專(zhuān)利名稱(chēng)：生長(zhǎng)在模板上以減小應(yīng)變的Ⅲ-氮化物發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體發(fā)光器件的生長(zhǎng)技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光器件包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管 (CLED)、垂直腔發(fā)光二極管(VCLED)以及邊發(fā)射激光器，這些器 件當(dāng)前可用于最高效的光源之中。在制造能夠在UV、可見(jiàn)光以及可能 的紅外光語(yǔ)范圍內(nèi)工作的高亮度發(fā)光器件中當(dāng)前感興趣的材料系統(tǒng)包 括III-V族半導(dǎo)體，尤其是稼、鋁、銦和氮的二元、三元以及四元合金，
也被稱(chēng)為ni氮化物材料。典型地，通過(guò)利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積
(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術(shù)以在藍(lán)寶石、碳化
硅、in氮化物或者其它適合襯底上外延生長(zhǎng)不同組分和摻雜濃度的一堆
半導(dǎo)體層，來(lái)制作III氮化物發(fā)光器件。該堆(stack)往往包括在襯底上 形成的摻雜有例如Si的一個(gè)或更多n型層、在n型層上形成的有源區(qū)中 的一個(gè)或更多發(fā)光層、以及在有源區(qū)上形成的摻雜有例如Mg的一個(gè)或 更多p型層。在n型區(qū)和p型區(qū)上形成電觸點(diǎn)。這些ffl-氮化物材料對(duì)于 其它光電子以及電子器件(比如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和探測(cè)器)而言 也是備受關(guān)注的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的實(shí)施例中，包含in-氮化物器件的發(fā)光層的器件層生長(zhǎng)在
被設(shè)計(jì)用以減小器件中特別是發(fā)光層中應(yīng)變(strain)的模板(template ) 上。這個(gè)應(yīng)變可以被如下定義給定層具有與和該層相同組分的獨(dú)立式 材料的晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)的體(bulk)晶格常數(shù)abulk以及與生長(zhǎng)在結(jié)構(gòu)中 的該層的晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)的面內(nèi)晶格常數(shù)ain-plane。層中的應(yīng)變量是形成
特定層的材料的面內(nèi)晶格常數(shù)和器件中該層的體晶格常數(shù)之間的差除 以體晶格常數(shù)。
減小發(fā)光器件中的應(yīng)變可以提高器件的性能。模板可以將發(fā)光層的 晶格常數(shù)擴(kuò)展超過(guò)可從常規(guī)生長(zhǎng)模板獲得的晶格常數(shù)的范圍。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)光層中的應(yīng)變小于1%。
在一些實(shí)施例中，模板包括在低溫下生長(zhǎng)的兩層，即直接在襯底上
生長(zhǎng)的無(wú)銦成核(nucleation)層比如GaN以及在無(wú)銦層上生長(zhǎng)的含銦 層比如InGaN。這兩層都可以是非單晶層。在一些實(shí)施例中，諸如GaN 層的單晶層可以生長(zhǎng)在成核層和含銦層之間。在一些實(shí)施例中，諸如 GaN、 InGaN或AlInGaN的單晶層可以生長(zhǎng)在^氐溫含銦層上。
在一些實(shí)施例中，模板還包括多層堆或漸變(graded)區(qū)，或者通 過(guò)一種包括熱退火或熱循環(huán)生長(zhǎng)步驟的工藝來(lái)形成。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的器件的一部分的橫截面圖。 分的橫截面圖。
'.、—口、 ' - 、 °口' 、 J
圖3是包括在多個(gè)低溫成核層上生長(zhǎng)的低溫InGaN層的器件的 一部
分的橫截面圖。
圖4是包括在常規(guī)低溫成核層上生長(zhǎng)的多個(gè)低溫層的器件的 一部分 的橫截面圖。
圖5是包括不止一組低溫成核層和低溫InGaN層的器件的一部分的 橫截面圖。
圖6是包括多個(gè)低溫InGaN層的器件的一部分的橫截面圖。 圖7是圖6的結(jié)構(gòu)在退火并生長(zhǎng)器件層后的橫截面圖。 圖8是包括在高溫GaN層后生長(zhǎng)的低溫InGaN層的器件的一部分 的橫截面圖。
圖9是包括在低溫InGaN層后生長(zhǎng)的高溫InGaN層的器件的 一部分
的橫截面圖。
圖10是包括在高溫GaN層后生長(zhǎng)的低溫InGaN層后生長(zhǎng)的高溫 InGaN層的器件的一部分的橫截面圖。
圖11是包括在兩個(gè)高溫InGaN層之間設(shè)置的低溫InGaN層的器件
的一部分的橫截面圖。
圖12是包括在低溫InGaN層上生長(zhǎng)的兩個(gè)高溫InGaN層的器件的 一部分的橫截面圖。
圖13是包括通過(guò)熱循環(huán)生長(zhǎng)所生長(zhǎng)的多個(gè)富銦層和貧銦層的器件
5的一部分的橫截面圖。圖14是包括低溫層和漸變組分層的器件的一部分的橫截面圖。圖15是包括GaN成核層和厚高溫GaN層的若干器件以及包括低溫 InGaN層和厚高溫GaN層的若干器件的、作為a-晶格常數(shù)的函數(shù)的c-晶格常數(shù)的曲線(xiàn)圖。圖16是若干器件的c-晶格常數(shù)和a-晶格常數(shù)的曲線(xiàn)圖。 圖17說(shuō)明了諸如藍(lán)寶石的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的若干主晶面。 圖18說(shuō)明了從其去除了生長(zhǎng)襯底的倒裝發(fā)光器件的一部分。 圖19是封裝后的發(fā)光器件的分解圖。
具體實(shí)施方式
半導(dǎo)體發(fā)光器件的性能可以通過(guò)測(cè)量外部量子效率來(lái)計(jì)量，所述外 量子效率測(cè)量每向器件供給一個(gè)電子從器件中提取的光子數(shù)。當(dāng)施加到 常規(guī)III-氮化物發(fā)光器件上的電流密度增加時(shí)，器件的外量子效率起初增 加，然后降低。當(dāng)電流密度增加越過(guò)零時(shí)，外量子效率增加，在給定電 流密度(例如，對(duì)于一些器件是在大約10 A/cm2)時(shí)達(dá)到峰值。當(dāng)電流 密度增加超過(guò)該峰值時(shí)，外量子效率起初快速下降，然后在更高電流(例 如，對(duì)于一些器件是超過(guò)200 A/cm2)時(shí)該降低變慢。器件的外量子效 率還隨著發(fā)光區(qū)的InN組分增加以及隨著發(fā)射光的波長(zhǎng)增加而降低。一種用于在高電流密度時(shí)減小或反轉(zhuǎn)量子效率下降的技術(shù)是形成 較厚的發(fā)光層。然而，由于II-氮化物器件層中的應(yīng)變，厚III-氮化物發(fā) 光層的生長(zhǎng)很難。而且，為了獲得較長(zhǎng)波長(zhǎng)的發(fā)射，引入較高InN組分 是所期望的。然而，由于III-氮化物器件層中的應(yīng)變，高InN組分的m-氮化物發(fā)光層的生長(zhǎng)很難。因?yàn)樽匀籱 -氮化物生長(zhǎng)襯底通常很昂貴、不可廣泛得到并且不實(shí)用于生長(zhǎng)商業(yè)器件，所以III-氮化物器件往往生長(zhǎng)在藍(lán)寶石(Ah03)或SiC襯底上。這種非自然襯底具有與在襯底上生長(zhǎng)的ni-氮化物器件層的體晶 格常數(shù)不同的晶格常數(shù)、與器件層不同的熱膨脹系數(shù)以及不同的化學(xué)及 結(jié)構(gòu)屬性，導(dǎo)致器件層中的應(yīng)變以及器件層和襯底之間的化學(xué)及結(jié)構(gòu)失配。這種結(jié)構(gòu)失配的示例能夠包括例如GaN的晶體結(jié)構(gòu)和GaN生長(zhǎng)在 其上的藍(lán)寶石襯底的晶體結(jié)構(gòu)之間的面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。如本文所用的，"面內(nèi)"晶格常數(shù)指的是器件內(nèi)層的實(shí)際晶 常數(shù)，而"體"晶格常數(shù)指的是給定組分的松弛獨(dú)立式材料的晶格常數(shù)。層中 的應(yīng)變量被定義在等式(1)中應(yīng)變=s = ( ain-piane-abulk ) /abuik (1) 注意，應(yīng)變s在等式(1)中可以是正或者是負(fù)，即s〉0或sO。在 無(wú)應(yīng)變薄膜中，aln-plane = abulk，因此等式(l)中s-0。 s-0的薄膜被稱(chēng) 為處于拉伸應(yīng)變或者處于拉伸，而s<0的薄膜稱(chēng)為處于壓縮應(yīng)變或者處 于壓縮。