BRPI0720935B1

BRPI0720935B1 - dispositivo que compreende uma estrutura de nitreto-iii

Info

Publication number: BRPI0720935B1
Application number: BRPI0720935A
Authority: BR
Inventors: Patrick N. Grillot; Nathan F. Gardner; Werner K. Goetz; Linda T. Romano
Original assignee: Lumileds Holding B.V.
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2019-12-31
Also published as: JP5455643B2; KR101584465B1; TWI427819B; JP5723862B2; JP2013080942A; CN101636850B; CN102544286A; EP2097934A2; RU2454753C2; RU2009128185A; EP2097934B1; WO2008078302A2; KR20090096531A; JP2010514194A; US20080149961A1; TW200847483A; WO2008078302A3; CN102569576B; CN102569576A; US7547908B2

Abstract

em um dispositivo emissor de luz de nitreto-iii, as camadas de dispositivo ( 1 0), incluindo a camada emissora de luz, são desenvolvidas sobre 5 um gabarito projetado para reduzir a deformação no dispositivo, em particular na camada emissora de luz. a redução da deformação no dispositivo emissor de luz pode melhorar o desempenho do dispositivo. o gabarito pode expandir a constante de rede da camada emissora de luz na faixa de constantes de rede disponíveis de gabaritos de crescimento convencionais. a deformação é 10 definida como segue: uma dada camada tem uma constante de rede em volume correspondendo a uma constante de rede de um material de posicionamento livre de uma mesma composição que aquela da camada e uma constante de rede em plano aem-plano correspondendo a uma constante de rede daquela da camada como desenvolvida na estrutura. a quantidade de 15 deformação em uma camada é ( aem-plano - avolume) i i avolume· em algumas formas de realização, a deformação da camada emissora de luz é menor do que 1%.

Description

DISPOSITIVO QUE COMPREENDE UMA ESTRUTURA DE NITRETO-III A presente invenção refere-se a técnicas de desenvolvimento e estruturas de dispositivo para dispositivos emissores de luz semicondutores.

Os dispositivos emissores de luz semicondutores, incluindo diodos emissores de luz (LEDs), diodos emissores de luz de cavidade ressonante (RCLEDs), diodos de leiser de cavidade vertical (VCSELs) e leiseres emissores de borda, estão entre as fontes de luz mais eficientes atualmente disponíveis. Os sistemas de materiais atualmente de interesse na manufatura de dispositivos emissores de luz de alto brilho, capazes de operar através do UV, visível e, possivelmente, do espectro infravermelho, incluem semicondutores do Grupo III V, particularmente ligas binárias, ternárias e quaternárias de gálio, alumínio, índio e nitrogênio, também referidas como materiais de nitreto III. Tipicamente, os dispositivos emissores de luz de nitreto III são fabricados desenvolvendo-se epitaxialmente uma pilha de camadas semicondutoras de diferentes composições e concentrações de dopante sobre uma safira, carbeto de silício, nitreto-III ou outro substrato adequado, por deposição de vapor químico orgânico-metálico (MOCVD), epitaxia de feixe molecular (MBE) ou outras técnicas epitaxiais. A pilha com frequência inclui uma ou mais camadas tipo-n dopadas com, por exemplo, Si, formadas sobre o substrato, uma ou mais camadas emissoras de luz em uma região ativa formada sobre a camada ou camadas tipo-n e uma ou mais camadas tipo-p dopadas com, por exemplo, Mg, formadas sobre a região ativa. Os contatos elétricos são formados sobre as regiões tipo-n e tipo-p. Estes materiais de nitreto-III são também de interesse para outros dispositivos optoeletrônicos e também eletrônicos, tais como transistores de efeito de campo (FETs) e detectores.

Em formas de realização da invenção, as camadas de dispositivo incluindo a camada emissora de luz de um dispositivo de nitreto-III, são desenvolvidas sobre um gabarito projetado para reduzir a deformação no dispositivo, em particular na camada emissora de luz. Esta deformação pode ser definida como segue: uma dada camada tem uma constante de rede em volume correspondendo a uma constante de rede de um material de posicionamento livre de uma mesma composição que aquela da camada e uma constante de rede em plano correspondendo a uma constante de rede daquela camada como desenvolvida na estrutura. A quantidade de deformação em uma camada é a diferença entre a constante de rede em plano do material formando uma camada particular e a constante de rede em volume da camada do dispositivo, dividido pela constante de rede em volume. A redução da deformação no dispositivo emissor de luz pode melhorar o desempenho do dispositivo. O gabarito pode expandir a constante de rede na camada emissora de luz em uma faixa de constantes de rede disponível pelos gabaritos de desenvolvimento convencionais. Em algumas formas de realização da invenção, a deformação na camada emissora de luz é menor do que 1%.

Em algumas formas de realização, o gabarito inclui duas camadas desenvolvidas em baixa temperatura, uma camada de nucleação livre de índio, tal como GaN desenvolvido diretamente sobre o substrato, e uma camada contendo índio, tal como InGaN desenvolvido sobre a camada livre de índio. Ambas as camadas podem ser camadas de não-monocristal. Em algumas formas de realização, uma camada de monocristal, tal como uma camada GaN, pode ser desenvolvida entre a camada de nucleação e a camada contendo índio. Em algumas formas de realização, uma camada de monocristal, tal como GaN, InGaN ou AlInGaN, pode ser desenvolvida sobre a camada contendo Índico de baixa temperatura.

Em algumas formas de realização, o gabarito inclui ainda uma pilha de múltiplas camadas ou uma região graduada, ou é formado por um processo incluindo um recozimento térmico ou etapa de desenvolvimento termicamente ciclado. A Fig. 1 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo de acordo com a arte anterior. A Fig. 2 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada de InGaN de baixa temperatura desenvolvida após uma camada de nucleação de baixa temperatura convencional. A Fig. 3 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada de InGaN de baixa temperatura, desenvolvida sobre múltiplas camadas de nucleação de baixa temperatura. A Fig. 4 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo múltiplas camadas de baixa temperatura desenvolvidas sobre uma camada de nucleação de baixa temperatura convencional. A Fig. 5 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo mais do que um conjunto de uma camada de nucleação de baixa temperatura e uma camada de InGaN de baixa temperatura. A Fig. 6 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo múltiplas camadas InGaN de baixa temperatura. A Fig. 7 é uma vista em seção transversal da estrutura da Fig. 6, após recozimento e desenvolvimento das camadas de dispositivo. A Fig. 8 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada InGaN de baixa temperatura, após uma camada GaN de alta temperatura. A Fig. 9 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada InGaN de alta temperatura, desenvolvida após uma camada InGaN de baixa temperatura. A Fig. 10 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada InGaN de alta temperatura desenvolvida após uma camada InGaN de baixa temperatura, após uma camada GaN de alta temperatura. A Fig. 11 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada InGaN de baixa temperatura, disposta entre duas camadas InGaN de alta temperatura. A Fig. 12 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo duas camadas InGaN de alta temperatura, desenvolvidas sobre uma camada InGaN de baixa temperatura. A Fig. 13 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo múltiplas camadas ricas em índio-pobres em índio desenvolvidas por desenvolvimento ciclado térmico. A Fig. 14 é uma vista em seção transversal de uma parte de um dispositivo incluindo uma camada de baixa temperatura e uma camada de composição graduada. A Fig. 15 é uma plotagem da constante de rede-c em função de uma constante de rede-a para diversos dispositivos incluindo uma camada de nucleação de GaN e uma camada GaN de alta temperatura espessa, e para diversos dispositivos incluindo uma camada InGaN de baixa temperatura e uma camada GaN de alta temperatura. A Fig. 16 é uma plotagem das constantes de rede-c e -a para diversos dispositivos. A Fig. 17 ilustra diversos planos cristalográficos maiores de uma estrutura wurtizita tal como safira. A Fig. 18 ilustra uma parte de um dispositivo emissor de luz flip chip de que o substrato de desenvolvimento foi removido. A Fig. 19 é uma vista explodida de um dispositivo emissor de luz adensado. O desempenho de um dispositivo emissor de luz semicondutor pode ser aferido medindo-se o rendimento quantitativo externo, que mede o número de fótons extraídos do dispositivo por elétron suprido ao dispositivo. Quando a densidade da corrente aplicada a um dispositivo emissor de luz de nitreto-III convencional aumenta, o rendimento quantitativo do dispositivo inicialmente aumenta, em seguida diminui. Quando a densidade da corrente aumenta além de zero, o rendimento quantitativo aumenta, alcançando um pico em uma dada densidade de corrente (por exemplo, a cerca de 10 A/cm para alguns dispositivos). Quando a densidade da corrente aumenta além do pico, o rendimento quantitativo externo inicialmente cai rapidamente, em seguida a diminuição diminui em mais elevada densidade de corrente (por exemplo, além de 200 A/cm para alguns dispositivos). O rendimento quantitativo de um dispositivo também diminui quando a composição InN da região emissora de luz aumenta e quando o comprimento de onda da luz emitida aumenta.

Uma técnica para reduzir ou reverter a queda do rendimento quantitativo em densidade de alta corrente é formar camadas emissoras de luz mais espessas. Entretanto, o desenvolvimento das camadas emissoras de luz de nitreto-III é difícil por causa da deformação nas camadas do dispositivo de nitreto-III. Também, a fim de obter-se emissão em mais longos comprimentos de onda, a incorporação de composição de mais elevado InN é desejável. Entretanto, o desenvolvimento de camadas emissoras de luz de nitreto-III de composição de elevado InN é difícil por causa da deformação nas camadas do dispositivo de nitreto-III.

