CN101675534B - 配置为发射多个波长的光的半导体发光器件 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的实施例，一种III族氮化物结构包括多个半导体材料的柱形物，所述柱形物对应于掩模层(24)中的开口。每个柱形物包括发光层(28)。每个发光层被布置在n型区(26)和p型区(30)之间。位于第一柱形物中的第一发光层(28)被配置为与位于第二柱形物中的第二发光层(28)相比发射不同波长的光。在一些实施例中，通过控制柱形物的直径来控制每个发光层(28)发射的波长，从而可以形成没有荧光转换的发射白光的器件。
Description
本发明涉及半导体发光器件的生长技术与器件结构。
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)和边缘发射激光器的半导体发光器件是当前可用的最有效的光源之一。当前在制造能够在可见光谱范围内工作的高亮度发光器件时令人感兴趣的材料系统包括III V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，其也被称为III族氮化物材料。典型地，由金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其他外延生长技术，通过在合适的衬底上外延生长不同成分和掺杂浓度的半导体层的叠层来制造III族氮化物发光器件。该叠层通常包括形成在衬底上的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在n型层上的发光或有源区以及形成在有源区上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。形成在导电衬底上的III族氮化物器件可以具有形成在器件的相对侧面上的p和n触点。通常，在绝缘衬底上制造III族氮化物器件，其中两种触点处于器件的相同侧面上。
根据本发明的实施例，III族氮化物结构包括与掩模层中的开口对应的多个半导体材料的柱形物。每个柱形物包括发光层。每个发光层位于n型区和p型区之间。位于第一柱形物中的第一发光层被配置为与位于第二柱形物中的第二发光层相比发射不同波长的光。在一些实施例中，通过控制柱形物的直径来控制每个发光层所发射的波长，从而可以形成没有荧光(phosphor)转换的发射白光的器件。
图1示出了具有生长在纹理化层上的应变减轻的发光层的发光器件的一部分。
图2示出了具有生长在应变减轻层(其生长在纹理化层上)上的发光层的发光器件的一部分。
图3示出了具有生长在掩模上的发光层的发光器件的一部分。
图4示出了具有生长在一组半导体材料的柱形物内的发光层的发光器件的一部分。
图5示出了具有生长在接合层(其生长在一组半导体材料的柱形物上)上的发光层的发光器件的一部分。
图6和图7示出了具有生长在多组半导体材料的柱形物上的发光层并且具有与n型和p型材料区电绝缘的电阻材料的发光器件的部分。
图8示出了已经除去生长衬底的倒装芯片发光器件的一部分。
图9是封装的发光器件的分解图。
图10和图11示出了具有生长在多面体(其生长在掩模中的开口上)上的保角(conformal)发光层的发光器件的部分。
半导体发光器件的性能可以通过测量内量子效率来测定，其测量提供给器件的每个电子在该器件中产生的光子数。随着施加到常规III族氮化物发光器件上的电流密度的增加，器件的内量子效率开始时增加，然后减小。随着电流密度增加过零(past zero)，内量子效率增加，在给定电流密度(例如，对于一些器件，在大约10A/cm2处)处达到峰值。随着电流密度增加超过该峰值，内量子效率开始时下降很快，然后在更高的电流密度处(例如，对于一些器件，超过200A/cm2时)下降减慢。
减小或逆转高电流密度处的量子效率的下降的一种技术是形成较厚的发光层。例如，被配置为发出450nm的光的发光层优选地比
厚。较厚的发光层中的电荷载流子密度可以小于量子阱中的电荷载流子密度，这可以减少非辐射复合所丢失的载流子数，从而增加外量子效率。但是，由于III族氮化物器件层中的应变，厚的III族氮化物发光层的生长是困难的。
