TWI536599B - 半導體發光裝置配置以發射多波長的光 - Google Patents

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Description

半導體發光裝置配置以發射多波長的光
本發明係關於半導體發光裝置的生長技術與裝置結構。
包括發光二極體(LED)、共振腔發光二極體(RCLED)、垂直腔雷射二極體(VCSEL)以及邊緣發射雷射的半導體發光裝置屬於目前可利用之最有效光源。目前在製造高亮度發光裝置上，能夠橫跨可見光譜操作的重要材料系統包括IIIV族半導體，尤其是鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金，亦稱為III族氮化物材料。通常，III族氮化物發光裝置係藉由金屬有機化學汽相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術在適當基板上，以磊晶方式生長具有不同組成物與摻雜物濃度之半導體層堆疊來製造。該堆疊通常包括於基板上形成之摻雜，例如Si的一或多個n型層，於該或該等n型層上形成之發光或作用區域，以及於該作用區域上形成之摻雜，例如Mg的一或多個p型層。形成於導體基板上之III族氮化物裝置可具有形成於該裝置相反側上之p及n接點。通常，III族氮化物裝置係在絕緣基板上加以製造，其兩個接點位於該裝置之相同側。
根據本發明具體實施例，一III族氮化物結構包括對應於一遮罩層中之開口的複數個半導體材料柱。每一柱包括一發光層。每一發光層係佈置在n型區域與p型區域之間。佈置在一第一柱中的一第一發光層係配置以發射不同於佈置 在一第二柱中的一第二發光層之波長的光。在某些具體實施例中，藉由控制該等柱的直徑來控制每一發光層發射的該波長，使得可形成不借助磷光體轉換而發射白光的一裝置。
半導體發光裝置的性能可藉由測量內部量子效率來測量，即測量供應至該裝置的每個電子在裝置中產生的光子數。當施加於一習知III族氮化物發光裝置的電流密度增加，該裝置的內部量子效率初始亦隨之增加，隨後則降低。當電流密度增加超過零，該內部量子效率隨之增加並在一給定電流密度下(例如對於某些裝置，在大約10 A/cm2 下)達到一峰值。當電流密度增加超過該峰值，內部量子效率初始快速降低，隨後在更高電流密度下(例如，對於某些裝置而言超過200 A/cm2 )緩慢降低。
減少或轉向在高的電流密度下量子效率降低的一種技術係形成更厚的發光層。例如，經配置以發射450 nm光的一發光層的厚度較佳超過50。在一較厚發光層中的電荷載體密度可小於一量子井中的電荷載體密度，此可降低在非輻射性重組中損失的載體數目，從而提高外部量子效率。然而，生長厚的III族氮化物發光層很困難，因為在III族氮化物裝置層中存在應變。
由於天然III族氮化物生長基板通常價格昂貴、不易獲得，且生長市售裝置不切實際，故而經常會使III族氮化物裝置生長於藍寶石或SiC基板上。由於此等非天然基板的 晶格常數與於該基板上生長的III族氮化物裝置層的主體晶格常數不同，導致在於該基板上生長的III族氮化物層中產生應變。在本文中使用的「平面內」晶格常數係指該裝置內一層的實際晶格常數，而「主體」晶格常數係指一給定組成物之鬆弛獨立的材料的晶格常數。一層中的應變數係將形成特定層之材料的平面內晶格常數與裝置中該層的主體晶格常數之差除以該層的主體晶格常數。
