[发明专利]III族氮化物发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及III族氮化物发光器件。该III族氮化物器件可以生长在比传统衬底更紧密晶格匹配到III族氮化物层的衬底上。

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器件属于当前可获得的最高效光源。在能够跨过可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中当前感兴趣的材料体系包括也称为III族氮化物材料的III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金。典型地，在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其它合适衬底上利用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术，通过外延生长不同组成和掺杂剂浓度的半导体层的堆叠来制作III族氮化物发光器件。该堆叠经常包括在衬底上形成的一个或多个n型层、在一个或多个n型层上形成的有源区域中的一个或多个发光层、以及在有源区域上形成的一个或多个p型层。n型层可以掺杂有例如Si，并且p型层可以掺杂有例如Mg。电接触形成于n和p型区域上。

由于III族氮化物衬底通常是昂贵的并且不是广泛可获得的，III族氮化物器件经常生长在蓝宝石或SiC衬底上。这些衬底是次最优的，因为蓝宝石和SiC的晶格常数不同于生长在它们上的III族氮化物层，从而导致III族氮化物器件层中的应变和晶体缺陷，这会导致不良性能和可靠性问题。

发明内容

本发明的目的是在比蓝宝石或SiC更紧密晶格匹配到至少一些III族氮化物器件层的衬底上形成III族氮化物器件结构。

根据本发明实施例的方法包括生长一种生长在衬底上的III族氮化物结构，该III族氮化物结构包括布置在n型区域和p型区域之间的发光层。该方法还包括将该III族氮化物结构附着到载具以及移除该衬底。该衬底为RAO₃(MO)_n，其中R为三价阳离子Sc、In、Y和镧系元素其中之一；A为三价阳离子Fe(III)、Ga和Al其中之一；M为二价阳离子Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd其中之一；并且n为≥1的整数。该衬底具有面内晶格常数a_衬底，并且该III族氮化物结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数a_层。在一些实施例中，[(|a_衬底-a_层|)/a_衬底]*100%不大于1%。

在本发明各实施例中，一种器件包括衬底和生长在该衬底上的III族氮化物结构，该III族氮化物结构包括布置在n型区域和p型区域之间的发光层。该衬底为RAO₃(MO)_n，其中R为三价阳离子Sc、In、Y和镧系元素其中之一；A为三价阳离子Fe(III)、Ga和Al其中之一；M为二价阳离子Mg、Mn、Fe(II)、Co、Cu、Zn和Cd其中之一；并且n为≥1的整数。该衬底具有面内晶格常数a_衬底。该III族氮化物结构中的至少一个III族氮化物层具有体晶格常数a_层。衬底面内晶格常数和该III族氮化物结构中至少一个层的体晶格常数之间的百分比差异由[(|a_衬底-a_层|)/a_衬底]*100%定义，该百分比差异不大于1%。

与生长在蓝宝石或SiC上的传统生长的III族氮化物发光器件相比，此处描述的器件结构可以具有更少应变并且因此具有更佳性能。

附图说明

图1说明生长在衬底上的III族氮化物器件结构。

图2、3和4说明在图1中说明的基底区域的示例。

图5和6说明III族氮化物器件结构的部分。

图7说明薄膜倒装芯片发光器件。

图8说明垂直注入发光器件。

图9说明包括至少一个分布式布拉格反射器的III族氮化物结构的一部分。

具体实施方式

如此处所使用，BAlGaInN可以指硼、铝、镓、铟和氮的二元、三元、四元或五元合金。

在本发明的实施例中，III族氮化物器件结构生长在比传统衬底相更紧密晶格匹配到至少部分的III族氮化物膜的衬底上。该衬底可以具有与III族氮化物膜相同的六方对称性。由于衬底更紧密晶格匹配到器件结构，在生长期间更少的缺陷或不均匀性会被并入III族氮化物器件结构中，这可以导致III族氮化物器件的更佳性能。