TWI497749B - 生長在複合基材上之半導體發光裝置 - Google Patents

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Description

生長在複合基材上之半導體發光裝置
包括發光二極體(LED)、諧振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)及邊緣發射雷射器的半導體發光裝置係當前可利用之最有效率的光源。在製造能橫跨該可見光譜地操作的高亮度發光裝置中當前感興趣的材料系統包含III-V族半導體，尤其是亦被稱為III族氮化物材料的鎵、鋁、銦以及氮之二元、三元及四元合金。通常，III族氮化物發光裝置係藉由使用金屬有機化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術在一藍寶石、金剛砂、III族氮化物或其他適合基材上磊晶生長一疊具有不同組成以及摻雜劑濃度的半導體層而製得。該疊通常包含一個或多個形成於該基材上摻雜有(例如)矽的n型層、一個或多個形成於該n型層或諸層上之活性區內的發光層及一個或多個形成於該活性區上摻雜有(例如)鎂的p型層。電接觸件係形成在該n型及p型區域上。
因為純III族氮化物基材通常係昂貴及非廣泛使用的，故III族氮化物裝置通常係生長在藍寶石或SiC基材上。因為此種非III族氮化物基材具有與生長在其等上的該III族氮化物層不同的晶格常數，從而在該III族氮化物裝置層內引起應變及晶體缺陷，從而引起效能差以及可靠性問題，故此種非III族氮化物基材不是最適宜的。
根據本發明之實施例，複數個III族氮化物半導體結構生長在一複合基材上，各結構包括一設置在一n型區域及一p型區域之間的發光層。該複合基材包含複數個由一接合層連接至一主體的III族氮化物材料島狀物。該複數個III族氮化物半導體結構係生長在該III族氮化物島狀物上。該複合基材可經形成使得各III族氮化物材料島狀物係至少部分鬆弛。因此，各半導體結構之該發光層具有一大於3.19埃之a晶格常數，從而可減少該裝置內的應變。
各個III族氮化物半導體結構可能藉由一導電材料(例如形成在該等半導體結構自身上或一該III族氮化物半導體結構所連接之基台上)電連接。
根據本發明之實施例，一III族氮化物發光裝置包含一組由溝渠分隔的III族氮化物結構。該等結構可經電連接以形成一高效能裝置。此種裝置可生長在複合基材上，其中溝渠係形成在晶種層材料的諸島狀物之間，該等溝渠可改良由該基材提供的應變去除。
複合基材係更詳細地描述於標題為「Substrate for Growing a III-V Light Emitting Device」之美國專利申請公開案第2007/0072324號中且該案以引用形式併入本文。一複合基材之實例係繪示於圖1中。基材10包含一主體基材12、一晶種層16及一接合主體12至晶種16之接合層14。在基材10內之各層係由可以經受在該裝置內生長該等半導體層所需加工條件的材料所形成。舉例而言，在藉由MOCVD生長一III族氮化物裝置的情況下，在基材10內之各層必須能夠在超過1000℃之溫度下忍受一H2 環境；在藉由MBE生長一III族氮化物裝置的情況下，在基材10內之各層必須能夠在真空中忍受超過600℃的溫度。
主體基材12為基材10及生長在基材10上的該等半導體裝置層18提供機械支撐。主體基材12通常係介於3微米厚及500微米厚之間且通常厚於100微米。在主體基材12仍然為該裝置之一部分的實施例中，若光係從該裝置經由主體基材12所提取，則主體基材12可能為至少部分透明。主體基材12通常不必為一單晶材料，因為裝置層18不直接生長在主體基材12上。在一些實施例中，主體基材12的材料係經選擇以具有一匹配裝置層18之熱膨脹係數(CTE)及晶種層16之CTE的熱膨脹係數(CTE)。任何能夠經受磊晶層18之加工條件的材料可能適合於本發明之諸實施例，包含半導體、陶瓷及金屬。
