[发明专利]生长于衬底上的III族氮化物层

说明书

技术领域

本发明涉及在衬底上生长III族氮化物层。可以将III族氮化物层用作半导体发光器件结构的生长衬底。

背景技术

半导体发光器件是现有可用的最有效率的光源之一，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）和边发光激光器。在制造能够在可见光谱范围工作的高亮度发光器件时当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，尤其是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也称为III族氮化物材料。典型地，通过用金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其他适当衬底上外延生长不同组分和掺杂剂浓度的半导体层的叠层来制造III族氮化物发光器件。该叠层常常包括形成于衬底上方、掺杂有例如Si的一个或多个n型层，形成于一个或多个n型层上方有源区中的一个或多个发光层，以及形成于有源区上方、掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。电接触形成于n和p型区域上。

由于天然III族氮化物衬底一般非常昂贵且不易获得，所以常常在蓝宝石或SiC衬底上生长III族氮化物器件。这些非III族氮化物衬底并不是最优的，因为蓝宝石和SiC与其上生长的III族氮化物层具有不同的晶格常数，这在III族氮化物器件层中导致应变和晶体缺陷，可能造成性能不良和可靠性问题。

US 6086673教导了：“在生长衬底上产生氮化物层……[对于］很多应用而言，优选独立式的GaN层……可以在生长衬底上进行GaN的生长，该生长衬底固有地或人为地经过加工，以在平行于主要生长表面的平面中表现出机械性弱点，其量值足以促成沿该平面的机械破坏，并且由于生长氮化物之后冷却衬底和氮化物层时产生的热应力而导致外延氮化物层剥落……冷却和剥落机制……[使得能够]形成厚而无裂缝且独立式的GaN层……促成GaN层自动剥落的[适当]异质衬底包括，例如云母状、即分层或石墨材料，例如ScMgAlO₄，以及云母材料一类。”。

发明内容

本发明的目的是提供一种生长于衬底上的III族氮化物合金膜。在一些实施例中，可以在III族氮化物合金膜上生长III族氮化物发光器件结构。

在根据本发明实施例的方法中，在衬底上生长III族氮化物层。所述衬底是RAO₃(MO)_n，其中R是从Sc、In、Y和镧系元素中选择的；A是从Fe（III）、Ga和Al中选择的；M是从Mg、Mn、Fe（II）、Co、Cu、Zn和Cd中选择的；n是≥1的整数。在一些实施例中，[(|a_substrate – a_layer|)/a_substrate]*100% 不超过1%，其中a_substrate是衬底的面内晶格常数，a_layer是III族氮化物层的体晶格常数。

在根据本发明实施例的方法中，在衬底上生长III族氮化物层。所述衬底是非III族氮化物材料。所述III族氮化物层是三元、四元或五元合金。III族氮化物层足够厚，以在机械上自支持并具有低缺陷密度。

这里描述的III族氮化物合金膜可以用作用于III族氮化物发光器件的生长衬底。生长于这种合金膜上的III族氮化物发光器件可以具有较小的应变，因此比常规方法生长的III族氮化物发光器件具有更好的性能。

附图说明

图1示出了生长于衬底上的合金膜。

图2示出了生长于合金膜上的半导体器件结构。

图3示出了薄膜倒装芯片发光器件。

图4示出了垂直发光器件。

具体实施方式