专利名称：复合衬底上生长的半导体发光器件的制作方法
复合衬底上生长的半导体发光器件
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(M0CVD)、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η型层、在所述一个或多个η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ρ型层。电接触在η型区和ρ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η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。
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η接触之后的图 7的结构。
具体实施例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“Substratefor 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2007/00723 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°C的温度下的压气氛；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°C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。种子层16是器件层18生长于其上的层，因此它必须是III族氮化物晶体在其上可以成核的材料。种子层16可以在大约50 A与Iym厚之间。III族氮化物种子层厚度可以例如在50nm与200nm之间并且厚度经常在75nm与125nm之间。在一些实施例中，种子层 16与器件层18的材料CTE匹配。种子层16通常是与器件层18合理地接近晶格匹配的单晶材料。通常，器件层18生长于其上的种子层16的顶部表面的晶体取向是纤锌矿W001] c轴。在其中种子层16保持为完成的器件的一部分的实施例中，如果光通过种子层16而从器件提取，那么种子层16可以是透明的或薄的。一个或多个结合层14将基质衬底12结合到种子层16。结合层14厚度可以在大约100 A与ιμπι之间。适当的结合层的实例包括玻璃(例如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG))、SiOx (例如Si02)、SiNx (例如Si3N4XHfO2、其混合物、金属(例如Mo、Ti、TiN)、其他合金以及其他半导体或电介质。由于结合层14将基质衬底12连接到种子层16，因而形成结合层14的材料被选择成在基质12与种子16之间提供良好的粘合。在一些实施例中，结合层14是由可以被不侵蚀器件层18的蚀刻剂所蚀刻的材料形成的释放层，从而使器件层18和种子层16 从基质衬底12释放。例如，结合层14可以是SiO2，其可以由HF湿法蚀亥lj，而不对III族氮化物器件层18造成损坏。在其中结合层14保持为完成的器件的一部分的实施例中，结合层14优选地为透明的或者非常薄。在一些实施例中，可以省略结合层14，并且种子层16可以直接粘附到基质衬底12。