晶種層16係其上生長有裝置層18的層，因此晶種層16必須為一可使III族氮化物晶體在其上成核的材料。晶種層16可能介於約50厚及1μm厚之間。一III族氮化物晶種層可能為(例如)介於50nm厚及200nm厚之間，且通常介於75nm厚及125nm厚之間。在一些實施例中，晶種層16係CTE匹配於裝置層18的材料。晶種層16通常為一合理緊密地晶格匹配於裝置層18之單晶材料。通常其上生長有裝置層18之晶種層16之頂面的結晶定向為纖鋅礦[0001]c軸。在晶種層16仍然為該製成裝置之一部分的實施例中，若光係從該裝置經由晶種層16所提取，則晶種層16可能為透明的或薄的。
一個或多個接合層14接合主體基材12至晶種層16。接合層14可能介於約100厚及1μm厚之間。適合的接合層之實例包含諸如硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)之玻璃，諸如SiO2 之SiOx，諸如Si3 N4 之SiNx 、HfO2 、其等之混合物、諸如Mo、Ti之金屬、TiN、其他合金及其他半導體或介電質。因為接合層14連接主體基材12至晶種層16，所以形成接合層14之材料係經選擇以提供介於主體12與晶種16間之良好黏性。在一些實施例中，接合層14係一由一可藉由不侵蝕裝置層18之蝕刻劑蝕刻的材料所形成之釋放層，藉此自主體基材12釋放裝置層18及晶種層16。舉例而言，接合層14可能為SiO2 ，而SiO2 可能藉由HF濕蝕刻而不對III族氮化物裝置層18造成損壞。在接合層14仍然為該製成裝置之一部分的實施例中，接合層14較佳地為透明的或非常薄的。在一些實施例中，接合層14可能省略，且晶種層16可直接黏著至主體基材12。
裝置層18係藉由在該技術領域內熟知的生長技術所生長之習知III族氮化物裝置層。鄰近於晶種層16之該層的組成可根據其晶格常數或其他性質及/或根據其在晶種層16之材料上成核之能力作選擇。
生長在晶種層16上的磊晶層18通常係由於介於磊晶層18與晶種層16之間的晶格失配而應變，因此為了限制應變，晶種層之組成可經選擇以適當地晶格匹配於磊晶層18。另外，晶種層16及主體基材12之組成可經選擇以具有接近磊晶層18之CTE的CTE。在一些實施例中，該主體基材以及晶種層材料係經選擇使得該主體之CTE為該等裝置層之至少一者(諸如該發光層)的CTE之至少90%。主體基材12之組成通常係經選擇以具有大於磊晶層18之CTE的CTE，使得磊晶層18係處於擠壓下而非處於拉伸、應變下。
在一些實施例中，用於晶種層16以及生長在該晶種層上的該第一磊晶層18的材料係經選擇使得晶種層16之晶格常數與生長在該晶種層上的該第一磊晶層之晶格常數之間的差值小於1%。限制該晶種層與該第一生長層之晶格常數之間的差值可能減少在該裝置內應變之量，而潛在地減少該裝置之磊晶層18內所形成的錯位數目。在一些裝置中，在磊晶層18(諸如該第一生長層)內的晶格常數可能大於晶種層16內的晶格常數，因此該磊晶層係處於擠壓應變下而非拉伸應變下。
在一些實施例中，磊晶層18內之進一步應變去除可藉由將該晶種層形成為接合層14上之條紋或閘格而非形成為單一連續層提供。或者，晶種層可形成為單一連續層，然後在適合位置移除(例如藉由形成溝渠)以提供應變去除。單一連續晶種層16可經由接合層14附接至主體基材12，然後藉由習知微影技術圖案化以移除該晶種層之諸部分以形成條紋。該等晶種層條紋之各者的邊緣可藉由集中在晶種層之該等條紋邊緣處磊晶層18內之錯位提供額外應變去除。晶種層16、接合層14及該成核層之組成可能經選擇使得該成核層材料較佳地成核於晶種層16上，而不在接合層14中藉由介於晶種層16之該等部分之間的該等間隔所暴露出之該等部分上。
在一些實施例(諸如彼等包含III族氮化物晶種層材料的實施例)中，該晶種層在一生長基材上係經生長應變。當該晶種層16連接至主體基材12並自該生長基材釋放時，若晶種層16與主體基材12之間的連接係柔順的(例如一柔順接合層14)，則晶種層16可能至少部分鬆弛。因此，雖然該晶種層係生長為一應變層，但其組成可經選擇使得該晶種層之晶格常數在該晶種層自該生長基材釋放及鬆弛之後係合理地接近或匹配於生長在該晶種層上的磊晶層18之晶格常數。
