專利名稱：具有提高的提取效率的發(fā)光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括光提取特征的III族氮化物發(fā)光裝置。
背景技術：
包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)、以及邊發(fā)射激光器的半導體發(fā)光裝置是當前可用的最有效的光源之一。在可跨越可見光譜而操作的高亮度發(fā)光裝置的制造中，當前受關注的材料系統(tǒng)包括II1-V族半導體、尤其是鎵、鋁、銦及氮的二元、三元及四元合金，也稱為III族氮化物材料。通常，通過利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延法(MBE)或其它外延技術在藍寶石基底、碳化硅基底、III族氮化物基底或其它適當基底上外延地生長不同組分及摻雜濃度的半導體層堆疊而制造III族氮化物發(fā)光裝置。該堆疊通常包括形成于該基底上的例如用Si摻雜的一個或多個η型層，在形成于該η型層或多個η型層上的有源區(qū)中的一個或多個發(fā)光層，及形成于該有源區(qū)上的例如用Mg摻雜的一個或多個P型層。電接觸形成在這些η型及P型區(qū)域上。由于天然的III族氮化物基底通常是昂貴的且不可廣泛獲得，所以III族氮化物裝置常常生長在藍寶石或SiC基底上。這些非III族氮化物基底并不是最佳的，因為藍寶石和SiC具有與生長在它們上的III族氮化物層不同的晶格常數，導致在III族氮化物裝置層中的應力和晶體缺陷，這會導致不良的性能和可靠性問題。此外，形成在III族氮化物材料與這些非III族氮化物基底之間的界面處的波導可將光俘獲在III族氮化物結構的內部。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有光提取特征的III族氮化物裝置。在本發(fā)明的實施例中，包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層的半導體結構生長在基底上?；资欠荌II族氮化物材料并且具有面內晶格常數在半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數，并且[(Iaftis _as IVaeis]*100%不超過1%。對基底的與該半導體結構所生長的表面相反的表面進行紋理化。該紋理化可提聞光抽取。在根據本發(fā)明的實施例的方法中，包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層的半導體結構生長在基底上。移除該基底。該基底是具有面內晶格常數Ses的非III族氮化物材料。在半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數as，并且[(Ia基底-a層IVaes]* 100%不超過1%。該半導體結構的厚度經選擇以減少在該可提高光提取的半導體結構內的被引導的光學模式的數量。在根據本發(fā)明的實施例的方法中，提供了具有圖案化的表面的基底。該圖案化的表面包括基底的一部分被移除的至少一個較低高度的區(qū)域。包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層的半導體結構生長在該圖案化的表面上，使得半導體材料填充在較低高度的區(qū)域中。移除該基底使得充填在較低高度的區(qū)域中的半導體材料仍然是半導體結構的一部分，這可提高從裝置的光提取。本文中描述的裝置可具有較小的應變并且因此比傳統(tǒng)地生長的III族氮化物發(fā)光裝置具有更好的性能。提供光提取特征諸如紋理化或選擇厚度以減少在裝置中的被引導的光學模式以提高從裝置的光提取。


圖1示出包括紋理化基底的倒裝芯片III族氮化物裝置的一部分。圖2示出包括紋理化基底的垂直電流注入III族氮化物裝置的一部分。圖3示出生長于形成在基底上的光提取特征上的III族氮化物裝置的一部分。圖4示出具有經選擇以最大化提取效率的厚度的III族氮化物裝置的一部分。圖5示出以被截倒棱錐為形狀形成的III族氮化物裝置。圖6A和圖6B示出包括嵌入的光提取特征的III族氮化物半導體結構的部分。
具體實施例方式III族氮化物LED傳統(tǒng)地生長在其上的藍寶石和SiC基底不能容易地使用濕化學蝕刻。因此，為了形成紋理化光提取表面，在藍寶石的情況下，該基底通常通過諸如激光剝尚的方法移除。然后，可對通過移除基底而暴露的III族氣化物材料進行紋理化。移除基底需要附加的加工步驟并且會減少產量。例如，激光剝離會損壞III族氮化物材料，這可能會減少制造產量。在本發(fā)明的實施例中，為在裝置中的至少一個III族氮化物層提供晶格匹配(或者基本如此)的基底。在一些實施例中，該基底具有與III族氮化物材料相同的六角對稱性。由于基底是基本上晶格匹配的，所以生長在基底上的III族氮化物結構比在傳統(tǒng)的裝置中的應變更小。此外，在一些實施例中，該基底可利用濕化學蝕刻來蝕刻以形成光提取特征。在一些實施例中，可使用濕化學蝕刻來選擇性地從III族氮化物結構蝕刻基底。在各種實施例中，光提取可通過在III族氮化物結構的沉積之前蝕刻到基底中的光提取特征來提高，在III族氮化物結構的沉積之后蝕刻到基底中的光提取特征來提高，以及通過生長薄的(〈I μ m總厚度)III族氮化物結構、然后移除基底來提高。在裝置中的III族氮化物層可具有體晶格常數和面內晶格常數的特征。體晶格常數是具有與III族氮化物層相同組分的松馳材料的晶格常數。面內晶格常數是如在裝置中生長的III族氮化物層的晶格常數。如果如在裝置中生長的III族氮化物層發(fā)生應變，則體晶格常數不同于面內晶格常數。在其上生長III族氮化物結構的基底是非III族氮化物材料，在一些實施例中，該非III族氮化物材料具有在至少一個沉積III族氮化物層的體晶格常數的1%內的面內晶格常數，并且在一些實施例中，該非III族氮化物材料具有在至少一個沉積III族氮化物層的體晶格常數的0.5%內的面內晶格常數。換言之，在一些實施例中，[(I a基底-a層I) /a基底]*100%不超過1%，在一些實施例中，不超過0.5%，并且在一些實施例中，不超過0.1%。在一些實施例中，該基底具有與III族氮化物結構類似或相同的六方纖鋅礦對稱性。在一些實施例中，該基底基本上不會受到在III族氮化物結構的沉積期間所經歷的化學和熱環(huán)境引起的侵蝕的影響。在一些實施例中，該基底具有在III族氮化物結構的面內熱膨脹系數的30%內的面內熱膨脹系數。在一些實施例中，該基底是單晶體或基本上是單晶體材料。在一些實施例中，該基底是一般組分RAO3(MO)n的材料，其中R是三價陽離子，常常選自Sc、In、Y、以及鑭系元素(原子數57-71) ;A也是三價陽離子，常常選自Fe (III)、Ga、以及Al ;M是二階陽離子，常常選自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn以及Cd;并且η是彡I的整數。在一些實施例中，η < 9，并且在一些實施例中，η < 3。在一些實施例中，RAMO4(即，η=1)化合物是YbFe2O4結構類型，并且RAO3 (MO) η (η彡2)化合物是InFeO3 (ZnO)n結構類型。適當的基底材料的示例包括下列材料:
