专利名称：具有提高的提取效率的发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括光提取特征的III族氮化物发光装置。
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)、以及边发射激光器的半导体发光装置是当前可用的最有效的光源之一。在可跨越可见光谱而操作的高亮度发光装置的制造中，当前受关注的材料系统包括II1-V族半导体、尤其是镓、铝、铟及氮的二元、三元及四元合金，也称为III族氮化物材料。通常，通过利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延法(MBE)或其它外延技术在蓝宝石基底、碳化硅基底、III族氮化物基底或其它适当基底上外延地生长不同组分及掺杂浓度的半导体层堆叠而制造III族氮化物发光装置。该堆叠通常包括形成于该基底上的例如用Si掺杂的一个或多个η型层，在形成于该η型层或多个η型层上的有源区中的一个或多个发光层，及形成于该有源区上的例如用Mg掺杂的一个或多个P型层。电接触形成在这些η型及P型区域上。由于天然的III族氮化物基底通常是昂贵的且不可广泛获得，所以III族氮化物装置常常生长在蓝宝石或SiC基底上。这些非III族氮化物基底并不是最佳的，因为蓝宝石和SiC具有与生长在它们上的III族氮化物层不同的晶格常数，导致在III族氮化物装置层中的应力和晶体缺陷，这会导致不良的性能和可靠性问题。此外，形成在III族氮化物材料与这些非III族氮化物基底之间的界面处的波导可将光俘获在III族氮化物结构的内部。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有光提取特征的III族氮化物装置。在本发明的实施例中，包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层的半导体结构生长在基底上。基底是非III族氮化物材料并且具有面内晶格常数在半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数，并且[(Iaftis _as IVaeis]*100%不超过1%。对基底的与该半导体结构所生长的表面相反的表面进行纹理化。该纹理化可提闻光抽取。在根据本发明的实施例的方法中，包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层的半导体结构生长在基底上。移除该基底。该基底是具有面内晶格常数Ses的非III族氮化物材料。在半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数as，并且[(Ia基底-a层IVaes]* 100%不超过1%。该半导体结构的厚度经选择以减少在该可提高光提取的半导体结构内的被引导的光学模式的数量。在根据本发明的实施例的方法中，提供了具有图案化的表面的基底。该图案化的表面包括基底的一部分被移除的至少一个较低高度的区域。包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层的半导体结构生长在该图案化的表面上，使得半导体材料填充在较低高度的区域中。移除该基底使得充填在较低高度的区域中的半导体材料仍然是半导体结构的一部分，这可提高从装置的光提取。本文中描述的装置可具有较小的应变并且因此比传统地生长的III族氮化物发光装置具有更好的性能。提供光提取特征诸如纹理化或选择厚度以减少在装置中的被引导的光学模式以提高从装置的光提取。
图1示出包括纹理化基底的倒装芯片III族氮化物装置的一部分。图2示出包括纹理化基底的垂直电流注入III族氮化物装置的一部分。图3示出生长于形成在基底上的光提取特征上的III族氮化物装置的一部分。图4示出具有经选择以最大化提取效率的厚度的III族氮化物装置的一部分。图5示出以被截倒棱锥为形状形成的III族氮化物装置。图6A和图6B示出包括嵌入的光提取特征的III族氮化物半导体结构的部分。
具体实施例方式III族氮化物LED传统地生长在其上的蓝宝石和SiC基底不能容易地使用湿化学蚀刻。因此，为了形成纹理化光提取表面，在蓝宝石的情况下，该基底通常通过诸如激光剥尚的方法移除。然后，可对通过移除基底而暴露的III族氣化物材料进行纹理化。移除基底需要附加的加工步骤并且会减少产量。例如，激光剥离会损坏III族氮化物材料，这可能会减少制造产量。在本发明的实施例中，为在装置中的至少一个III族氮化物层提供晶格匹配(或者基本如此)的基底。在一些实施例中，该基底具有与III族氮化物材料相同的六角对称性。由于基底是基本上晶格匹配的，所以生长在基底上的III族氮化物结构比在传统的装置中的应变更小。此外，在一些实施例中，该基底可利用湿化学蚀刻来蚀刻以形成光提取特征。在一些实施例中，可使用湿化学蚀刻来选择性地从III族氮化物结构蚀刻基底。在各种实施例中，光提取可通过在III族氮化物结构的沉积之前蚀刻到基底中的光提取特征来提高，在III族氮化物结构的沉积之后蚀刻到基底中的光提取特征来提高，以及通过生长薄的(〈I μ m总厚度)III族氮化物结构、然后移除基底来提高。在装置中的III族氮化物层可具有体晶格常数和面内晶格常数的特征。体晶格常数是具有与III族氮化物层相同组分的松驰材料的晶格常数。面内晶格常数是如在装置中生长的III族氮化物层的晶格常数。如果如在装置中生长的III族氮化物层发生应变，则体晶格常数不同于面内晶格常数。在其上生长III族氮化物结构的基底是非III族氮化物材料，在一些实施例中，该非III族氮化物材料具有在至少一个沉积III族氮化物层的体晶格常数的1%内的面内晶格常数，并且在一些实施例中，该非III族氮化物材料具有在至少一个沉积III族氮化物层的体晶格常数的0.5%内的面内晶格常数。换言之，在一些实施例中，[(I a基底-a层I) /a基底]*100%不超过1%，在一些实施例中，不超过0.5%，并且在一些实施例中，不超过0.1%。在一些实施例中，该基底具有与III族氮化物结构类似或相同的六方纤锌矿对称性。在一些实施例中，该基底基本上不会受到在III族氮化物结构的沉积期间所经历的化学和热环境引起的侵蚀的影响。在一些实施例中，该基底具有在III族氮化物结构的面内热膨胀系数的30%内的面内热膨胀系数。在一些实施例中，该基底是单晶体或基本上是单晶体材料。在一些实施例中，该基底是一般组分RAO3(MO)n的材料，其中R是三价阳离子，常常选自Sc、In、Y、以及镧系元素(原子数57-71) ;A也是三价阳离子，常常选自Fe (III)、Ga、以及Al ;M是二阶阳离子，常常选自Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn以及Cd;并且η是彡I的整数。在一些实施例中，η < 9，并且在一些实施例中，η < 3。在一些实施例中，RAMO4(即，η=1)化合物是YbFe2O4结构类型，并且RAO3 (MO) η (η彡2)化合物是InFeO3 (ZnO)n结构类型。适当的基底材料的示例包括下列材料:
