包括成形襯底的發光器件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及包括成形襯底的半導體發光器件。
【背景技術】
[0002]包括發光二極管(LED)、諧振腔發光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊緣發射激光器的半導體發光器件是當前可用的最高效的光源之一。當前在能夠跨可見光譜操作的高亮度發光器件的制造中感興趣的材料系統包括II1-V族半導體，特別是鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，其還被稱為III氮化物材料。典型地，III氮化物發光器件是通過在藍寶石、碳化硅、III氮化物或其它適合的襯底上通過金屬氧化化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術外延生長具有不同組成和摻雜物濃度的半導體層的疊層來制作的。疊層通常包括形成于襯底之上的例如摻雜有Si的一個或多個η型層、形成于一個或多個η型層之上的有源區中的一個或多個發光層、以及形成于有源區之上的例如摻雜有Mg的一個或多個P型層。在η和P型區上形成電氣接觸。
[0003]常規上，III氮化物器件通過MOCVD生長在藍寶石襯底上。然而，由于藍寶石襯底與III氮化物半導體材料之間的晶格常數和熱膨脹系數中的差異，因而在生長期間在半導體中形成缺陷，這可能限制III氮化物器件的效率。已經探索了其它襯底以試圖緩解與藍寶石上的生長相關聯的問題。例如，US 7，173，286描述了 “在鈮酸鋰和/或鉭酸鋰襯底上沉積III氮化物化合物”。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種具有改進的光提取的發光器件。
[0005]本發明的實施例包括包含發光層的半導體結構。包括鋰的襯底附接到半導體結構。襯底的表面與半導體結構的主平面形成在60°和75°之間的角度。
[0006]根據本發明的實施例的方法包括提供附接到半導體結構的包括鋰的襯底，半導體結構包括發光層。該方法還包括對襯底進行成形以形成以相對于半導體結構的主平面的銳角布置的表面。
【附圖說明】
[0007]圖1圖示了在高折射率襯底上生長的半導體結構。
[0008]圖2圖示了在常規生長襯底上生長并且鍵合到轉移襯底的半導體結構。
[0009]圖3圖示了在移除生長襯底并且將半導體結構鍵合到高折射率襯底之后的圖2的結構。
[0010]圖4圖示了在移除轉移襯底之后的圖3的結構。
[0011]圖5圖示了被處理成倒裝芯片器件的晶片的一部分。
[0012]圖6圖示了具有被成形為棱錐的襯底的器件。
[0013]圖7圖示了具有被成形為截頭(truncated)倒棱錐的襯底的器件。
[0014]圖8圖示了包括成形襯底和波長轉換層的倒裝芯片器件的晶片的一部分。
[0015]圖9圖示了具有被成形以改進光提取的襯底的器件。
[0016]圖10是圖9的結構的頂視圖。
[0017]圖11是圖9的結構的側視圖。
【具體實施方式】
[0018]在本發明的實施例中，III氮化物半導體結構與高折射率襯底組合。半導體結構可以生長在襯底上或鍵合到襯底。襯底可以例如為包括鋰、鈮酸鉭酸鋰(LiNbaTahO3)(其中O彡a彡l)、LiNb03、LiTa03、或LiV03、AlxInyGa(1_x_y)N和SiC的襯底。襯底可以被選擇成具有與器件中的III氮化物材料的折射率緊密匹配的折射率，和/或具有與III氮化物材料的晶格常數緊密匹配的晶格常數。1^他03具有大于2.2的折射率。例如，在450nm處，1^他03可以具有2.38的折射率，其與在450nm的光波長處可以為2.4的GaN的折射率良好地匹配。GaN和LiNbO3之間的晶格失配可以為大約6.9%，這相比于具有超過15%的晶格失配的GaN和藍寶石而言是緊密得多的匹配。
[0019]圖1圖示了在襯底10上生長的半導體結構17。半導體結構17包括與襯底10直接接觸地生長的緩沖層12，隨后是III氮化物器件結構15。襯底10可以是上述材料中的任一者。緩沖層可以將襯底10從III氮化物器件結構15分離并且可以使得能夠生長III氮化物器件結構15。在一些實施例中，不包括緩沖層12并且III氮化物器件結構15直接生長在襯底10上。在一些實施例中，η型層直接生長在單個緩沖層12上，如圖1中所示。在一些實施例中，具有相同或不同組成的多個緩沖層包括在器件中。例如，諸如以下描述的緩沖層之類的含鋁緩沖層12可以形成在襯底10上，然后充當用于器件結構15的生長發起層的諸如GaN緩沖層之類的附加緩沖層可以生長在緩沖層12與器件結構15之間。
