膜為IV族或VI族摻雜的氮化鎵外延膜。
2權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件包含有源區(qū)，所述有源區(qū)包括一個或更多個有源層，其中所述一個或更多個有源層包含一個或更多個量子阱和一個或更多個障壁層，其中所述一個或更多個有源層中的一些或全部為P型摻雜的。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述ρ型摻雜劑包含具有至少兩個價電子的元素。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述元素選自由以下組成的群組 Mg、Co 禾口 Zn。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述有源區(qū)在η型接觸層與電子阻擋層之間。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，最接近所述η型接觸層的所述障壁層中的一個或更多個為η型摻雜的，并且最接近所述電子阻擋層的所述障壁層中的一個或更多個為P型摻雜的。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，最接近所述η型接觸層的所述障壁層為以分級方式η型摻雜的，其中最接近所述η型接觸層的所述障壁層具有最高η型傳導(dǎo)率水平，并且各個另外的障壁層具有比下一個另外的障壁層高的η型傳導(dǎo)率水平，進(jìn)一步地其中最接近所述電子阻擋層的所述障壁層為以分級方式P型摻雜的，其中最接近所述電子阻擋層的所述障壁層具有最高P型傳導(dǎo)率水平，并且各個另外的障壁層具有比下一個另外的障壁層高的P型傳導(dǎo)率水平。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述η型接觸層與所述電子阻擋層之間的所述障壁層中的一個或更多個為無摻雜的。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于，所述η型接觸層與所述電子阻擋層之間的所述障壁層中的一個或更多個為無摻雜的。
9.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件進(jìn)一步包括基板，其中緩沖/過渡層沉積在所述基板的頂部上，所述η型接觸層沉積在所述緩沖/過渡層的頂部上，所述有源區(qū)沉積在所述η型接觸層的頂部上，所述電子阻擋層沉積在所述有源區(qū)的頂部上，并且P 型接觸層沉積在所述電子阻擋層的頂部上。
10.一種方法，所述方法包含使用一個或更多個合金源來形成Ρ型摻雜的πι族膜，其中所述一個或更多個合金源包含摻雜劑與一個或更多個III族材料的合金。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述摻雜劑包含具有至少兩個價電子的元素。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述元素選自由以下組成的群組Mg、Co 和Si。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述一個或更多個III族材料為選自由以下組成的群組Irufei和Al。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述摻雜劑與所述一個或更多個III族材料的所述合金為所述摻雜劑與所述一個或更多個III族材料的共晶。
15.一種用于制造半導(dǎo)體元件的整合式處理系統(tǒng)，所述整合式處理系統(tǒng)包含組合工具，所述組合工具包含 一個或更多個壁，所述一個或更多個壁形成轉(zhuǎn)移區(qū)； 機(jī)械手，所述機(jī)械手安置在所述轉(zhuǎn)移區(qū)中；一個或更多個處理腔室，所述一個或更多個處理腔室可操作以在基板上形成一個或更多個化合物半導(dǎo)體層，所述一個或更多個處理腔室與所述轉(zhuǎn)移區(qū)形成可轉(zhuǎn)移聯(lián)通，其中所述一個或更多個處理腔室包含氫化物氣相外延(HVPE)腔室，所述氫化物氣相外延腔室具有含第一材料與第二材料的合金的源船形器皿；裝載鎖定腔室，所述裝載鎖定腔室與所述轉(zhuǎn)移區(qū)形成可轉(zhuǎn)移聯(lián)通，所述裝載鎖定腔室具有入口閥和出口閥以將至少一個基板接收至真空環(huán)境中，以及裝載臺，所述裝載臺與所述裝載鎖定腔室形成聯(lián)通，其中所述裝載臺包含輸送托盤，所述輸送托盤可移動以將裝載有一個或更多個基板的載板輸送至所述裝載鎖定腔室中。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述一個或更多個處理腔室包含金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)腔室。
17.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述合金為所述第一材料與所述第二材料的共晶合金，其中所述第一材料為Mg，并且所述第二材料為(ia。
18.一種用于ρ型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源，所述源包含 III族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物；以及選自由II族物種、I族物種和不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種組成的群組的另一個物種。
19.如權(quán)利要求18所述的源，其特征在于，所述III族物種為鎵，所述其它物種為鈹或鎂，并且所述P型III族氮化物外延膜為鈹或鎂摻雜的氮化鎵外延膜。
20.如權(quán)利要求18所述的源，其特征在于，所述其它物種為具有價電荷二的IV族或VI 族物種。
21.一種用于η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源，所述源包含 III族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物；和IV族或VI族物種。
22.如權(quán)利要求21所述的源，其特征在于，所述III族物種為鎵，并且所述η型III族氮化物外延膜為IV族或VI族摻雜的氮化鎵外延膜。
23.一種方法，所述方法包含形成III族物種與選自由II族物種、I族物種和不在I族或II族內(nèi)但是具有價電荷一或二的物種組成的群組的另一個物種的液相機(jī)械(共晶)混合物；以及使用所述共晶混合物執(zhí)行P型III族氮化物外延膜的HVPE沉積。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述III族物種為鎵，所述其它物種為鈹或鎂，并且所述P型III族氮化物外延膜為鈹或鎂摻雜的氮化鎵外延膜。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述其它物種為具有價電荷二的IV族或 VI族物種。
26.一種方法，所述方法包含形成III族物種與IV族或VI族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物；以及使用所述共晶混合物執(zhí)行η型III族氮化物外延膜的HVPE沉積。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其特征在于，所述III族物種為鎵，并且所述η型III 族氮化物外延膜為IV族或VI族摻雜的氮化鎵外延膜。
全文摘要
量子阱結(jié)構(gòu)的一個實施方式包含有源區(qū)，所述有源區(qū)包括有源層，所述有源層包含量子阱和障壁層，其中有源層中的一些或全部為p型摻雜的。P型摻雜有源層中的一些或全部通過將P-N結(jié)的位置定位在元件的有源區(qū)中進(jìn)而使主要輻射復(fù)合能夠發(fā)生在有源區(qū)內(nèi)，來改良III-V化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的量子效率。在一個實施方式中，在具有含共晶源合金的氫化物氣相外延(HVPE)沉積腔室的組合工具中制造量子阱結(jié)構(gòu)。在一個實施方式中，通過組合工具在分離腔室中生長氮化銦鎵(InGaN)層和鎂摻雜的氮化鎵(Mg-GaN)或鎂摻雜的氮化鋁鎵(Mg-AlGaN)層，避免銦與鎂交叉污染。也描述了通過使用III族金屬共晶的氫化物氣相外延進(jìn)行對III族氮化物的摻雜。在一個實施方式中，提供用于p型或n型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的源，所述源包括與III族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。在一個實施方式中，提供用于執(zhí)行p型或n型III族氮化物外延膜的HVPE沉積的方法，所述方法包括使用與III族物種的液相機(jī)械(共晶)混合物。
文檔編號H01L33/04GK102484175SQ201080039739
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者H·科吉里, L·陳, O·克利里歐科, Y·梅爾尼克, 石川哲也, 蘇杰 申請人:應(yīng)用材料公司