由于天然的III族氮化物生长衬底一般来说很昂贵、不是广泛可用的并且对于生长商业器件是不实用的，因此III族氮化物器件常常生长在蓝宝石或SiC衬底上。这样的非天然衬底的晶格常数与生长在衬底上的III族氮化物器件层的体晶格常数不同，从而导致生长在衬底上的III族氮化物层中的应变。在这里使用的“平面”晶格常数是指器件内的层的实际晶格常数，并且“体”晶格常数是指给定成分的松弛、独立的材料的晶格常数。层中的应变的量是形成特定层的材料的平面晶格常数和器件中该层的体晶格常数之差除以该层的体晶格常数。
当III族氮化物器件常规地生长在AI2O3上时，生长在衬底上的第一层一般是GaN缓冲层，其平面晶格常数大约为GaN缓冲层充当发光区的晶格常数模板，因为它设置生长在缓冲层上的所有器件层的晶格常数，所述器件层包括InGaN发光层。由于InGaN的体晶格常数比GaN缓冲层模板的平面晶格常数大，因此当生长在GaN缓冲层上时该发光层受到应变。例如，被配置为发出大约450nm的光的发光层可以具有成分In0.16Ga0.84N，其体晶格常数为
随着发光层中的InN成分的增加，象在发出较长波长的光的器件中一样，发光层中的应变也增加。
如果应变层的厚度增加超过临界值，则在该层内形成错位或其他缺陷，以减小与该应变有关的能量。这些缺陷变成非辐射复合中心，其可以显著地降低器件的量子效率。结果，发光层的厚度必须被保持在此临界厚度以下。随着InN成分和峰值波长的增加，发光层中的应变增加，因而发光层的临界厚度减小。
即使发光层的厚度被保持在临界厚度以下，InGaN合金在特定成分和温度下也是热力学不稳定的。例如，在典型地用于InGaN生长的温度下，合金可以呈现调幅分解(spinodal decomposition)，其中成分均匀的InGaN层转变成具有高于平均的InN成分区和低于平均的InN成分区的层。InGaN发光层中的调幅分解产生可以降低器件的量子效率的非辐射复合中心。调幅分解的问题随着发光层的厚度的增加、随着发光层中平均InN成分的增加和/或随着发光层中的应变的增加而恶化。例如，在生长在[0001]蓝宝石衬底上并且被配置为发出450nm的光的发光层的情况下，16％的InN成分和大于
的优选厚度的组合超过调幅分解的极限。
因此，如上所述，希望的是增加发光层的厚度以减小或消除随着电流密度的增加而发生的量子效率的下降。必须降低发光层中的应变，以便生长较厚的发光层、通过增加临界厚度来将缺陷数保持在可接受的范围内以及增加可以在没有调幅分解的情况下被生长的层的厚度。本发明的实施例被设计为降低III族氮化物器件的器件层中的应变，特别是发光层中的应变。
根据本发明的实施例，通过将器件的至少一层生长在其上的表面配置为使得该层横向膨胀并且因而至少部分地松弛，提供了III族氮化物发光器件的发光层中的至少部分的应变减轻。该层被称为应变减轻层。在常规的器件中，器件中的所有层被生长为足够薄以致它们受到应变，因而生长在生长衬底上的第一单晶层设置器件中每个应变层的晶格常数。在本发明的实施例中，应变减轻层至少部分地松弛，从而应变减轻层中的晶格常数比在应变减轻层之前生长的层的晶格常数大。因而，应变减轻层扩大了在应变减轻层之后生长的层的晶格常数。
在一些实施例中，发光层本身是应变减轻层，这意味着发光层生长在允许发光层横向膨胀以减轻应变的表面上。在一些实施例中，在发光层之前生长的层是应变减轻层。在第一组实施例中，应变减轻层生长在纹理化表面上。在第二组实施例中，应变减轻层生长在III族氮化物材料的柱形物内或者III族氮化物材料的柱形物上，其通常被称为纳米线或纳米柱。
在下述实施例中，III族氮化物发光器件包括典型地首先生长在合适的生长衬底上的n型区。n型区可以包括多个不同成分和掺杂浓度的层，这些层包括例如可以是n型或者非故意掺杂的准备层(例如缓冲层或成核层)、被设计为便于生长衬底的以后释放或在衬底除去之后半导体结构变薄的释放层以及被设计用于发光区有效地发光所希望的特定的光学或电学性质的n型器件层。