[0020]緩沖層12可以例如為在高溫(即900和1100°C之間)下或在低溫(即< 500°C)下沉積的具有0.5至70nm厚度的AlGaN或AlN層。在沉積之后，緩沖層可以被退火，其中在零生長速率條件之下在提升的溫度下將樣品保持一段時間。在低溫下沉積的緩沖物可以在大于生長溫度的溫度下進行退火。可替換地，AlN緩沖層12可以通過在襯底10的表面上沉積鋁的薄層(即< 0.5nm)，然后將鋁層暴露于氮源以將其轉換成AlN來形成。鋁沉積可以在低溫(即100和500°C之間)下進行。AlN緩沖層可以在暴露于氮源之后進行退火。
[0021]在緩沖層12之上生長器件結構15。半導體器件結構包括夾在η型區14與ρ型區18之間的發光或有源區16。η型區14可以首先生長并且可以包括具有不同組成和摻雜物濃度的多個層，包括例如諸如附加緩沖層或成核層之類的制備層、可以是η型或非故意摻雜的層、以及針對對于發光區高效發射光而言合期望的特定光學、材料或電氣性質而設計的η型或甚至ρ型器件層。發光或有源區16生長在η型區14之上。適合的發光區16的示例包括單個厚或薄發光層，或者包括通過阻擋層分離的多個薄或厚發光層的多量子阱發光區。發射可見光的器件中的有源區16中的發光層典型地為InGaN。ρ型區18可以生長在發光區16之上。與η型區相似，ρ型區18可以包括具有不同組成、厚度和摻雜物濃度的多個層，包括非故意摻雜的層或η型層。器件中的所有半導體材料的總厚度在一些實施例中小于ΙΟμπι并且在一些實施例中小于6μπι。在一些實施例中，ρ型區首先生長，其后是有源區和η型區。在一個示例中，η型區14包括至少一個η型GaN層，有源區16包括通過GaN或AlxInyGa(1_x_y) N阻擋層分離的InGaN量子阱層，并且ρ型區18包括至少一個ρ型GaN
層O
[0022]作為在高折射率襯底10上生長器件結構15的可替換方案，η型區14、有源區16和ρ型區18可以生長在常規襯底上，然后被鍵合到襯底10，如圖2、3和4中所示。在圖2中，η型區14、有源區16和ρ型區18生長在諸如藍寶石或Si之類的常規襯底32上。包括襯底32和器件結構15的晶片然后被鍵合到轉移晶片30，例如通過陽極鍵合或通過經由一個或多個電介質鍵合層(未示出)進行鍵合。轉移襯底30在移除生長襯底32時支撐器件結構15。轉移襯底30可以是任何適合的材料，包括例如S1、玻璃或藍寶石。
[0023]在圖3中，通過任何適合的技術移除生長襯底32。例如，可以通過激光剝離移除藍寶石生長襯底。Si生長襯底可以通過濕法或干法蝕刻移除。移除生長襯底暴露η型區14的底表面。諸如以上所述的含鋰襯底之類的高折射率襯底10然后被鍵合到通過移除生長襯底而暴露的η型區14的表面。襯底10可以通過例如通過陽極鍵合或通過經由一個或多個電介質鍵合層(未示出)進行鍵合而鍵合到器件結構15。
[0024]在圖4中，移除轉移襯底30，暴露ρ型區18的頂表面。轉移襯底30可以通過任何適合的技術移除。例如，可以通過激光剝離移除藍寶石轉移襯底，或者可以通過濕法或干法蝕刻移除Si或玻璃轉移襯底。在移除轉移襯底30之后剩余的結構包括附接到器件結構15的襯底10。
[0025]在圖1或圖4中圖示的結構中的任一者然后可以被處理成單獨的器件。可以使用任何適合的器件結構，諸如垂直器件結構、其中通過在其上形成接觸的表面提取光的器件結構、或者倒裝芯片器件結構。為了形成具有布置在襯底上的接觸的垂直器件，可以通過在含4的氣氛中還原而使本文所描述的含鋰襯底中的一些導電。襯底可以摻雜有任何適合的摻雜物，包括 Mg、Cu、Mo、Mn、W、Cr、Co、Fe 和 Li。
[0026]圖5圖示了被處理成倒裝芯片LED器件的晶片的一部分。為了形成倒裝芯片器件，在半導體結構23的ρ型區上形成金屬ρ接觸22，半導體結構23可以僅為器件結構15，如圖4中所示，或者可以為器件結構15和緩沖層12，如圖1中所示。ρ接觸可以是反射性的；例如，P接觸可以包括至少一個銀層。通過標準光刻操作對半導體結構23進行圖案化和蝕刻以移除P型區的整個厚度的一部分和發光區的整個厚度的一部分，以形成顯露其上形成金屬η接觸24的η型區的表面的臺面(在圖5中未示出)。臺面以及ρ和η接觸可以以任何適合的方式形成。形成臺面以及P和η接觸對本領域技術人員而言是公知的。ρ和η接觸22和24可以重分布并且通過電介質層25彼此電氣隔離。對于每一個器件，至少一個P鍵合墊26電氣連接到ρ接觸22。至少一個η鍵合墊28電氣連接到η接觸24。
[0027]可替換地，半導體結構可以生長在常規生長襯底上并且被處理成單獨的器件，其包括諸如厚金屬層之類的結構，以在之后移除生長襯底期間支撐半導體結構。生長襯底然后可以被移除并且例如經由高折射率鍵合層將高折射率襯底鍵合到半導體結構。在一些實施例中，適合的鍵合層具有至少2.3的折射率。適合的鍵合層的一個示例是可以具有大約1.5的折射率的硅樹脂層，其灌輸有可以具有大約2.5的折射率的高折射率材料(諸如氧化鈦)的膠狀懸浮顆粒，使得硅樹脂/顆粒鍵合層具有大約2.4的有效折射率。
[0028]在被處理以形成單獨的器件之后，上述晶片中的任一者然后可以被切分成單獨的器件或者器件的組，如由圖5