當以習知方式在Al2 O3 上生長一III族氮化物裝置時，生長在該基板上的第一層通常為GaN緩衝層，其平面內的晶格常數約為3.1885。該GaN緩衝層用作一晶格常數樣本用於發光區域，其中該緩衝層為該緩衝層上生長的所有裝置層(包括InGaN發光層)設置晶格常數。由於InGaN的主體晶格常數大於GaN緩衝層樣本的平面內晶格常數，因此當在一GaN緩衝層上生長發光層時，該發光層產生應變。例如，經配置以發射大約450 nm光的發光層可具有In0.16 Ga0.84 N之組成物(主體晶格常數為3.242的一組成物)。當發光層中的InN組成物提高，由於在裝置中發射更長波長的光，因此發光層中的應變亦隨之提高。
若應變層的厚度增加超過一臨界值，則在該層內形成位錯或其他缺陷以減少與應變相關聯之能量。該等缺陷變成非輻射性重組中心，其可顯著降低裝置的量子效率。因此，發光層的厚度必須保持在此臨界厚度以下。由於當InN組成物與峰值波長增加，發光層中的應變亦隨之增加，因此發光層的臨界厚度隨之降低。
即使使發光層的厚度保持在臨界厚度以下，在特定組成物與溫度下，InGaN合金仍不具有熱力學穩定性。例如，在通常用於InGaN生長的溫度下，該合金可呈現旋節分解，其中組成均勻的InGaN層轉變成其中具有InN組成物高於平均值的區域以及InN組成物低於平均值之區域的一層。InGaN發光層中的旋節分解產生非輻射性重組中心，其可降低裝置中的量子效率。當發光層厚度增加、發光層中平均InN組成物增加及/或當發光層中的應變增加時，旋節分解的問題更加嚴重。例如，在於一[0001]藍寶石基板上生長一發光層並配置以發射450 nm的光的情形下，16%的InN組成物與大於50的較佳厚度的組合超出了旋節分解限制。
因此，如上所述，期望增加發光層的厚度以減少或消除電流密度增加引起的量子效率的降低。有必要減輕發光層中的應變以便生長一更厚的發光層，以藉由增加臨界厚度使缺陷數保持在一可接受的範圍內，以及增加可生長層處的厚度而不產生旋節分解。本發明之具體實施例經設計以減輕一III族氮化物裝置的裝置層中的應變，尤其是發光層中的應變。
根據本發明的具體實施例，藉由配置生長該裝置的至少一層的表面，在一III族氮化物發光裝置的發光層中提供至少部分應變釋放，以使該層橫向擴展並因此至少部分鬆弛。此層係稱作應變釋放層。在習知裝置中，由於使裝置中的所有層生長地足夠薄至產生應變，因此於該生長基板 上生長的第一單晶層為裝置中每一應變層設置晶格常數。在本發明的具體實施例中，應變釋放層至少部分鬆弛，以使應變釋放層的晶格常數大於應變釋放層之前生長之層的晶格常數。因此，該應變釋放層擴大了在該應變釋放層之後生長之層的晶格常數。
在某些具體實施例中，發光層本身係應變釋放層，此意味使發光層在允許發光層橫向擴展以釋放應變的表面上生長。在某些具體實施例中，在發光層之前生長的層係應變釋放層。在第一組具體實施例中，在一紋理化表面上生長應變釋放層。在第二組具體實施例中，在通常稱作奈米線或奈米柱的III族氮化物材料柱之內或其上方生長應變釋放層。
在下述具體實施例中，該III族氮化物發光裝置包括一n型區域，該區域通常第一個生長於一適當生長基板上。該n型區域可包括不同組成物及摻雜物濃度之多層，例如其包括製備層，如緩衝層或孕核層，其可為n型或未有意摻雜；釋放層，其係設計成促進生長基板之較遲釋放或基板移除後半導體結構之薄化；以及n型裝置層，其係針對發光區域所需要的特定光學或電性質加以設計，以有效地發射光。
在該n型區域上生長一發光區域。儘管以下具體實施例可係指一單一發光層，但應瞭解，以下任何具體實施例可包括具有一或多個或厚或薄發光層的發光區域。適當的發光區域之範例包括一單一厚或薄的發光層以及多個量子井 發光區域，該多個量子井發光區域包括藉由阻障層分離的多個薄或厚的量子井發光層。