舉例而言，當一III族氮化物裝置係習知地生長在Al2 O3 上時，生長在該基材上之該第一層通常為一具有約3.19埃之a晶格常數的GaN緩衝層。該GaN緩衝層為所有生長在該緩衝層上之該等裝置層(包含通常為InGaN的發光層)設定晶格常數。因為鬆弛的獨立InGaN具有一大於GaN之a晶格常數，所以當生長在一GaN緩衝層上時，該發光層係經應變。相反地，在本發明之諸實施例中，一InGaN晶種層可能在一習知的基材上經生長應變，然後接合至一主體並自該生長基材釋放使得該InGaN晶種層至少部分鬆弛。在鬆弛後，該InGaN晶種層具有一大於GaN之a晶格常數。同樣地，該InGaN晶種層之該a晶格常數比GaN更匹配於具有與該InGaN發光層相同組成之鬆弛獨立層之a晶格常數。生長在該InGaN晶種層上的該等裝置層(包含該InGaN發光層)將複製該InGaN晶種層(其至少部分鬆弛並因此具有大於3.19埃之a晶格常數)之a晶格常數。因此，一具有一鬆弛InGaN晶種層a晶格常數之InGaN發光層的應變比一具有一GaN緩衝層a晶格常數的InGaN發光層小。降低該發光層內的應變可改良該裝置之效能。
當該晶種層材料為一應變生長於一生長基材上的III族氮化物材料時，該複合基材之一部分(通常為接合層14)必須充當一適應該III族氮化物晶種層之彈性鬆弛的柔順層。該柔順層可為一具有十分低的剛性之固體而使其可經由其自身的彈性變形而適應該III族氮化物晶種層之鬆弛，或者為一可經由剪切而適應該III族氮化物晶種層內之鬆弛的黏性材料。在一些實施例中，接合層14為BPSG(一種在低於700℃的溫度下熔化玻璃)且具有一隨溫度劇烈變化之黏性。一應變生長在一生長基材上的InGaN晶種層16係在低溫下接合至一經BPSG塗敷的主體基材，其中該BPSG為固體。InGaN晶種層16之藍寶石生長基材係經移除(例如藉由雷射熔化)。然後，該複合基材係在一令該BPSG液化之溫度下退火，藉此使該InGaN晶種層鬆弛。
雖然該InGaN晶種層橫向膨脹，但亦可藉由該基材平面向外皺起減輕應變。因為皺摺立即發生於該InGaN晶種層內各處且橫向鬆弛必須自一鬆弛膜邊緣向內傳播，故具有大於該皺摺波長的橫向尺寸之晶種層除該等邊緣外易在各處皺起。
為了形成一所需定向上具有一III族氮化物晶種層的複合基材，III族氮化物晶種層材料可能需要額外的接合步驟。生長在藍寶石或SiC生長基材上的III族氮化物層通常生長為c平面纖鋅礦。此種纖鋅礦III族氮化物結構具有一鎵面及一氮面。習知商業化經MOCVD生長的III族氮化物材料較佳係生長使該生長層之頂面為鎵面，而該底面(鄰近該生長基材的表面)為氮面。晶種層材料習知簡單生長在藍寶石或SiC上，然後連接該晶種層材料至一主體且移除該生長基材將產生一具有使該氮面暴露之III族氮化物晶種層的複合基材。如上所述，III族氮化物較佳係生長在該鎵面上，亦即以該鎵面作為該頂面。在該氮面上之習知生長可能非所需地將缺陷引入該晶體中，或產生劣質材料，因為該晶體定向自一以該氮面作為該頂面之定向切換至一以該鎵面作為該頂面之定向。氮面III族氮化物結構可藉由具有改良生長條件之MBE或MOCVD而生長，其可能是昂貴的並可能複雜化裝置之製造。
為了形成一具有以該鎵面作為該頂面之III族氮化物晶種層的複合基材，晶種層材料可習知地生長在一生長基材上，接合至任何適合的第一主體基材，然後自該生長基材分離出，從而使該晶種層材料經由該鎵面接合至該第一主體基材，留下藉由移除該生長基材所暴露之氮面。然後，將該晶種層材料之氮面接合至第二主體基材10-根據本發明諸實施例之該複合基材之主體基材。在接合至該第二主體基材以後，該第一主體基材係藉由一適合該生長基材之技術移除。在該最後複合基材內，該晶種層材料16之氮面係經由可選用的接合層14接合至主體基材12(該第二主體基材)，使得III族氮化物晶種層16之鎵面暴露出以供磊晶層18生長用。
