[发明专利]复合衬底上生长的半导体发光器件

说明书

背景技术

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）和边发射激光器的半导体发光器件处于当前可获得的最有效的光源之中。能够跨可见光谱工作的高亮度发光器件的制造中当前引起兴趣的材料系统包括III-V族半导体，尤其是也称为III族氮化物材料的镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金。典型地，III族氮化物发光器件通过用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或者其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或者其他适当衬底上外延生长不同成分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层而制造。该叠层经常包括在衬底上形成的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、在所述一个或多个n型层上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在有源区上形成的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触在n型区和p型区上形成。

由于天然的III族氮化物衬底通常是昂贵的且不可广泛获得，因而III族氮化物器件经常在蓝宝石或SiC衬底上生长。这样的非III族氮化物衬底决不是最优的，因为它们具有与在它们上生长的III族氮化物层不同的晶格常数，这导致III族氮化物器件层中的应变和晶体缺陷，这可能造成差的性能和可靠性问题。

发明内容

依照本发明的实施例，在复合衬底上生长多个III族氮化物半导体结构，每个III族氮化物半导体结构包括设置在n型区与p型区之间的发光层。该复合衬底包括通过结合层连接到基质的多个III族氮化物材料的岛。所述多个III族氮化物半导体结构在这些III族氮化物岛上生长。该复合衬底可以被形成，使得每个III族氮化物材料的岛至少部分地弛豫。结果，每个半导体结构的发光层具有大于3.19埃的a晶格常数，这可以降低器件中的应变。

各个III族氮化物半导体结构可以通过例如在半导体结构本身上形成的或者在III族氮化物半导体结构所连接的基座上形成的导电材料而电连接。

附图说明

图1示出了在复合衬底上生长的III族氮化物半导体结构。

图2为包括在复合衬底上的种子层材料的岛上生长的III族氮化物半导体结构的III族氮化物器件的一部分的截面图。

图3为图2中的截面图中示出的器件一部分的顶部表面的平面图。

图4为图3中所示的结构可以安装于其上的基座的顶部表面的平面图。

图5为包括在复合衬底上的种子层材料的岛上生长的III族氮化物半导体结构的III族氮化物器件的一部分的截面图，其包括邻近的岛之间的电连接。

图6示出了在器件上形成的p接触上形成厚金属，所述器件包括在复合衬底上的种子层材料的岛上生长的III族氮化物半导体结构。

图7示出了在对厚金属层平坦化、将图6的结构结合到基座并且移除复合衬底之后的图6的结构。

图8示出了在对通过移除复合衬底而露出的表面纹理化以及形成n接触之后的图7的结构。

具体实施方式

依照本发明的实施例，III族氮化物发光器件包括一组由沟槽分开的III族氮化物结构。这些结构可以电连接以形成高性能器件。这样的器件可以在复合衬底上生长，其中沟槽形成于种子层材料的岛之间，所述沟槽可以改善由衬底提供的应变减轻。

题为“Substrate for Growing a III-V Light Emitting Device”且通过引用合并于此的美国专利申请公开2007/0072324中更详细地描述了复合衬底。图1中示出了复合衬底的一个实例。衬底10包括基质衬底12、种子层16和将基质12结合到种子16的结合层14。衬底10中的每个层由可以经受生长器件中的半导体层所需的工艺条件的材料形成。例如，在通过MOCVD生长的III族氮化物器件的情况下，衬底10中的每个层必须能够耐受超过1000℃的温度下的H₂气氛；在通过MBE生长的III族氮化物器件的情况下，衬底10中的每个层必须能够耐受真空中超过600℃的温度。

基质衬底12向衬底10和衬底10上生长的半导体器件层18提供机械支撑。基质衬底12通常厚度在3微米与500微米之间并且经常厚于100微米。在其中基质衬底12保持为器件的一部分的实施例中，如果光通过基质衬底12而从器件提取，那么基质衬底12可以是至少部分透明的。基质衬底12通常不必为单晶材料，因为器件层18不直接生长在基质衬底12上。在一些实施例中，基质衬底12的材料被选择成具有与器件层18的热膨胀系数（CTE）和种子层16的CTE匹配的CTE。在本发明的实施例中，能够经受外延层18的工艺条件的任何材料都可能是合适的，包括半导体、陶瓷和金属。