在某些具體實施例中，裝置中每一發光層的厚度較佳超過50。在某些具體實施例中，裝置的發光區域係一單一厚發光層，其厚度介於50與600之間，且更佳的係介於100與250之間。最佳厚度可取決於發光層內的缺陷數目。例如，發光區域中的缺陷濃度較佳的係限於小於109 cm－2 ，更佳的係限於小於108 cm－2 ，更佳的係限於小於107 cm－2 ，且更佳的係限於小於106 cm－2 。
在某些具體實施例中，以一摻雜物(例如Si)摻雜裝置中至少一個發光層使摻雜物濃度介於1×1018 cm－3 與1×1020 cm－3 之間。Si摻雜可影響發光層中平面內的晶格常數，從而有可能進一步減輕發光層中的應變。
在該發光區域上生長一p型區域。如同n型區域，該p型區域可包括具有不同組成物、厚度及摻雜物濃度的多層，包括未有意摻雜的層或n型層。
圖1顯示本發明之一具體實施例，其中在一半導體層的紋理化表面上生長一應變釋放發光層。在圖1的裝置中，在一生長基板20上生長一n型區域11，該區域具有一平面內晶格常數ai。對n型區域11的頂部表面進行紋理化，該表面可為(例如)GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。隨後在該紋理化表面上生長一應變釋放發光層12，該發光層具有一平面內晶格常數a2 。在發光層12上生長一p型區域13，其亦具有一平面內晶格常數a2 。
將n型區域11的表面以一受控的粗糙表面進行紋理化，例如具有谷峰交替的橫斷面輪廓之特徵的表面。相鄰峰之間的距離可為50至200 nm，更佳的係為50至100 nm。峰頂至谷底的深度可小於200 nm，更佳的係小於100 nm。適當大小、深度與間隔之特徵可藉由(例如)習知光微影蝕刻、濺鍍蝕刻、光電化學蝕刻形成，或是藉由一原位程序形成，其中紋理化生長微晶材料，例如藉由在升高壓力下生長。當適當調整該等特徵大小時，發光層12之InGaN材料優先在該等峰上生長成一島狀件群組。由於初始該等島狀件並未覆蓋紋理化n型區域11的全部表面，因此該等島狀件可橫向擴展以使發光層12至少部分鬆弛。應變釋放發光層12的平面內晶格常數a2 大於n型區域11的平面內晶格常數a1 。
圖2顯示圖1中裝置的變化例，其中為提供應變釋放而生長在該紋理化表面上的層並非發光層12，而是在發光層12之前生長在n型區域11上的n型層21。如在圖1的裝置中，在一生長基板20上生長一n型區域11，該區域具有一平面內晶格常數a1 。如參考圖1所述對n型區域11的頂部表面進行紋理化。在n型區域11的該紋理化表面上生長第二n型區域21，其可為GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。當n型區域21開始生長，n型區域21的III族氮化物材料優先生長在n型區域11的紋理化表面的峰上成為一島狀件群組。該等材料之島狀件可橫向擴展並至少部分鬆弛，以使n型區域21的平面內晶格常數a2 大於n型區域11的平面內晶格常數a1 。 在應變釋放區域21上生長的層(包括發光層12與p型區域13)複製應變釋放區域21的較大平面內晶格常數a2 。
圖3顯示本發明的一項具體實施例，其中在一遮罩上生長一應變釋放層。在圖3的裝置中，在一生長基板20上生長一n型區域14，該區域具有一晶格常數a1 。以一矽先驅物(例如矽烷)處理n型區域14的表面，以使該表面部分覆蓋以氮化矽材料SiNx 且部分曝露於氮化矽中的小開口中，從而產生一遮罩。該等曝露區域的橫向範圍可為10至200 nm，更佳的係50至150 nm，且更佳的係小於100 nm。