器件层18是通过本领域中已知的生长技术生长的常规III族氮化物器件层。邻近种子层16的层的成分可以针对其晶格常数或其他性质和/或针对其在种子层16的材料上成核的能力来选择。在种子层16上生长的外延层18经常由于外延层18与种子层16之间的晶格失配而产生应变，因此为了限制应变，种子层的成分可以被选择成合理地与外延层18晶格匹配。此外，种子层16与基质衬底12的成分可以被选择成具有与外延层18的CTE接近的 CTE0在一些实施例中，基质衬底和种子层材料被选择成使得基质的CTE为器件层中的至少一个(例如发光层)的CTE的至少90%。基质衬底12的成分通常被选择成具有比外延层18 的CTE大的CTE，使得外延层18受到压缩应变而不是拉伸应变。在一些实施例中，用于种子层16和在种子层上生长的第一外延层18的材料被选择成使得种子层16的晶格常数和在种子层上生长的第一外延层的晶格常数之间的差值小于1%。限制种子层和第一生长层的晶格常数之间的差值可以减小器件中的应变量，从而潜在地减小器件的外延层18中形成的位错数。在一些器件中，诸如第一生长层之类的外延层 18中的晶格常数可以大于种子层16中的晶格常数，因而外延层受到压缩应变而不是拉伸应变。在一些实施例中，外延层18中的进一步的应变减轻可以通过在结合层14上将种子层形成为条带或网格而不是单个无间断层来提供。可替换地，种子层可以形成为单个无间断层，然后例如通过形成沟槽而在若干位置被移除以便提供应变减轻。单个无间断种子层16可以通过结合层14附接到基质衬底12，然后通过常规的光刻技术图案化以便移除种子层的若干部分以形成条带。通过将外延层18内的位错集中在种子层条带的边缘处，每个种子层条带的边缘可以提供附加的应变减轻。种子层16、结合层14和成核层的成分可以被选择成使得成核层材料择优地在种子层16上成核，而不是在种子层16的各部分之间的间隔露出的结合层14的部分上成核。在一些实施例中，例如包括III族氮化物种子层材料的那些实施例，种子层有应变地生长在生长衬底上。当种子层16连接到基质衬底12且从生长衬底释放时，如果种子层16与基质衬底16之间的连接是柔性的，例如柔性结合层14，那么种子层16可以至少部分地弛豫。因此，尽管种子层生长为有应变的层，但所述成分可以被选择成使得在种子层从生长衬底释放且弛豫之后，种子层的晶格常数合理地接近或匹配到在种子层上生长的外延层18的晶格常数。例如，当III族氮化物器件常规地生长在Al2O3上时，生长在衬底上的第一层通常为具有大约3. 19埃的a晶格常数的GaN缓冲层。该GaN缓冲层对于在缓冲层上生长的所有器件层设定晶格常数，器件层包括通常为InGaN的发光层。由于弛豫的自支撑^iGaN具有比GaN更大的a晶格常数，因而当在GaN缓冲层上生长时，发光层是有应变的。形成对照的是，在本发明的实施例中，InGaN种子层可以有应变地生长在常规衬底上，然后结合到基质并且从生长衬底释放，使得InGaN种子层至少部分地弛豫。在弛豫之后，InGaN种子层具有比GaN大的a晶格常数。因此，InGaN种子层的a晶格常数比GaN更接近地匹配到与InGaN 发光层具有相同成分的弛豫的自支撑层的a晶格常数。在^iGaN种子层上生长的包括^iGaN 发光层的器件层将复制InGaN种子层的a晶格常数，该种子层至少部分地弛豫并且因而具有大于3. 19埃的a晶格常数。因此，具有弛豫的InGaN种子层a晶格常数的InGaN发光层比具有GaN缓冲层a晶格常数的^GaN发光层应变更小。减小发光层中的应变可以改进器件的性能。当种子层材料为有应变地生长在生长衬底上的III族氮化物材料时，通常为结合层14的复合衬底的一部分必须充当适应III族氮化物种子层的弹性弛豫的柔性层。该柔性层可以是具有足够低的刚度的固体，使得它可以通过其自身的弹性变形适应III族氮化物种子层的弛豫，或者为可以通过剪切适应III族氮化物种子层中的弛豫的粘性材料。在一些实施例中，结合层14为BPSG，BPSG是在低于700°C的温度下熔化并且具有随着温度而变化很大的粘性的一种类型的玻璃。有应变地生长在生长衬底上的InGaN种子层16在低温下结合到涂敷有BPSG的基质衬底，BPSG在该低温下是固态的。InGaN种子层16的蓝宝石生长衬底例如通过激光熔化而移除。然后，在BPSG液化的温度下对复合衬底退火，从而允许InGaN种子层弛豫。InGaN种子层横向地膨胀，但是也可以通过翘曲(buckle)离开衬底平面而缓减应变。