[发明专利]半导体材料

说明书

本发明涉及一种半导体晶片，包括：衬底；在该衬底上的第一AlGaN层；在该第一AlGaN层上的第二AlGaN层；在该第二AlGaN层上的GaN层；以及在该第一AlGaN层和第二AlGaN层之间的多个晶体GaN岛。

技术领域

本发明涉及一种半导体材料和半导体材料以晶片形式作为用于形成发光二极管(LED)或其它光电装置的支撑物的用途。而且，本发明涉及一种使用晶片构造高质量光电装置的方法。具体地，本发明涉及一种具有硅衬底的改进的LED，当使用大支撑晶片时，该改进的LED将发生的位错-缺陷(dislocation-defect)和翘曲减至最小。

背景技术

光电装置是众所周知的并且还已知对于这样的装置，在形成装置的部分结构的半导体层中，将缺陷的发生减至最小是合乎需要的。例如，在LED中的常见缺陷包括螺旋(边缘或螺旋式)位错(穿线位错，threading dislocation)，在最终产品中它可以导致降低的发光效率。由于在位错和缺陷处可以发生非辐射重合，效率降低可以至少部分出现。这些缺陷降低装置的内量子效率(IQE)。

正如在WO2006/014472中所讨论的，这种位错的一个原因是在不同层之间的晶格失配。由于不同的晶格参数和/或由于在高温生长之后以不同速率的热收缩，这可以简单地出现。解决由不同的晶格参数和不同的热收缩速率所导致的位错问题的已知技术是在两个失配的层之间生长成分梯度层。因此，成分梯度层可以更紧密地匹配每个界面表面上所需要的晶格参数。US2010/0032650公开了这样的插入层。

降低位错密度的另一已知技术是正如在US2002/0069817中公开的，沉积材料(如SiNx)不连续的钝化夹层(隔层，interlayer)，随后是SiNx夹层上的GaN或InGaN的岛(岛，island)生长层以弯曲位错，紧接着是GaN的第二层。这种方法通常需要GaN厚的第二层的增长以获得充分接合的连续的低缺陷层。

本发明人已经发现，可以在硅衬底上生长的无裂缝GaN层的厚度是受限的，并且相当数量的螺旋位错存在于这样的GaN层中。而且，发明人意识到，n-型掺杂GaN层或者在第一GaN层上包括另外的n-掺杂的GaN层的任何尝试增加层中的应力(压力，stress)并且恶化这个问题。

失配的晶格参数和热膨胀系数的后果(尤其是差异位于衬底和覆盖层之间的地方)是，通过在衬底和覆盖半导体层之间的晶格参数和热膨胀系数的失配将高度弯曲引入至晶片中。而且，如果这种弯曲意味着覆盖层处于拉伸状态，那么裂缝可以在这个层中形成。这种弯曲还意味着大直径的晶片不可以在大容积的制造设备中使用，并且因此减小可以有效制造的晶片的尺寸，或导致高缺陷水平的晶片。

已经建议了几种方法解决拉伸应力和相关的弯曲和/或裂缝(破裂，cracking)的问题。方法包括使用图案化的衬底以引导在衬底掩膜部分或蚀刻部分中的裂缝，使用柔性衬底或使用AlGaN层或插入低温AlN夹层。例如，为了在Si衬底上制造基于GaN的LED(通过低成本的路线)，在生长之前，另外的操作(如非原位图案化)不是优选的，并且需要一种方法，该方法同时给予无裂缝层、低螺旋位错密度和平晶片。

GB2485418描述了一种晶片结构，该晶片结构试图解决至少一些与上面提到的现有技术相关的问题。其中公开的半导体材料使用AlGaN层、GaN层和SiNx夹层的组合以向硅衬底提供高质量材料，用于光电装置的建造。晶片同时是平的、无裂缝的并且通过应力的细致设计在晶片中具有可接受的低位错密度和螺旋位错的控制。制造晶片的成本小于使用非原位图案化制造晶片的成本，这导致显著的商业优势。