发光区生长在n型区上。尽管以下实施例可能涉及到单个发光层，但是应当理解，以下任一实施例可以包括具有一个或多个厚或薄的发光层的发光区。合适的发光区的例子包括单个厚或薄的发光层以及多量子阱发光区，该多量子阱发光区包括由阻挡层分开的多个薄或厚的量子阱发光层。
在一些实施例中，器件中每个发光层的厚度优选地厚于
在一些实施例中，器件的发光区是单个厚发光层，其厚度介于50和之间，更优选地介于100和
之间。最佳的厚度可以取决于发光层内的缺陷数。发光区中的缺陷的浓度优选地被限制为小于109cm-2，更优选地被限制为小于108cm-2，更优选地被限制为小于107cm-2，更优选地被限制为小于106cm-2。
在一些实施例中，器件中的至少一个发光层掺杂有掺杂剂(例如Si)，掺杂的浓度在1×1018cm-3和1×1020cm-3之间。Si掺杂可以影响发光层中的平面晶格常数，潜在地进一步降低发光层中的应变。
p型区生长在发光区上。与n型区类似，p型区可以包括多个不同成分、厚度和掺杂浓度的层，这些层包括非故意掺杂的层或n型层。
图1示出了本发明的实施例，其中应变减轻的发光层生长在半导体层的纹理化表面上。在图1的器件中，具有平面晶格常数a1的n型区11生长在生长衬底20上。n型区11的上表面被纹理化，该上表面可以是例如GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。然后，具有平面晶格常数a2的应变减轻的发光层12生长在纹理化表面上。也具有平面晶格常数a2的p型区13生长在发光层12上。
n型区11的表面被纹理化为具有受控的粗糙表面，例如具有交替的波峰和波谷的截面外形。相邻波峰之间的距离可以是50到200nm，更优选地为50到100nm。从波峰的顶部到波谷的底部的深度可以小于200nm，更优选地小于100nm。适当大小、深度和间隔的特征可以通过例如常规的照相平版印刷蚀刻、溅射蚀刻、光电化学蚀刻或由原位复合法(in situ process)来形成，其中晶体材料生长为具有纹理，例如通过高压下的生长。当适当地确定这些特征的尺寸时，发光层12的InGaN材料优先地作为一群岛(island)生长在峰上。由于开始时这些岛没有覆盖纹理化n型区11的整个表面，因此岛可以横向膨胀以使得发光层12至少部分地松弛。应变减轻的发光层12的平面晶格常数a2比n型区11的平面晶格常数a1大。
图2示出了图1的器件的变型，其中生长在纹理化表面上以便提供应变减轻的层不是发光层12，而是在发光层12之前生长在n型区11上的n型层21。象在图1的器件中一样，具有平面晶格常数a1的n型区11生长在生长衬底20上。n型区11的上表面如参考图1所述地被纹理化。可以是GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN的第二n型区21生长在n型区11的纹理化表面上。当n型区21开始生长时，n型区21的III族氮化物材料优先地作为一群岛生长在n型区11的纹理化表面的波峰上。材料的岛可以横向膨胀并且至少部分地松弛，从而n型区21的平面晶格常数a2比n型区11的平面晶格常数a1大。生长在应变减轻区21上的层(包括发光层12和p型区13)复制了应变减轻区21的较大的平面晶格常数a2。
图3示出了其中应变减轻层生长在掩模上的本发明的实施例。在图3的器件中，具有晶格常数a1的n型区14生长在生长衬底20上。n型区14的表面用硅前体(例如硅烷)处理，以使得该表面部分地覆盖有氮化硅材料SiNx并且部分地暴露于氮化硅中的小开口中，从而产生掩模。暴露区可以具有10到200nm的横向范围，更优选地为50到150nm，更优选地小于100nm。
发光区17生长在掩模上。发光区17的材料优先地生长在n型区14的暴露的表面上的掩模材料15中的开口16上。发光层材料的岛可以横向膨胀并且至少部分地松弛，从而发光区17的平面晶格常数a2比n型区14的平面晶格常数a1大。也具有平面晶格常数a2的p型区18生长在发光区17上。象在图1和图2所示的器件中一样，发光区17不必直接生长在掩模上，而是例如GaN、InGaN、A1GaN或AlInGaN的第二n型区可以首先生长在该掩模上，接着是发光区17。
