[发明专利]Ⅲ－Ⅴ发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及诸如发光二极管之类的半导体发光器件，具体来讲，涉及其上可以生长这种发光器件的生长衬底。

相关技术说明

包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)和边缘发射激光器在内的半导体发光器件是现用的最有效的光源。在制造能够跨越可见光谱进行操作的高亮度发光器件的过程中，目前所关注的材料体系包括组III-V半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也将其称为III-氮化物材料。通常，III-氮化物发光器件是通过金属有机物化学气相淀积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或者其它外延生长工艺在蓝宝石、碳化硅、III-氮化物或者其它适当的衬底上外延生长具有不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造的。所述叠层往往包括在衬底上形成的例如掺杂了Si的一个或多个n型层、位于在一个或多个n型层上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在所述有源区上形成的例如掺杂了Mg的一个或多个p型层。在n和p型区上形成有电触点。

由于天然的III-氮化物衬底通常较为昂贵并且无法被广泛利用，所以III-氮化物器件往往在蓝宝石或者SiC衬底上生长。这种非III氮化物衬底因几个原因而非最佳。

首先，与在它们之上生长的III-氮化物层相比，蓝宝石和SiC具有不同的晶格常数，致使在III-氮化物器件层中的变形和晶体缺陷，这会导致性能和可靠性不良的问题。

其次，在某些器件中，期望去除生长衬底，以便例如改进器件的光学属性或者增加对在生长衬底上生长的半导体层的电访问。在蓝宝石衬底的情况下，所述生成衬底往往是通过在蓝宝石和半导体层之间的界面处对III-氮化物材料(在典型情况下，其为GaN)进行激光分离来去除。激光分离会在半导体层中产生震动波，这会损坏半导体或者接触层，很可能恶化所述器件的性能。其它衬底可以通过诸如蚀刻之类的其它技术来去除。

发明内容

依照本发明的实施例，一种半导体结构包括n型区，p型区和布置在n型区和p型区之间的III-氮化物发光层。所述III-氮化物发光层具有大于3.19的晶格常数。这种结构可以在衬底上生长，所述衬底包括基质和与所述基质粘结的种子层。在某些实施例中，粘结层把基质粘结到种子层。在某些实施例中，种子层可以比用于松弛半导体结构中的应变的临界厚度更薄，如此使得半导体结构中的应变通过在种子层中形成的位错来减轻，或者通过在种子层和粘结层之间的界面处的这些层之间的滑动来减轻。在某些实施例中，在半导体结构中的种子层的晶格常数与成核层的晶格常数之差小于1％。在某些实施例中，所述基质的热膨胀系数至少是至少一层半导体结构的热膨胀系数的90％。在某些实施例中，在种子层中形成沟槽以便减少半导体结构中的应变。在某些实施例中，可以通过利用蚀刻将粘结层蚀刻掉来把所述基质与半导体结构和种子层分离开，所述蚀刻优选为腐蚀在半导体结构上的粘结层。

附图说明

图1说明了在包括基质衬底、粘结层和种子层的复合生长衬底上生长的III-氮化物半导体结构。

图2说明了粘结到第二基质衬底的图1中的结构。

图3说明了图2在去除了种子层、粘结层和第一基质衬底之后并且在外延层的暴露表面上形成触点之后的结构。

图4说明了基质衬底和粘结层。

图5说明了粘结到种子层材料的厚晶片的图4中的结构。

图6说明了在去除了一部分种子层材料的厚晶片以便留下期望厚度的种子层之后的复合衬底。

图7说明了在种子层材料的厚晶片中注入气泡层。

图8说明了粘结到图4结构的图7的结构。

图9说明了具有包括图案化种子层的复合衬底的器件。

图10说明了在复合衬底的种子层上生长的倒装晶片器件。

具体实施例

依照本发明的实施例，如图1中所示，诸如III-氮化物发光器件之类的半导体发光器件在复合生长衬底10上生长。衬底10包括基质衬底12、种子层16和用于把基质12粘结到种子16的粘结层14。衬底10中的每一层由能够承受在器件中生长半导体层所需的加工条件的材料来形成。例如，在通过MOCVD生长的III-氮化物器件的情况下，衬底10中的每一层必须能够忍受温度超过1000℃的H₂环境；在通过MBE生长的III-氮化物器件的情况下，衬底10中的每一层必须能够在真空中忍受超过600℃的温度。