由于翘曲同时发生在hGaN种子层中的各处并且横向弛豫必须从弛豫膜的边缘向内传播，因而横向尺寸大于翘曲波长的种子层倾向于在除了边缘之外的各处翘曲。III族氮化物种子层材料可能需要附加的结合步骤以便形成具有希望取向的III 族氮化物种子层的复合衬底。生长在蓝宝石或SiC生长衬底上的III族氮化物层典型地生长为C面纤锌矿。这样的纤锌矿III族氮化物结构具有镓面和氮面。常规商业的MOCVD生长的III族氮化物材料择优地生长成使得生长层的顶部表面是镓面，而底部表面(邻近生长衬底的表面)是氮面。简单地常规地在蓝宝石或SiC上生长种子层材料，然后将种子层材料连接到基质并且移除生长衬底，这将导致具有氮面露出的III族氮化物种子层的复合衬底。如上所述，III族氮化物择优地生长在镓面上，即镓面作为顶部表面。常规的在氮面上的生长可能不希望地将缺陷引入到晶体中，或者导致质量差的材料，因为晶体取向从氮面作为顶部表面的取向切换到镓面作为顶部表面的取向。氮面III族氮化物结构可以利用修改的生长条件通过MBE或MOCVD生长，这可能是昂贵的并且可能使器件的制造复杂化。为了形成具有镓面作为顶部表面的III族氮化物种子层的复合衬底，种子层材料可以常规地生长在生长衬底上，结合到任何适当的第一基质衬底，然后与生长衬底分离，使得种子层材料通过镓面结合到第一基质衬底，从而通过移除生长衬底让氮面露出。然后，将种子层材料的氮面结合到第二基质衬底10，即依照本发明实施例的复合衬底的基质衬底。 在结合到第二基质衬底之后，第一基质衬底通过适合于生长衬底的技术被移除。在最终的复合衬底中，种子层材料16的氮面通过可选的结合层14结合到基质衬底12 (第二基质衬底)，使得III族氮化物种子层16的镓面露出以用于生长外延层18。例如，GaN缓冲层常规地生长在蓝宝石衬底上，其后是将形成复合衬底的种子层的 hGaN层。在生长之后，可以如上所述图案化hGaN层以形成沟槽。利用BPSG结合层将图案化的InGaN层结合到第一基质衬底。蓝宝石生长衬底通过激光熔化邻近蓝宝石的GaN缓冲层而被移除，然后通过蚀刻移除通过移除蓝宝石而露出的剩余GaN缓冲层，得到结合到第一基质衬底的InGaN层。可以加热该结构，使得BPSG层的粘性降低并且InGaN层至少部分地弛豫。可以在最终复合衬底中与种子层的希望厚度相对应的深度处利用诸如氢、氘或氦之类的材料注入InGaN层。可选地，可以处理InGaN层以形成足够平坦的用于结合的表面。然后，利用或不利用结合层(例如利用S^2结合层)将InGaN层结合到第二基质衬底(例如Al2O3)，该第二基质衬底将形成最终复合衬底中的基质。然后，加热第一基质衬底、InGaN 层和第二基质衬底，这在注入深度处将InGaN层的薄种子层部分与InGaN层的其余部分和第一基质衬底脱层，导致如上所述的具有结合到基质衬底的InGaN种子材料的岛的最终复合衬底。可选地，可以处理由脱层而得到的hGaN表面以形成适合于外延生长的表面。在一些实施例中，可以将InGaN层生长到希望的厚度，或者可以将其蚀刻到希望的厚度，从而消除对于注入步骤的需要。作为两次结合种子层材料、即结合到第一基质衬底然后结合到第二基质衬底以便两次翻转种子层材料的晶体取向的可替换方案，可以在生长衬底上生长种子层材料，使氮面朝上。当氮面种子层材料如上所述连接到基质衬底12时，种子层16的镓面被露出以用于生长夕卜延层 18。如"Morphological and structure characteristics of homoepitaxial GaN grown by metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD), " Journal of Crystal Growth 204 (1999) 419-428 和“Playing with Polarity”， Phys. Stat. Sol. (b) 228，No. 2，505-512 (2001)中更详细地描述的，氮面膜可以例如通过气相外延或 MOCVD而生长，这两篇文献通过引用合并于此。