在图1、图2和图3所示的实施例中，其中发光层生长在纹理化界面上，例如生长在图1和图2中的纹理化层或图3中的掩模层上，该纹理化界面一般位于接近发光层的位置。在一些实施例中，纹理化界面在发光层的至少一部分的
内。
图4、图5、图6和图7示出了包括半导体材料的柱形物的器件。在图4中，n型区22生长在衬底20上。在平面的n型区22上，形成如上所述的例如SiNx掩模的掩模层24。在掩模材料的岛之间的开口中，生长了半导体材料的柱形物。在一些实施例中，半导体材料的柱形物的生长温度被保持在掩模材料的岛之间的GaN材料开始分解的温度以下，在一些应用中该温度为1000℃。半导体材料的柱形物可以在比图3所示的生长在掩模上的平面层更窄的温度范围内并且在偏爱缓慢生长的条件下生长，以便形成半导体材料的柱形物而不是图3的基本上为平面的层。例如，柱形物可以在900和1000℃之间的生长温度下、以小于
的生长率并且以大于4000的V族前体与III族前体之比生长。平面材料可以在大于1000℃且小于900℃的温度下、以较快的生长率并且以不同的前体比率生长。n型材料的柱形物26首先生长，接着是发光区材料的柱形物28，然后是p型材料的柱形物30。
在p型柱形物30生长之后，例如通过引入或增加掺杂剂前体(例如Mg掺杂剂前体)的流动、通过降低氮前体(一般来说为NH3)的流动以及通过增加生长率，来改变生长条件，以使得在柱形物上形成倒金字塔，所述金字塔最终接合以在柱形物上形成平面层32，在柱形物之间形成空间25。
III族氮化物材料的柱形物的尺寸被选择为使得柱形物可以横向膨胀以调节柱形物内不同成分的层之间的晶格常数的差异。例如，柱形物的直径可以被限制为小于500nm，更优选地小于200nm。10nm小的直径可以是可能的。介于50和150nm之间的直径，例如在100nm的范围内的直径，是合适的。直径被选择为足够小以使得柱形物中的材料可以至少部分地松弛，并且足够大以使得存在发光层材料的可接受的高填充因子。柱形物不必具有恒定的直径，如图4所示。例如，柱形物可以是截棱锥。在一些实施例中，填充因数至少为90％，其意味着随着生长，柱形物占据器件的半导体结构的横向范围的至少90％。填充因数由柱形物的直径和柱形物之间的间隔来确定。如果柱形物的直径减小，则柱形物的数量密度必须增加以保持给定的填充因数。在一些实施例中，柱形物的数量密度至少为1010cm-2。
柱形物的高度可以在50nm到3μm的范围内。在具有单个发光层的器件中，介于50和150nm之间的高度(例如100nm的高度)是合适的。在具有多量子阱发光区的器件中，介于200nm和1μm之间的高度(例如500nm的高度)是合适的。柱形物内的发光区28可以是至少部分地松弛的。
在一些实施例中，在图4所示的器件中，可以在单个器件中的不同柱形物中形成发光区以发射不同波长的光。例如，器件中的一些柱形物可以被配置为发射浅红色光，器件中的一些柱形物可以被配置为发射浅绿色光，并且器件中的一些柱形物可以被配置为发射浅篮色光，从而使得组合的红、绿和蓝光呈现白色。
发光区的发射波长取决于InN成分：InGaN发光层中的InN越多，发射波长越长。在具有平面、连续的发光层的常规器件中，发光层中的应变限制了可被合并到发光层中的InN的量。一般而言，发射蓝光的平面InGaN发光层可以比发射绿光的平面InGaN发光层以更高的质量生长。生长发射波长比绿色还长的光的足够高质量的平面InGaN发光层是极其困难的。由于如图4所示生长在柱形物内的发光区可以至少部分地松弛，因此与常规应变平面层相比，在生长期间可以合并更多的InN。柱形物中的材料越松弛，越多的InN可以被合并到发光层中。
发明人已经生长了具有包括至少一个InGaN层的柱形物的结构。这些结构的特征在于光致发光，其表明相对于常规的平面生长，来自于InGaN材料的发射波长被显著地红移。已经实现了介于430nm和750nm之间的发射波长，其表示从蓝色到红色的颜色，其中包括绿色和黄色。