Uma vez que os substratos de desenvolvimento de nitreto-III nativo são geralmente caros, não largamente disponíveis e não práticos para o desenvolvimento de dispositivos comerciais, os dispositivos de nitreto-III são com frequência desenvolvidos em substratos de safira (A12O3) ou SiC. Tais substratos não-nativos têm constantes de rede diferentes das constantes de rede de volume das camadas do dispositivo de nitreto-III desenvolvidas sobre o substrato, coeficientes de expansão térmica e propriedades químicas e estruturais diferentes dos das camadas de dispositivo, resultando em deformação nas camadas de dispositivo e desigualdade química e estrutural entre as camadas de dispositivo e os substratos. Exemplos desta desigualdade estrutural podem incluir, por exemplo, uma rotação em-plano entre a estrutura cristalina de GaN e a estrutura cristalina do substrato de safira em que GaN é desenvolvido.

Como aqui usado, uma constante de rede “em plano” refere-se à constante de rede real de uma camada dentro do dispositivo, e uma constante de rede de “volume” refere-se à constante de rede de material de posicionamento livre, relaxado, de uma dada composição. A quantidade de deformação em uma camada é definida na Eq. (1). deformação = (1) Observe-se que a deformação ε, na Eq. (1) pode ser positiva ou negativa, isto é, ε > 0 ou ε < 0. Em uma película não deformada, aem.piano = ^volume, de modo que ε = 0 na Eq. (1). Uma película onde ε > 0 é dita estar sob deformação por tração ou sob tração, enquanto uma película em que ε < 0 é dita estar sob deformação compressiva, ou sob compressão. Exemplos de deformação por tração inclui uma película AlGaN deformada, desenvolvida sobre GaN não desenvolvido, ou uma película GaN deformada, desenvolvida sobre InGaN não deformado. Em ambos os casos, a película deformada tem uma constante de rede em volume que é menor do que a constante de rede em volume da camada não deformada sobre a qual é desenvolvida, de modo que a constante de rede em plano da película deformada é estirada para igualar aquela da camada não deformada, dando ε > 0 na Eq. (1), de acordo com o que a película é dita estar sob tração. Exemplos de deformação compressiva incluem uma película InGaN deformada, desenvolvida sobre GaN não deformado, ou uma película GaN deformada desenvolvida sobre AlGaN não deformado. Em ambos os casos, a película deformada tem uma constante de rede em volume que é maior do que a constante de rede em volume da camada não deformada sobre a qual é desenvolvida, de modo que a constante de rede em plano da película deformada é comprimida para igualar aquela da camada não deformada, dando ε < 0 na Eq. (1), de acordo com o que a película é dita estar sob compressão.

Em uma película de tração, a deformação atua para separar os átomos entre si, a fim de aumentar a constante de rede em plano. Esta deformação por tração é com frequência indesejável, porque a película pode responder à deformação por tração por rachadura, o que diminui a deformação na película, porém compromete a integridade estrutural e elétrica da película. Em uma película compressiva, a deformação atua para unir os átomos e este efeito pode diminuir a incorporação de grandes átomos, tais como Índico, em uma película InGaN, por exemplo, ou pode diminuir a qualidade do material da camada ativa de InGaN em um LED de InGaN. Em muitos casos, a tração e o esforço compressivo são ambos indesejáveis e é benéfico diminuir a tração ou esforço compressivo nas várias camadas do dispositivo. Em tais casos, é mais conveniente reportar-se ao valor absoluto ou magnitude da deformação, como definido na Eq. (2). Como aqui usado, o termo “deformação” será entendido como significando o valor absoluto ou magnitude da deformação, como definido na Eq. (2). deformação = (2) Quando um dispositivo de nÍtreto-III é convencionalmente desenvolvido em A12O3, a primeira estrutura desenvolvida no substrato é geralmente uma camada de gabarito GaN com uma constante de rede-a em plano de cerca de 3,189 Â ou menos. O gabarito GaN serve como um gabarito de constante de rede para a região emissora de luz pelo fato de ajustar a constante de rede para todas as camadas de dispositivo desenvolvidas acima da camada modelo, incluindo a camada emissora de luz InGaN. Uma vez a constante de rede em volume de InGaN seja maior do que a constante de rede em plano do gabarito de GaN convencional, a camada emissora de luz é compressivamente deformada quando desenvolvida sobre um gabarito GaN convencional. Por exemplo, uma camada emissora de luz, configurada para emitir luz de cerca de 450 nm, pode ter uma composição Ιηο,ΐ6θΗο,84Ν, uma composição com uma constante de rede em volume de 3,242 Â, em comparação com a distribuição de tamanho de partícula de GaN, 3,189 Á. Quando a composição InN da camada emissora de luz aumenta, como nos dispositivos projetados para emitir luz em mais longos comprimentos de onda, a deformação compressiva da camada emissora de luz também aumenta.

Se a espessura da camada deformada aumentar além de um valor crítico, formam-se deslocamentos ou outros defeitos dentro da camada, reduzindo a energia associada com a deformação, como descrito em Tomiya et al., Proceedings of SPIE, volume 6133, páginas 613308-1-613308-10 (2006), que é incorporado aqui por referência. Os defeitos estruturais podem associar-se com centros de recombinação não-radioativa, que podem consideravelmente reduzir o rendimento quantitativo do dispositivo. Como resultado, a espessura da camada emissora de luz deve ser mantida abaixo desta espessura crítica. Quando a composição InN e o comprimento de onda pico aumentam, a deformação na camada emissora de luz aumenta, assim a espessura crítica de uma camada emissora de luz diminui.

Mesmo se a espessura da camada emissora de luz for mantida abaixo da espessura crítica, as ligas de InGaN são termodinamicamente instáveis em certas composições e temperaturas, como descrito em Ponce et al., Physica Status Solidi, volume B 240, páginas 273 - 284 (2003), que é incorporado aqui por referência. Por exemplo, em temperaturas tipicamente usadas para desenvolvimento de InGaN, InGaN pode exibir decomposição espinodal, onde uma camada InGaN composicionalmente uniforme transforma-se em uma camada com regiões de composição InN mais elevada do que a média e regiões de composição InN mais baixa do que a média. A decomposição espinodal de uma camada emissora de luz InGaN cria centros de recombinação não-radioativos e pode aumentar a absorção interna, que pode reduzir a rendimento quantitativo do dispositivo. O problema da decomposição espinodal piora quando a espessura da camada emissora de luz aumenta, quando a composição InN média da camada emissora de luz aumenta e/ou quando a deformação na camada emissora de luz aumenta. Por exemplo, no caso de uma camada emissora de luz desenvolvida em um gabarito GaN e configurada para emitir luz a 550 nm, a combinação de composição InN > 20% e a espessura preferida > 30 Â excede o limite de decomposição espinodal.

Portanto, como descrito acima, é desejável aumentar a espessura da camada emissora de luz, para reduzir ou eliminar a queda da rendimento quantitativo que ocorre quando a densidade da corrente aumenta, ou é desejável aumentar a composição InN para obter-se mais longo comprimento de onda de emissão. Em ambos os casos, é necessário reduzir a deformação na camada emissora de luz, a fim de desenvolver uma camada emissora de luz de composição mais espessa ou mais elevada, para manter-se o número de defeitos dentro de uma faixa aceitável, aumentando-se a espessura crítica, e para aumentar a espessura em que a camada pode ser desenvolvida sem decomposição espinodal. As formas de realização da invenção são projetadas para reduzir a deformação nas camadas de dispositivo de um dispositivo de nitreto-III, em particular na camada emissora de luz. A Fig. 1 ilustra um dispositivo com uma camada de nucleação convencional 2, desenvolvida em um substrato 1. Uma ou mais camadas de elevada temperatura, 3 e 5, podem ser desenvolvidas sobre a camada de nucleação 2 e as camadas de dispositivo 6 podem ser desenvolvidas sobre a camada de elevada temperatura 3 ou 5. Métodos anteriores de reduzir a deformação nas camadas emissoras de luz de nitreto-III incluem desenvolver uma elevada temperatura, substancialmente a região 5 de InGaN de monocristal sobre uma região GaN coalescida 3, como ilustrado na Fig. 1 e descrito na Patente US No. 6.489.636 ou desenvolver uma camada de nucleação contendo índio 2 diretamente sobre um substrato de safira, como ilustrado na Fig. 1 e descrito no Pedido de Patente UK GB 2.338.107 A. Entretanto, a região de InGaN desenvolvida sobre GaN coalescido tipicamente não relaxa eficientemente e, assim, fornece redução limitada de deformação e defeitos associados e a abordagem descrita no Pedido de Patente UK GB 2 338 107 A, que inclui uma camada de nucleação contendo índio desenvolvida diretamente sobre safira, tipicamente resulta em um ou mais problemas nas camadas de dispositivo, incluindo elevadas densidades de deslocamento, superfícies ásperas e elevadas concentrações de impurezas, tais como carbono e oxigênio. Portanto, é necessário controlar não somente a deformação nas camadas de dispositivo, mas também a densidade de deslocamento e aspereza de superfície.

Outro método de controlar a deformação nos gabaritos de GaN convencionais, tais como mostrados na Fig. 1, é controlar a densidade de deslocamento no gabarito de GaN, como descrito em Bõttcher et al., Applied Physics Letters, volume 78, páginas 1976 - 1978 (2001), que é incorporado aqui por referência. Esta abordagem, a constante de rede-a aumenta com crescente densidade de deslocamento atravessante (TDD). Embora a exata relação entre uma constante de rede-a e a densidade de deslocamento atravessante dependa de muitos fatores, incluindo concentração Si, temperatura de desenvolvimento, e espessura do gabarito, uma relação aproximada entre uma constante de rede-a e densidade de deslocamento atravessante em gabaritos GaN convencionais pode ser descrita como ^em-piano = 3,1832 + 9,578 x IO'13 * TDD (3) Observe-se pela Eq. (3) que uma constante de rede-a em plano de 3,189 Â corresponde a uma densidade de deslocamento atravessante de aproximadamente 6 χ 109 cm'2. Embora esta constante de rede-a possa ser obtida em mais baixas de densidades de deslocamento atravessante, usando-se diferentes concentrações Si, diferentes temperaturas de desenvolvimento, ou diferentes espessuras de gabarito, os inventores observaram que um gabarito GaN convencional, com uma constante de rede-a maior do que 3,189 Â, geralmente tem uma densidade de deslocamento atravessante de pelo menos 2 x 10 cm' . Variando-se a densidade de deslocamento atravessante nos gabaritos GaN convencionais, tais como aquele da Fig. 1, os inventores variaram a constante de rede-a em plano nos gabaritos GaN convencionais através da faixa de aproximadamente 3,1832 Â a aproximadamente 3,1919 À.