在一些实施例中，种子层材料生长为m面或a面材料，而不是如上所述的c面材料。m面和r面III族氮化物材料是非极性取向的，即它们没有镓面和氮面。因此，非极性种子层取向不必如上所述被结合两次。然而，如果用来促进弛豫的柔性材料不与器件生长兼容，或者为了避免处理由生长衬底移除而得到的表面以便使得该表面适合于外延生长， 非极性种子层可以被结合两次。图2示出了依照本发明实施例的器件的一部分。在图2所示的器件中，复合衬底包括通过柔性/结合层14连接到基质衬底12的种子层材料的岛(未示出)。III族氮化物器件结构18的岛30在有利于垂直生长而不是横向生长的生长条件下生长在种子层材料的岛上，使得沟槽34保持在III族氮化物材料的岛30之间。器件层18包括η型区20、发光区22和ρ型区Μ。器件层18可以具有1微米与5微米之间的总厚度。在发射蓝色光的器件中，种子层可以为例如InxGivxN,其中χ在0. 03与0. 07之间。η型区20可以包括生长在种子层上的hfa^N层，其中χ在0.03与0.07之间。发光区22可以包括单个发光层或者具有多个薄量子阱发光层和设置在邻近量子阱之间的阻挡层的多量子阱发光区。发光区22的发光层可以是Ιηχ(^_χΝ，其中χ在0. 16与0. 18之间。 P型区M可以包括一个或多个MxGiVxN层，其中χ在0. 03与0. 07之间。在发射青色光的器件中，种子层可以为例如InxGi^xN,其中χ在0. 08与0. 13之间。η型区20可以包括生长在种子层上的hfa^N层，其中χ在0.08与0.13之间。发光区22可以包括单个发光层或者具有多个薄量子阱发光层和设置在邻近量子阱之间的阻挡层的多量子阱发光区。发光区22的发光层可以是Ιηχ(^_χΝ，其中χ在0. 19与0. 22之间。 P型区24可以包括一个或多个InxGivxN层，其中χ在0. 08与0. 13之间。在发射绿色光的器件中，种子层可以为例如Inx(iai_xN，其中χ在0. 1与0. 16之间。 η型区20可以包括生长在种子层上的Inx^vxN层，其中χ在0. 1与0. 16之间。发光区22 可以包括单个发光层或者具有多个薄量子阱发光层和设置在邻近量子阱之间的阻挡层的多量子阱发光区。发光区22的发光层可以是Inx(iai_xN，其中χ在0.23与0.25之间。ρ型区对可以包括一个或多个^^fehN层，其中χ在0. 1与0. 16之间。
岛30的适当尺寸由若干因素支配。首先，在一些实施例中，InGaN种子层可以图案化成比翘曲波长(上面所描述的)小的岛，其可以例如是大约数微米。第二，处理时间和条件可以有利于更小的岛。例如，更大的岛需要更多的时间横向弛豫以便缓解可能在岛的中心形成的翘曲。此外，实现翘曲的可接受的平坦化所需的退火温度可能造成种子层材料随着时间的退化。更小的岛需要更短的退火时间，这限制了退化的量。第三，随着翘曲尺寸增长，柔性层与种子层材料之间的粘合可能开始失效。限制岛的尺寸允许岛的横向膨胀达到岛的中心以便在翘曲增长得足够大以与柔性层分开之前降低翘曲尺寸。第四，大的翘曲可能难以通过横向弛豫来平坦化。如上所述，限制岛的尺寸可以减小种子层材料中的翘曲尺寸。每个岛30可以任意大或任意小，但是岛30的长度典型地在数十微米与数毫米之间。在一些实施例中，岛30的长度在50微米与500微米之间；在一些实施例中，岛30的长度在100微米与300微米之间。例如，每个岛可以具有100微米X 100微米与300微米X 300 微米之间的面积。尽管图3中示出了方形岛30，但是岛30可以是任何形状。为了形成具有大约Imm2的有源区面积的器件，可以形成100个岛，每个岛具有100微米X 100微米的面积。因此，尽管下面的实例仅示出了少数岛，但是应当理解的是，单个器件可以具有许多岛， 例如10与200个之间的岛。