舉例而言，一GaN緩衝層係習知生長在一藍寶石基材上，繼之以將形成一複合基材之晶種層的InGaN層。生長以後，該InGaN層可經圖案化以形成溝渠，如上所述。該圖案化InGaN層係以一BPSG接合層接合至一第一主體基材。該藍寶石生長基材係藉由雷射熔化鄰近該藍寶石之GaN緩衝層而移除，然後藉由移除該藍寶石所暴露出之該剩餘GaN緩衝層係藉由蝕刻而移除，從而產生一接合至第一主體基材的InGaN層。該結構可經加熱使得該BPSG層的黏性降低且使該InGaN層至少部分鬆弛。該InGaN層可經一諸如氫、氘或氦之材料植入至一對應於該最後複合基材內晶種層之所需厚度的深度。該InGaN層可視情況經處理以形成一十分平坦可供接合之表面。然後使用或不使用一接合層(例如使用一SiO2 接合層)地將該InGaN層接合至一第二主體基材(例如Al2 O3 )，其將形成該最後複合基材之主體。然後，加熱該第一主體基材、InGaN層及第二主體基材，使該InGaN層之該薄晶種層部分自該InGaN層之剩餘部分及該植入深度處之該第一主體基材脫層，從而產生一如上所述InGaN晶種材料之諸島狀物接合至一主體基材之製成複合基材。由脫層造成的InGaN表面可視情況經處理以形成一適合磊晶生長之表面。在一些實施例中，該InGaN層可生長至所需厚度或可經蝕刻至所需厚度，從而消除對植入步驟之需求。
作為一接合該晶種層材料兩次(為了翻轉該晶種層材料之晶體定向兩次而接合至一第一主體基材，然後接合至一第二主體基材)之替代方法，該晶種層材料可以該氮面向上方式生長在一生長基材上。當該氮面晶種層材料連接至如上所述之主體基材12時，暴露出晶種層16之該鎵面以供磊晶層18生長用。氮面薄膜可藉由(例如)汽相磊晶或MOCVD生長，如更詳細地描述於「Morphological and structure characteristics of homoepitaxial GaN grown by metalorganic chemical vapour deposition(MOCVD)」Journal of Crystal Growth 204，第419-428頁，1999年及「Playing with Polarity」Phys. Stat. Sol.(b)228，第2卷，第505-512頁，2001年，將兩者以引用方式併入本文。
在一些實施例中，該晶種層材料係生長為m平面或a平面材料，而非如上所述生長為c平面材料。m平面與r平面III族氮化物材料為非極性定向，亦即其等不具有一鎵面與一氮面。因此，不必接合非極性晶種層定向兩次，如上所述般。然而，若用於促進鬆弛之該柔順材料係與裝置生長不相容，或為了避免由生長基材移除所造成之處理該表面而使該表面適合於磊晶生長，則可接合一非極性晶種層兩次。
圖2繪示一根據本發明實施例之裝置之一部分。在繪示於圖2之裝置內，一複合基材包含藉由柔順/接合層14連接至主體基材12之晶種層材料的諸島狀物(未顯示)。在有利於垂直生長而非橫向生長之生長條件下，一III族氮化物裝置結構18的島狀物30係生長在晶種層材料之該等島狀物上，從而使溝渠34保持於該等III族氮化物材料島狀物30之間。裝置層18包含一n型區域20、一發光區域22及一p型區域24。裝置層18可具有一介於一微米與五微米之間的總厚度。
在一發射藍光的裝置內，該晶種層可為(例如)Inx Ga1-x N，其中x為介於0.03及0.07之間。n型區域20可包含一生長在該晶種層上的Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.03及0.07之間。發光區域22可包含單一發光層或一具有多重薄量子阱發光層及設置在鄰近量子阱之間的阻擋層之多量子阱發光區域。發光區域22的該等發光層可為Inx Ga1-x N，其中x係介於0.16與0.18之間。p型區域24可包含一個或多個Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.03與0.07之間。