在一些实施例中，各个柱形物中的InN成分是通过控制柱形物的直径来控制的。柱形物的直径越小，柱形物中的材料越松弛，因而在发光区的生长期间就合并了越多的InN。例如，在具有直径从大约10nm变化到大约150nm的柱形物的器件中，预计具有处于10nm范围内的直径的柱形物最松弛，这些柱形物的发光区具有最高的InN成分，并且发射最长的波长，最红的光。预计具有处于150nm范围内的直径的柱形物较为不松弛，其发光区具有较低的InN成分，并且发射更短的波长，更蓝的光。
为了制造发射白光的器件，必须存在可控数目的发射可见光谱的每个区的光的柱形物。如上所述，由每个柱形物发射的光的波长可以通过控制柱形物的直径来控制。为了保证足够数量的给定直径和相应发射波长的每个柱形物，可以例如通过纳米压印平版印刷技术将掩模层24图案化，以形成具有希望的直径的多个开口。尽管发射白光的器件被用作例子，但是应当理解，通过对掩模24图案化以具有适当大小的开口，可以将来自器件的发射光谱定制为其他颜色的光。
其中不同的柱形物发射不同颜色的光以使得组合光呈现白色的器件可以比常规的白光器件具有益处，在该常规白光器件中，发射蓝光的半导体发光器件与一种或多种波长转换材料(例如荧光体)组合，以使得荧光体转换后的光与通过荧光体泄漏的未转换的蓝光组合以形成白光。具有发射不同颜色的光的柱形物的器件可以降低制造复杂性，因为它不需要在形成器件之后形成波长转换层；可以提供色度、色温和颜色再现的改善的控制，因为发射光谱潜在地更容易被控制；可以例如通过消除与波长转换材料有关的低效率而更加有效；制造价格可以不那么昂贵，因为不再需要昂贵的波长转换材料；并且在定制发射光谱时可以提供较大的灵活性。
在图5的器件中，应变降低的发光层生长在接合在一组半导体柱形物之上的层上。具有平面晶格常数a1的n型区22生长在衬底20上。在平面n型区22上，形成如上所述的例如SiNx掩模的掩模层24。在掩模材料的岛之间的开口中，生长n型材料的柱形物26。柱形物生长为使得直径足够小以致柱形物可以横向膨胀并且因而至少部分地松弛，如上所述。当改变生长条件以使得n型区34接合在柱形物26上时，n型区34保持所述至少部分地松弛的柱形物的平面晶格常数，并且因而具有比n型区22的平面晶格常数a1大的平面晶格常数a2。发光区36和p型区38二者都复制平面晶格常数a2，生长在n型区34上。
随着n型区34接合在柱形物26上，可能在生长在两个柱形物上的材料会合在一起之处形成缝合缺陷27。缺陷27可以通过发光区36和p型区38被复制，并且可以降低效率或引起可靠性问题。图6和图7示出了被设计为消除缝合缺陷或降低缝合缺陷数的本发明的实施例。
在图6的器件中，如上所述，n型区22生长在衬底20上，然后形成掩模24以及生长n型柱形物26，以使得柱形物26至少部分地松弛。保角的电阻材料层40形成在柱形物26上。电阻层40可以是例如外延生长的电阻GaN(例如掺杂有Zn或Fe的GaN)者的电阻氧化物(例如硅氧化物)。形成在柱形物26顶部的电阻层然后通过常规平版印刷术被除去，以使得电阻材料40仅仅保持在柱形物26之间的空间中。然后，发光区42在柱形物26的暴露的顶部生长为柱形物，接着是接合在发光区42上的p型区44。电阻区40将n型区22和26与p型区44电绝缘。
在图7的器件中，如上所述，n型区22生长在衬底20上，然后形成掩模24并且生长n型柱形物26，以使得柱形物26至少部分地松弛。保角的未掺杂的InGaN46生长在柱形物26上，然后生长条件被切换到适合柱形物生长的条件，以便在柱形物26上的保角层46的区的顶部上生长掺杂的发光区48的柱形物。然后，生长在发光区48上接合的p型区52。发光区岛48的掺杂产生比柱形物26之间的未掺杂的InGaN区46更低的击穿电压，因而n型区22和26与p型区52电绝缘。
在一些实施例中，在发光区岛48的生长后，离子注入步骤致使柱形物26之间的区50不导电。在注入之后，可以通过蚀刻除去柱形物26的顶部之上的离子破坏的InGaN区46。在这样的实施例中，发光区岛48直接生长在柱形物26上。