在該遮罩上生長一發光區域17。發光區域17之材料優先生長於n型區域14的曝露表面上之遮罩材料15中的開口16上。發光層材料之該等島狀件可橫向擴展並至少部分鬆弛，以使發光區域17的平面內晶格常數a2 大於n型區域14的平面內晶格常數a1 。在發光區域17上生長一p型區域18，其亦具有一平面內晶格常數a2 。如在圖1與圖2所示的裝置中，不需要直接在遮罩上生長發光區域17，而是可首先在遮罩上生長(例如)GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN的第二n型區域，接著再生長發光區域17。
在圖1、2與3所示的具體實施例中，其中在一紋理化介面上生長發光層，以使該紋理化介面(例如圖1及2中的紋理化層或圖3中的遮罩層)的位置通常靠近發光層。在某些具體實施例中，該紋理化介面係在1000的發光層之至少一部分內。
圖4、5、6與7說明包括半導體材料柱的裝置。圖4中， 在一基板20上生長一n型區域22。在平面n型區域22上方，形成一遮罩層24，例如上述SiNx 遮罩。在遮罩材料之島狀件之間的開口中，生長半導體材料柱。在某些具體實施例中，使該等半導體材料柱的生長溫度保持在遮蔽材料之島狀件之間的GaN材料開始分解的溫度(在某些應用中為1000℃)以下。可在比一遮罩上生長一平面層(如圖3所示)更狹窄的溫度範圍內，且在有助於緩慢生長的條件下生長半導體材料柱，以便形成不同於圖3中實質上平面層的半導體材料柱。例如，可在900與1000℃之間的生長溫度下，以小於0.5/s之生長速率，並在大於4000的V族先驅物與III族先驅物之比率下，生長柱。可在大於1000℃以及小於900℃的溫度下，以更快的生長速率，且在不同的先驅物比率下生長平面材料。首先生長n型材料之柱26，接著生長發光區域材料柱28，之後生長p型材料柱30。
在生長p型柱30後，(例如)藉由引入摻雜物先驅物(例如Mg摻雜物先驅物)或提高其之流動性，藉由減少氮先驅物(通常為NH3 )的流量以及藉由提高生長速率來改變生長條件，以便在該等柱上方形成倒金字塔，該等金字塔最終聚結成在該等柱上方形成平面層32並在該等柱之間形成空間25。
選擇III族氮化物材料之柱的尺寸以使該等柱可橫向擴展以便容納該等柱內不同組成物的層之間的晶格常數差異。例如，柱的直徑可限於小於500 nm，更佳的係小於200 nm。小至10 nm的直徑亦有可能。直徑可能在50與150 nm 之間，例如100 nm之範圍。該直徑係選擇成足夠小以使柱中的材料可至少部分鬆弛，且大至足以存在發光層材料的一可接受高填充因數。如圖4所示，該等柱不需要一恆定直徑。例如，柱可為斜截的金字塔。在某些具體實施例中，填充因數至少為90%，此意味在生長時，該等柱佔據裝置的半導體結構之橫向範圍的至少90%。該填充因數係由柱的直徑以及柱之間的間隔兩者決定。若減小柱的直徑，則柱的數量密度必須提高至以保持一給定填充因數。在某些具體實施例中，柱的數目密度至少為1010 cm－2 。
柱的高度可介於50 nm至3 μm範圍內。在具有一單一發光層的裝置中，高度可能介於50與150 nm之間，例如100 nm。在具有多個量子井發光區域的裝置中，高度可能介於200 nm與1 μm之間，例如500 nm。在該等柱內的發光區域28至少部分可得到鬆弛。
在某些具體實施例中，在圖4所示的裝置中，可在一單一裝置中的不同柱中形成發光區域以發射不同波長的光。例如，裝置中的某些柱可係配置以發射紅光，裝置中的某些柱可係配置以發射綠光，且裝置中的某些柱可係配置以發射藍光，如此組合在一起的紅、綠與藍光呈現白色。