在一發射青色光的裝置內，該晶種層可為(例如)Inx Ga1-x N，其中x為介於0.08與0.13之間。n型區域20可包含一生長在該晶種層上的Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.08與0.13之間。發光區域22可包含單一發光層或一具有多重薄量子阱發光層及設置在鄰近量子阱之間的阻擋層之多量子阱發光區域。發光區域22之該等發光層可為Inx Ga1-x N，其中x係介於0.19與0.22之間。p型區域24可包含一個或多個Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.08及0.13之間。
在一發射綠光的裝置內，該晶種層可為(例如)Inx Ga1-x N，其中x為介於0.1及0.16之間。n型區域20可包含一生長在該晶種層上的Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.1與0.16之間。發光區域22可包含單一發光層或一具有多重薄量子阱發光層及設置在鄰近量子阱之間的阻擋層之多量子阱發光區域。發光區域22之該等發光層可為Inx Ga1-x N，其中x係介於0.23與0.25之間。p型區域24可包含一個或多個Inx Ga1-x N層，其中x為介於0.1與0.16之間。
島狀物30之適合尺寸係藉由若干因素決定。第一，在一些實施例中，該InGaN晶種層可經圖案化成小於該皺摺波長(上文描述)的島狀物，其可為(例如)約數微米。第二，處理時間及條件可有利於較小島狀物。舉例而言，較大島狀物需要更多時間來橫向鬆弛以減輕可能已形成於該島狀物中央之皺摺。另外，達到該皺摺之可接受平坦化所需的退火溫度可能使該晶種層材料隨時間降解。較小島狀物需要較短的退火時間，其限制降解量。第三，隨皺摺尺寸增加，介於該柔順層與該晶種層材料之間的黏性可能開始失效。在該皺摺生長至足夠大以自該柔順層分離之前，限制該等島狀物的尺寸允許該島狀物側向膨脹至到達該島狀物中央以減小該皺摺尺寸。第四，大皺摺可能很難自橫向鬆弛而變平坦。如上所述般，限制該島狀物的尺寸可減小該晶種層材料內之皺摺的尺寸。
雖然各島狀物30可任意地大或小，但島狀物30通常係介於數十微米長與幾毫米長之間。在一些實施例中，島狀物30係介於50微米長與500微米長之間；在一些實施例中，島狀物30係介於100微米長與300微米長之間。舉例而言，各島狀物可具有一介於100微米乘100微米與300微米乘300微米之間的面積。雖然圖3繪示正方形島狀物30，但是島狀物30可為任意形狀。為了形成一具有約1mm2 之活性區域面積的裝置，可形成100個各具有100微米乘100微米之面積的島狀物。因此，雖然下文實例僅繪示幾個島狀物，但應瞭解單一裝置可具有許多島狀物，例如介於10個島狀物與200個島狀物之間。分離相鄰島狀物之溝渠可為任意地大及小至用於形成該島狀物之技術所允許者。在一些實施例中，該等溝渠係介於5微米寬與50微米寬之間；在一些實施例中，該等溝渠係介於20微米寬與30微米寬之間。
在圖2所繪示的裝置內，在各島狀物30上，p型區域24及發光區域22之一部分係經蝕刻而顯露出n型區域20之一部分。一p接觸件26係形成於p型區域24之剩餘部分上。一n接觸件28係形成於n型區域20之該暴露部分上。在繪示於圖2的結構中，n接觸件28接觸n型區域20的面積係窄小的，例如在介於一微米寬與五微米寬之間，且n接觸件28延伸超過p型區域24頂部。一介電材料25(諸如一矽之氧化物或一矽之氮化物)可提供半導體結構之P型與發光區域及n接觸件28之間的電隔離。
圖3為一包含九個島狀物30(諸如繪示於圖2之橫截面中的該等島狀物)的結構之一頂面的平面圖。p接觸件26的面積可大於n接觸件28的面積，因為電流在n型III族氮化物材料內比在p型III族氮化物材料內更容易傳播。一n接觸環36(圖2中未顯示)可形成於各島狀物邊緣周圍。
圖4為一基台之一頂面的平面圖，圖3的結構可安裝在該基台上使繪示於圖3之表面連接至繪示於圖4的表面。在繪示於圖3之島狀物上的n接觸件28係連接至繪示於圖4之該基台上的n接觸墊42。p接觸件26係連接至p接觸墊44。介於諸鄰近島狀物之間的電連接46係形成於基台40上，而非在繪示於圖3之半導體結構上。電流係藉由接觸墊48及49供應至該結構。在繪示於圖4的結構內，圖3之諸島狀物30係串聯連接。介於該等島狀物之間的其他電配置係可能的且在本發明之範圍內。圖3之該結構安裝在圖4之該基台上之後，該複合基材可視情況藉由一適合於該基材的技術(諸如蝕刻或研磨)移除。