權利要求
1.一種裝置，包括: 基底；以及 生長在所述基底上的半導體結構，所述半導體結構包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層； 其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面內晶格常數； 在所述半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數as ； [(|a基底-a層I )/a基底]*100%不超過1% ;并且 所述基底的與所述半導體結構在其上生長的表面相反的表面被紋理化。
2.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基底是ScMgAlCV
3.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基底是RAO3(MO)n，其中R選自Sc、In、Y、以及鑭系元素;A選自Fe (III)、Ga、以及Al ;M選自Mg,Mn,Fe (II)、Co、Cu、Zn以及Cd ;并且η是≥1的整數。
4.根據權利 要求1所述的裝置，進一步包括布置在所述η型區(qū)域上的金屬η接觸以及布置在所述P型區(qū)域上的金屬P接觸，其中所述η接觸和P接觸兩者形成在所述半導體結構的相同側上。
5.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括布置在所述η型區(qū)域上的金屬η接觸以及布置在所述P型區(qū)域上的金屬P接觸，其中所述η接觸布置在通過蝕刻貫通所述基底的通孔而暴露的所述η型區(qū)域的表面上，并且其中所述η接觸和P接觸形成在所述半導體結構的相反側上。
6.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基底具有至少2.0的折射率。
7.根據權利要求1所述的裝置，其中所述半導體結構在其上生長的基底的表面被紋理化。
8.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括形成在所述半導體結構在其上生長的基底的表面上的孔或柱的格子。
9.根據權利要求1所述的裝置，其中所述基底成形為被截倒棱錐。
10.根據權利要求1所述的裝置，進一步包括形成在所述半導體結構在其上生長的基底的表面和在所述半導體結構中的半導體層中的一者中的光子晶體。
11.根據權利要求10所述的裝置，其中所述光子晶體被定位在所述III族氮化物發(fā)光層的2μπι內。
12.根據權利要求1所述的裝置，其中與所述半導體結構在其上生長的表面相反的所述基底的表面被紋理化成具有六棱錐。
13.根據權利要求1所述的裝置，其中所述半導體結構附接到基座并且所述基底厚度小于50 μ m0
14.一種方法,包括: 在基底上生長包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層的半導體結構；以及 移除所述基底；其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面內晶格常數； 在所述半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數as ； [(|a基底-a層I )/a基底]*100%不超過1% ;并且 所述半導體結構的厚度經選擇以減少在所述半導體結構內的被引導的光學模式的數量。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括在移除所述基底之后，將導電材料沉積在所述半導體結構的暴露的表面上。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述導電材料是透明的氧化物。
17.根據權利要求14所述的方法，其中所述半導體結構的厚度是在200nm和2μ m之間。
18.一種方法，包括: 提供具有圖案化的表面的基底 ，其中所述圖案化的表面包括所述基底的一部分被移除的至少一個較低高度的區(qū)域； 在所述圖案化的表面上生長包括布置在η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層的半導體結構，其中半導體材料填充在所述較低高度的區(qū)域中；以及 移除所述基底使得充填在所述較低高度的區(qū)域中的所述半導體材料仍然是所述半導體結構的一部分； 其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面內晶格常數； 在所述半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數as ;并且 [(I a基底-a層I) /a基底]*100%不超過1%。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述圖案化的表面包括形成在所述基底表面上的多個柱，并且所述至少一個較低高度的區(qū)域包括兩個柱之間的區(qū)域。
20.根據權利要求18所述的方法，其中移除包括利用蝕刻移除，所述蝕刻移除所述基底而不侵蝕所述半導體材料。
全文摘要
在本發(fā)明的實施例中，半導體結構生長在基底上，所述半導體結構包括布置在n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的III族氮化物發(fā)光層。該基底是非III族氮化物材料。該基底具有面內晶格常數a基底。在該半導體結構中的至少一個III族氮化物層具有體晶格常數a層，并且[(|a基底-a層|)/a基底]*100%不超過1%。該基底的與該半導體結構所生長的表面相對的表面被紋理化。
文檔編號H01L33/02GK103180972SQ201180052898
公開日2013年6月26日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月2日
發(fā)明者N.F.加德納, J.E.埃普勒, M.B.麥克勞林, M.D.坎拉斯, A.J.F.戴維, W.K.戈伊茨, M.J.格倫德曼恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司