拉伸應(yīng)變的示例包括在無(wú)應(yīng)變GaN上生長(zhǎng)的應(yīng)變AlGaN薄膜或者在無(wú)應(yīng)變InGaN上生長(zhǎng)的應(yīng)變GaN薄膜。在這兩種情況下，應(yīng)變 薄膜的體晶格常數(shù)小于該應(yīng)變薄膜生長(zhǎng)在其上的無(wú)應(yīng)變層的體晶格常數(shù)，因此應(yīng)變薄膜的面內(nèi)晶格常數(shù)被拉長(zhǎng)以匹配無(wú)應(yīng)變層的晶格常數(shù)， 得出等式(1 )中s>0，據(jù)此該薄膜被稱(chēng)為處于拉伸。壓縮應(yīng)變的示例包 括在無(wú)應(yīng)變GaN上生長(zhǎng)的應(yīng)變InGaN薄膜或者在無(wú)應(yīng)變AlGaN上生長(zhǎng) 的應(yīng)變GaN薄膜。在這兩種情況下，應(yīng)變薄膜的體晶格常數(shù)大于該應(yīng)變 薄膜生長(zhǎng)在其上的無(wú)應(yīng)變層的體晶格常數(shù)，因此應(yīng)變薄膜的面內(nèi)晶格常 數(shù)被壓縮以匹配無(wú)應(yīng)變層的晶格常數(shù)，得出等式(1 )中s<0,據(jù)此該薄 膜被稱(chēng)為處于壓縮。在拉伸薄膜中，應(yīng)變使得原子彼此拉開(kāi)以便增加面內(nèi)晶格常數(shù)。這 種拉伸應(yīng)變往往是不期望的，因?yàn)楸∧た赡芡ㄟ^(guò)破裂而對(duì)拉伸應(yīng)變做出 響應(yīng)，這就降低了薄膜中的應(yīng)變但是損壞了薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)完整性。 在壓縮薄膜中，應(yīng)變使得原子擠到一起，這種后果例如會(huì)降低諸如銦的 大原子到InGaN薄膜中的引入，或者會(huì)降低InGaN LED中InGaN有源 層的材料質(zhì)量。在許多情況下，拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變都是不期望的，因 而降低器件的各層中的拉伸應(yīng)變或壓縮應(yīng)變是有益的。在這種情況下， 引用應(yīng)變的絕對(duì)值或幅度就更方便，如等式(2)所定義的。如本文所 用的，術(shù)語(yǔ)"應(yīng)變"應(yīng)理解成意指應(yīng)變的絕對(duì)值或幅度就更方便，如等 式2所定義的。應(yīng)變=|s| = I ( ain-piane-abuik ) |/abuik (2) 當(dāng)III -氮化物器件常規(guī)地生長(zhǎng)在A1203上時(shí)，在襯底上生長(zhǎng)的第 一 結(jié) 構(gòu)通常是具有大約3.189A或更小的面內(nèi)a-晶格常數(shù)的GaN模板層。GaN 模板作為發(fā)光區(qū)的晶格常數(shù)模板，原因在于其設(shè)定了在模板層上生長(zhǎng)的 所有器件層(包括InGaN發(fā)光層)的晶格常數(shù)。因?yàn)镮nGaN的體晶格常 數(shù)大于常規(guī)GaN模板的面內(nèi)晶格常數(shù)，所以發(fā)光層在生長(zhǎng)到常規(guī)GaN模板上時(shí)被壓縮應(yīng)變。例如，被配置成發(fā)射大約450 nm光的發(fā)光層可 以具有組分Ino.16Gaa84N,即一種具有3.242A的體晶才各常數(shù)的組分，相 比而言GaN的晶格常數(shù)為3.189A。當(dāng)發(fā)光層中的InN組分增加(這在 器件中被設(shè)計(jì)用于發(fā)射較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光)時(shí)，發(fā)光層的壓縮應(yīng)變也增加。如果應(yīng)變層的厚度增加超過(guò)臨界值，則在層內(nèi)形成位錯(cuò)或其它缺陷 以減小與應(yīng)變相關(guān)聯(lián)的能量，如在Tomiya等人的/VoceW/"^ o/ 5尸/￡ 第6133巻第613308-1-613308-10頁(yè)(2006)中所描述的，該文獻(xiàn)并入 本文以供參考。結(jié)構(gòu)缺陷可能與非輻射(non-radiative )復(fù)合中心相關(guān)聯(lián)， 這些非輻射復(fù)合中心會(huì)顯著地減小器件的量子效率。結(jié)果，發(fā)光層的厚 度必須保持低于這個(gè)臨界厚度。當(dāng)InN組分和峰值波長(zhǎng)增大時(shí)，發(fā)光層 中的應(yīng)變?cè)黾?，因而發(fā)光層的臨界厚度降低。即使發(fā)光層的厚度保持低于臨界厚度，InGaN合金在特定組分和溫 度下仍是熱力學(xué)不穩(wěn)定的，如在Ponce等人的尸/ ，/c" Sto/w So/,力笫B 240巻第273-284頁(yè)(2003 )中所描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。 例如，在典型用于InGaN生長(zhǎng)的溫度下，InGaN可能表現(xiàn)出旋節(jié)線(xiàn)分解， 其中組分均勻的InGaN層轉(zhuǎn)化成具有高于平均InN組分區(qū)和低于平均 InN組分區(qū)的層。InGaN發(fā)光層中的旋節(jié)線(xiàn)分解產(chǎn)生了非輻射復(fù)合中心 并且可能增加內(nèi)部吸收，這可能減小器件的量子效率。旋節(jié)線(xiàn)分解的問(wèn) 題隨著發(fā)光層的厚度增加、隨著發(fā)光層中的平均InN組分增加和/或隨著 發(fā)光層中的應(yīng)變?cè)黾佣訃?yán)重。例如，在發(fā)光層生長(zhǎng)在GaN模板上且 被配置成發(fā)射550nm光的情況下，>20%的InN組分和>30 A的優(yōu)選厚 度的組合就超過(guò)了旋節(jié)線(xiàn)分解極限。因而，如上所述，期望的是增加發(fā)光層的厚度以減小或消除當(dāng)電流 密度增加時(shí)出現(xiàn)的外量子效率的下降，或者期望的是增加InN組分以獲 得較長(zhǎng)的發(fā)射波長(zhǎng)。在這兩種情況下，必要的是減小發(fā)光層中的應(yīng)變以 便生長(zhǎng)更厚或更高組分的發(fā)光層、通過(guò)增加臨界厚度將缺陷數(shù)量保持在 可接受的范圍內(nèi)、以及增加層能夠生長(zhǎng)的厚度而沒(méi)有旋節(jié)線(xiàn)分解。本發(fā) 明的實(shí)施例被設(shè)計(jì)成減小III-氮化物器件的器件層中的應(yīng)變，特別是發(fā)光 層中的應(yīng)變。圖1說(shuō)明了具有在襯底1上生長(zhǎng)的常規(guī)成核層2的器件。 一個(gè)或更 多高溫層3和5可以生長(zhǎng)在成核層2上，并且器件層6可以生長(zhǎng)在高溫 層3或5上。用于減小III-氮化物發(fā)光層中的應(yīng)變的先前方法包括在聚結(jié)GaN區(qū)3上生長(zhǎng)高溫、基本單晶InGaN區(qū)5,如圖1所示和美國(guó)專(zhuān)利 6,489,636所描述的；或者直"l妾在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)含銦成核層2,如圖 1所示和英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB 2 338 107A所描述的。然而，在聚結(jié)GaN上 生長(zhǎng)的InGaN區(qū)典型地不會(huì)有效地松弛(relax )因而提供應(yīng)變和相關(guān)缺 陷的有效減小，該方法被描述于英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB 2 338 107A中，其包包括高位錯(cuò)密度、粗糙表面以及高雜質(zhì)(比如碳和氧)濃度。因而，必 要的是不僅控制器件層中的應(yīng)變而且要控制位錯(cuò)密度和表面粗糙度。另一種控制諸如圖1所示的常規(guī)GaN模板中的應(yīng)變的方法是控制 GaN模板中的位錯(cuò)(dislocation)密度，如在B6ttcher等人的 尸一c"e討第78巻第1976-1978頁(yè)(2001 )中所描述的，該文獻(xiàn)并入 本文以供參考。在這個(gè)方法中，a-晶格常數(shù)隨著線(xiàn)位錯(cuò)密度(TDD)的 增大而增大。雖然a-晶格常數(shù)和線(xiàn)位錯(cuò)密度之間的確切關(guān)系取決于許多 因素，包括Si濃度、生長(zhǎng)溫度以及模板厚度，但是常規(guī)GaN模板中a-晶格常數(shù)和線(xiàn)位錯(cuò)密度之間的近似關(guān)系可以被描述為a—謹(jǐn)=3.1832 + 9.578 x 10""TDD ( 3 )根據(jù)等式(3)要注意，3.189A的面內(nèi)a-晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)于大約6x 10、m^的線(xiàn)位錯(cuò)密度。雖然能夠利用不同的Si濃度、不同的生長(zhǎng)溫度 或者不同的模板厚度以較低的線(xiàn)位錯(cuò)密度獲得這個(gè)a-晶格常數(shù)，但是發(fā) 明人觀察到a-晶格常數(shù)大于3.189A的常規(guī)GaN模板通常具有至少2 x 10、m」的線(xiàn)位錯(cuò)密度。