可製造及安裝繪示於圖2至圖4之結構使得光自該裝置經由該複合基材(顯示於圖2之接合層14及主體基材12)或若移除該複合基材則經由一n型區域20之表面提取出。在此等裝置中，p接觸件26及n接觸件28可能為反光的。在一些實施例中，可安裝繪示於圖2至圖4的結構使得光係自該裝置經由基台40提取出。在此等裝置中，p接觸件26及n接觸件28可能為透明的。另外，基台40、n接觸墊42與p接觸墊44及電連接46可能為透明的，或經形成以吸收盡可能少量的光。舉例而言，若基台40可保持係薄的。可使吸收n接觸墊42與p接觸墊44及電連接46儘可能地小以減少光之吸收量。在一此種裝置之實例中，基台40為一包含諸如一磷光體的波長轉換材料之陶瓷，更詳細地描述於美國專利第7,361,938號，將該案以引用形式併入本文中。n接觸墊42與p接觸墊44及電連接46可為一透明的導電氧化物，諸如氧化銦錫。
圖5繪示一裝置，其中介於諸島狀物間之互連件係形成於該半導體結構上，而非如圖4所示之一基台上。在繪示於圖5的裝置中，如在繪示於圖2的裝置中，在各島狀物上，p型區域24及發光區域22之一部分係經蝕刻以顯露出n型區域20之一部分，而n接觸件28係形成於該部分上。形成在該III族氮化物半導體結構上的互連件係電連接各個島狀物30。具體地，一導電互連件27(通常為金屬)連接n接觸件28至該鄰近島狀物30之p接觸件26。在適合處藉由介電質層25提供電隔離，而介電質層可為(例如)矽之氮化物或矽之氧化物。繪示於圖5的兩個島狀物係串聯連接。介於該等島狀物之間的其他電配置係可能的且在本發明之範圍內。介於諸島狀物之間的互連件可藉由習知晶圓級微影製程形成。
在該III族氮化物結構上形成該等互連件(如圖5所繪示般)複雜化該微影製程，因為每個互連件排列需一獨立微影遮罩設計，但簡化且標準化其上安裝該結構之該基台的設計。相反地，在該基台上形成該等互連件(如圖2至圖4所繪示)簡化且標準化形成圖2所繪示之III族氮化物結構所需的微影製程，但複雜化形成圖4所繪示之該基台所需之設計及微影製程。
根據本發明之諸實施例，圖6、圖7及圖8繪示一不需蝕刻一臺面以暴露該n型區域之結構的製造。在圖6中，n型區域20、發光區域22及p型區域24係生長在一複合基材上的諸島狀物30內，如上所述般。一介電質52係電隔離鄰近島狀物30地形成。介電質52內的開口允許p接觸件26形成於各島狀物上之p型區域24之一部分上。然後，一厚歐姆金屬層54係藉由任意適合製程(諸如電鍍)形成於p接觸件26上。
在圖7中，厚金屬層54係藉由(例如)電化學或機械拋光平坦化以形成一平面，然後將其連接至基台56。基台56通常為導電的且導熱的。舉例而言，基台56可為一金屬晶圓、在該頂部及底部上具有歐姆金屬接觸件之半導體晶圓或(如圖7所繪示)一電絕緣晶圓57(諸如具有連接在該頂部及底部上之歐姆金屬接觸件的金屬填充孔58之燒結AlN)。該III族氮化物結構可藉由包含(例如)焊接或熱超音波接合之任意適合技術連接至基台56。然後，圖6所示之複合基材10係藉由包含(例如)機械拋光、化學蝕刻、雷射剝離或蝕刻一犧牲磊晶層之任意適合技術移除。移除複合基材10暴露出n型區域20。
在圖8中，n型區域20的表面係藉由(例如)機械拋光或濕或乾蝕刻平坦化。n型區域20之已平坦化表面可視情況藉由(例如)蝕刻或機械或電化學粗糙化而變粗糙或圖案化以改良自該裝置提取光。n接觸件60係形成在介於該等島狀物之間的溝渠上，其中無發光區域存在使得n接觸件60不吸收大量發射光。n接觸件60係電連接至邊緣61處之n型區域20。舉例而言，邊緣61可能介於一微米寬與五微米寬之間。一可選的導電但光學透明的薄膜(圖8中未顯示)可形成於n型區域20之該等暴露部分上以改良自n接觸件60於n型區域20內之電流傳播。適合材料的實例包含如氧化銦錫或氧化錫之透明導電氧化物及諸如氧化鋅或氮化銦鋁之寬頻帶間隙半導體。