Embora o aumento da densidade de deslocamento atravessante seja assim geralmente eficaz no aumento da constante de rede-a em gabaritos GaN convencionais, este método tem diversas desvantagens. Por exemplo, defeitos tais como deslocamentos atuam como centros de recombinação não-reativa, que podem diminuir o rendimento quantitativo dos dispositivos emissores de luz de nitreto-III, como descrito em Koleske et al., Applied Physics Letters, volume 81, páginas 1940-1942 (2002), que é incorporado aqui por referência. E portanto desejável reduzir a densidade de deslocamento a fim de aumentar o rendimento quantitativo externo. Também, como na constante de rede-a em plano aproxima-se e excede aproximadamente 3,189 Â em gabaritos GaN convencionais, as camadas GaN tendem a rachar devido a excessivo deformação por tração, como descrito em Romano et al., Journal of Applied Physics, volume 87, páginas 7745-7752 (2000), que é incorporado aqui por referência. E portanto desejado romper esta relação entre a constante de rede-a e a densidade de deslocamento, que é obrigatória pelos gabaritos GaN de composição binária. Em particular, obterem-se camadas ativas de baixa deformação em combinação com gabaritos de densidade de deslocamento atravessante é um importante objetivo para aumentar o rendimento quantitativo externo e o comprimento de onda de LEDs de nitreto-III. Em algumas formas de realização da invenção, o gabarito sobre o qual as camadas de dispositivo são desenvolvidas é substancialmente livre de rachadura, com uma combinação de uma constante de rede-a em plano tão grande quanto 3.200 Â e uma densidade de deslocamento atravessante abaixo de 2 x 109 cm'2.

Em formas de realização, as camadas de depósito de um dispositivo emissor de luz semicondutor são desenvolvidas sobre uma estrutura, referida aqui como um gabarito, incorporando um componente para controlar a constante de rede (e, portanto, a deformação) nas camadas de dispositivo. As estruturas que aumentam a constante de rede do dispositivo pode provocar aspereza de superfície indesejavelmente aumentada ou densidade de deslocamento atravessante aumentada, assim o gabarito podendo também incluir componentes para controlar a densidade de deslocamento atravessante e a aspereza de superfície das camadas do dispositivo, particularmente na região emissora de luz. O gabarito ajusta a densidade de deslocamento atravessante e a constante de rede das camadas semicondutoras desenvolvidas sobre o gabarito. O gabarito serve como uma transição de constante de rede da constante de rede de GaN para uma constante de rede mais proximamente igualada com a constante de rede em volume da camada emissora de luz. A constante de rede ajustada pelo gabarito pode ser mais rigorosamente igualada à constante de rede em volume das camadas de dispositivo do que a constante de rede disponível dos dispositivos desenvolvidos em gabaritos convencionais, resultando em menos deformação em uma densidade de deslocamento atravessante e aspereza de superfície aceitáveis, em comparação com os dispositivos desenvolvidos em gabaritos GaN convencionais.

As camadas de dispositivo referidas acima incluem pelo menos uma camada emissora de luz intercalada entre pelo menos uma camada tipo-n e pelo menos uma camada tipo-p. Camadas adicionais de diferentes composições e concentração de dopante podem ser incluídas em cada uma da região tipo-n, região emissora de luz e região tipo-p. Por exemplo, as regiões tipo-n e tipo-p podem incluir camadas de tipo de condutividade oposta ou camadas que não são intencionalmente dopadas, camadas de liberação projetadas para facilitar a liberação posterior do substrato de desenvolvimento ou afmamento da estrutura semicondutora após a remoção do substrato, e camadas projetadas para propriedades ópticas ou elétricas particulares, desejáveis para a região emissora de luz, para eficientemente emitir luz. Em algumas formas de realização, a camada tipo-n intercalando a camada emissora de luz pode ser parte do gabarito.

Nas formas de realização descritas abaixo, a composição InN da camada ou camadas emissoras de luz podem ser baixa, de modo que o dispositivo emita luz azul ou UV, ou elevada, de modo que o dispositivo emita luz verde ou de mais longo comprimento de onda. Em algumas formas de realização, o dispositivo inclui uma ou mais camadas emissoras de luz de poço quântico. Múltiplos poços quânticos podem ser separados por camadas barreira. Por exemplo, cada poço quântico pode ter uma espessura maior do que 15 Á.

Em algumas formas de realização, a região emissora de luz do dispositivo é uma única camada emissora de luz espessa, com uma espessura entre 50 e 600 Â, mais preferivelmente entre 100 e 250 Â. A espessura ótima pode depender do número de defeitos dentro da camada emissora de luz. A concentração dos defeitos na região emissora de luz é preferivelmente limitada a menos do que 109 cm'2, mais preferivelmente limitada a menos do que 10 cm' , mais preferivelmente limitada a menos do que 10 cm' e, mais preferivelmente, limitada a menos do que 106 cm'2.

Em algumas formas de realização, pelo menos uma camada emissora de luz do dispositivo é dopada com um dopante tal como Si a uma concentração de dopante entre 1 x 10 cm' e 1 x 10 cm' . A dopagem Si pode influenciar a constante de rede-a em plano da camada emissora de luz, potencialmente reduzindo mais a deformação da camada emissora de luz.

Em algumas formas de realização da invenção, o gabarito inclui pelo menos uma camada InGaN de baixa temperatura. Foi observado que H2 pode afetar a incorporação de índio em polipeptídeo InGaN, como descrito em Bosi e Fomari, Journal of Crystal Growth, volume 265, páginas 434 - 439 (2004), que é incorporado aqui por referência. Vários outros parâmetros, tais como temperatura de desenvolvimento, pressão de desenvolvimento, taxa de crescimento e fluxo de NH3, podem afetar a incorporação do índio em polipeptídeo de InGaN, como descrito em parte em Oliver et al., Journal of Applied Physics, volume 97, páginas 013707-1-013707-8 (2005), que é incorporado aqui por referência. O fluxo de H2 variável é assim às vezes usado como um meio de controlar a composição de InN em películas InGaN ou AlInGaN. Em algumas formas de realização, os gabaritos descritos aqui são portanto desenvolvidos usando-se um ou mais de fluxo de H2 variável, fluxo de N2 variável ou fluxo de NH3 variável para dentro do reator durante o desenvolvimento do gabarito. Em outras formas de realização, os gabaritos são desenvolvidos utilizando-se temperatura variável ou pressão variável, ou taxa de desenvolvimento variável durante o desenvolvimento do gabarito. Em outras formas de realização, os gabaritos são desenvolvidos usando-se uma combinação arbitrária de um ou mais de fluxo de H2 variável, fluxo de N2 variável, fluxo de NH3 variável, temperatura variável, pressão variável ou taxa de desenvolvimento variável durante o desenvolvimento do gabarito. A Fig. 2 ilustra uma primeira forma de realização da invenção. Uma camada de nucleação de baixa temperatura convencional 22 é desenvolvida diretamente sobre a superfície do substrato de safira 20. A camada de nucleação 22 é tipicamente uma camada não-monocristal de baixa qualidade,tal como uma camada de GaN amorfa, policristalina ou de fase cúbica desenvolvida a uma espessura de, por exemplo, até 500 angstrons, em uma temperatura entre 400 e 750 °C.

Uma segunda camada 26 é também desenvolvida em baixa temperatura acima da camada de nucleação 22. A camada de baixa temperatura 26 pode ser, por exemplo, uma camada de não-monocristal de baixa qualidade, tal como uma camada de nitreto-II amorfa, policristalina ou de fase cúbica, desenvolvida a uma espessura de, por exemplo, até 500 angstrons, em uma temperatura entre 400 e 750 °C, mais preferivelmente entre 450 e 650 °C, mais preferivelmente entre 500 e 600 °C. Em algumas formas de realização, a camada de baixa temperatura 26 é de menos do que 300 angstrons de espessura. A camada de baixa temperatura 26 pode ser, por exemplo, uma camada InGaN com uma composição InN maior do que 0% e com frequência menor do que 20%, mais preferivelmente entre 3% e 6%, mais preferivelmente entre 4% e 5%. Em algumas formas de realização, a composição InN da camada de baixa temperatura 26 é pequena, por exemplo, menor do que 2%. A estrutura pode ser recozida após desenvolvimento da camada de nucleação 22, porém antes do desenvolvimento da camada de baixa temperatura 26, após desenvolvimento da camada de baixa temperatura 26, ou ambos. Por exemplo, a estrutura pode ser recozida a uma temperatura entre 950 e 1150 °C por entre 30 segundos e 30 minutos, geralmente em um ambiente de H2 e NH3; N2 e NH3; ou H2, N2 e NH3. Em algumas formas de realização, os precursores Ga, Al ou In podem ser introduzidos durante pelo menos parte do processo de recozimento. As camadas de dispositivo 10 são então desenvolvidas acima da camada de baixa temperatura 26. A camada de baixa temperatura 26 pode expandir a constante de rede das camadas de dispositivo 10 além da faixa das constantes de rede obteníveis com estruturas de nucleação convencionais, tais como gabaritos de GaN convencionais. A expansão da constante de rede ocorre porque a camada de baixa temperatura 26 não é desenvolvida comensurada com as camadas subjacentes, bastante da camada de nucleação GaN tem uma constante de rede diferente da safira, ou SiC, ou outro substrato sobre o qual é desenvolvida. Assim, como descrito acima, a camada de baixa temperatura 26 serve como uma transição da constante de rede da camada de nucleação 22 para uma maior constante de rede. Um dispositivo de nitreto-ΙΠ empregando uma camada InGaN de baixa temperatura 26, como mostrado na Fig. 22, pode ser desenvolvido a qualidade mais elevada do que um dispositivo de nitreto-ΙΠ empregando uma camada de nucleação 2 contendo InN, desenvolvida diretamente no substrato, por exemplo, como mostrado na Fig. 1 e descrito no Pedido de Patente UK GB 2 338 107 A.