通過(guò)改變諸如圖1中的常規(guī)GaN模板的線(xiàn)位錯(cuò) 密度，發(fā)明人已將常規(guī)GaN模板中的面內(nèi)a-晶格常數(shù)在從大約3.1832A 到大約3.1919A的范圍內(nèi)進(jìn)行改變。雖然增加線(xiàn)位錯(cuò)密度因而通常在增加常規(guī)GaN模板中的面內(nèi)a-晶 格常數(shù)方面是有效的，但是這種方法有若干缺點(diǎn)。例如，諸如位錯(cuò)的缺 陷作為非輻射復(fù)合中心，這會(huì)降低III-氮化物發(fā)光器件的外量子效率，如 在Koleske等人的如編尸—'"丄e旨第81巻第1940-1942頁(yè)(2002 ) 中所描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。因此，期望的是減小位錯(cuò)密度 以便增加外量子效率。而且，當(dāng)在常規(guī)GaN模板中面內(nèi)a-晶格常數(shù)接近 和超過(guò)大約3.189A時(shí)，GaN層由于過(guò)度張應(yīng)力而容易破裂，如在Romano 等人的Jowt2"/ 0/y^p"e6/尸一wc^第87巻第7745-7752頁(yè)(2000 )中所 描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。因此，期望的是打破a-晶格常數(shù)和9是通過(guò)二元組分的GaN模板進(jìn)行管制的。 特別地，獲得低應(yīng)變的有源層以及低線(xiàn)位錯(cuò)密度的^t板是增加外量子效 率和III-氮化物L(fēng)ED波長(zhǎng)的重要目標(biāo)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，器件 層所生長(zhǎng)的模板基本是無(wú)破裂的并且結(jié)合了高達(dá)3.200A的面內(nèi)a-晶格 常數(shù)和低于2 x 109 cm —2的線(xiàn)位錯(cuò)密度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件的器件層生長(zhǎng)在結(jié)構(gòu)上，該 結(jié)構(gòu)在本文中被稱(chēng)為模板，包含用于控制器件層中的晶格常數(shù)(以及因 此應(yīng)變)的元件。增加器件中的晶格常數(shù)的結(jié)構(gòu)可以引起不期望增加的 表面粗糙度或者增加的線(xiàn)位錯(cuò)密度，因而該模板還可以包括用于控制器 件層中(尤其是發(fā)光區(qū)中)線(xiàn)位錯(cuò)密度和表面粗糙度的元件。該模板設(shè) 定模板上半導(dǎo)體層的線(xiàn)位錯(cuò)密度和晶格常數(shù)。該模板用作從GaN的晶格 常數(shù)到與發(fā)光層的體晶格常數(shù)更接近匹配的晶格常數(shù)的晶格常數(shù)過(guò)渡。 與常規(guī)模板上生長(zhǎng)的器件中可得到的晶格常數(shù)相比，由模板設(shè)定的晶格 常數(shù)能夠與器件層的體晶格常數(shù)更接近匹配，導(dǎo)致與常規(guī)GaN模板上生 長(zhǎng)的器件中相比在可接受的線(xiàn)位錯(cuò)密度和表面粗糙度時(shí)應(yīng)變更小。上面所涉及的器件層包括夾在至少一個(gè)n型層和至少一個(gè)p型層之 間的至少 一個(gè)發(fā)光層。不同組分和摻雜濃度的附加層可以被包含在n型 區(qū)、發(fā)光區(qū)和p型區(qū)中的每一個(gè)中。例如，n型區(qū)和p型區(qū)可以包括相 反導(dǎo)電類(lèi)型的層或者非故意摻雜的層、為便于后面剝離生長(zhǎng)襯底或在襯 底去除后減薄半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的剝離層(release layer)、以及針對(duì)為 發(fā)光區(qū)高效發(fā)射光所需的特定光學(xué)或電學(xué)屬性而設(shè)計(jì)的層。在一些實(shí)施 例中，夾住發(fā)光層的n型層可以是模板的一部分。在下面描述的實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)發(fā)光層中的InN組分可以很低 以致器件發(fā)射藍(lán)光或UV光，或者很高以致器件發(fā)射綠光或較長(zhǎng)波長(zhǎng)的 光。在一些實(shí)施例中，器件包括一個(gè)或多個(gè)量子阱發(fā)光層。多個(gè)量子阱 可以由阻擋層進(jìn)行分離。例如，每個(gè)量子阱可以具有大于15A的厚度。在一些實(shí)施例中，器件的發(fā)光區(qū)是單個(gè)厚發(fā)光層，其厚度在50和 600A之間，更優(yōu)選地在100和250A之間。最優(yōu)厚度可能取決于發(fā)光層 內(nèi)的缺陷數(shù)量。發(fā)光區(qū)中的缺陷濃度優(yōu)選地限制為小于109 cm-2,更優(yōu) 選地限制為小于108cm-2，更優(yōu)選地限制為小于107cnT2，且更優(yōu)選地限 制為小于106 cm-2。在一些實(shí)施例中，器件中的至少一個(gè)發(fā)光層利用諸如Si的摻雜劑被10摻雜成1 x 10"cmJ和1 x 102Q cm^之間的摻雜濃度。Si摻雜可以影響發(fā) 光層中的面內(nèi)a晶格常數(shù)，可能進(jìn)一步減小發(fā)光層中的應(yīng)變。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該模板包括至少一個(gè)低溫InGaN層。已 觀察到H2會(huì)影響InGaN薄膜中銦的引入，如在Bosi和Fornari的Jow""/ 。/0，/ G /z第265巻第434-439頁(yè)(2004 )中所描述的,該文獻(xiàn)并 入本文以供參考。各種其它參數(shù)，比如生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)壓力、生長(zhǎng)速率 以及NH3流量，也會(huì)影響InGaN薄膜中銦的引入，如在Oliver等人的 Jow謹(jǐn)/ 0/柳/,^尸一^第97巻第013707-1-013707-8頁(yè)(2005 )中所 部分地描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考?？勺兊腍2流量因而有時(shí)一皮 用作一種控制InGaN或AUnGaN薄膜中的InN組分的手段。在一些實(shí)施 例中，因此在模板生長(zhǎng)期間利用流到反應(yīng)器內(nèi)的可變H2流量、可變N2 流量或可變NH3流量中的一個(gè)或多個(gè)來(lái)生長(zhǎng)本文所描述的模板。在其他2生長(zhǎng)模板。在另一些實(shí):例中:在模::k期間利;可口變H2流量y可變N2流量、可變NH3流量、可變溫度、可變壓力或者可變生長(zhǎng)速率 中的一個(gè)或多個(gè)的任意組合來(lái)生長(zhǎng)模板。圖2說(shuō)明了本發(fā)明的第一實(shí)施例。常規(guī)低溫成核層22直接生長(zhǎng)在 藍(lán)寶石襯底20的表面上。成核層22典型地是在400和750。C之間的溫 度下生長(zhǎng)到厚度例如高達(dá)500埃的低質(zhì)量非單晶層，比如無(wú)定形的、多 晶的或立方相的GaN層。第二層26也在低溫下生長(zhǎng)到成核層22上。低溫層26可以例如是 在400和750。C之間、更優(yōu)選在450和65CTC之間、更優(yōu)選在500和600 。C之間的溫度下生長(zhǎng)到厚度例如高達(dá)500埃的低質(zhì)量非單晶層，比如無(wú) 定形的、多晶的或立方相的in-氮化物層。在一些實(shí)施例中，低溫層26 小于300埃厚。低溫層26可以例如是InGaN層，其lnN組分大于Oyo 且往往小于20 % 、更優(yōu)選地在3 %和6 %之間、更優(yōu)選地在4 %和5 %之 間。在一些實(shí)施例中，低溫層26中的InN組分很小，例如小于2%。該 結(jié)構(gòu)可以在生長(zhǎng)成核層22后^f旦在生長(zhǎng)低溫層26前、在生長(zhǎng)低溫層26 后進(jìn)行退火或者在這兩個(gè)時(shí)間都進(jìn)行退火。例如，該結(jié)構(gòu)可以在950和 1150。C之間的溫度下退火30秒到30分之間，通常在H2和NHs; N2和 NH3;或者Hb、 N2和NH3的環(huán)境中。在一些實(shí)施例中，Ga、 Al或In前 驅(qū)物(precursor)可以在至少部分退火過(guò)程期間#皮引入。然后在低溫層26上生長(zhǎng)器件層10。低溫層26可以將器件層10的晶格常數(shù)擴(kuò)展超過(guò) 利用諸如常規(guī)G aN模板的常規(guī)成核層結(jié)構(gòu)可獲得的晶格常數(shù)范圍。晶格 常數(shù)的擴(kuò)展是因?yàn)榈蜏貙?6生長(zhǎng)得與底層(underlying layer )不相稱(chēng)而 發(fā)生的，而后者是由于GaN成核層具有與其生長(zhǎng)其上的藍(lán)寶石或SiC或 者其它襯底不同的晶格常數(shù)所致。因而，如上所述，低溫層26用作從 成核層22的晶格常數(shù)到更大晶格常數(shù)的過(guò)渡。