在一些實施例中，一諸如一陶瓷或粉末磷光體之波長轉換材料及/或在該技術領域內熟知的第二光學裝置(諸如一雙向濾色器)係形成在n型區域20上。舉例而言，如上所述，一陶瓷磷光體70可經定位在n型區域20上自該裝置所提取的光之路徑內。一諸如(例如)一透明的導電氧化物(諸如氧化銦錫)之透明導電材料72可形成在該陶瓷磷光體上而與n型區域20及n接觸件60與62之任一者或全部接觸以改良在介於n接觸件60與62間之n型區域20內的電流傳播。在一些實施例中，一個或多個寬溝渠33係形成在該複合基材內。形成在此等寬溝渠上的n接觸件62可用作一接合墊。週期地間隔接合墊62而非令每個n接觸件60充當一接合墊可簡化一波長轉換層或第二光學裝置(諸如(例如)一經燒結陶瓷磷光體晶圓)的形成及放置。
在一些實施例中，圖6之厚金屬54係變薄使得可維持介於諸島狀物30之間的間隔55。取代介於如圖7及圖8所繪示的p類型區域24與基台56之間的單一連續電接觸件54，各個島狀物可經由電隔離接合墊而電連接至一基台。在一些實施例中，介於p型區域24及基台56之間的該等連接係非導電的。在此等實施例中，孔可能經由蝕刻穿過該半導體結構以與該所掩蓋的p型區域電接觸。
可將一波長轉換材料(諸如一磷光體)放置在自上文所描述該等實施例及實例中之任一者所提取的光之路徑上。舉例而言，發射黃光的單一磷光體或發射紅及綠或黃光的多重磷光體可能與一發射藍光的裝置組合。自該裝置及該(等)磷光體之組合光呈現白色。除了或代替上文所描述該(等)波長轉換材料，可將諸如偏光器或濾光器之其他結構放置在自上文描述的該等實施例及實例中之任一者所提取的光之路徑上。
包含諸多III族氮化物材料島狀物的裝置可能具有優於具有相同面積之單塊裝置的優點。根據本發明之諸實施例的裝置具有一任意總面積。可使電流密度、驅動電流及正向電壓至少部分去耦合。舉例而言，可將在一裝置上的各個島狀物以串聯及並聯連接之組合連接，從而可允許在與一單塊裝置相同的電流密度下較高電壓及較低總電流下驅動該裝置。最後，可串聯連接該等島狀物使得該驅動電流相較於一具有相同面積之單塊裝置得以降低且該正向電壓增加N倍，其中N為島狀物的總數目。因為較低電流/較高電壓的電流調節器通常比較高電流/較低電壓的電流調節器便宜，所以一具有諸島狀物的裝置之總系統成本可能小於一具有相當面積之單塊裝置。
雖然已詳細描述本發明，但是熟習此項技術者將理解：鑒於本發明揭示內容，可在不脫離本文所描述之發明概念的精神下對本發明進行諸修改。可組合來自不同實例及實施例的元件。舉例而言，在一些實施例中，一些介於諸島狀物之間的互連件係形成在該半導體結構上，及一些互連件係形成在該基台上。因此，不欲將本發明之範圍限於所繪示及描述之特定實施例。
10．．．基材
12．．．主體基材
14．．．接合層
16．．．晶種層
18．．．半導體裝置層
20．．．n型區域
22．．．發光區域
24．．．p型區域
25．．．介電材料
26．．．p接觸件
27．．．互連件
28．．．n接觸件
30．．．島狀物
33．．．寬溝渠
34．．．溝渠
36．．．n接觸環
40．．．基台
42．．．n接觸墊
44．．．p接觸墊
46．．．電連接
48．．．接觸墊
49．．．接觸墊
52．．．介電質
54．．．金屬層
55．．．間隔
56．．．基台
57．．．電绝缘晶圓
58．．．孔
60．．．n接觸件
61．．．邊緣
62．．．接合墊；n接觸件
70．．．陶瓷磷光體
72．．．導電材料
圖1繪示一生長在一複合基材上的III族氮化物半導體結構；
圖2為一III族氮化物裝置之一部分之橫截面圖，其中該III族氮化物裝置包含生長在一複合基材上之晶種層材料之島狀物上的III族氮化物半導體結構；
圖3係一圖2橫截面中所繪示裝置之一部分的一頂面之平面圖；
圖4係一可安裝圖3所繪示結構的基台之一頂面平面圖；
圖5為一III族氮化物裝置之一部分之橫截面圖，其中該III族氮化物裝置包含生長在一複合基材上的晶種層材料之島狀物上的III族氮化物半導體結構，包括鄰近島狀物之間的電連接；
圖6繪示在形成於一裝置的該等p接觸件上形成一層厚金屬，其中該裝置包含生長在一複合基材上的晶種層材料之島狀物上的III族氮化物半導體結構之；