Em algumas formas de realização, a camada de baixa temperatura 26 pode ser composta de AlGaN ou AlInGaN em vez de InGaN, de modo que as camadas de baixa temperatura 26 diminuem a constante de rede estabelecida pela camada de nucleação 22, a fim de diminuir a deformação por tração na região emissora de luz AlGaN de um dispositivo UV. As camadas ativas emissoras de luz de tais dispositivos podem ser, por exemplo, AlGaN ou AlInGaN.

Em algumas formas de realização da invenção, o dispositivo ilustrado na Fig. 2 pode incluir uma ou mais pilhas de multicamadas. Exemplos de pilhas de múltiplas camadas incluem múltiplas camadas de nucleação 22 ou múltiplas camadas de baixa temperatura 26. Por exemplo, uma ou mais camadas de nucleação GaN adicionais podem ser dispostas entre o substrato 20 e a camada de baixa temperatura de InGaN 26, como mostrado na Fig. 3. Altemativamente, as camadas de baixa temperatura InGaN 26 podem ser desenvolvidas após a camada de nucleação 22, como mostrado na Fig. 4. Em outro exemplo de um dispositivo que inclui um gabarito com múltiplas pilhas de camada, a sequência de uma camada de baixa temperatura GaN 22, seguida por uma camada de baixa temperatura InGaN 26, pode ser repetida uma ou mais vezes, como mostrado na Fig. 5. O uso de múltiplas camadas de nucleação ou de baixa temperatura pode reduzir a densidade de deslocamento atravessante e a densidade de falha de empilhamento do dispositivo.

Em algumas formas de realização, as múltiplas camadas de baixa temperatura 26 da Fig. 4 ou Fig. 5 podem ter composições InN desiguais ou espessura desigual, como ilustrado pelas múltiplas camadas de baixa temperatura 13, 34 e 36 da Fig. 6. A estrutura mostrada na Fig. 6 pode ser desenvolvida diretamente em um substrato convencional 20 ou sobre uma camada de nucleação 22, como ilustrado na Fig. 2. A camada de baixa temperatura mais próxima do substrato, camada 32, pode ter a mais elevada composição de índio, enquanto a camada de baixa temperatura mais afastada do substrato, camada 36, pode ter a mais baixa composição de índio. Em outra forma de realização, a camada de baixa temperatura mais próxima do substrato, camada 32, pode ter a mais baixa composição de índio, enquanto a camada de baixa temperatura mais afastada do substrato, camada 36, pode ter a mais elevada composição de Índico. Altemativamente, qualquer sequência arbitrária de camadas de baixa temperatura pode ser usada. Uma camada de cobertura GaN 38 pode ser formada sobre a camada de baixa temperatura do topo. Cada uma das camadas de baixa temperatura não necessita ser da mesma espessura. Por exemplo, as camadas de composição de índio mais baixa pode ser mais espessa do que as camadas de composição de índio mais elevada. Mais ou menos do que as três camadas de baixa temperatura mostradas na Fig. 6 podem ser usadas. Além disso, múltiplas pilhas das camadas de baixa temperatura ilustradas na Fig. 6 podem ser incluídas no dispositivo. Cada uma destas camadas pode variar em espessura de 10 angstrons a 1000 angstrons ou mais. A estrutura mostrada na Fig. 6 pode ser recozida uma ou mais vezes após o desenvolvimento de uma ou mais camadas 32, 34, 36 ou 38. Este processo de recozimento pode fazer com que as camadas de baixa temperatura InGaN 32, 34, 36 e camada de cobertura GaN 38 se intermisturem para formar uma única região InGaN 35, como mostrado na Fig. 7, sobre a qual camadas de dispositivo 10 são desenvolvidas. A camada de cobertura GaN 38 da Fig. 6 pode reduzir a quantidade de InN expelida das camadas de baixa temperatura InGaN 32, 34 e 36 durante o recozimento. As condições para o recozimento são selecionadas de modo que a estrutura final tenha uma superfície lisa e baixa densidade de defeitos. Em algumas formas de realização, o recozimento inclui uma pausa de desenvolvimento. Por exemplo, a estrutura pode ser recozida entre 30 segundos e 30 minutos em uma temperatura entre 950 e 1150 °C. Após o desenvolvimento das camadas de baixa temperatura 32, 24 e 36, a temperatura pode ser elevada para a temperatura de desenvolvimento da camada de cobertura 38 ou a próxima camada a ser desenvolvida, em seguida havendo uma pausa de desenvolvimento antes do desenvolvimento da camada de cobertura 38 ou a próxima camada. Em outras formas de realização, o recozimento é simplesmente o aumento da temperatura dentro do reator de desenvolvimento após o desenvolvimento das camadas de baixa temperatura 32, 34 e 36 para a temperatura de desenvolvimento da camada de cobertura 38. Em algumas formas de realização, o desenvolvimento da camada de cobertura 38 começa antes da temperatura dentro do reator de desenvolvimento alcançar a desejada temperatura de desenvolvimento da camada de cobertura 38. Em algumas formas de realização, a camada de cobertura 38 pode ser desenvolvida em baixa temperatura similar àquela usada para desenvolver a camada de nucleação 22. Na estrutura das camadas de baixa temperatura 32, 34 e 36 e camada de cobertura 38, as camadas de baixa composição InN podem ajudar a suprimir a perda de InN das camadas de composição de elevado InN durante o recozimento.

As múltiplas pilhas de multicamadas das Figs. 3 ou 4 ou 5 ou as camadas contendo InN graduadas 32, 34 e 36 da Fig. 6 e camada contendo InN graduada 35 da Fig. 7 podem substituir a única camada de baixa temperatura 26 mostrada em qualquer uma das formas de realização descritas aqui. Como aqui usado, o termo “graduado”, quando descrevendo a composição ou concentração de dopante de uma camada ou camadas de um dispositivo, significa a abrangência de qualquer estrutura que obtenha uma mudança de composição e/ou concentração de dopante de qualquer maneira que não em uma única etapa da composição e/ou concentração de dopante. Cada camada graduada pode ser uma pilha de subcamadas, cada uma das subcamadas tendo uma concentração ou composição de dopante diferente da de uma ou outra subcamada adjacente a ela. Se as subcamadas forem de espessura reduzível, a camada graduada é uma camada graduada-escalonada. Em algumas formas de realização, as subcamadas de uma camada graduada-graduada pode ter uma espessura variando de diversas dezenas de angstrons a diversos milhares de angstrons. No limite onde a espessura das subcamadas individuais aproxima-se de zero, a camada graduada é uma região continuamente graduada. As subcamadas compondo cada camada graduada podem ser dispostas para formar uma variedade de perfis na composição e/ou concentração de dopante versus espessura, incluindo, mas não limitado a graus lineares, graus parabólicos e graus da lei de força. Também camadas graduadas não são limitadas a um único perfil de graduação, mas pode incluir partes com diferentes perfis de graduação e uma ou mais partes com regiões de composição e/ou concentração de dopante substancialmente constantes.

Em um exemplo, as camadas 32, 34 e 36 podem ser compostas de InGaN com composições InN de 9%, 6% e 3%, respectivamente. Em outro exemplo, as camadas 32, 34 e 36 podem ter composições InN de 9%, 3% e 9%. Após recozimento, a região intermisturada 35 da Fig. 7 pode ter uma composição InN que diminui monotonicamente da base ao topo, aumenta monotonicamente da base ao topo ou varia em uma maneira não-monotônica.

Em algumas formas de realização, as camadas de dispositivo de um dispositivo emissor de luz semicondutor são desenvolvidas sobre um gabarito incluindo pelo menos uma camada de baixa temperatura desenvolvida sobre uma camada de alta temperatura. A camada de alta temperatura pode estabelecer uma baixa densidade de deslocamento atravessante e uma morfologia de superfície lisa, por exemplo, enquanto a camada de baixa temperatura estabelece uma constante de rede expandida para camadas desenvolvidas no gabarito. A expansão da constante de rede ocorre porque a camada de baixa temperatura 26 não é desenvolvida comensurada com as camadas subjacentes, tanto quanto a camada de nucleação GaN tem uma constante de rede diferente da safira, ou SiC, ou outro substrato sobre o qual é desenvolvida. A Figura 8 é uma vista em seção transversal de uma parte de tal dispositivo.

No dispositivo mostrado na Fig. 8, uma camada de alta temperatura 24 é desenvolvida sobre a camada de nucleação 22, que é a mesma que a camada de nucleação 22 descrita acima com referência à Fig. 2. A camada de alta temperatura 24 pode ser, por exemplo, uma camada de alta qualidade, GaN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN cristalina, desenvolvida a uma espessura de pelo menos 500 angstrons, a uma temperatura entre 900 e 1150°C.

Após desenvolvimento da camada de alta temperatura 24, a temperatura é diminuída e uma camada de baixa temperatura 26 é desenvolvida. Em algumas formas de realização, a camada de baixa temperatura 26 é desenvolvida em uma taxa de desenvolvimento entre 0,1 e 10 Á/s, mais preferivelmente menor do que 5 Â/s, mais preferivelmente entre 0,5 e 2 Â/s, para evitar uma indesejável superfície áspera. A camada de baixa temperatura 26 pode ser, por exemplo, uma camada não-monocristal, de baixa qualidade, tal como uma camada amorfa, policristalina ou cúbica, desenvolvida a uma espessura de, por exemplo, até 500 angstrons, em uma temperatura entre 400 e 750 °C, mais preferivelmente entre 450 e 650 °C, mais preferivelmente entre 500 e 600 °C. Em temperaturas mais elevadas, a camada de baixa temperatura 26 pode replicar a constante de rede das camadas subjacentes, em vez de relaxar ou estabelecer sua própria constante de rede, como desejado. A camada de baixa temperatura 26 é desenvolvida em uma temperatura bastante baixa, que não replica a constante de rede da camada de alta temperatura 24; sem dúvida, a camada de baixa temperatura pode ter uma constante de rede maior do que a constante de rede da camada de alta temperatura 24, possivelmente devido à fraca qualidade da camada de baixa temperatura 26. A camada de baixa temperatura 26 pode ser, por exemplo, uma camada InGaN com uma composição InN entre 1% e 20%, mais preferivelmente entre 3% e 6%, mais preferivelmente entre 4% e 5%. A camada de baixa temperatura 26 serve como uma transição da constante de rede da camada de nucleação GaN 22 para uma constante de rede maior, rigorosamente igualada à constante de rede em volume da camada emissora de luz do dispositivo.

