[发明专利]发光晶体结构

说明书

本发明受到美国军方ARD(匹卡丁尼兵工厂)的DAAE30-03-D-1013项目的援助，因此美国政府对本发明享有无偿使用权以及要求专利权人在有限情况下基于合理的理由许可他人的权利。

技术领域

本发明涉及一种具有发光二极管的设备以及制造这种设备的方法，其中该发光二极管包括具有III族氮化物的结构。

背景技术

希望提高发光晶体结构例如发光二极管(LED)的效率，因为这将会增加它们在商业上应用的范围。可以通过两种方式提高效率：增加外部效率或增加内部效率。

外部效率的提高是通过从该结构中提取更多光来实现的。本领域技术人员众所周知，发光晶体结构具有一个临界角，超过该角度反射的光会在内部反射而不会射出该结构。例如，常规的平面LED中所生成的光只有大约5％射出该LED，而其余部分都是在内部反射。提取更多光的方式包括使平面LED具有纹理以减少内部反射的光量。

发明内容

一个实施例是一种设备，包括一个结构，该结构包含III族氮化物以及n型与p型III族氮化物之间的结(junction)，其中该结构具有棱锥形或楔形形状。

另一个实施例是一种设备，包括设置在衬底上的发光晶体结构。该结构具有n型和p型势垒区(barrier region)以及它们之间的结。该结被设置在该n型和p型势垒区的相对于该衬底平坦表面倾斜的一个或多个表面上。

另一个实施例是一种制造设备的方法。该方法包括形成发光晶体结构，包括：在衬底上形成第一势垒区，该第一势垒区具有相对于该衬底平坦表面倾斜的一个或多个表面。形成该结构还包括在该第一势垒区上形成第二势垒区，从而在该倾斜表面上形成结。该第一势垒区包括n型或p型半导体晶体中的一个，第二势垒区包括该n型或p型半导体晶体中的另一个。

附图说明

根据一下详细说明并结合附图，将会更好地理解本发明。各个特征的尺寸不是用于定量限定，而是被随意增加或减小以便于讨论清楚。现在结合附图来进行以下说明，其中：

图1示出了一个示例设备的透视图；

图2示出了一个替代示例设备的透视图；

图3示出了图1所示示例设备的一部分的截面图；和

图4-14表示一个示例设备在一个示例制造方法的选定步骤中的截面图和平面图。

具体实施方式

本发明受到以下认识的启发，即：内部和外部效率都可以通过形成具有倾斜表面的发光晶体结构来提高。内部效率的提高可以通过改变该晶体材料自身的特性来实现。然而，某些晶体沿着特定晶体轴没有反对称性，这使得该晶体具有内部电场。该内部电场不利地降低了内部效率，并且会改变从这种结构发出的光的波长。在倾斜表面上形成该结构的发光组件会使得该结构成为半极性晶体或非极性晶体，从而减小或消除了该结构的内部电场。此外，在倾斜表面上形成该结构减少了内部反射的光量，从而提高了外部效率。

本发明的一个实施例是一个设备。图1示出了一个示例设备100的透视图，例如是LED或包含LED的其他照明设备。该设备100包括具有n型势垒区110和p型势垒区115的发光晶体结构105。在该n型和p型势垒区110、115之间有结120。图1中以剖视图示出了p型势垒区115和结120的内部部分。结120被设置在该n型或p型势垒区110、115之一的倾斜表面125上。表面125相对于衬底130的平坦表面127倾斜。如本领域技术人员所公知的，结120包括当在该n型和p型区域110、115之间施加电压(V)时能够发光的有源区域。

倾斜表面125是指该n型和p型势垒区110、115中之一的生长或湿法蚀刻露出的表面，其偏离了该结构105所在的衬底130的水平平坦表面127。例如，对于包括III族氮化物的n型和p型势垒区110、115来说，该水平平面127可以对应于衬底130(例如绝缘衬底，如蓝宝石)的(0001)或(000 1)平面，而倾斜表面125可以对应于平面族{1 1 0 1}中的一个。

这里所使用的术语III族氮化物是指一种金属氮化物或金属合金氮化物，其中该金属包括元素周期表第III族中的一个或多个原子。例如包括氮化铝、氮化镓、氮化铟或其组合。在一些情况下，该n型和p型势垒区110、115包括掺杂剂以形成n型和p型材料。合适的n型和p型掺杂剂的例子分别包括硅和镁。