权利要求
1.一种装置，包括: 基底；以及 生长在所述基底上的半导体结构，所述半导体结构包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层； 其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面内晶格常数； 在所述半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数as ； [(|a基底-a层I )/a基底]*100%不超过1% ;并且 所述基底的与所述半导体结构在其上生长的表面相反的表面被纹理化。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述基底是ScMgAlCV
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述基底是RAO3(MO)n，其中R选自Sc、In、Y、以及镧系元素;A选自Fe (III)、Ga、以及Al ;M选自Mg,Mn,Fe (II)、Co、Cu、Zn以及Cd ;并且η是≥1的整数。
4.根据权利 要求1所述的装置，进一步包括布置在所述η型区域上的金属η接触以及布置在所述P型区域上的金属P接触，其中所述η接触和P接触两者形成在所述半导体结构的相同侧上。
5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括布置在所述η型区域上的金属η接触以及布置在所述P型区域上的金属P接触，其中所述η接触布置在通过蚀刻贯通所述基底的通孔而暴露的所述η型区域的表面上，并且其中所述η接触和P接触形成在所述半导体结构的相反侧上。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述基底具有至少2.0的折射率。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述半导体结构在其上生长的基底的表面被纹理化。
8.根据权利要求1所述的装置，进一步包括形成在所述半导体结构在其上生长的基底的表面上的孔或柱的格子。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述基底成形为被截倒棱锥。
10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括形成在所述半导体结构在其上生长的基底的表面和在所述半导体结构中的半导体层中的一者中的光子晶体。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述光子晶体被定位在所述III族氮化物发光层的2μπι内。
12.根据权利要求1所述的装置，其中与所述半导体结构在其上生长的表面相反的所述基底的表面被纹理化成具有六棱锥。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述半导体结构附接到基座并且所述基底厚度小于50 μ m0
14.一种方法,包括: 在基底上生长包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层的半导体结构；以及 移除所述基底；其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面内晶格常数； 在所述半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数as ； [(|a基底-a层I )/a基底]*100%不超过1% ;并且 所述半导体结构的厚度经选择以减少在所述半导体结构内的被引导的光学模式的数量。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在移除所述基底之后，将导电材料沉积在所述半导体结构的暴露的表面上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述导电材料是透明的氧化物。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述半导体结构的厚度是在200nm和2μ m之间。
18.一种方法，包括: 提供具有图案化的表面的基底 ，其中所述图案化的表面包括所述基底的一部分被移除的至少一个较低高度的区域； 在所述图案化的表面上生长包括布置在η型区域和P型区域之间的III族氮化物发光层的半导体结构，其中半导体材料填充在所述较低高度的区域中；以及 移除所述基底使得充填在所述较低高度的区域中的所述半导体材料仍然是所述半导体结构的一部分； 其中: 所述基底是非III族氮化物材料； 所述基底具有面内晶格常数； 在所述半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数as ;并且 [(I a基底-a层I) /a基底]*100%不超过1%。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述图案化的表面包括形成在所述基底表面上的多个柱，并且所述至少一个较低高度的区域包括两个柱之间的区域。
20.根据权利要求18所述的方法，其中移除包括利用蚀刻移除，所述蚀刻移除所述基底而不侵蚀所述半导体材料。
全文摘要
在本发明的实施例中，半导体结构生长在基底上，所述半导体结构包括布置在n型区域和p型区域之间的III族氮化物发光层。该基底是非III族氮化物材料。该基底具有面内晶格常数a基底。在该半导体结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数a层，并且[(|a基底-a层|)/a基底]*100%不超过1%。该基底的与该半导体结构所生长的表面相对的表面被纹理化。
文档编号H01L33/02GK103180972SQ201180052898
公开日2013年6月26日 申请日期2011年11月1日 优先权日2010年11月2日
发明者N.F.加德纳, J.E.埃普勒, M.B.麦克劳林, M.D.坎拉斯, A.J.F.戴维, W.K.戈伊茨, M.J.格伦德曼恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司