Em formas de realização, a diferença entre a temperatura de desenvolvimento da camada de alta temperatura 24 e a camada de baixa temperatura 26 é de pelo menos 300 °C, mais preferivelmente pelo menos 450 °C e, muitíssimo preferivelmente, pelo menos 500 °C. Por exemplo, a camada de alta temperatura 24 pode ser desenvolvida em uma temperatura entre 900 e 1150 °C, enquanto a camada de baixa temperatura 26 é desenvolvida em uma temperatura entre 450 e 650 °C.

Devido à temperatura de baixo desenvolvimento usada para desenvolver a camada 26 nas várias formas de realização desta invenção, a camada de baixa temperatura 26 pode ter um alto teor de carbono. Em algumas formas de realização, o teor de carbono na camada de baixa temperatura 26 é entre 1x10 cm’ e 1 x 10 cm' , com frequência entre 1 x 1018 cm' 3 e 1 χ 1019 cm'3. Ao contrário, o teor de carbono da camada de alta 17 3 temperatura 24 é geralmente menor do que 5 x 10 cm' , mais preferivelmente menor do que 1x10 cm' , mais preferivelmente menor do que 1 x 10 cm' . Devido ao alto teor de carbono, a camada de baixa temperatura 26 pode absorver luz emitida pela camada ativa. Em uma forma de realização preferida, a espessura da camada de baixa temperatura 26 é assim limitada a menos do que 1000 Â, mais preferivelmente menos do que 500 Â e, mais preferivelmente, menos do que 300 Â.

Também devido à temperatura de baixo desenvolvimento, a desigualdade da rede e desigualdade da expansão térmica, a camada de baixa temperatura 26 pode ter uma alta concentração de defeitos, tais como falhas de empilhamento, circuitos de deslocamento e linhas de deslocamento que são localizados na ou próximo da interface entre a camada de baixa temperatura 26 e a camada desenvolvida diretamente sobre a camada de baixa temperatura 26 ou na ou próximo da interface entre a camada de baixa temperatura 26 e a camada sobre a qual a camada de baixa temperatura 26 é desenvolvida. Os defeitos são com frequência orientados aproximadamente paralelos a uma interface de desenvolvimento entre o substrato 20 e a camada de nucleação 22. A densidade destes defeitos em-plano contribui para o relaxamento da deformação da camada de baixa temperatura 26 e das camadas desenvolvidas sobre a camada de baixa temperatura 26. Observe-se que a concentração destes defeitos em-plano não é necessariamente relacionado com a densidade de deslocamento atravessante descrita acima com referência à Eq.(3). Em uma dada camada de alta temperatura 24, não são observados falhas de empilhamento ou deslocamentos paralelos à interface de desenvolvimento por microscópio eletrônico de transmissão (TEM), indicando uma densidade de falhas de empilhamento e deslocamentos paralelos à interface de desenvolvimento embaixo do limite de detecção de TEM, tipicamente cerca de 1 x 10 cm" . As imagens TEM de uma camada de baixa temperatura InGaN 26 revelam muitos deslocamentos paralelos à interface de desenvolvimento para uma espessura de amostra TEM da ordem de diversos milhares de angstrons, indicando uma densidade de deslocamentos que são paralelos à interface de desenvolvimento de pelo menos 1 x 10 cm, mais provavelmente 1 χ 103 cm'1 e, mais provavelmente, pelo menos 1 χ 104 cm'1.

Em algumas formas de realização, a densidade dos deslocamentos paralelos à interface de desenvolvimento é entre 1 x 102 cm'1 e 1 x 107 cm"1.

Em algumas formas de realização, a camada de baixa temperatura 26 pode ser desenvolvida de uma maneira de modo que seja descontínua no plano de desenvolvimento, isto é, possa ter aspectos intencionais ou não intencionais que tomam-na não plana ou descontínua. Exemplos de tais aspectos intencionais podem incluir o uso de uma ou mais de uma classe de técnicas envolvendo superdesenvolvimento lateral. Estas técnicas são referidas utilizando-se vários termos, incluindo superdesenvolvimento lateral epitaxial (ELO ou ELOG), supercrescimento lateral epitaxial controlado por faceta (FACELO) e epitaxia Pendeo (PE), como descrito em Hiramatsu, Journal of Physics: Condensed Matter, volume 13, páginas 6961 - 6975 (2001), que é incorporado aqui por referência. Exemplos de tais aspectos não intencionais podem incluir a presença de defeitos conformados-V (comumente conhecidos como “covas”), que intersectam a superfície superior das camadas de nitreto-III de baixa temperatura, grandes degraus de superfície e outros defeitos na camada de baixa temperatura 26 ou na camada ou camadas embaixo da camada de baixa temperatura 26. O uso de uma ou mais destas técnicas de superdesenvolvimento lateral ou técnicas não intencionais pode limitar a extensão lateral da região defeituosa a uma pequena parte ou numerosas pequenas partes do gabarito, enquanto o superdesenvolvimento lateral do gabarito pode manter a grande constante de rede estabelecida pela camada de baixa temperatura 26.

Em algumas formas de realização, as camadas de dispositivo são desenvolvidas diretamente sobre a camada de baixa temperatura 26 da Fig. 8. Em outra forma de realização, uma camada de alta temperatura adicional 28 pode ser desenvolvida acima da camada de baixa temperatura 26, replicando a constante de rede estabelecida pela camada de baixa temperatura 26, como mostrado na Fig. 9. A camada de alta temperatura 28 pode ser, por exemplo, GaN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. Em algumas formas de realização, a camada de alta temperatura 28 é InGaN desenvolvido a uma espessura entre 500 e 10.000 angstrons, em uma temperatura entre 800 e 1000 °C. A composição InN da camada de alta temperatura 28 é geralmente menor do que a composição InN da camada de baixa temperatura 26 e pode ser, por exemplo, entre 0,5% e 20%, mais preferivelmente entre 3% e 6%, mais preferivelmente entre 4% e 5%. A camada de baixa temperatura 26 é destinada a aumentar a constante de rede das camadas subsequentemente desenvolvidas, enquanto a camada de alta temperatura 28 é destinada a tomar uniforme ou encher as covas, grandes degraus de superfície e outros defeitos da camada de baixa temperatura 26. A camada de alta temperatura 28 provê uma base de alta qualidade, sobre a qual desenvolver as subsequentes camadas. A composição InN da camada de baixa temperatura 26 é relativamente elevada, a fim de expandir a constante de rede tanto quanto possível e a composição InN da camada de alta temperatura 28 é relativamente baixa, a fim de desenvolver uma camada de alta qualidade desejável. O dispositivo ilustrado na Fig. 9 pode incluir múltiplos conjuntos de camada de baixa temperatura 26 e camada de alta temperatura 28 entre o substrato e as camadas de dispositivo. A constante de rede pode ser expandida em uma pequena quantidade com cada conjunto aumentando-se a composição InN das camadas de baixa temperatura 26 de uma mais baixa composição InN da camada de baixa temperatura 26 mais próxima do substrato a uma composição InN mais alta na camada de baixa temperatura 26 mais próxima das camadas de dispositivo. Quando a constante de rede expande-se, a composição InN, em que é possível desenvolver uma camada de alta temperatura aceitavelmente de elevada qualidade, pode também aumentar. Assim, a composição InN das camadas de alta temperatura 28 pode aumentar de uma composição InN mais baixa na camada de alta temperatura 28 mais próxima do substrato a uma composição InN mais elevada na camada de alta temperatura 28 mais próxima das camadas de dispositivo. Embora o aumento da composição InN nas camadas 26 seja um método de aumentar a composição InN das camadas 28, a composição de camadas 28 pode ser aumentada por outros métodos, sem aumentar a composição InN das camadas 26. Em outra forma de realização mostrada na Fig. 10, a camada de alta temperatura 24 da Fig. 8 pode ser usada em combinação com a camada de alta temperatura 28 da Fig. 9.

Em outra forma de realização mostrada na Fig. 11, uma camada de nucleação de baixa temperatura 22 é desenvolvida primeiro, seguido por uma camada de alta temperatura 24, como descrito acima com referência à Fig. 8. Uma segunda camada de alta temperatura 30 é desenvolvida sobre a camada de alta temperatura 24 e uma camada InGaN de baixa temperatura 26 é desenvolvida sobre a camada 30. A camada de alta temperatura 28 é então desenvolvida sobre a camada de baixa temperatura 26, e as camadas de dispositivo 10 são desenvolvidas acima da camada de alta temperatura 28. Altemativamente, a camada de alta temperatura 28 pode ser omitida na Fig. 11 e as camadas de dispositivo 10 podem ser desenvolvidas diretamente no topo da camada InGaN de baixa temperatura 26. A camada de alta temperatura 30 pode ser, por exemplo, uma camada InGaN tendo uma baixa composição InN, por exemplo, menor do que 5%, desenvolvida a uma espessura entre 500 e 10.000 angstrons, em uma temperatura entre 900 e 1000 °C. A camada de alta temperatura 30 é geralmente um material com uma constante de rede em volume maior do que aquela da camada de alta temperatura 24. Como resultado, a constante de rede em plano da camada de baixa temperatura 26 e, subsequentemente a camada de alta temperatura 28 desenvolvida, podem ser maiores do que a constante de rede em plano obtenível se a camada de baixa temperatura 26 for desenvolvida diretamente sobre a camada de alta temperatura 24.