發光區域的發射波長取決於InN組成物：InGaN發光層中的InN越多，發射波長越長。在具有平面未中斷發光層的習知裝置中，發光層中的應變限制了可併入發光層中的InN數量。一般而言，發射藍光的平面InGaN發光層的生長品質比發射綠光的平面InGaN發光層的生長品質高。生長 發射波長比綠光長之光的足夠高品質之平面InGaN發光層極為困難。由於在圖4所示的柱內生長的發光區域至少部分可得到鬆弛，因此在生長期間，可併入比習知應變平面層中更多的InN。柱中鬆弛的材料越多，發光層中可併入的InN則越多。
發明者將生長結構配以包括至少一InGaN層之柱。該等結構之特徵在於光致發光，其表明InGaN材料之發射波長自習知平面生長顯著紅移。已實現430 nm與750 nm之間的發射波長，其代表自藍至紅(包括綠與黃)的顏色。
在某些具體實施例中，藉由控制個別柱的直徑控制該等柱中的InN組成物。柱的直徑越小，柱中的材料越鬆弛，因此在生長發光區域期間，可併入的InN越多。例如，在柱的直徑在大約10 nm至大約150 nm間變化的裝置中，直徑在10 nm範圍內的柱預計最鬆弛，且具有InN組成物最高的發光區域，並發射最長波長，大多數為紅光。直徑在150 nm範圍內的柱預計鬆弛較少，且具有InN組成物較低的發光區域，並發射較短波長，大多數為藍光。
為製造發射白光的裝置，必須控制在可見光譜的每一區域中發射光之柱的數量。如上所述，可藉由控制柱之直徑控制每一柱發射的光波長。為確保每一給定直徑的柱具有足夠數量並對應於發射波長，可(例如)藉由奈米壓印微影技術圖案化遮罩層24，以形成具有所需直徑的開口。儘管發射白光的裝置係用作一範例，但應瞭解，藉由以適當大小的開口圖案化遮罩24，可將自該裝置的發射光譜修改成 其他顏色的光。
其中不同柱發射不同顏色光以使組合光呈現白色的裝置可提供優於習知白光裝置的優點，其中將一發射藍光的半導體發光裝置與一或多個波長轉換材料(例如磷光體)組合，以使磷光體轉換光與透過該磷光體洩漏的未轉換藍光組合以形成白光。具有發射不同顏色光的柱之裝置可降低製造複雜性，因為其不需要在形成該裝置後形成波長轉換層；其可提供對色度、色溫以及演色性的改良控制，因為有可能更容易控制發射光譜；例如藉由消除與波長轉換材料相關聯的低效率性，可更有效；其製造成本可為低，因為不再需要昂貴的波長轉換材料；且在修改發射光譜時，可提供更大靈活性。
在圖5的裝置中，在於半導體柱群組上方聚結的層之上方生長一應變減輕發光層。在一基板20上生長具有一平面內晶格常數a1 的n型區域22。在平面n型區域22上方，形成一遮罩層24，例如上述SiNx 遮罩。在遮罩材料之島狀件之間的開口中，生長n型材料柱26。生長該等柱以使直徑足夠小，使得該等柱可橫向擴展且因此至少部分鬆弛，如上所述。當改變生長條件以使n型區域34聚結在柱26上方，n型區域34保持至少部分鬆弛柱的平面內的晶格常數，且因此具有大於n型區域22的平面內晶格常數a1 的一平面內晶格常數a2 。在n型區域34上生長發光區域36與p型區域38，兩者皆複製平面內晶格常數a2 。
由於n型區域34聚結在柱26上方，因此縫合缺陷27可形 成於在兩個柱上方生長的材料集合的位置。缺陷27可透過發光區域36與p型區域38加以複製且可降低效率或引起可靠性問題。圖6與7說明本發明之具體實施例，其設計成消除縫合缺陷或減少縫合缺陷的數量。
在圖6的裝置中，在基板20上生長一n型區域22，隨後如上所述，形成一遮罩24並生長n型柱26，以使柱26至少部分鬆弛。在柱26上方形成電阻材料的等形層40。電阻層40可為(例如)磊晶生長的電阻GaN(例如以Zn或Fe摻雜的GaN)或電阻氧化物(例如矽的氧化物)。接著藉由習知微影移除柱26頂部形成的電阻層，使得電阻材料40僅保留在柱26之間的空間中。隨後在柱26的曝露頂部上方生長發光區域42成柱狀，接著生長一p型區域44，其在發光區域42上方聚結。電阻區域40電絕緣n型區域22及26與p型區域44。