利用如圖2所示的低溫 InGaN層26的III-氮化物器件可以生長(zhǎng)的質(zhì)量要比利用直接在襯底上生 長(zhǎng)的含InN成核層2的ffl-氮化物器件高，后者例如如圖1所示并且描述 于英國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)GB 2 338 107 A中。在一些實(shí)施例中，低溫層26可以由AlGaN或AlInGaN而不是InGaN 組成，以致低溫層26降低由成核層22建立的晶格常數(shù)以便降低UV器 件的AlGaN發(fā)光區(qū)中的拉伸應(yīng)變。這種器件的發(fā)光有源層可以例如是 AlGaN或AlInGaN。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，圖2所示的器件可以包括一個(gè)或更多個(gè) 多層堆。多層堆的示例包括多個(gè)成核層22或多個(gè)低溫層26。例如，一 個(gè)或更多附加GaN成核層可以設(shè)置在襯底20和InGaN低溫層26之間， 如圖3所示?？蛇x地，多個(gè)InGaN低溫層26可以在成核層22之后生長(zhǎng)， 如圖4所示。在包括具有多層堆的模板的器件的另一示例中，GaN低溫 層22后面是InGaN低溫層26的序列可以被重復(fù)一次或更多次，如圖5 所示。多個(gè)成核層或低溫層的使用可以減小器件中的線(xiàn)位錯(cuò)密度和堆疊 缺陷(stacking fault)密度。在一些實(shí)施例中，圖4或圖5中的多個(gè)^氐溫層26可以具有不相等 的InN組分、或不相等的厚度，如由圖6中的多個(gè)低溫層32、 34和36 所示。圖6所示的結(jié)構(gòu)可以直接生長(zhǎng)在常規(guī)襯底20上或者在成核層22 上，如圖2所示。最接近襯底的低溫層即層32可以具有最高的銦組分， 而離襯底最遠(yuǎn)的低溫層即層36可以具有最低的銦組分。在另一實(shí)施例 中，最接近襯底的低溫層即層32可以具有最低的銦組分，而離襯底最 遠(yuǎn)的低溫層即層36可以具有最高的銦組分?？蛇x地，可以使用低溫層 的任意序列。可以在頂部低溫層上形成GaN蓋層38。每個(gè)低溫層不必 是相同厚度。例如，較低銦組分的層可以比較高銦組分的層更厚?？梢?使用多于或少于圖6所示的三個(gè)低溫層。另外，圖6所示的低溫層的多 個(gè)堆可以被包含在器件中。每個(gè)這些層的厚度都可以從10埃變化到IOOO?；蚋蠛穸?。在生長(zhǎng)一個(gè)或多個(gè)層32、 34、 36或38后，可以退火圖6所示的結(jié) 構(gòu)一次或多次。這個(gè)退火過(guò)程可以使InGaN低溫層32、 34或36與GaN 蓋層38相互混合以形成如圖7所示的單個(gè)InGaN區(qū)35，在該InGaN區(qū) 35上生長(zhǎng)器件層10。圖6中的GaN蓋層38可以減少退火期間^皮趕出 InGaN低溫層32、 34和36的InN量。退火的條件被選擇成使得最終結(jié) 構(gòu)具有光滑表面和低缺陷密度。在一些實(shí)施例中，該退火包括生長(zhǎng)暫停。 例如，該結(jié)構(gòu)可以在950和1150°C之間的溫度下退火30秒到30分之間。 在生長(zhǎng)低溫層32、 34和36后，溫度可以升高到蓋層38或待生長(zhǎng)的下 一層的生長(zhǎng)溫度，于是在生長(zhǎng)蓋層38或下一層之前存在生長(zhǎng)暫停。在 另一些實(shí)施例中，退火僅僅是在生長(zhǎng)低溫層32、 34和36后將生長(zhǎng)反應(yīng) 器中的溫度增加到蓋層38的生長(zhǎng)溫度。在一些實(shí)施例中，蓋層38的生 長(zhǎng)在生長(zhǎng)反應(yīng)器中的溫度到達(dá)蓋層38的期望生長(zhǎng)溫度前開(kāi)始。在一些 實(shí)施例中，蓋層38可以在與用于生長(zhǎng)成核層22的溫度類(lèi)似的低溫度下 進(jìn)行生長(zhǎng)。在低溫層32、 34和36以及蓋層38的結(jié)構(gòu)中，低InN組分 層可以有助于抑制在退火期間從高I nN組分層中損失I nN 。圖3或4或5中的多層堆或者圖6中的漸變含InN層32、 34及36 以及圖7中的漸變含InN層35可以替代本文所描述的任一實(shí)施例中所 示的單個(gè)低溫層26。如本文所用的，術(shù)語(yǔ)"漸變"在描迷器件中的一層 或多層中的組分或摻雜濃度時(shí)意指涵蓋任何以除了組分和/或摻雜濃度 的單個(gè)階梯之外的任何方式實(shí)現(xiàn)組分和/或摻雜濃度的變化的結(jié)構(gòu)。每個(gè) 漸變層可以一堆子層，每個(gè)子層具有與和其相鄰的每一子層不同的摻雜 濃度或組分。如果這些子層具有可分辨的厚度，則漸變層是階梯漸變層。 在一些實(shí)施例中，階梯漸變層中的這些子層的厚度可以從幾十埃變化到 幾千埃。在各個(gè)子層的厚度接近零的極限時(shí)，漸變層是連續(xù)漸變區(qū)。構(gòu) 成每個(gè)漸變層的這些子層能夠被布置為形成組分和/或摻雜濃度相對(duì)厚 度的各種分布，包括但不限于線(xiàn)性漸變、拋物線(xiàn)漸變和冪律漸變。而且， 漸變層不限于單個(gè)漸變分布，而是可以包括具有不同漸變分布的部分以 及具有基本恒定組分和/或摻雜濃度區(qū)的一個(gè)或更多部分。在一個(gè)示例中，層32、 34和36可以由InGaN組成，其InN組分分 別為9%、 6%和3%。在另一示例中，層32、 34和36可以具有9%、 3 %和9%的InN組分。在退火后，圖7中的混合區(qū)35的InN組分可以/人底部到頂部單調(diào)降低、從底部到頂部單調(diào)增加、或者以非單調(diào)方式改變。 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件的器件層生長(zhǎng)在模板 上，該模板包括在高溫層上生長(zhǎng)的至少一個(gè)低溫層。例如，高溫層可以 建立低線(xiàn)位錯(cuò)密度和光滑表面形貌，而低溫層為生長(zhǎng)在模板上的層建立 擴(kuò)展的晶格常數(shù)。晶格常數(shù)的擴(kuò)展是因?yàn)榈蜏貙?6生長(zhǎng)得與底層不相
稱(chēng)而發(fā)生的，而后者是由于GaN成核層具有與其生長(zhǎng)其上的藍(lán)寶石或 SiC或者其它襯底不同的晶格常數(shù)所致。圖8是這種器件的一部分的橫 截面視圖。
在圖8所示的器件中，高溫層24生長(zhǎng)在成核層22上，該成核層22 與上面關(guān)于圖2所描述的成核層22相同。高溫層24可以例如是在卯0 和1150。C之間的溫度下生長(zhǎng)到厚度至少500埃的高質(zhì)量晶體GaN、 InGaN、 AlGaN或AlInGaN層。
在生長(zhǎng)高溫層24后，使溫度下降并生長(zhǎng)低溫層26。在一些實(shí)施例 中，低溫層26以0.1和10 A/s之間、更優(yōu)選小于5 A/s、更優(yōu)選0.5和2 A/s之間的生長(zhǎng)速率來(lái)生長(zhǎng)，以避免不期望的粗糙表面。低溫層26可以 例如是在400和750。C之間、更優(yōu)選在450和650。C之間、更優(yōu)選在500 和600。C之間的溫度下生長(zhǎng)到厚度例如高達(dá)500埃的低質(zhì)量非單晶層， 比如無(wú)定形的、多晶的或立方層。在較高溫度下，低溫層26可能復(fù)制 底層的晶格常數(shù)，而不是如所期望的那樣松弛或建立其自己的晶格常 數(shù)。低溫層26在足夠低的溫度下進(jìn)行生長(zhǎng)以使其不復(fù)制高溫層24的晶 格常數(shù)；相反，低溫層26可以具有比高溫層24的晶格常數(shù)更大的晶格 常數(shù)，這可能是由于低溫層26的較差質(zhì)量所致。低溫層26可以例如是 InN組分在1 %和20 %之間、更優(yōu)選地在3 %和6 %之間、更優(yōu)選地在4 %和5 %之間的InGaN層。低溫層26用作從GaN成核層22的晶才各常數(shù) 到與器件的發(fā)光層的體晶格常數(shù)更接近地匹配的較大晶格常數(shù)的過(guò)渡。
在一些實(shí)施例中，高溫層24和低溫層26的生長(zhǎng)溫度之間的差為至 少300。C、更優(yōu)選地至少45(TC、且更優(yōu)選地至少500°C。例如，高溫層 24可以在900和115(TC之間的溫度下生長(zhǎng)，而低溫層26可以在450和 65(TC之間的溫度下生長(zhǎng)。
由于在本發(fā)明的不同實(shí)施例中用于生長(zhǎng)層26的低生長(zhǎng)溫度,低溫 層26可以具有高的碳含量。在一些實(shí)施例中，低溫層26中的碳含量在 1 x io18 citT3和1 x 1020 cnT3之間、往往在1 x 1018 cm — 3和1 x 1019 cm-3之間。相比而言，高溫層24中的碳含量通常小于5x 1017cnT3、更優(yōu)選 地小于1 x io17 cm —3、更優(yōu)選地小于1 x 1016 cnT3。由于高的碳濃度， 低溫層26可以吸收由有源層發(fā)射的光。在優(yōu)選實(shí)施例中，低溫層26的 厚度因而受限于小于1000 A、更優(yōu)選地小于500 A、且更優(yōu)選地小于300A。
同樣由于低生長(zhǎng)溫度、晶格失配和熱膨脹失配，低溫層26可以具 有諸如堆疊缺陷、位錯(cuò)環(huán)和位錯(cuò)線(xiàn)之類(lèi)的缺陷的高濃度，這些缺陷位于