在图10和图11所示的实施例中，象在图4中一样，n型区22生长在衬底20上。在平面n型区22上，形成如上所述的例如SiNx掩模的掩模层24。在掩模材料的岛之间的开口80中，生长半导体材料的多面体82。与图4和图5所示的柱形物类似，由于多面体82生长在掩模材料的岛之间的开口80中，因此多面体82能够横向膨胀，并且因此至少部分地松弛。因而，多面体82具有比平面层22的晶格常数a1大的晶格常数a2。在一些实施例中，开口80的直径可以被限制为小于500nm，更优选地小于200nm。10nm小的直径可以是可能的。介于50和150nm之间的直径，例如在100nm的范围内的直径，是合适的。开口80的直径被选择为足够小，使得多面体82中的材料可以至少部分地松弛。象在图4中一样，掩模24可以被形成以使得填充因数至少为90％，这意味着，随着生长，多面体82的基底占据器件的半导体结构的横向范围的至少90％。
至少一个发光层84生长在多面体82上以使得发光层84中的材料复制多面体82的扩大的晶格常数a2。然后，p型区生长在发光层84上。在图10所示的器件中，p型区86优先地生长在多面体82上。在相邻的多面体之间的由掩模24覆盖的区被填充之前停止生长。厚的金属层(未示出)可以被沉积在多面体上以形成平坦表面。绝缘的掩模层24提供接触p型材料的金属和开口80之间的区中的半导体的n型区之间的电绝缘。在图11所示的器件中，p型区88的生长继续，直到相邻多面体之间的区被填满，从而产生基本上平坦的p型层。
上述实施例中的发光层可以具有比生长在常规GaN模板上的发光层大的平面晶格常数，生长在常规GaN模板上的发光层典型地具有不大于的平面晶格常数。作为应变减轻层或者在应变减轻层上的发光层的生长可以将平面晶格常数增加到大于
并且因而可以充分地降低发光层中的应变，以允许以可接受的缺陷密度和降低的调幅分解来生长较厚的发光层。在一些实施例中，发光层中的平面晶格常数可以被增加到至少
更优选地增加到至少
例如，发射蓝光的InGaN层可以具有成分In0.12Ga0.88N，其是体晶格常数为
的成分。发光层中的应变是发光层中的平面晶格常数(对于生长在常规GaN缓冲层上的发光层来说，大约为
)和发光层的体晶格常数之差，因而应变可以被表示为(ain-plane-abulk)/abulk。在常规的In0.12Ga0.88N层情况下，应变是大约为1.23％。如果根据上述实施例生长相同成分的发光层，则应变可以被降低或消除。在本发明的一些实施例中，发射430和480nm之间的光的器件的发光层中的应变可以被降低为小于1％，更优选地小于0.5％。发射青色光的InGaN层可以具有成分In0.16Ga0.84N，其是当生长在常规GaN缓冲层上时应变为大约1.7％的成分。在本发明的一些实施例中，发射480和520nm之间的光的器件的发光层中的应变可以被降低为小于1.5％，更优选地小于1％。发射绿光的InGaN层可以具有成分In0.2Ga0.8N，其是当生长在常规GaN缓冲层上时具有
的独立晶格常数从而产生大约2.1％的应变的成分。在本发明的一些实施例中，发射520和560nm之间的光的器件的发光层中的应变可以被降低为小于2％，更优选地小于1.5％。
如上所示和所述的半导体结构可以包括在任何合适配置的发光器件中，例如触点形成在器件的相对侧面上的器件或者两种触点形成在器件的相同侧面上的器件。当两种触点被布置在相同侧面上时，器件可以被形成为具有透明的触点并且被安装为使得通过形成触点的相同侧面提取光，或者具有反射式触点，并且被安装为倒装芯片，其中从与形成触点的侧面相对的侧面提取光。
图8示出了合适的配置的一个例子的一部分，其是一种倒装芯片器件，生长衬底已经从中除去。p型区66和发光区64的一部分被去除，以形成暴露n型区62的一部分的台面。尽管图8示出了暴露n型区62的一个通孔，但是应当理解，在单个器件中可以形成多个通孔。n和p触点70和68例如通过蒸发或电镀形成在n型区62和p型区66的裸露部分上。触点68和70可以通过空气或电介质层彼此电绝缘。在形成触点金属68和70后，可以将器件的晶片切成各个器件，然后将每个器件相对于生长方向翻转并且安装在底座73上，在这种情况下，底座73可以具有比器件的横向范围大的横向范围。可替换地，器件的晶片可以连接到底座的晶片，然后被切成各个器件。底座73可以是例如半导体(例如Si)、金属或例如AlN的陶瓷，并且可以具有电连接到p触点68的至少一个金属垫71和电连接到n触点70的至少一个金属垫72。例如焊接或钉头金凸点(gold stud bump)的相互连接(未示出)将半导体器件连接到底座73。