圖7繪示在平坦化該厚金屬層、接合該結構至一基台以及移除該複合基材後的圖6之結構；及
圖8繪示在紋理化藉由移除該複合基材所暴露的表面以及形成n接觸件之後的圖7之結構。
10．．．基材
12．．．主體基材
14．．．接合層
16．．．晶種層
18．．．半導體裝置層

Claims (18)

  1. 一種用以製造一發光裝置之方法，該方法包括：在有利於垂直生長之生長條件下於一基材上生長複數個III族氮化物半導體結構，其中：各半導體結構包括一設置在一n型區域與一p型區域之間的發光層；該基材包括一主體(host)、由多個溝渠分隔的複數個III族氮化物材料的島狀物(islands)及設置在該主體與該複數個III族氮化物材料的島狀物之間的一接合層(bonding layer)；及各半導體結構的該發光層具有一大於3.19埃的a晶格(a-lattice)常數；及形成一導電材料，該導電材料電連接該等III族氮化物半導體結構之兩者，其中該等溝渠係形成於種子層材料之島狀物之間。
  2. 如請求項1之方法，其中形成一導電材料包括在該兩個相連接的III族氮化物半導體結構之至少一部分上形成一金屬層。
  3. 如請求項2之方法，其中該金屬層電連接該兩個III族氮化物半導體結構的該等p型區域。
  4. 如請求項2之方法，其中該金屬層將該兩個III族氮化物半導體結構之一者的該p型區域電連接至該兩個III族氮化物半導體結構之另一者的該n型區域。
  5. 如請求項1之方法，其中形成一導電材料包括在一基台 上形成一金屬層及將該複數個III族氮化物半導體結構連接至該基台，使得該金屬層將兩個III族氮化物半導體結構電連接。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括在將該複數個III族氮化物半導體結構連接至該基台後移除該主體。
  7. 如請求項1之方法，其中各III族氮化物半導體結構具有一小於500微米的長度。
  8. 如請求項1之方法，其中各溝渠具有一介於5微米與50微米之間的寬度。
  9. 一種發光裝置，其包括：在有利於垂直生長之生長條件下所生長之複數個III族氮化物半導體結構，其連接至一基台，其中：各半導體結構包括設置在一n型區域與一p型區域之間的一發光層；鄰近半導體結構係藉由溝渠分隔；及各半導體結構的該發光層具有一大於3.19埃的a晶格常數；及設置在該等半導體結構之兩者之間的一導電材料，其中該導電材料電連接該等III族氮化物半導體結構之兩者，其中該等溝渠形成於種子層材料之島狀物之間。
  10. 如請求項9之裝置，其中該導電材料包括一設置在該兩個相連接的III族氮化物半導體結構之至少一部分上的金屬層。
  11. 如請求項10之裝置，其中該金屬層將該兩個III族氮化物半導體結構的該等p型區域電連接。
  12. 如請求項10之裝置，其中該金屬層將該兩個III族氮化物半導體結構之一者的該p型區域電連接至該兩個III族氮化物半導體結構之另一者的該n型區域。
  13. 如請求項9之裝置，其中該導電的材料包括一設置在該基台上的金屬層，其中該金屬層將該複數個III族氮化物半導體結構連接至該基台使得該金屬層將兩個III族氮化物半導體結構電連接。
  14. 如請求項9之裝置，其中：該導電材料包括一設置在該基台上的導電氧化物；及該基台包括一陶瓷材料，該陶瓷材料係經調適以吸收藉由該發光層所發射的第一光及發射具有一不同於該第一光的一峰值波長的第二光。
  15. 如請求項9之裝置，其中各III族氮化物半導體結構具有一小於500微米的長度。
  16. 如請求項9之裝置，其中各溝渠具有一介於5微米與50微米之間的寬度。
  17. 如請求項9之裝置，其進一步包括一陶瓷材料，該陶瓷材料係經調適以吸收藉由該發光層所發射的第一光及發射具有一不同於該第一光的峰值波長的第二光，其中該陶瓷材料係設置在一該複數個半導體結構中與該基台相對之側上。
  18. 如請求項17之裝置，其進一步包括一設置在該複數個半導體結構與該陶瓷材料之間的導電氧化物。
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