分开邻近岛的沟槽可以任意大以及如用来形成岛的技术所允许的那样小。在一些实施例中，沟槽宽度在5微米与50微米之间；在一些实施例中，沟槽宽度在20微米与30微米之间。在图2所示的器件中，在每个岛30上，ρ型区M和发光区22的一部分被蚀刻掉以显露η型区20的一部分。ρ接触沈在ρ型区M的其余部分上形成。η接触观在η型区20的露出部分上形成。在图2所示的结构中，其中η接触观接触η型区20的区域是窄的，例如宽度在1微米与5微米之间，并且η接触观在ρ型区M顶部之上延伸。诸如硅的氧化物或硅的氮化物之类的电介质材料25可以提供半导体结构的ρ型区和发光区与η接触观之间的电隔离。图3为包括9个诸如图2的截面图中所示的岛之类的岛30的结构的顶部表面的平面图。P接触26的面积可以大于η接触观的面积，因为电流在η型III族氮化物材料中比在ρ型III族氮化物材料中更容易散布。图2中未示出的η接触环36可以围绕每个岛的边缘形成。图4为基座的顶部表面的平面图，图3的结构可以安装在该基座上，使得图3中所示的表面连接到图4中所示的表面。图3中所示的岛上的η接触观连接到图4中所示的基座上的η接触焊盘42。ρ接触沈连接到ρ接触焊盘44。邻近岛之间的电连接46在基座 40上形成，而不是形成在图3中所示的半导体结构上。电流通过接触焊盘48和49提供给该结构。在图4所示的结构中，图3的岛30串联连接。岛之间的其他电布置是可能的并且处于本发明的范围内。在将图3的结构安装到图4的基座上之后，复合衬底可选地可以通过适合于衬底的技术(例如蚀刻或研磨)而被移除。图2-4中所示的结构可以被制造和安装成使得通过复合衬底(在图2中示为结合层14和基质衬底12)或者在复合衬底被移除的情况下通过η型区20的表面从器件提取光。 在这样的器件中，P接触沈和η接触观可以是反射的。在一些实施例中，图2-4中所示的结构可以被安装成使得光通过基座40从器件提取。在这样的器件中，ρ接触沈和η接触28可以是透明的。此外，基座40、n接触焊盘42和ρ接触焊盘44以及电连接46可以是透明的，或者被形成为吸收尽可能少的光。例如，如果基座40可以保持是薄的。吸收性的η 接触焊盘42和ρ接触焊盘44以及电连接46可以制成尽可能小，以便减少被吸收的光量。 在这种器件的一个实例中，基座40是美国专利7361938中更详细地描述的包括诸如磷光体之类的波长转换材料的陶瓷，该文献通过引用合并于此。η接触焊盘42和ρ接触焊盘44以及电连接46可以是透明的导电氧化物，例如氧化铟锡。图5示出了一种器件，其中岛之间的互连形成在半导体结构上，而不是形成在如图4所示的基座上。在图5所示的器件中，像在图2所示的器件中那样，在每个岛上，ρ型区M和发光区22的一部分被蚀刻掉以显露η型区20的一部分，η接触观形成在η型区的该部分上。III族氮化物半导体结构上形成的互连电连接各岛30。特别地，通常为金属的导电互连27将η接触观连接到邻近的岛30的ρ接触26。在适当的地方通过电介质层 25提供电隔离，其可以例如为硅的氮化物或硅的氧化物。图5中所示的两个岛串联连接。 岛之间的其他电布置是可能的并且处于本发明的范围内。岛之间的互连可以通过常规的晶片级光刻工艺来形成。如图5中所示在III族氮化物结构上形成互连使得光刻工艺复杂化，因为对于每个互连置换需要单独的光刻掩模设计，但是它简化和标准化了该结构安装于其上的基座的设计。形成对照的是，如图2-4中所示在基座上形成互连简化和标准化了形成图2中所示的III族氮化物结构所需的光刻工艺，但是使得形成图4中所示的基座所需的设计和光刻工艺复杂化。图6、图7和图8示出了依照本发明实施例不需要蚀刻台面以露出η型区的结构的制造。在图6中，η型区20、发光区22和ρ型区M如上所述在复合衬底上的岛30中生长。电介质52被形成，其电隔离邻近的岛30。电介质52中的开口允许在每个岛上的ρ型区M的一部分上形成P接触26。