Em algumas formas de realização, as camadas de alta temperatura 30 e 28 da Fig. 11 são compostas de InGaN. Em tal forma de realização, a camada de alta temperatura 28 pode ser desenvolvida com menos H2 no ambiente, ou em mais baixa temperatura do que a camada de alta temperatura 30, em cujo caso a camada de alta temperatura 28 pode ter uma composição InN mais elevada do que a camada de alta temperatura 30. Por exemplo, a diferença entre a temperatura de desenvolvimento da camada de alta temperatura 30 e a camada de baixa temperatura 26 pode ser de pelo menos 350 °C, mais preferivelmente pelo menos 400 °C e mais preferivelmente pelo menos 450 °C. Ao contrário, a diferença entre a temperatura de desenvolvimento da camada de baixa temperatura 26 e a camada de alta temperatura 28 pode ser de pelo menos 250 °C, mais preferivelmente pelo menos 300 °C e, mais preferivelmente, pelo menos 350 °C. Em outra forma de realização, a camada de alta temperatura 28 pode ser desenvolvida com mais H2 ou em uma temperatura mais elevada do que a da camada de alta temperatura 30, em cujo caso a camada de alta temperatura 28 pode ter uma mais baixa composição InN do que a camada de alta temperatura 30. Em outra forma de realização, a camada de alta temperatura 28 pode ser cultivada sob condições substancialmente idênticas às da camada de alta temperatura 30. ou a camada de alta temperatura 28 pode ter composição substancialmente idêntica à camada de alta temperatura 30. Em cada uma destas formas de realização, a camada InGaN de baixa temperatura interromperá a constante de rede da camada de alta temperatura 24 e expandirá a constante de rede das camadas subsequentemente desenvolvidas, deste modo a camada de alta temperatura 28 terá uma maior constante de rede em plano do que a camada de alta temperatura 30.

Em algumas formas de realização da estrutura, a camada de baixa temperatura 26 pode estabelecer uma grande constante de rede, enquanto a camada de alta temperatura 28 pode estabelecer uma superfície lisa. Se a constante de rede em plano da camada de baixa temperatura 26 for substancialmente maior do que a constante de rede em volume da camada de alta temperatura 28, então a camada de alta temperatura 28 pode ficar sob substancial deformação por tração, como definido na Eq. (1) e esta deformação por tração pode ser parcialmente relaxado pela formação de rachaduras ou outros defeitos na ou próximo da camada de alta temperatura 28. Este efeito é indesejável visto que as rachaduras degradarão a integridade elétrica e estrutural do dispositivo e as rachaduras ou outros defeitos estruturais da camada 28 podem reduzir a constante de rede da camada 28 e aumentar a deformação compressiva na região ativa. Em algumas formas de realização do dispositivo, é portanto preferido desenvolver camadas adicionais entre o substrato 20 e as camadas de dispositivo 10. Em uma tal forma de realização, a camada de alta temperatura 31 pode ser disposta entre a camada de baixa temperatura 26 e a camada de alta temperatura 28, como mostrado na Fig. 12. Nesta forma de realização, a camada de alta temperatura 31 pode ser desenvolvida em uma temperatura mais elevada do que aquela da camada de baixa temperatura 26, porém mais baixa do que aquela da camada de alta temperatura 28. Cada uma das camadas de alta temperatura 28 e 31 pode ser, por exemplo, InGaN cultivado a uma espessura entre 500 e 10000 angstrons, em uma temperatura entre 800 e 1000 °C. A composição InN de cada camada de alta temperatura pode ser, por exemplo, entre 0,5% e 20%, mais preferivelmente entre 3% e 6%, mais preferivelmente entre 4% e 5%.

Altemativamente, as camadas de alta temperatura 28 e 31 podem ser desenvolvidas substancialmente na mesma temperatura, porém a camada de alta temperatura 31 pode ser desenvolvida com menos H2 no ambiente do que aquele usado para desenvolver a camada de alta temperatura 28. Neste caso, a camada de alta temperatura 31 pode ter uma mais elevada composição InN do que a camada de alta temperatura 28. Altemativamente, a camada de alta temperatura 31 pode ser desenvolvida em mais elevada temperatura ou com mais H2 do que a camada de alta temperatura 28, em cujo caso a camada de alta temperatura 31 pode ter uma composição InN mais baixa do que a camada de alta temperatura 28.

Em outra forma de realização, mais do que duas camadas distintas podem ser desenvolvidas entre a camada de baixa temperatura 26 e as camadas de dispositivo 10. Um exemplo desta forma de realização é mostrado na Fig. 13, onde as camadas altemantes de material rico em InN e pobre em InN são incluídas na pilha de multicamadas entre a camada de baixa temperatura 26 e as camadas de dispositivo 10. Observe-se que a pilha de múltiplas camadas da Fig. 13 poderia ser desenvolvida sobre a camada de nucleação 22 da Fig. 2 ou sobre a camada de alta temperatura 24 da Fig. 10. Embora três conjuntos de camadas ricas em InN e camadas pobres em InN sejam ilustrados na Fig. 13, mais ou menos conjuntos podem ser usados. As camadas ricas em índio 60, 62 e 64 podem ser, por exemplo, InGaN ou AlInGan. As camadas pobres em Índico 61, 63 e 65 podem ser, por exemplo, Gan, InGaN ou AlInGaN. As camadas 60, 62 e 64 podem ter composição de 3% InM, enquanto as camadas 61, 63 e 65 podem ter uma composição de 0,5% InN.

Uma camada de cobertura opcional 67 pode ser desenvolvida sobre a camada pobre em InN de topo 65, em seguida as camadas de dispositivo 10 são desenvolvidas sobre a camada de cobertura 67 ou camada pobre em InN 65 de topo. A camada de cobertura 67 pode ser, por exemplo, GaN ou InGaN. Em outra forma de realização, a camada pobre em índio de topo pode ser omitida e as camadas de dispositivo podem ser desenvolvidas diretamente sobre a camada rica em índio de topo, tal como a camada 60, 62 ou 64.

Em outra forma de realização do dispositivo, a pilha de múltiplas camadas da Fig. 33 poderia ser formada usando-se desenvolvimento ou recozimento ciclado térmico, como descrito em Itoh et al., Applied Physics Letters, volume 52, páginas 1617 - 1618 (1988), que é incorporado aqui por referência. O desenvolvimento ciclado térmico é usado para desenvolver dispositivo com boa morfologia de superfície e com constantes de rede-a nas camadas de dispositivo maiores do que as constantes de rede-a disponíveis de desenvolvimento em gabaritos GaN convencionais. Os processos de desenvolvimento ciclado térmico envolvem desenvolvimento de uma camada epitaxial, tal como InGaN, seguido por uma etapa de desenvolvimento de alta temperatura ou de recozimento.

Após desenvolvimento de cada uma das camadas 60, 61, 62, 63, 64 e 65, o desenvolvimento pode ser pausado parando-se o fluxo de alguns gases precursores, tais como precursores Ga, Al e In, em seguida a estrutura pode ser recozida continuando-se o fluxo do precursor N, com frequência NH3, enquanto mantendo-se ou elevando-se a temperatura por um tempo predeterminado. O desenvolvimento da próxima camada começa quando a temperatura é ajustada à temperatura de desenvolvimento da próxima camada, se necessário, e os precursores apropriados são introduzidos. Condições de recozimento típicas consistem de 1100 °C por 5 minutos sob um ambiente de H2 e NH3. N2 pode também ser adicionado ao ambiente ou H2 pode ser removido do ambiente a fim de evitar excessiva decomposição das camadas InGaN. Altemativamente, o desenvolvimento pode continuar durante estas etapas de elevada temperatura ou rampas de temperatura. O recozimento após o crescimento de cada camada pode resultar em melhorada morfologia de superfície sobre um dispositivo que não é recozido após desenvolvimento de cada camada, porém o recozimento após o desenvolvimento das camadas pobres em InN 61, 63 e 65 pode resultar na formação de deslocamentos extras ou circuitos de deslocamento, que podem relaxar parte da deformação nas camadas pobres em InN, de modo que estas camadas não sejam mais deformadas na maior constante de rede-a das camadas ricas em InN, resultando em um gabarito com uma constante de rede-a menor do que desejada.

Altemativamente, a estrutura é recozida somente após desenvolvimento de parte das ou todas as camadas ricas em InN 60, 62 e 64 ou somente após desenvolvimento de parte das ou todas as camadas pobres em InN 61, 63 e 65. O recozimento somente após o desenvolvimento das camadas pobres em InN 61, 63 e 65 pode resultar em uma mais elevada composição de InN média no gabarito, uma vez que as camadas pobres em InN aprisionam mais do InN nas camadas ricas em InN do dispositivo durante quaisquer etapas de recozimento. Em outra forma de realização, a estrutura pode ser recozida após desenvolvimento de cada camada, onde as condições de recozimento usadas após o desenvolvimento das camadas ricas em índio são diferentes das condições de recozimento usadas após desenvolvimento das camadas pobres em Índico. Observe-se que cada uma das camadas ricas em Índico 60, 62 e 64 não precisa ser idêntica em composição ou espessura. Similarmente, cada uma das camadas pobre em índio 61, 63 e 65 não necessita ser idêntica em composição ou espessura.