在圖7的裝置中，在基板20上生長一n型區域22，隨後如上所述，形成一遮罩24並生長n型柱26，以使柱26至少部分鬆弛。在柱26上方生長未摻雜之InGaN的等形層46，接著將生長條件轉換成有助於柱生長，以便在柱26上方的等形層46的區域頂部上方生長經摻雜的發光區域48的柱。然後生長一p型區域52，其在發光區域48上方聚結。由於摻雜發光區域島狀件48產生比柱26之間未摻雜的InGaN區域46更低的崩潰電壓，因此將n型區域22及26與p型區域52電絕緣。
在某些具體實施例中，在生長發光區域島狀件48之後，一離子植入步驟使得柱26之間的區域50不導電。在植入 後，可藉由蝕刻移除柱26頂部上方的被離子破壞的InGaN區域46。在此等具體實施例中，在柱26上方直接生長發光區域島狀件48。
在圖10與11所示的具體實施例中，如圖4所示，在一基板20上生長一n型區域22。在平面n型區域22上方，形成一遮罩層24，例如上述SiNx 遮罩。在遮罩材料的島狀件之間的開口80中，生長半導體材料的多角體82。如同圖4與5所示的柱，由於在遮罩材料的島狀件之間的開口80中生長多角體82，因此多角體82能夠橫向擴展且因此至少部分得到鬆弛。因此，多角體82具有一晶格常數a2 ，其大於平面層22的晶格常數a1 。在某些具體實施例中，開口80的直徑可限定小於500 nm，更佳小於200 nm。10 nm小的直徑亦有可能。直徑可能介於50與150 nm之間，例如100 nm的範圍。選擇開口80的直徑足夠小，以使多角體82中的材料至少可部分鬆弛。如在圖4中，可形成遮罩24，以使填充因數至少為90%，此意味，在生長時，多角體82的基底佔據該裝置之半導體結構的橫向範圍之至少90%。
在多角體82上方生長至少一發光層84，以使發光層84中的材料複製多角體82的擴大之晶格常數a2 。接著在發光區層84上方生長一p型區域。在圖10所示裝置中，在多角體82上方優先生長p型區域86。在藉由遮罩24覆蓋的相鄰多角體之間的區域被填滿前，停止生長。可在該等多角體上方沈積一厚的金屬層(未顯示)以形成一平面表面。絕緣遮罩層24在接觸p型材料的金屬與開口80之間區域中的半導 體之n型區域之間提供電絕緣。在圖11所示裝置中，繼續p型區域88之生長直至相鄰多角體之間的區域被填滿，從而產生一實質上平面p型層。
上述具體實施例中的發光層可具有比在習知GaN樣本上生長的發光層更大的平面內晶格常數，習知GaN樣本上生長的發光層的平面內晶格常數通常不大於3.1885。作為應變釋放層的發光層之生長或在一應變釋放層上方的發光層之生長可提高平面內的晶格常數以大於3.189，且可因此足以減輕發光層中的應變，從而允許以可接受的缺陷密度以及減少的旋節分解生長更厚的發光層。在某些具體實施例中，可將發光層中的平面內晶格常數提高為至少3.195，更佳為至少3.2。例如，發射藍光的InGaN層可具有In0.12 Ga0.88 N之組成物(主體晶格常數為3.23的一組成物)。發光層中的應變為發光層中的平面內晶格常數(對於在習知GaN緩衝層上生長的發光層為大約3.189)與發光層中主體晶格常數之差，因此應變可表達為(ain－plane －abulk )/abulk 。在一習知In0.12 Ga0.88 N層的情況中，該應變係(3.23－3.189)/3.23，大約為1.23%。若生長具有根據上述具體實施例之相同組成物的一發光層，則可減輕或消除應變。