然后，通过诸如电镀之类的任何适当的工艺在ρ接触沈上形成厚的欧姆金属层Μ。在图7中，例如通过电化学抛光或机械抛光对厚金属层M平坦化以形成平坦表面，然后将该平坦表面连接到基座56。基座56通常是导电和导热的。例如，基座56可以是金属晶片、顶部和底部上具有欧姆金属接触的半导体晶片，或者如图7中所示，为具有连接顶部和底部上的欧姆金属接触的金属填充通孔58的电绝缘晶片57，例如烧结的Α1Ν。III 族氮化物结构可以通过任何适当的技术连接到基座56，所述技术包括例如焊接或热超声结合。然后，通过任何适当的技术移除图6中所示的复合衬底10，该技术包括例如机械研磨、 化学蚀刻、激光剥离或者牺牲外延层的蚀刻。移除复合衬底10使η型区20露出。在图8中，η型区20的表面通过例如机械抛光或者湿法蚀刻或干法蚀刻而平坦化。 可选地，可以例如通过蚀刻或者机械粗糙化或电化学粗糙化而对η型区20的平坦化表面进行粗糙化或图案化，以便改善来自器件的光提取。η接触60在其中不存在发光区的岛之间的沟槽上形成，使得η接触60不吸收大量的发射光。η接触60在边缘61处电连接到η型区20。例如，边缘61宽度可以在1微米与5微米之间。可选的导电但是光学透明的膜(图 8中未示出)可以在η型区20的露出部分上形成，以便改进来自η接触60的电流在η型区 20中的散布。适当材料的实例包括透明导电氧化物(比如氧化铟锡或氧化锡)以及宽带隙半导体(例如氧化锌或氮化铟铝)。
在一些实施例中，在η型区20上形成波长转换材料(诸如陶瓷或粉末磷光体)和/ 或本领域中已知的辅助光学器件(例如二向色滤光器)。例如，可以在从器件提取的光的路径上将如上所述的陶瓷磷光体70置于η型区20上。诸如例如透明导电氧化物(例如氧化铟锡)之类的透明导电材料72可以在陶瓷磷光体上形成，与η型区20以及η接触60和62 中的任何一个或全部接触，以改进η接触60与62之间的η型区20中的电流散布。在一些实施例中，在复合衬底中形成一个或多个宽沟槽33。在这些宽沟槽上形成的η接触62可以用作结合焊盘。周期性地间隔结合焊盘62，而不是让每个η接触60充当结合焊盘，可以简化波长转换层或者诸如例如烧结的陶瓷磷光体晶片之类的辅助光学器件的形成和放置。在一些实施例中，使图6的厚金属M变薄，以便维持岛30之间的间隔55。代替如图7和图8中所示的ρ型区M与基座56之间的单个连续电接触M的是，各个岛可以通过电隔离的结合焊盘电连接到基座。在一些实施例中，P型区M与基座56之间的连接不导电。在这样的实施例中，可以穿过半导体结构蚀刻形成通孔以便制作到被掩埋的P型区的电接触。诸如磷光体之类的波长转换材料可以置于从上面描述的任何实施例和实例提取的光的路径上。例如，发射黄色光的单一磷光体或者发射红色和绿色或黄色光的多种磷光体可以与发射蓝色光的器件组合。来自器件和磷光体的组合光看起来为白色。除了上述波长转换材料之外或者代替上述波长转换材料的是，诸如偏振器或滤光器之类的其他结构可以置于从上面描述的任何实施例和实例提取的光的路径上。包括许多III族氮化物材料岛的器件可以比相同面积的单片器件具有优势。依照本发明实施例的器件具有任意的总面积。电流密度、驱动电流和正向电压可以至少部分地解耦。例如，可以以串联连接和并联连接的组合连接器件上的各个岛，这可以允许在与单片器件相同的电流密度下以更高电压和更低总电流驱动该器件。最后，可以串联连接岛，使得与相同面积的单片器件相比，驱动电流减小并且正向电压增大到N倍，其中N为岛的总数量。由于更低的电流/更高的电压电流调节器典型地比更高的电流/更低的电压电流调节器更廉价，因而具有岛的器件的总系统成本可以小于等效面积的单片器件。在详细地描述了本发明之后，本领域技术人员应当理解，鉴于本公开内容，可以在不脱离本文描述的发明构思的精神的情况下对本发明做出各种修改。来自不同实例和实施例的元件可以被组合。例如，在一些实施例中，岛之间的一些互连在半导体结构上形成，并且一些互连在基座上形成。因此，本发明的范围并非旨在受限于所示出和描述的具体实施例。