在安装后，通过适于衬底材料的工艺(例如蚀刻或激光熔化)除去生长衬底(未示出)。在安装之前或之后可以在器件和底座73之间提供刚性的底层填料，以支撑半导体层并且阻止衬底除去期间的破裂。半导体结构的一部分可以通过在除去衬底之后变薄来被除去。可以例如通过诸如光电化学蚀刻的刻蚀工艺或通过例如研磨的机械工艺，来使得n型区62的暴露表面粗糙。使得从其提取光的表面变粗糙可以改善从器件的光提取。可替换地，可以在通过除去生长衬底而暴露的n型区62的上表面中形成光子晶体结构。诸如荧光层或本领域已知的诸如分色镜或偏光器的二次光学器件的结构74可以被应用于发射表面。
图9是封装的发光器件的分解图，如在美国专利6,274,924中更详细地描述的。散热金属块100被放在插入模制的引线框内。该插入模制的引线框是例如填充的塑料材料105，被模制在提供电通路的金属框106周围。金属块100可以包括可选的反射器杯102。发光器件管芯104可以是上述实施例中描述的任意一种器件，直接地或经由热传导子底座103间接地安装到金属块100。可以增加覆盖物108，其可以是光学透镜。
尽管已经详细地描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，当给出本公开时，在不脱离本文所描述的发明构思的精神的情况下，可以对本发明做出修改。因此，本发明的范围不限于所示和所描述的特定实施例。
Claims (13)
1.一种半导体发光器件，包括：
具有多个开口的掩模层(24)；
III族氮化物结构，包括：
多个对应于该掩模层中的开口的半导体材料的柱形物，每个柱形物包括发光层(28)，其中该多个柱形物由绝缘材料(25)分开；
其中：
每个发光层被布置在n型区(26)和p型区(30)之间；
位于第一柱形物中的第一发光层被配置为与位于第二柱形物中的第二发光层相比发射不同波长的光；并且
第一柱形物具有不同于第二柱形物的直径，并且
其中柱形物的尺寸被选择为使得柱形物能够横向膨胀以调节柱形物内不同成分的层之间的晶格常数的差异。
2.如权利要求1所述的器件，其中所述III族氮化物结构还包括布置在所述多个柱形物上方的半导体材料的平面层(32)。
3.如权利要求1所述的器件，其中所述多个柱形物在与所述掩模层的表面平行的平面中的截面的至少90％被柱形物占据。
4.如权利要求1所述的器件，其中所述多个柱形物中的一部分被配置为发射蓝光，所述多个柱形物中的一部分被配置为发射绿光，并且所述多个柱形物中的一部分被配置为发射红光。
5.如权利要求1所述的器件，其中第一发光层(28)具有与第二发光层(28)不同的InN成分。
6.如权利要求1所述的器件，其中所述掩模层(24)包括硅和氮。
7.如权利要求1所述的器件，其中每个所述柱形物具有小于150nm的直径。
8.如权利要求1所述的器件，其中所述柱形物具有介于50nm和3μm之间的高度。
9.如权利要求1所述的器件，其中所述绝缘材料(25)是空气。
10.如权利要求1所述的器件，其中所述发光层(28)具有大于50埃的厚度。
11.如权利要求1所述的器件，其中所述发光层(28)掺杂有硅，其掺杂浓度在1×1018cm-3和1×1020cm-3之间。
12.如权利要求1所述的器件，还包括：
电连接到所述n型区和p型区的触点(68，70)；和
布置在所述III族氮化物半导体结构上方的覆盖物(108)。
13.如权利要求1所述的器件，其中第一发光层中的晶体结构受到的应变小于第二发光层中的晶体结构。
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