在本發明的若干具體實施例中，可將於發光介於430與480 nm間之一裝置的發光層中的應變減輕至小於1%，且更佳的係可小於0.5%。一會發出青色光之InGaN層可具有In0.16 Ga0.84 N之組成物(一在生長於習知GaN緩衝層上時會具有約1.7%之應變的組成物)。在本發明的若干具 體實施例中，可將於一發光介於480與520 nm間之裝置的發光層中的應變減輕至小於1.5%，且更佳的係小於1%。一會發出綠光之InGaN層可具有In0.2 Ga0.8 N之組成物(具有3.26之獨立晶格常數，並在生長於傳統GaN緩衝層上時會產生大約2.1%之應變的組成物)。在本發明的若干具體實施例中，可將於一發光介於520與560 nm間之裝置之發光層中的應變減輕至小於2%，且更佳的係小於1.5%。
以上所示及說明之半導體結構可包括在一發光裝置的任何合適配置中，例如具有形成於裝置相反側上之接點的裝置，或者具有皆形成於裝置相同側上之接點的裝置。當在相同側佈置接點時，該裝置或者可以透明接點形成並安裝以便透過形成有該等接點的相同側面擷取光，或者可以反射接點形成並作為覆晶安裝，其中自與形成有接點之側相對的側擷取光。
圖8顯示一適當配置的一範例之一部分，其係一覆晶裝置，其中已移除生長基板。移除p型區域66與發光區域64之一部分以形成曝露部分n型區域62的台面。儘管圖8顯示了曝露n型區域62的一通道，但應瞭解，在一單一裝置中可形成多個通道。在n型區域62與p型區域66的曝露部分上，例如藉由蒸鍍或電鍍形成n接點70與p接點68。接點68與70可藉由空氣或一介電層彼此電絕緣。在形成接觸金屬68與70後，可將裝置晶圓分割成個別裝置，隨後相對於生長方向翻轉每一裝置並將其安裝在一架座73上，在該情形下，架座73的橫向範圍可大於該裝置之橫向範圍。或者， 可將裝置晶圓連接至架座之晶圓，隨後將其分割成個別裝置。架座73可為(例如)半導體(例如Si)、金屬或陶瓷(例如AlN)，且可具有電連接至p接點68的至少一金屬墊71，以及電連接至n接點70的至少一金屬墊72。互連(未顯示)，例如焊料或金凸塊，連接該半導體裝置至架座73。
在安裝後，藉由適合移除基板材料的程序(例如蝕刻或雷射熔化)移除生長基板(未顯示)。在安裝之前或之後，在裝置與架座73之間可提供一堅固的側填滿，以支撐半導體層並防止基板移除時發生破裂。在移除基板後，可藉由薄化移除半導體結構之一部分。可(例如)藉由蝕刻程序(例如光電化學蝕刻)或藉由機械程序(例如研磨)對n型區域62的曝露表面加以粗糙化。對擷取光的表面加以粗糙化可改良裝置的光擷取。或者，在藉由移除生長基板曝露的n型區域62的頂部表面中可形成一光子晶體結構。可將結構74(例如磷光體層)或此項技術中已知的第二光學元件(例如分色鏡或偏光器)應用於發射表面。
圖9係一封裝之發光裝置的分解圖，如美國專利6,274,924中所詳細說明。一散熱塊100係放置在一插入成型的引線框架中。該插入成型的引線框架，例如，係圍繞提供一電路徑之一金屬框架106模製的填充塑膠材料105。散熱塊100可包括一可選反射器杯狀物102。發光裝置晶粒104，其可為上述具體實施例中任意裝置，係經由一熱傳導子基板103，直接或間接安裝至散熱塊100。可添加一蓋108，其可為一光學透鏡。
本發明既經詳細說明，熟習此項技術人士應明白，依提供的本揭示內容，可不脫離本文中所說明之本發明概念的精神來對本發明進行修改。因此並不期望本發明之範疇限於所解釋及說明的特定具體實施例。
11‧‧‧n型區域
12‧‧‧應變釋放發光層
13‧‧‧p型區域
14‧‧‧n型區域
15‧‧‧遮罩材料
16‧‧‧開口
17‧‧‧發光區域