者位于低溫層26和低溫層26生長(zhǎng)其上的層之間的界面處或該界面附 近。這些缺陷往往大致平行于襯底20和成核層22之間的生長(zhǎng)界面進(jìn)行 定向。這些面內(nèi)缺陷的密度對(duì)低溫層26和生長(zhǎng)在低溫層26上的層的應(yīng) 變松弛有貢獻(xiàn)。注意，這些面內(nèi)缺陷的濃度不必與上面關(guān)于等式(3) 所描述的線(xiàn)位錯(cuò)密度有關(guān)。在給定高溫層24中，通過(guò)透射電子顯微鏡 (TEM)沒(méi)有觀察到與生長(zhǎng)界面平行的堆疊缺陷或位錯(cuò)，這表明與生長(zhǎng) 界面平行的堆疊缺陷或位錯(cuò)的密度低于TEM的檢測(cè)極限，其典型地大 約為1 x 102cm—、對(duì)于幾千埃量級(jí)的TEM樣品厚度，InGaN低溫層26 的TEM圖像揭示了與生長(zhǎng)界面平行的許多位錯(cuò)，這表明與生長(zhǎng)界面平 行的位錯(cuò)密度至少為1 x 102 cnT1、更可能1 x 103 cnT1、且更可能1 x 104cm—、在一些實(shí)施例中，與生長(zhǎng)界面平行的位錯(cuò)密度在1 x 102cm—1 和1 x io7 cm—i之間。
在一些實(shí)施例中，^氐溫層26可以以如下方式進(jìn)行生長(zhǎng)使低溫層 26在生長(zhǎng)平面內(nèi)是不連續(xù)的，即低溫層可以具有使其非平坦或不連續(xù)的 有意或無(wú)意特征。這種有意特征的示例可以包括使用一類(lèi)涉及橫向過(guò)生 長(zhǎng)的技術(shù)中的一種或更多種。這些技術(shù)用各種術(shù)語(yǔ)來(lái)提及，包括外延橫 向過(guò)生長(zhǎng)(ELO或ELOG)、端面控制的外延一黃向過(guò)生長(zhǎng)(FAELO)和 Pendeo夕卜延(PE ), ^口在Hiramatsu 6勺Jown a/ o/^/yAs^d.Cowdewsec/ A/a"er 第13巻第6961-6975頁(yè)(2001 )中所描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。 這種無(wú)意特征的示例可以包括存在與低溫III-氮化物層的上表面相交的 V形缺陷(通常稱(chēng)為"凹陷，，)、大表面階梯、以及低溫層26中的或 者低溫層26之下的一層或多層中的其他缺陷。使用這些有意橫向過(guò)生 長(zhǎng)技術(shù)或無(wú)意技術(shù)中的一種或更多種可以將缺陷區(qū)的橫向范圍(extent) 限制為模板的小部分或許多小部分，同時(shí)模板的橫向過(guò)生長(zhǎng)可以維持由
15低溫層26建立的大晶格常數(shù)。
在一些實(shí)施例中，器件層直接生長(zhǎng)在圖8的低溫層26上。在另一 實(shí)施例中，附加高溫層28可以生長(zhǎng)在^^溫層26上，復(fù)制由#^顯層26 所建立的晶格常數(shù)，如圖9所示。高溫層28可以例如是GaN、 InGaN、 AlGaN或AlInGaN。在一些實(shí)施例中，高溫層28是在800和1000。C之 間的溫度下生長(zhǎng)到厚度在500和10,000埃之間的InGaN。高溫層28中 的InN組分通常小于低溫層26中的InN組分，并且可以例如在0.5 %和 20 %之間、更優(yōu)選地在3 %和6 %之間、更優(yōu)選地在4 %和5 %之間。
低溫層26意欲增加后續(xù)生長(zhǎng)層的晶格常數(shù)，而高溫層28意欲消除 或填充凹陷、大表面階梯、以及低溫層26中的其他缺陷。高溫層28提 供高質(zhì)量基體，在該基體上生長(zhǎng)后續(xù)層。低溫層26的InN組分相對(duì)較 高，以便盡可能多地?cái)U(kuò)展晶才各常數(shù)，而高溫層28的InN組分相對(duì)較4氐， 以便生長(zhǎng)一個(gè)期望高質(zhì)量的層。圖9所示的器件可以包括在襯底和器件 層之間的多組低溫層26和高溫層28。通過(guò)將^氐溫層26中的InN組分從 最靠近襯底的低溫層26中的最低InN組分增加到最靠近器件層的低溫 層26中的最高InN組分，每組的晶格常數(shù)可以被小量地?cái)U(kuò)展。當(dāng)晶格 常數(shù)擴(kuò)展時(shí)，還可以增加InN組分，在該InN組分下可以生長(zhǎng)可接受高 質(zhì)量的高溫層28。因而，高溫層28中的InN組分可以從最靠近襯底的 高溫層28中的最低InN組分增加到最靠近器件層的高溫層28中的最高 InN組分。雖然增加層26中的InN組分是一種增加層28的InN組分的 方法，但是可以通過(guò)其他方法而不用增加層26中的InN組分來(lái)增加層 28的組分。在圖IO所示的另一實(shí)施例中，來(lái)自圖8的高溫層24可以與 圖9中的高溫層28結(jié)合使用。
在圖11所示的另一實(shí)施例中，首先生長(zhǎng)低溫成核層22、然后是高 溫層24,如上面關(guān)于圖8所描述的。第二高溫層30生長(zhǎng)在高溫層24上， 低溫InGaN層26生長(zhǎng)在層30上。高溫層28然后生長(zhǎng)在低溫層26上， 器件層10生長(zhǎng)在高溫層28上。可選地，在圖11中可以省略高溫層28, 器件層10可以直接生長(zhǎng)在低溫InGaN層26的頂部上。
高溫層30可以例如是具有低InN組分(例如小于5 % )的、在900 和1000。C之間的溫度下生長(zhǎng)到厚度在500和10,000埃之間的InGaN層。 高溫層30通常是一種具有比高溫層24的晶格常數(shù)更大的體晶格常數(shù)的 材料。結(jié)果，低溫層26和后續(xù)生長(zhǎng)的高溫層28的面內(nèi)晶格常數(shù)可能大
16于在低溫層26直接生長(zhǎng)在高溫層24上的情況下可獲得的面內(nèi)晶格常數(shù)。
在一些實(shí)施例中，圖11中的高溫層30和28由InGaN組成。在一 個(gè)這種實(shí)施例中，與高溫層30相比，高溫層28可以用環(huán)境中更少的 H2或者在更低溫度下進(jìn)行生長(zhǎng)，在這種情況下高溫層28可以具有比高 溫層30更高的InN組分。例如，高溫層30和低溫層26的生長(zhǎng)溫度之 間的差可以為至少35CTC、更優(yōu)選地至少400°C、且更優(yōu)選地至少450 °C。相比而言，低溫層26和高溫層28的生長(zhǎng)溫度之間的差可以為至少 250°C、更優(yōu)選地至少300°C、且更優(yōu)選地至少350°C。在另一實(shí)施例中， 與高溫層30相比，高溫層28可以用更多H2或者在更高溫度下進(jìn)行生 長(zhǎng)，在這種情況下高溫層28可以具有比高溫層30更低的InN組分。在 另 一實(shí)施例中，高溫層28可以在與高溫層30基本相同的條件下進(jìn)行生 長(zhǎng)，或者高溫層28可以具有與高溫層30基本相同的組分。在每個(gè)這些 實(shí)施例中，低溫InGaN層26將會(huì)干擾高溫層24的晶格常數(shù)并且擴(kuò)展后 續(xù)生長(zhǎng)層的晶格常數(shù)，因此高溫層28將具有比高溫層30更大的面內(nèi)晶 格常數(shù)。
在該結(jié)構(gòu)的一些實(shí)施例中，低溫層26可以建立大晶格常數(shù)而高溫 層28可以建立光滑表面。如果低溫層26的面內(nèi)晶格常數(shù)顯著大于高溫 層28的體晶格常數(shù)，則高溫層28可能處于顯著的拉伸應(yīng)變，如等式(1 ) 所定義的，并且這一拉伸應(yīng)變可以通過(guò)在高溫層18中或附近形成破裂 或其他缺陷而得到部分松弛。這種影響是不期望的，因?yàn)槠屏褧?huì)使器件 的電學(xué)和結(jié)構(gòu)完整性降級(jí)，以及層28中的破裂或其他結(jié)構(gòu)缺陷可能減 小層28中的晶格常數(shù)并且增加有源區(qū)中的壓縮應(yīng)變。在器件的一些實(shí) 施例中，因此優(yōu)選的是在襯底20和器件層IO之間生長(zhǎng)附加層。在一個(gè) 這種實(shí)施例中，高溫層31可以設(shè)置在低溫層26和高溫層28之間，如 圖12所示。在這個(gè)實(shí)施例中，高溫層31的生長(zhǎng)溫度可以高于低溫層26 的生長(zhǎng)溫度但低于高溫層28的生長(zhǎng)溫度。高溫層28和31每個(gè)都可以 例如是在800和IOO(TC之間的溫度下生長(zhǎng)到厚度在500和10,000埃之 間的InGaN。每個(gè)高溫層中的InN組分可以例如是在0.5 %和20 %之間、 更優(yōu)選地在3 %和6 %之間、更優(yōu)選地在4 %和5 %之間。
可選地，高溫層28和31可以在基本相同的溫度下進(jìn)行生長(zhǎng)，但高 溫層31可以通過(guò)環(huán)境中比生長(zhǎng)高溫層28所用的H2更少的H2來(lái)生長(zhǎng)。在這種情況下，高溫層31可以具有比高溫層28更高的InN組分?？蛇x 地，高溫層31可以比高溫層28在更高溫度下或者利用更多H2來(lái)生長(zhǎng)， 在這種情況下高溫層31可以具有比高溫層28更j氐的InN組分。
在另一實(shí)施例中，兩個(gè)以上的不同層可以生長(zhǎng)在低溫層26和器件 層10之間。圖13示出了這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)示例，其中交替的富InN和 貧lnN材料層被包含在低溫層26和器件層IO之間的多層堆中。注意， 圖13中的多層堆可以生長(zhǎng)在圖2的成核層22上或者生長(zhǎng)在圖10的高 溫層24上。盡管圖13說(shuō)明了三組富InN層和貧InN層，但是可以使用 更多組或更少組。富銦層60、 62和64可以例如是InGaN或AlInGaN。 貧銦層61、 63和65可以例如是GaN、 InGaN或AlInGaN。層60、 62 和64可以具有3y。InN組分，而層61、63和65可以具有0.5。/QlnN組分。