权利要求
1.一种方法，包括在衬底上生长多个III族氮化物半导体结构，其中每个半导体结构包括设置在η型区与P型区之间的发光层；该衬底包括基质、通过沟槽分开的多个III族氮化物材料的岛以及设置在基质与所述多个III族氮化物材料的岛之间的结合层；并且每个半导体结构的发光层具有大于3. 19埃的a晶格常数；以及形成电连接所述III族氮化物半导体结构中的两个的导电材料。
2.权利要求1的方法，其中形成导电材料包括在两个连接的III族氮化物半导体结构的至少一部分上形成金属层。
3.权利要求2的方法，其中所述金属层电连接所述两个III族氮化物半导体结构的ρ 型区。
4.权利要求2的方法，其中所述金属层将所述两个III族氮化物半导体结构中的一个的P型区电连接到所述两个III族氮化物半导体结构中的另一个的η型区。
5.权利要求1的方法，其中形成导电材料包括在基座上形成金属层并且将所述多个 III族氮化物半导体结构连接到基座，使得该金属层电连接两个III族氮化物半导体结构。
6.权利要求5的方法，进一步包括在将所述多个III族氮化物半导体结构连接到基座之后移除基质。
7.权利要求1的方法，其中每个III族氮化物半导体结构具有小于500微米的长度。
8.权利要求1的方法，其中每个沟槽具有5微米与50微米之间的宽度。
9.一种器件，包括连接到基座的多个III族氮化物半导体结构，其中每个半导体结构包括设置在η型区与P型区之间的发光层；邻近的半导体结构通过沟槽分开；并且每个半导体结构的发光层具有大于3. 19埃的a晶格常数；以及设置在所述半导体结构中的两个之间的导电材料，其中该导电材料电连接所述III族氮化物半导体结构中的两个。
10.权利要求9的结构，其中所述导电材料包括设置在两个连接的III族氮化物半导体结构的至少一部分上的金属层。
11.权利要求10的结构，其中所述金属层电连接所述两个III族氮化物半导体结构的 P型区。
12.权利要求10的结构，其中所述金属层将所述两个III族氮化物半导体结构中的一个的P型区电连接到所述两个III族氮化物半导体结构中的另一个的η型区。
13.权利要求9的结构，其中所述导电材料包括设置在基座上的金属层，其中该金属层将所述多个III族氮化物半导体结构连接到基座，使得该金属层电连接两个III族氮化物半导体结构。
14.权利要求9的结构，其中所述导电材料包括设置在基座上的导电氧化物；并且该基座包括陶瓷材料，该陶瓷材料适于吸收发光层发射的第一光并且发射具有与第一光不同的峰值波长的第二光。
15.权利要求9的结构，其中每个III族氮化物半导体结构具有小于500微米的长度。
16.权利要求9的结构，其中每个沟槽具有5微米与50微米之间的宽度。
17.权利要求9的结构，进一步包括陶瓷材料，该陶瓷材料适于吸收发光层发射的第一光并且发射具有与第一光不同的峰值波长的第二光，其中该陶瓷材料设置在所述多个半导体结构的与基座相反的一侧。
18.权利要求17的结构，进一步包括设置在所述多个半导体结构与所述陶瓷材料之间的导电氧化物。
全文摘要
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。该复合衬底可以形成为使得每个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。
文档编号H01L33/08GK102165609SQ200980137469
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年9月24日
发明者B. 麦克劳林 M., R. 拉姆斯 M. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司, 飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司