Em outra forma de realização, a camada InGaN graduada 59 pode ser disposta entre a camada de baixa temperatura 26 e as camadas de dispositivo 10, como mostrado na Fig. 14. A camada graduada 59 pode incluir, por exemplo, uma ou mais camadas de nitreto-III binário, terciário ou quaternário de composição InN variável. Uma camada de cobertura opcional (não mostrada na Fig. 14), como descrito acima, pode ser disposta entre a camada graduada 59 e as camadas de dispositivo 10. Por exemplo, a camada graduada 59 pode ser uma camada InGaN com uma composição linearmente graduada de uma composição InN mais elevada de 11% adjacente à camada de baixa temperatura 26 a uma composição InN mais baixa de 3% adjacente às camadas de dispositivo 10. Em outro exemplo, a camada graduada 59 poderia incluir um grau de uma composição InN elevada de 10% adjacente à camada de baixa temperatura 26 até uma composição InN baixa de 0% adjacente às camadas de dispositivo 10. Em ainda outra forma de realização, a camada graduada 59 poderia incluir um grau ou uma única etapa de uma composição InN elevada de 8% adjacente à camada de baixa temperatura 26 até uma composição InN baixa de 0% em algum local intermediário, seguido por um grau ou uma única etapa de volta até uma composição InN mais elevada de 3% adjacente às camadas de dispositivo 10.

Em algumas formas de realização, as camadas 24 e 30 da Fig. 11 podem ser usadas em combinação com as camadas 28 e 31 da Fig. 12. Em outra forma de realização, a camada de baixa temperatura 26 pode ser intercalada entre duas camadas InGaN graduadas 59, mostradas na Fig. 14. Em outra forma de realização, uma pilha arbitrária das camadas de baixa temperatura 26 pode ser desenvolvida dispersa entre uma pilha arbitrária de camadas de elevada temperatura ou uma pilha arbitrária de camadas de elevada temperatura e camadas GaN de baixa temperatura. Cada uma das formas de realização mostradas nas Figs. 2, 8, 9 e 10 pode incluir camadas graduadas, pilhas de múltiplas camadas e camadas recozidas ou camadas desenvolvidas por desenvolvimento ciclado térmico, como examinado nas Figs. 3 a 7 e Figs. 11 a 14.

Em algumas formas de realização, as características das camadas, tais como camadas de alta temperatura 31 da Fig. 12, são selecionadas para aprisionar a constante de rede estabelecida pela camada de baixa temperatura 26. Em algumas formas de realização, as características das camadas, tais como camadas de alta temperatura 28 da Fig. 12, são selecionadas para melhorar a morfologia de superfície do dispositivo.

As Figs. 15 e 16 são plotagens de constante de rede-c em função da constante de rede-a para diversos dispositivos. A Fig. 15 demonstra que os gabaritos de acordo com as formas de realização da invenção realmente fazem com que as camadas se sobreposição pelo menos relaxem parcialmente. O estado de deformação de uma estrutura pode ser medido determinando-se as constantes de rede-c e -a da estrutura. Nas estruturas representadas por losangos na Fig. 15, uma camada GaN de alta temperatura espessa 3 foi desenvolvida sobre uma camada de nucleação GaN 2, como ilustrado na Fig. 1, onde as condições de desenvolvimento da camada de nucleação 2 e camada Gan de alta temperatura 3 foram variadas a fim de variar a densidade de deslocamento atravessante e, portanto, a constante de rede-a em-plano no gabarito GaN, como anteriormente debatido com respeito à Eq. (3). Tais métodos de mudar a densidade de deslocamento atravessante são descritos em Figge et al., Journal of Crystal Growth, volume 21, páginas 262 - 266 (2000), que é incorporado aqui por referência. As estruturas representadas pelos losangos na Fig. 15, portanto, têm variáveis densidades de deslocamento atravessante e uma constante de rede-a consistentes com a Eq.(3). Nas estruturas representadas pelos círculos, uma camada GaN de alta temperatura espessa foi desenvolvida sobre uma camada InGan de baixa temperatura, preparada de acordo com as formas de realização da invenção. De acordo com a teoria da elasticidade, as constantes de rede-c e -a dos materiais de nitreto-III são inversamente relacionadas, o que é demonstrado pelas estruturas representadas pelos losangos, todos situando-se próximo da linha diagonal ilustrada na Fig. 15. Ao contrário das estruturas representadas por losangos, cada uma das estruturas representadas por círculos situa-se abaixo da linha diagonal, significando que a constante de rede-c destas estruturas é menor do que aquela das estruturas representadas pelos losangos. A menor constante de rede-c das estruturas representadas por círculos sugere que as camadas GaN de alta temperatura espessas destas estruturas são desenvolvidas sob deformação por tração, indicando que a constante de rede-a da camada GaN de alta temperatura foi estirada para igualar a constante de rede-a da subjacente camada InGaN de baixa temperatura 26 pelo menos parcialmente relaxada. As estruturas representadas pelos círculos também exibem mais baixas densidades de deslocamento atravessante para uma dada constante de rede-a do que as estruturas representadas por losangos, indicando que a invenção rompe a capacidade de substituição entre a constante de rede-a e a densidade de deslocamento atravessante observada em gabaritos GaN convencionais, como anteriormente quantificado na Eq.(3). A Fig. 16 é uma plotagem das constantes de rede-c e -a observadas para diversas camadas de uma ou mais formas de realização da invenção. Os círculos fechados da Fig. 16 representam a camada 28 da Fig. 9, enquanto os círculos abertos da Fig. 16 representam uma ou mais camadas ricas em índio da Fig. 13 e os símbolos de losango representam uma ou mais camadas pobres em índio ou camadas de coberturas da Fig. 13. A linha diagonal contínua da Fig. 16 corresponde à linha diagonal contínua anteriormente mostrada na Fig. 15 e representa dados experimentais sobre os gabaritos GaN, tais como a estrutura ilustrada na Fig. 1, enquanto a linha diagonal tracejada é uma extrapolação da linha contínua para fora para valores de rede-a maiores. Como ilustrado na Fig. 16, as constantes tanto de rede-c como —a das camada rica em índio 60 são muito grandes comparadas com os dados para gabaritos GaN convencionais mostrados pelos símbolos losangos da Fig. 15. As constantes de rede-c e -a da camada pobre em índio 61 ou camada de cobertura 67, formada sobre a camada rica em índio 60, são menores do que as constantes de rede da camada rica em índio 60, porém muito maiores do que as maiores constantes de rede-a observadas para os gabaritos GaN convencionais da Fig. 15, sugerindo que as camadas pobres em Índico 61 e as camadas de cobertura 67, desenvolvidas de acordo com a forma de realização ilustrada na Fig. 13, são pelo menos parcialmente deformadas na maior constante de rede das camadas ricas em índio 60. Observe-se que as camadas pobres em índio 61 e camadas de cobertura 67 são geralmente mantidas bastante finas ou desenvolvidas em composição muito elevada de InN, para evitar rachaduras. As camadas de dispositivo 10, desenvolvidas deformadas sobre camadas pobre em Índico 61 e camadas de cobertura 67, replicam esta constante de rede-a maior do que GaN, o que reduz a deformação da camada emissora de luz. Os gabaritos descritos nas formas de realização podem, portanto, ter maiores constantes de rede-a do que os gabaritos GaN convencionais, que tipicamente têm constantes de rede-a não maiores do que 3,189 Â. O desenvolvimento das camadas de dispositivo incluindo uma ou mais camadas emissoras de luz sobre gabaritos, com uma maior constante de rede em plano do que 3,189 Â, tais como as estruturas de algumas das formas de realização descritas acima, pode suficientemente reduzir a deformação da camada emissora de luz, para permitir que camadas emissoras de luz mais espessas sejam desenvolvidas com aceitáveis densidades de defeito e com reduzida decomposição espinodal. Por exemplo, uma camada InGaN que emite luz azul pode ter a composição Ιηο,ΐ2θ^ο,88Ν, uma composição com uma constante de rede em volume de 3,23 Â. A deformação da camada emissora de luz é determinada pela diferença entre a constante de rede em plano da camada emissora de luz (cerca de 3,189 Â para a camada emissora de luz desenvolvida sobre uma camada tampão GaN convencional) e a constante de rede em volume da camada emissora de luz, assim a deformação podendo ser expressa como | (aem.piano - avoiume) I avo)ume, como definido na Eq.(2). No caso de uma camada Ino.nGao^N, a deformação é | (3,189 Â - 3,23 Â) | /3,23 Â, cerca de 1,23%. Se uma camada emissora de luz da mesma composição for desenvolvida em um gabarito de constante de rede maior, tal como as estruturas descritas acima, a deformação pode ser reduzida ou eliminada. Em algumas formas de realização da invenção, a deformação na camada emissora de luz, de um dispositivo emitindo luz entre 430 e 380 nm, pode ser reduzida a menos do que 1% e, mais preferivelmente, menos do que 0,5%. Uma camada InGaN que emite luz ciano pode ter a composição Ιηο,ΐ6θ£ο,84Ν, uma composição com uma constante de rede em volume de 3,24 Â e deformação de cerca de 1,7%, quando desenvolvida em uma camada tampão GaN convencional. Em algumas formas de realização da invenção, a deformação da camada emissora de luz, de um dispositivo emitindo luz entre 480 e 520 nm, pode ser reduzida a menos do que 1,5% e, mais preferivelmente, a menos do que 1%. Uma camada InGaN que emite luz verde pode ter a composição In0 2Ga0,8N, uma composição com uma constante de rede em volume de 3,26 Â, resultando em deformação de cerca de 2,1%, quando desenvolvida em uma camada tampão de GaN. Em algumas formas de realização da invenção, a deformação da camada emissora de luz, de um dispositivo emitindo luz entre 520 e 560 nm, pode ser reduzida a menos do que 2% e, mais preferivelmente, a menos do que 1,5%.