任選的蓋層67可以生長(zhǎng)在頂部的貧InN層65上，然后器件層10 生長(zhǎng)在蓋層67上或在頂部的貧InN層65上。蓋層67可以例如是GaN 或InGaN。在另一實(shí)施例中，頂部的貧銦層可以被省略并且器件層直接 生長(zhǎng)在頂部的貧銦層，比如層60、 62或64上。
在本器件的另一實(shí)施例中，圖13的多層堆可以利用熱循環(huán)生長(zhǎng)或 退火來(lái)形成，如Itoh等人的j/7p/z'ed尸/z"z^丄e討第52巻第1617-1618 頁(yè)(1988 )中所描述的，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。熱循環(huán)生長(zhǎng)用來(lái)生 長(zhǎng)具有良好表面形貌的器件，且該器件的器件層中的a-晶格常數(shù)大于可 從常規(guī)GaN模板上的生長(zhǎng)所得到的a-晶格常數(shù)。熱循環(huán)生長(zhǎng)過(guò)程涉及生 長(zhǎng)諸如InGaN的外延層，接著是高溫生長(zhǎng)或者退火步驟。
在生長(zhǎng)層60、 61、 62、 63、 64和65之后，生長(zhǎng)可以通過(guò)停止某些 前驅(qū)物氣體比如Ga、 Al和In前驅(qū)物的流動(dòng)而暫停，接著該結(jié)構(gòu)可以通 過(guò)繼續(xù)N前驅(qū)物(往往是NH3)的流動(dòng)進(jìn)行退火，同時(shí)將溫度保持或升 高持續(xù)預(yù)定的時(shí)間量。當(dāng)把溫度調(diào)整到下一層的生長(zhǎng)溫度時(shí)開(kāi)始下一層 的生長(zhǎng)，并且如果必要的話(huà)引入適當(dāng)?shù)那膀?qū)物。典型的退火條件包括在 H2和NH3的環(huán)境下、IOO(TC、持續(xù)5分鐘。N2也可以被添加到環(huán)境中 或者可以從環(huán)境中去除H2以便防止InGaN層的過(guò)度分解?？蛇x地，可 以在這些高溫步驟和溫度上升(ramp)期間繼續(xù)生長(zhǎng)。與在生長(zhǎng)每層后 未經(jīng)退火的器件相比，在生長(zhǎng)每層后的退火可以改善表面形貌，但在生 長(zhǎng)貧InN層61、 63和65后的退火可能導(dǎo)致形成額外的位錯(cuò)或位錯(cuò)環(huán)， 這可以松弛貧InN層中的一些應(yīng)變以使得不再把這些層變形為富InN層
18的較大a-晶格常數(shù)，導(dǎo)致模板具有低于期望的a-晶格常數(shù)。
可選地，該結(jié)構(gòu)僅在生長(zhǎng)富InN層60、 62和64中的一些或全部之 后或者在生長(zhǎng)貧InN層61、 63和65中的一些或全部之后才進(jìn)行退火。 僅在生長(zhǎng)貧InN層61、 63和65之后的退火可以導(dǎo)致^t板中的更高平均 InN組分，原因是在任何退火步驟期間貧InN層捕獲器件中的富InN層 中的更多的InN。在另一實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)可以在生長(zhǎng)每層后進(jìn)行退火， 其中在生長(zhǎng)富InN層后所用的退火條件不同于在生長(zhǎng)貧InN層后所用的 退火條件。注意，富lnN層60、 62和64中每層的組分或厚度不必相等。 類(lèi)似地，貧銦層61、 63和65中每層的組分或厚度不必相等。
在另一實(shí)施例中，漸變InGaN層59可以設(shè)置在低溫層26和器件層 IO之間，如圖14所示。漸變層59可以包括例如具有變化InN組分的一 個(gè)或更多二元、三元或四元III-氮化物層。如上所述，任選的蓋層(未示 于圖14中)可以設(shè)置在漸變層59和器件層10之間。例如，漸變層59 可以是InGaN層，其中組分從與低溫層26相鄰的最高InN組分11 %線(xiàn) 性漸變到與器件層10相鄰的最低InN組分3W。在另一示例中，漸變層 59可以包括從與低溫層26相鄰的高InN組分10%下至與器件層10相 鄰的低InN組分OQ/。的漸變。在又一實(shí)施例中，漸變層59可以包括從與 低溫層26相鄰的高InN組分8 %下至某個(gè)中間位置處的低InN組分0 % 的漸變或單個(gè)階梯、接著是回到與器件層10相鄰的較高InN組分3 %的 漸變或單個(gè)階梯。
在一些實(shí)施例中，圖11中的層24和30可以與圖12中的層28和 31結(jié)合使用。在另一實(shí)施例中，低溫層26可以?shī)A在兩個(gè)漸變InGaN層 59之間，如圖14所示。在另一實(shí)施例中，任意一堆低溫層26可以生長(zhǎng) 成散布于任意一堆高溫層或者任意一堆高溫層與低溫GaN層之間。圖2、 8、 9和10所示的每個(gè)實(shí)施例可以包括漸變層、多層堆以及退火層或通 過(guò)熱循環(huán)生長(zhǎng)所生長(zhǎng)的層，如圖3-7和圖11-14所討論的。
在一些實(shí)施例中，諸如圖12的高溫層31之類(lèi)的層的特性被選擇成 鎖定低溫層26所建立的晶格常數(shù)。在一些實(shí)施例中，諸如圖12的高溫 層28之類(lèi)的層的特性被選擇成改善器件中的表面形貌。
圖15和16是若干器件的作為a-晶格常數(shù)的函數(shù)的c-晶格常數(shù)的曲 線(xiàn)圖。圖15圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的模板事實(shí)上造成上覆層至少部 分地松弛。能夠通過(guò)確定結(jié)構(gòu)的c-晶格常數(shù)和a-晶格常數(shù)來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變狀態(tài)。在由圖15中的菱形所表示的結(jié)構(gòu)中，厚高溫GaN層3生長(zhǎng) 在GaN成核層2上，如圖1所示，其中改變成核層2和高溫GaN層3 的生長(zhǎng)條件以便改變線(xiàn)位錯(cuò)密度以及因此改變GaN中的面內(nèi)a-晶格常 數(shù)，如先前關(guān)于等式(3)所討論的。此類(lèi)改變線(xiàn)位錯(cuò)密度的方法被描 述于Figge等人的Jowr冊(cè)/ o/O"^/ OowA第221巻第262-266頁(yè)(2000 ) 中，該文獻(xiàn)并入本文以供參考。由圖15中的菱形所表示的結(jié)構(gòu)因此具 有變化的線(xiàn)位錯(cuò)密度和a-晶格常數(shù)，與等式(3)相一致。在由圓圏所 表示的結(jié)構(gòu)中，厚高溫GaN層生長(zhǎng)在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制備的低溫 InGaN層上。根據(jù)彈性理論，III-氮化物材料中的c-晶格常數(shù)和a-晶格常 數(shù)是反相關(guān)的，這由菱形所表示的結(jié)構(gòu)圖示，它們所有都落在圖15所 示的對(duì)角線(xiàn)附近。與菱形所表示的結(jié)構(gòu)相比，圓圏所表示的結(jié)構(gòu)每個(gè)都 位于對(duì)角線(xiàn)之下，意味著這些結(jié)構(gòu)的c-晶格常數(shù)小于由菱形所表示的結(jié) 構(gòu)的o晶格常數(shù)。圓圈所表示的結(jié)構(gòu)的較小c-晶格常數(shù)表明這些結(jié)構(gòu)中 的厚高溫GaN層是在拉伸應(yīng)變下生長(zhǎng)的，指示高溫GaN層的a-晶格常 數(shù)被拉伸以匹配底下至少部分松弛的低溫InGaN層26的a-晶格常數(shù)。 就給定a-晶格常數(shù)而言，圓圏所表示的結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出比菱形所表示的結(jié) 構(gòu)更低的線(xiàn)位錯(cuò)密度，指示本發(fā)明打破了在常規(guī)GaN模板中所觀測(cè)的 a-晶格常數(shù)和線(xiàn)位錯(cuò)密度之間的權(quán)衡，如先前在等式(3)中所量化的。 圖16是針對(duì)本發(fā)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中的若千層所觀測(cè)的c-晶格 常數(shù)和a-晶格常數(shù)的曲線(xiàn)圖。圖16中的閉圓圈表示圖9中的層28,而 圖16中的開(kāi)圓圏表示圖13中的一個(gè)或更多富銦層，菱形符號(hào)表示圖13 中的一個(gè)或更多貧銦層或蓋層。圖16中的實(shí)對(duì)角線(xiàn)對(duì)應(yīng)于圖15中先前 所示的實(shí)對(duì)角線(xiàn)，并且表示關(guān)于諸如圖1所示結(jié)構(gòu)的GaN模板的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，而虛對(duì)角線(xiàn)是實(shí)線(xiàn)向外到較大a-晶格值的外插。如圖16所示，富 銦層60的c-晶格常數(shù)和a-晶格常數(shù)兩者與由圖15中的菱形符號(hào)所示的 常規(guī)GaN模板的數(shù)據(jù)相比都是很大的。形成在富銦層60上的貧銦層61 或蓋層67的c-晶格常數(shù)和a-晶格常數(shù)小于富銦層60的晶格常數(shù)，但比 圖15中針對(duì)GaN模板所觀測(cè)的最大a-晶格常數(shù)大很多，這表明根據(jù)圖 13所示實(shí)施例生長(zhǎng)的貧銦層61或蓋層67被至少部分變形(strained) 為富銦層60的較大晶格常數(shù)。注意，貧銦層61或蓋層67通常被保持 足夠薄或者在足夠高的InN組分下生長(zhǎng)以避免破裂。在貧銦層61或蓋 層67上生長(zhǎng)應(yīng)變的器件層10復(fù)制這個(gè)大于GaN的a-晶格常數(shù)，這就減
