[发明专利]用于生长Ⅲ－Ⅴ发光器件的复合主体－晶种衬底

说明书

背景技术

发明领域

本发明涉及半导体发光器件如发光二极管，具体地涉及在其上可以生长这些发光器件的生长衬底。

相关技术描述

半导体发光器件，包括发光二极管(LED)、共振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光器二极管(vertical cavity laser diode，VCSEL)和边发射激光器，是目前可得到的最有效的光源之一。在制造能够跨越可见光谱运转的高亮度发光器件方面目前引起关注的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元及四元合金，也称作III-氮化物材料(III-nitride materials)。典型地，通过金属-有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)或其它外延技术在蓝宝石、碳化硅、III-氮化物或其它合适的衬底上外延生长组成和掺杂剂浓度不同的半导体层的叠层来制造III-氮化物发光器件。该叠层通常包括在衬底上形成的一个或更多用例如Si掺杂的n型层，在一个或多个n型层上形成的在有源区(active region)中的一个或更多发光层，以及在所述有源区上形成的用例如Mg掺杂的一个或更多p型层。在所述n-和p-型区上形成电接触。

因为天然III-氮化物衬底(III-nitride substrate)通常昂贵且不易获得，所以通常在蓝宝石或SiC衬底上生长III-氮化物器件。由于几个原因这种非III-氮化物衬底不是最理想的。

首先，蓝宝石和SiC与在它们上面生长的III-氮化物层相比具有不同的晶格常数，在III-氮化物器件层中导致应变和晶体缺陷，这可导致性能变差以及可靠性问题。

其次，在一些器件中期望除去生长衬底，例如为了提高器件的光学性能或实现对在生长衬底上生长的半导体层的电到达。在蓝宝石衬底的情况下，通常在蓝宝石和半导体层的界面处通过激光离解III-氮化物材料，典型地GaN，除去生长衬底。激光离解在半导体层中会产生能破坏半导体或接触层的冲击波，可能降低器件的性能。通过其它技术例如蚀刻可以除去其它衬底。

概述

根据本发明的实施方案，提供包括主体(host)和与该主体结合的晶种层的衬底，然后在该晶种层上生长包含布置在n型区和p型区之间的发光层的半导体结构。在一些实施方案中，粘结层(bonding layer)将所述主体粘结到所述晶种层。在一些实施方案中，所述晶种层可以比半导体结构中发生应变松驰(relaxation of strain)的临界厚度(critical thickness)更薄，从而通过在晶种层中形成的位错或者通过在晶种层和粘结层之间的在这些层之间界面处的滑移释放半导体结构中的应变。在一些实施方案中，半导体结构中晶种层的晶格常数和成核层的晶格常数之间的差异小于1％。在一些实施方案中，所述主体的热膨胀系数是半导体结构中至少一层的热膨胀系数的至少90％。在一些实施方案中，在晶种层中形成沟槽(trench)以降低半导体结构中的应变。在一些实施方案中，通过利用优先侵蚀半导体结构上的粘结层的蚀刻剂蚀刻掉粘结层，可以将所述主体与所述半导体结构和晶种层分离。

附图简述

图1说明了在包括主体衬底、粘结层和晶种层的复合生长衬底上生长的III-氮化物半导体结构。

图2说明了与第二主体衬底结合的图1的结构。

图3说明了在除去晶种层、粘结层和第一主体衬底之后并且在外延层(epitaxial layer)的暴露表面上形成接触之后的图2的结构。

图4说明了主体衬底和粘结层。

图5说明了与晶种层材料的厚晶片结合的图4的结构。

图6说明了在除去晶种层材料的部分厚晶片而留下期望厚度的晶种层后的复合衬底。

图7说明了在晶种层材料的厚晶片中注入气泡层(bubble layer)。

图8说明与图4的结构结合的图7的结构。

图9说明了具有包括图案化的晶种层的复合衬底的器件。

图10说明了在复合衬底的晶种层上生长的倒装芯片器件。

详细描述