[发明专利]具有氢扩散阻挡层的III-V族发光微像素阵列装置的装置及方法

说明书

本发明提供固态发光微像素阵列结构，具有氢阻挡层以最小化或消除由氢扩散引起的掺杂氮化镓结构的非理想钝化。

相关申请的交叉引用

本申请案要求2018年6月12日申请的美国临时申请案第62/684,106号的权利，所述申请案的公开内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及发光装置和结构。更具体地说，本发明涉及包括用于改进的装置性能的一或多个氢阻挡层的III-V族半导体发光装置和结构。

本发明大体上适用于基于III族氮化物的装置(例如LED、微LED)的领域，且具体地说，适用于CMOS集成微LED阵列发射装置。在一个实施例中，公开最小化或消除氢在发光装置中到掺杂GaN材料中的扩散的装置和制造方法。消除或减少半导体发光结构中的氢暴露路径能够有益地实现掺杂GaN材料自身的稳定性。在本发明中减少氢暴露能够改进所述领域中的装置性能和装置操作。

背景技术

三维或“3D”半导体集成能够改进半导体集成电路(integrated circuit，IC)的性能且能够经由不同材料层的异构集成提升基于Si的IC平台的功能(参看G.Q.张(G.Q.Zhang)和A.J.范罗斯马伦(A.J.van Roosmalen)，“超越摩尔定律：创造高价值的微/纳米电子系统(More than Moore:Creating High Value Micro/NanoelectronicsSystems)”，斯普林格出版社)。这类装置的一个非限制性实例是称作“量子光子成像器”显示器或显示器的CMOS/III-V族集成3D微LED阵列发射装置(参看美国专利第7,623,560、7,767,479、7,829,902、8,049,231、8,243,770、8,567,960号)。是本申请的申请人奥斯坦德技术(Ostendo Technologies)公司的注册商标。

这类发射微米级像素(即，微像素)阵列成像器装置在例如以下各项中公开：美国专利第7,623,560号、美国专利第7,767,479号、美国专利第7,829,902号、美国专利第8,049,231号、美国专利第8,243,770号、美国专利第8,567,960号以及美国专利第8,098,265号，所述专利中的每一个的全部内容以引用的方式并入本文中。

所公开的QPI显示器装置理想地在包含所有所需图像处理控制电路的极小装置配置中具有高亮度、极快多色光强度以及空间调制能力。这些所公开装置的固态光(solidstate light，SSL)发射像素可以是发光二极管(light emitting diode，LED)或激光二极管(laser diode，LD)或两者，具有由容纳在CMOS控制器芯片(或装置)内的控制电路管理的开/关状态，QPI显示成像器的发射微米级像素阵列根据其结合及电子耦合。

包括QPI显示器的像素的大小可以在约5微米到20微米的范围内，其中典型芯片级发射表面面积在约15平方毫米到150平方毫米的范围内。上述发射微米级像素阵列显示装置的像素可通过其CMOS控制器芯片的驱动电路分别在空间、色度以及时间上进行寻址。由这类QPI成像器装置产生的光的亮度可在适当低功耗下达到100,000s cd/m²的倍数。

在例如QPI显示器的装置中，各种材料沉积工艺的制造期间的反复氢暴露以及热循环期间从装置中的含氢介电质释放(即，脱附)氢可导致基于GaN的发光装置明显劣化。装置制造期间氢和热暴露最常见的有害结果之一是掺杂GaN材料在发光结构自身中意外钝化。另外，氢可不利地影响p-接触层和GaN界面层。

所需的是一种使用工艺及含有结构来制造的装置，所述工艺和结构在沉积过程期间或在热循环期间或两者期间(由于含氢介电质和工艺的氢释放)减轻或消除底层GaN的氢暴露。

附图说明

本文中的实施例借助于实例而非限制在附图的图中示出，在附图中相似编号指示相似或类似元件。