20小了發(fā)光層中的應(yīng)變。上面實(shí)施例中所描述的模板因此可以具有比常規(guī)
GaN模板更大的a-晶格常數(shù)，典型地常規(guī)GaN模板的a-晶格常數(shù)不大 于3.189A。
在具有比3.189A更大的面內(nèi)晶格常數(shù)的模板(諸如上面描述的一 些實(shí)施例中的結(jié)構(gòu))上生長(zhǎng)包括一個(gè)或更多發(fā)光層的器件層可以充分地 減小發(fā)光層中的應(yīng)變從而允許待生長(zhǎng)的較厚發(fā)光層具有可接受的缺陷 密度和減少的旋節(jié)線(xiàn)分解。例如，發(fā)射藍(lán)光的InGaN層可以具有組分 In012Ga0.88N-體晶才各常數(shù)為3.23A的組分。發(fā)光層中的應(yīng)變由發(fā)光層中 的面內(nèi)晶格常數(shù)(對(duì)于生長(zhǎng)在常規(guī)GaN緩沖層上的發(fā)光層而言大約 3.189A)和發(fā)光層的體晶格常數(shù)之間的差確定，因而應(yīng)變可以表達(dá)成 I ( ain-piane-abulk) |/abuik,如等式(2)中所定義的。在常規(guī)In0.12Ga0 88N層 的情況下，應(yīng)變是| (3.189A —3.23 A) |/3.23 A,大約為1.23%。如果 相同組分的發(fā)光層生長(zhǎng)在較大晶格常數(shù)的模板(比如上面描述的結(jié)構(gòu)) 上，則可以減小或消除應(yīng)變。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)射430 nm 和480 nm之間的光的器件的發(fā)光層中的應(yīng)變可以被減小到小于1 % ,且 更優(yōu)選地減小到小于0.5%。發(fā)射藍(lán)綠光的InGaN層可以具有組分 In016Ga。.84N,即當(dāng)生長(zhǎng)在常規(guī)GaN緩沖層上時(shí)體晶;f各常數(shù)為3.24A且應(yīng) 變大約為1.7 %的組分。在本發(fā)明的 一些實(shí)施例中，發(fā)射480 nm和520 nm 之間的光的器件的發(fā)光層中的應(yīng)變可以被減小到小于1.5%,且更優(yōu)選 地減小到小于1%。發(fā)射綠光的InGaN層可以具有組分Ina2Gao.8N,即 體晶格常數(shù)為3.26A的組分，導(dǎo)致當(dāng)生長(zhǎng)在常規(guī)GaN緩沖層上時(shí)應(yīng)變大 約為2.1%。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，發(fā)射520 nm和560 nm之間的 光的器件的發(fā)光層中的應(yīng)變可以被減小到小于2%,且更優(yōu)選地減小到 小于1.5%。
對(duì)于圖2所示的器件，發(fā)明人生長(zhǎng)了具有高達(dá)3.212 A的a-晶格常 數(shù)和低至4 x 109 cm—2的線(xiàn)位錯(cuò)密度的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)的發(fā)光層 可能對(duì)于藍(lán)光發(fā)射層變形0.55%、對(duì)于藍(lán)綠光發(fā)射層變形0.87%而對(duì)于 綠光發(fā)射層變形1.5%。對(duì)于圖8和IO所示的器件，發(fā)明人生長(zhǎng)了具有 高達(dá)3.196 A的a-晶格常數(shù)和低至1.5 x 109 cm—2的線(xiàn)位錯(cuò)密度的結(jié)構(gòu)。 在這種結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)的發(fā)光層可能對(duì)于藍(lán)光發(fā)射層變形1.1%、對(duì)于藍(lán)綠 光發(fā)射層變形1.4%而對(duì)于綠光發(fā)射層變形2.0%。對(duì)于圖9和13所示 的器件，發(fā)明人生長(zhǎng)了具有高達(dá)3.202 A的a-晶格常數(shù)和低至1.5 x 109cm:的線(xiàn)位錯(cuò)密度的結(jié)構(gòu)，如圖16所示。在這種結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)的發(fā)光層 可以對(duì)于藍(lán)光發(fā)射層變形0.87%、對(duì)于藍(lán)綠光發(fā)射層變形1.2%而對(duì)于 綠光發(fā)射層變形1.8%。對(duì)于圖ll所示的器件，發(fā)明人生長(zhǎng)了具有高達(dá) 3.204 A的a-晶格常數(shù)和低至1.5 x 109 cnT2的線(xiàn)位錯(cuò)密度的結(jié)構(gòu)。在這 種結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)的發(fā)光層可以對(duì)于藍(lán)光發(fā)射層變形0.8%、對(duì)于藍(lán)綠光發(fā) 射層變形1.1%而對(duì)于綠光發(fā)射層變形1.7%。因此，這些示例中每個(gè)都 打破了面內(nèi)a-晶格常數(shù)和線(xiàn)位錯(cuò)密度之間的關(guān)系，如先前在等式(3) 中所描述的。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，上面所描述的生長(zhǎng)模板以及器件層可以生長(zhǎng) 在藍(lán)寶石或SiC生長(zhǎng)襯底的表面上，該表面相對(duì)藍(lán)寶石的主晶面傾斜。 圖17示出了藍(lán)寶石的c-面、m-面和a-面。ni-氮化物器件往往生長(zhǎng)在藍(lán) 寶石的c-面、r-面、m-面或a-面上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，藍(lán)寶石4十底 可以被切割并拋光以使得III-氮化物器件生長(zhǎng)于其上的生長(zhǎng)表面以方向 12相對(duì)c-面、r-面、m-面或a-面傾斜例如大于0.1°。生長(zhǎng)在這種襯底上 的發(fā)光層可能經(jīng)受減少的旋節(jié)線(xiàn)分解以及發(fā)光層中減小的應(yīng)變。這種襯 底可以用來(lái)生長(zhǎng)上面描述的任 一 模板。
上面描述和說(shuō)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以被包含在發(fā)光器件的任一合適 配置中，比如器件的觸點(diǎn)(contact)形成在器件的相對(duì)側(cè)上或者器件的 兩個(gè)觸點(diǎn)形成在器件的相同側(cè)上。當(dāng)兩個(gè)觸點(diǎn)設(shè)置在相同側(cè)上時(shí)，器件 可以用透明觸點(diǎn)來(lái)形成并且被裝配成使得光也通過(guò)其上形成觸點(diǎn)的相 同側(cè)來(lái)提取，或者用反射觸點(diǎn)來(lái)形成并且被裝配倒裝，其中光通過(guò)其上 形成觸點(diǎn)的相對(duì)側(cè)來(lái)提取。
圖18說(shuō)明了適合配置的一個(gè)示例的一部分，即從其去除了生長(zhǎng)襯 底的倒裝器件。如上所述，器件層10包括發(fā)光區(qū)72,該發(fā)光區(qū)72包括 夾在包括至少一個(gè)n型層的n型區(qū)71和包括至少一個(gè)p型層的p型區(qū) 73之間的至少一個(gè)發(fā)光層。n型區(qū)71可以是生長(zhǎng)模板的一部分或者是 單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。p型區(qū)73和發(fā)光區(qū)72的一部分被去除以形成露出部分n 型區(qū)71的臺(tái)面。盡管圖18中示出了露出部分n型區(qū)71的一個(gè)通孔， 但要理解可以在單個(gè)器件中形成多個(gè)通孔。N觸點(diǎn)78和p觸點(diǎn)76例如 通過(guò)蒸發(fā)和電鍍而形成在n型區(qū)71和p型區(qū)73的露出部分上。觸點(diǎn)78 和76可以通過(guò)空氣或絕緣層而^皮彼此電隔離。在形成觸點(diǎn)金屬78和76 后，器件的晶片可以切成單獨(dú)器件，然后每個(gè)器件相對(duì)于生長(zhǎng)方向被翻轉(zhuǎn)并裝配到基座84上，在這種情況下基座84的橫向范圍可以大于器件 的橫向范圍，如圖18所示?？蛇x地，器件的晶片可以被連接到基座的 晶片上、然后被切成單獨(dú)器件?；?4可以例如是諸如Si的半導(dǎo)體、 金屬或者諸如A1N的陶瓷，并且可以具有電連接到p觸點(diǎn)76的至少一 個(gè)金屬焊盤(pán)80和電連接到n觸點(diǎn)78的至少一個(gè)金屬焊盤(pán)82。觸點(diǎn)76 和78與焊盤(pán)80和82之間設(shè)置的互連(未示于圖18中)將半導(dǎo)體器件 連接到基座84上。這些互連可以例如是諸如金的元素金屬或者焊料。