Para o dispositivo ilustrado na Fig. 2, os inventores desenvolveram estruturas com constantes de rede-a tão grandes quanto 3,212 Â e densidades de deslocamento atravessante tão baixas quando 4 x 109 cm’2. Uma camada emissora de luz desenvolvida sobre tal estrutura pode ser 0,55 % deformada para uma camada emissora de luz azul, 0,87% deformada para uma camada emissora de luz ciano e 1,5% deformada para uma camada emissora de luz verde. Para os dispositivos ilustrados nas Figs. 8 e 10, os inventores desenvolveram estruturas com constantes de rede-a tão grandes quanto 3,196 Â e densidades de deslocamento atravessante tão baixas quanto 1,5 x 10 cm' . Uma camada emissora de luz desenvolvida sobre tal estrutura pode ser 1,1% deformada para uma camada emissora de luz azul, 1,4% deformada para uma camada emissora de luz ciano e 2,0% deformada para uma camada emissora de luz verde. Para os dispositivos ilustrados na Fig. 9 e 13, os inventores desenvolveram estruturas com constantes de rede-a tão grandes quanto 3,202 Â e densidades de deslocamento atravessante tão baixas quanto 1,5 x 10 cm' , como ilustrado na Fig. 16. Uma camada emissora de luz desenvolvida sobre tal estrutura pode ser 0,87% deformada para a camada emissora de luz azul, 1,2% deformada para uma camada emissora de luz ciano e 1,8% deformada para uma camada emissora de luz verde. Para os dispositivos ilustrados na Fig. 11, os inventores desenvolveram estruturas com constantes de rede-a tão grandes quanto 3,204 Â e densidades de deslocamento atravessante tão baixas quanto 1,5 x 10 cm' . Uma camada emissora de luz desenvolvida sobre uma tal estrutura pode ser 0,8% deformada para uma camada emissora de luz azul, 1,1% deformada para uma camada emissora de luz ciano e 1,7% deformada para uma camada emissora de luz verde. Cada um destes exemplos, portanto, rompe a relação entre a constante de rede-a em plano e a densidade de deslocamento atravessante anteriormente descrita na Eq.(3).

Os gabaritos de desenvolvimento descritos acima e as camadas de dispositivo podem ser desenvolvidos em uma superfície de substrato de desenvolvimento de safira ou SiC, que seja inclinada a partir de uma plano cristalográfico maior da safira, de acordo com as formas de realização da invenção. A Fig. 17 ilustra o plano-c, plano-m e plano-a da safira. Os dispositivos de nitreto-III são com frequência desenvolvidos sobre o plano-c, plano-r, plano-m ou um plano-a da safira. Em formas de realização da invenção, um substrato de safira pode ser fatiado e polido, de modo que a superfície de desenvolvimento, sobre a qual as camadas de dispositivo de nitreto-III são desenvolvidas, seja inclinada em uma direção 12 do plano-c, plano-r, plano-m ou plano-a, por exemplo, em mais do que 0,1°. Uma camada emissora de luz sobre tal substrato pode experimentar reduzida decomposição espinodal e reduzida deformação nas camadas emissoras de luz. Tal substrato pode ser usado para desenvolver qualquer um dos gabaritos descritos acima.

As estruturas semicondutoras ilustradas e descritas acima podem ser incluídas em qualquer configuração adequada de um dispositivo emissor de luz, tal como um dispositivo com contatos formados nos lados opostos do dispositivo ou um dispositivo com ambos os contatos formados sobre o mesmo lado do dispositivo. Quando ambos os contatos são dispostos no mesmo lado, o dispositivo pode ser formado com contatos transparentes e engastado de modo que a luz seja extraída através do mesmo lado em que os contatos são formados ou com contatos reflexivos e engastados como um flip chip, onde a luz é extraída do lado oposto ao lado em que os contatos são formados. A Fig. 18 ilustra uma parte de um exemplo de uma configuração adequada, um dispositivo flip chip de que o substrato de desenvolvimento foi removido. Como descrito acima, as camadas de dispositivo 10 incluem uma região emissora de luz 72 incluindo pelo menos uma camada emissora de luz intercalada entre uma região tipo-n 71, incluindo pelo menos uma camada tipo-n 71, incluindo pelo menos uma camada tipo-n e uma região tipo-p incluindo pelo menos uma camada tipo-p. As região tipo-p 71 pode ser uma parte do gabarito de desenvolvimento ou uma estrutura separada. Uma parte da região tipo-p 73 e região emissora de luz 72 é removida para formar uma mesa que expõe uma parte da região tipo-n 71. Embora uma via expondo uma parte da região tipo-n 71 seja mostrada na Fig. 18, deve ser entendido que múltiplas vias podem ser formadas em um único dispositivo. Os contatos-n e p 78 e 76 são formados nas partes expostas da região tipo-n 71 e região tipo-p 73, por exemplo, por evaporação ou galvanização. Os contatos 78 e 76 podem ser eletricamente isolados entre si por ar ou uma camada dielétrica. Após os metais de contato 78 e 76 serem formados, uma pastilha de dispositivos pode ser cortada em cubos em dispositivos individuais, em seguida cada dispositivo sendo arremessado em relação à direção de desenvolvimento e fixado em um engaste 84, em cujo caso o engaste 84 pode ter uma extensão lateral maior do que aquela do dispositivo, como ilustrado na Fig. 18. Altemativamente, uma pastilha dos dispositivos pode ser conectada a uma pastilha dos engastes, em seguida cortada em cubos em dispositivos individuais. O engaste 84 pode ser, por exemplo, semicondutor tal como Si, metal ou cerâmica, tal como AIN, e pode ter pelo menos uma almofada metálica 80, que eletricamente conecta-se aos contatos-p 76 e pelo menos uma almofada metálica 82, que eletricamente conecta aos contatos-n 78. As interconexões (não mostradas na Fig. 18) dispostas entre os contatos 76 e 78 e almofadas 80 e 82 conectam o dispositivo semicondutor ao engaste 84. As interconexões podem ser, por exemplo, metais elementares, tais como ouro, ou solda.

Após montagem, o substrato de desenvolvimento (não mostrado) é removido por um processo adequado para o material de substrato, tal como fundição por cauterização ou a leiser. Um subenchimento pode ser provido entre o dispositivo e o engaste 84, antes ou após fixar no suporte as camadas semicondutoras e evitar rachadura durante a remoção do substrato. O gabarito 75, sobre o qual as camadas de dispositivo 10 são desenvolvidas, pode ser deixado intacto, completamente removido ou parcialmente removido, por exemplo, por cauterização. A superfície exposta pela remoção do substrato de desenvolvimento e qualquer material semicondutor podem ser asperizadas, por exemplo, por um processo de cauterização, tal como cauterização fotoeletroquímica ou por um processo mecânico, tal como esmerilamento. A asperização da superfície de que a luz é extraída pode melhorar a extração da luz do dispositivo. Altemativamente, uma estrutura de cristal fotônico pode ser formada na superfície. Uma estrutura 85, tal como uma camada de fósforo ou óptica secundária conhecida na arte, tal como dicróicos ou polarizadores, pode ser aplicada na superfície emissora. A Fig. 19 é uma vista explodida de um dispositivo emissor de luz adensado, como descrito mais detalhadamente na Patente US No. 6.274.924. Um lingote dissipador de calor 100 é colocado dentro de uma armação de chumbo moldada na inserção. A armação de chumbo moldada na inserção é, por exemplo, um material plástico enchido 105, moldado em tomo de uma armação metálica 106 que supre um trajeto elétrico. O lingote 100 pode incluir um copo refletor 102 opcional. O dispositivo emissor de luz 104, que pode ser qualquer um dos dispositivos descritos nas formas de realização acima, é engastado direta ou indiretamente via um submontagem termicamente condutivo 103 ao lingote 100. Uma cobertura 108, que pode ser uma lente óptica, pode ser adicionada.

Tendo descrito a invenção em detalhes, aqueles hábeis na arte observarão que, dada a presente descrição, modificações podem ser feitas na invenção, sem desvio do espírito da concepção inventiva descrita nela. Portanto, não se pretende que o escopo da invenção seja limitado às formas de realização específicas ilustradas e descritas. Em particular, a camada de baixa temperatura 26 pode ser composta de AlGaN ou AlInGaN, em vez de InGaN. Para a forma de realização em que a camada de baixa temperatura 26 é composta de AlInGaN, a constante de rede em plano da camada de baixa temperatura 26 é menor do que aquela da camada de nucleação 22, que diminuirá a deformação em camadas AlGaN ou ALInGaN usadas para emissores de UV de curto comprimento de onda. Para formas de realização em que a camada de baixa temperatura 26 é composta de AlInGaN, a constante de rede em plano da camada de baixa temperatura 26 pode ser maior ou menor do que aquela da camada 22, dependendo da relação de índio para alumínio da camada de baixa temperatura 26. Além disso, a invenção aqui descrita pode ser aplicada a dispositivos eletrônicos ou optoeletrônicos, bem como dispositivos emissores de luz, por exemplo, incluindo transistores tais como FETs ou detectores.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Dispositivo que compreende uma estrutura de nitreto-III, caracterizado por compreender: uma primeira camada (22), em que a primeira camada é livre de índio; uma segunda camada (26) desenvolvida sobre a primeira camada, em que a segunda camada é uma camada não-monocristal, compreendendo índio; uma terceira camada (22), disposta entre a primeira camada (22) e a segunda camada (26) e em contato direto com a primeira camada (22), em que a terceira camada (22) é uma camada não-monocristal, livre de índio tal que a densidade de deslocamento atravessante e a densidade de falhas de empilhamento sejam reduzidas, em que a primeira camada (22) e a terceira camada (22) são GaN e a segunda camada (26) é InGaN, em que cada uma da primeira camada (22) e da terceira camada (22) é uma camada de nitreto-III amorfa, policristalina ou de fase cúbica com uma espessura inferior a 500 angstrons, em que a segunda camada (26) é uma camada de nitreto-III amorfa, policristalina ou de fase cúbica com uma espessura inferior a 500 angstrons; e camadas de dispositivo (10) desenvolvidas sobre a segunda camada, as camadas de dispositivo compreendendo uma camada emissora de luz de nitreto-III, disposta entre uma região tipo-n e uma região tipo-p.

2. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela segunda camada (26) ter uma espessura inferior a 300 angstrons.

3. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pela segunda camada (26) ser uma camada InGaN com uma composição InN maior do que 0% e menor do que 20%, preferivelmente entre 3% e 6%, preferivelmente entre 4% e 5%.