[发明专利]具有用于补偿基底热膨胀的层的半导体发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种在包括弯曲控制层的基底上生长的半导体发光器件。

背景技术

半导体发光器件包括发光二极管(LED)、共振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)以及边发射激光器是目前可用的最有效的光源。目前在制造能够跨越可见光谱运行的高亮度发光器件中所关心的材料系统包括III-V族半导体，特别是也被称为III族氮化物材料的镓、铝、铟、和氮的二元合金、三元合金和四元合金。通常，通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、或其它外延技术在宝石蓝、碳化硅、III族氮化物、或其它适当的基底上外延地生长不同组分和掺杂浓度的半导体层的堆叠来制造III族氮化物发光器件。该堆叠常常包括：一个或多个形成在基底上的掺杂有例如硅的n型层；一个或多个在形成在一个或多个n型层上的有源区内的发光层；以及一个或多个形成在有源区上的掺杂有例如Mg的p型层。电接触形成在n型区和p型区上。

US 7,612,361 指出“大体上，在异质基底诸如宝石蓝基底上…或在SiC基底上通过诸如金属有机化学汽相淀积（MOCVD）或氢化物汽相外延（HVPE）的汽相生长方法，或分子束外延方法（MBE）生长氮化物单晶。然而，由于昂贵和限于2英寸或3英寸的尺寸，不利地，单晶宝石蓝基底或SiC基底不适合于大规模生产。因此，在本领域中，需要采用在半导体工业中常用的Si基底。但是，由于Si基底和GaN单晶之间的晶格常数和热膨胀系数上的差异，GaN层遭受太多缺陷和裂纹以至于无法商业化”。

“根据用以克服该问题的常规方法，可以在硅基底上形成缓冲层。”缓冲层的一个例子是“AlN缓冲层...形成在Si基底的(111)晶面上...，Al_xGa_1-xN中间层...生长到300nm的总厚度，其Al组分率（x）的变化范围大约0.87至0.07，并且GaN单晶...在Al_xGa_1-xN中间层上生长...至2μm的厚度”。

发明内容

本发明的目的在于，提供在其上形成有弯曲控制层的基底上生长的III族氮化物发光器件。

在本发明的实施例中，半导体结构在生长基底的顶表面上生长。该半导体结构包括布置在n型区和p型区之间的III族氮化物发光层。弯曲控制层布置成直接接触生长基底 。生长基底的热膨胀系数小于GaN的热膨胀系数，并且弯曲控制层的热膨胀系数大于GaN的热膨胀系数。

附图说明

图1示出在基底的底表面上带有弯曲控制层的基底上生长的发光器件。

图2示出图1的已形成到薄膜倒装芯片器件中的结构。

图3示出作为III族氮化物结构在宝石蓝上生长、在没有弯曲控制层的Si上生长、以及在带有弯曲控制层的Si上生长的生长时间的函数的晶片弯曲度。

图4示出在基底的顶表面上带有弯曲控制层的基底上生长的发光器件。

图5示出在基底的顶表面和底表面上带有弯曲控制层的基底上生长的发光器件。

具体实施方式

下表中示出了GaN、Si和蓝宝石的模量、热膨胀系数、相对于GaN的热膨胀百分比以及在300K的热导率：