在裝配后，生長(zhǎng)襯底(未示出)通過(guò)適合于襯底材料的工藝比如蝕 刻或激光熔融而被去除。在裝配前后剛性底層填料(underfill)可以被 提供在器件和基座84之間以支撐半導(dǎo)體層并防止襯底去除期間發(fā)生破 裂。器件層10生長(zhǎng)其上的模板75可以保持完整無(wú)缺的、被完全去除或 者被部分去除，例如通過(guò)蝕刻來(lái)完成。通過(guò)去除生長(zhǎng)襯底和任何半導(dǎo)體 材料所露出的表面可以例如通過(guò)蝕刻工藝比如光電化學(xué)蝕刻或者通過(guò) 機(jī)械工藝比如研磨而被粗糙化。對(duì)從其中提取光的表面進(jìn)行粗糙化可以 改進(jìn)器件的光提取。可選地，光子晶體結(jié)構(gòu)可以形成在該表面上。諸如 熒光層的結(jié)構(gòu)85或諸如分色鏡或偏光器的本領(lǐng)域熟知的二次光學(xué)器件 可以施加到發(fā)射表面。
圖19是封裝后的發(fā)光器件的分解圖，如美國(guó)專(zhuān)利6,274,924更詳細(xì) 所描述的。熱沉金屬塊(slug) 100被放到注模的引線(xiàn)框架內(nèi)。注模的 引線(xiàn)框架例如是圍繞提供電氣通路的金屬框架106模制的充滿(mǎn)塑性材料 105。金屬塊IOO可以包括任選的反射器杯102。發(fā)光器件管芯104可以 是上面實(shí)施例中描述的任一器件，經(jīng)由導(dǎo)熱子基座103而被直接或間接 裝配到金屬塊100上?？梢蕴砑由w罩108,其可以是光學(xué)透鏡。
詳細(xì)描述本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)明白，已知本公開(kāi)時(shí)可以 在不偏離本文所描述的創(chuàng)造性概念的精神情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。因
此，不企圖將本發(fā)明的范圍限制為所描述和說(shuō)明的特定實(shí)施例。特別的， 低溫層26可以由AlGaN或AlInGaN而不是InGaN組成。對(duì)于低溫層26 由AlGaN組成的實(shí)施例，低溫層26的面內(nèi)晶格常數(shù)小于成核層22的面
的應(yīng)變。對(duì)于低溫層26由AlInGaN組成的實(shí)施例，低溫層26的面內(nèi)晶 格常數(shù)或大于或小于層22的面內(nèi)晶格常數(shù)，這取決于低溫層26中的銦器件，例如包括諸如FET的晶體管或探測(cè)器,
權(quán)利要求
1.一種器件，包括III-氮化物結(jié)構(gòu)，包括第一層22，其中該第一層基本沒(méi)有銦；在所述第一層上生長(zhǎng)的第二層26，其中該第二層是包括銦的非單晶層；以及在所述第二層上生長(zhǎng)的器件層10，該器件層包括在n型區(qū)和p型區(qū)之間設(shè)置的III-氮化物發(fā)光層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述第一層22是GaN而所述 第二層26是InGaN。
3. 根據(jù)權(quán)利要求'i所述的器件，其中所述in-氮化物結(jié)構(gòu)還包括在所述第一層22和所述第二層26之間設(shè)置的第三層22，其中該第三層是 基本沒(méi)有銦的非單晶層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述III-氮化物結(jié)構(gòu)還包括在 第二層26和發(fā)光層之間設(shè)置的第三層26,其中所述第三層是包括銦的 非單晶層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其中所述第二層32具有與所述第 三層34不同的銦組分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括在所述發(fā)光層和所述第一層 之間設(shè)置的具有漸變組分的層35。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述發(fā)光層具有與和所述發(fā)光層相同組分的獨(dú)立式材料的晶格常 數(shù)對(duì)應(yīng)的體晶格常數(shù) abuik;所述發(fā)光層具有與生長(zhǎng)在所述結(jié)構(gòu)中的所述發(fā)光層的晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)的面內(nèi)晶格常數(shù)am—plane;以及在發(fā)光層中I ( aln-piane-abuik) |/abuik小于1 % 。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述發(fā)光層的a-晶格常數(shù)大于 3.189埃。
9. 一種器件，包括ffl-氮化物結(jié)構(gòu)，包括第一基本單晶層24; 第二基本單晶層28;以及在所述第 一和第二基本單晶層之間設(shè)置的包括 銦的非單晶層26。15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的器件，其中所述III-氮化物結(jié)構(gòu)還包括在 n型區(qū)和p型區(qū)之間設(shè)置的發(fā)光層，其中所述第二基本單晶層28設(shè)置在 所述發(fā)光區(qū)和非單晶層26之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器件，其中第一基本單晶層24的組分不同于第二基本單晶層28的組分。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其中所述第一基本單晶層24 是GaN或InGaN;所述第二基本單晶層28是InGaN;以及所述第二基 本單晶層具有比第一基本單晶層更大的InN組分。
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述第二基本單晶層28具 有比第一基本單晶層24更大的面內(nèi)a-晶格常數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述非單晶層26是InGaN。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器件，還包括在第一基本單晶層24和 非單晶層26之間設(shè)置的第三基本單晶層30。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，還包括在包括銦的所述非單晶層 26和所述發(fā)光層之間設(shè)置的第三基本單晶層31 。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述發(fā)光層具有與和所述發(fā)光層相同組分的獨(dú)立式材料的晶格常 數(shù)對(duì)應(yīng)的體晶格常數(shù)abu!k;應(yīng)的面內(nèi)晶格常數(shù)ain-plane;以及在發(fā)光層中l(wèi) ( ain-plane-abulk ) 1/abulk小于1 % 。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的器件，其中所述發(fā)光層的a-晶格常數(shù)大 于3.189埃。
18. —種器件，包括III-氮化物結(jié)構(gòu)，包括在n型區(qū)和p型區(qū)之間 設(shè)置的發(fā)光層，其中所述發(fā)光層中的線(xiàn)位錯(cuò)密度小于3xl(fcm人以 及所述發(fā)光層中的a-晶格常數(shù)大于3.200 A。
全文摘要
一種器件包括III-氮化物結(jié)構(gòu)，包括第一層(22)，其中該第一層基本沒(méi)有銦；在第一層上生長(zhǎng)的第二層(26)，其中該第二層是包括銦的非單晶層；以及在第二層上生長(zhǎng)的器件層(10)，該器件層包括在n型區(qū)和p型區(qū)之間設(shè)置的III-氮化物發(fā)光層。減小發(fā)光器件中的應(yīng)變可以提高器件的性能。應(yīng)變可以被如下定義給定層具有與和該層相同組分的獨(dú)立式材料的晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)的體晶格常數(shù)a_bulk以及與生長(zhǎng)在所述結(jié)構(gòu)中的該層的晶格常數(shù)對(duì)應(yīng)的面內(nèi)晶格常數(shù)a_in-plane。層中的應(yīng)變量是|(a_in-plane-a_bulk)|/a_bulk。在一些實(shí)施例中，發(fā)光層中的應(yīng)變小于1％。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101636850SQ200780047788
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
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