18‧‧‧p型區域
20‧‧‧生長基板
21‧‧‧n型區域/n型層
22‧‧‧n型區域/平面層
24‧‧‧遮罩(層)
25‧‧‧空間/絕緣材料
26‧‧‧柱/n型區域
27‧‧‧縫合缺陷
28‧‧‧發光層/柱
30‧‧‧p型區域/柱
32‧‧‧平面層
34‧‧‧n型區域
36‧‧‧發光區域
38‧‧‧p型區域
40‧‧‧電阻區域/電阻材料/電阻層
42‧‧‧發光區域
44‧‧‧p型區域
46‧‧‧未摻雜的InGaN等形層
48‧‧‧發光區域(島狀件)
50‧‧‧區域
52‧‧‧p型區域
62‧‧‧n型區域
64‧‧‧發光區域
66‧‧‧p型區域
68‧‧‧接點/接觸金屬
70‧‧‧接點/接觸金屬
71‧‧‧金屬墊
72‧‧‧金屬墊
73‧‧‧架座
74‧‧‧結構
80‧‧‧開口
82‧‧‧多角體
84‧‧‧發光層
86‧‧‧p型區域
88‧‧‧p型區域
100‧‧‧散熱塊
102‧‧‧反射器杯狀物
103‧‧‧熱傳導子基板
104‧‧‧發光裝置晶粒
105‧‧‧填充塑膠材料
106‧‧‧金屬框架
108‧‧‧蓋
圖1說明一發光裝置之一部分，其具有於一紋理化層上生長的應變釋放發光層。
圖2說明一發光裝置之一部分，其具有在於一紋理化層上生長的應變釋放層上方生長的發光層。
圖3說明一發光裝置之一部分，其具有於一遮罩上方生長的發光層。
圖4說明一發光裝置之一部分，其具有在半導體材料之柱群組內生長的發光層。
圖5說明一發光裝置之一部分，其具有在於半導體材料之柱群組上方生長的一聚結層上方生長的發光層。
圖6及7說明發光裝置之部分，其具有於半導體材料之柱群組上方生長的發光層並具有n型與p型材料之電阻材料電絕緣區域。
圖8說明一覆晶發光裝置之一部分，其中已移除生長基板。
圖9係一封裝發光裝置之分解圖。
圖10與11說明發光裝置之部分，其具有於一遮罩中之開口上方所生長的多角體上方生長的等形發光層。
62‧‧‧n型區域
64‧‧‧發光區域
66‧‧‧p型區域
68‧‧‧接點/接觸金屬
70‧‧‧接點/接觸金屬
71‧‧‧金屬墊
72‧‧‧金屬墊
73‧‧‧架座
74‧‧‧結構

Claims (18)

  1. 一種發光裝置，其包括：一III族氮化物半導體結構，其包括：一發光層，位於一n型區域與一p型區域之間；一紋理化(textured)表面，其係在1000埃(angstroms)的該發光層之至少一部分內，該紋理化表面具有波峰與波谷交替的一橫斷面輪廓(cross sectional profile)；及成長於該紋理化表面上之一層，該層包括優先(preferentially)在該等波峰上生長之島狀件(islands)，其中該等島狀件橫向擴展(expand laterally)並至少部分鬆弛(relax)；其中該發光層係磊晶(epitaxially)成長於該紋理化表面上。
  2. 如請求項1之裝置，其中該發光層係相鄰於該紋理化表面。
  3. 如請求項1之裝置，其中該紋理化表面係位於該n型區域內。
  4. 如請求項1之裝置，其中該紋理化表面包含微影地形成於一III族氮化物層上之特徵(features)。
  5. 如請求項4之裝置，其中兩相鄰波峰間的一最大橫向範圍(lateral content)小於200nm。
  6. 如請求項1之裝置，其中：該發光層具有主體晶格常數(bulk lattice constant)abulk，其對應於如該發光層一相同成分的一自立(free standing) 材料之一晶格常數；該發光層具有一平面內(in-plane)晶格常數ain-plane，其對應於如成長於該結構中的該發光層之一晶格常數；及(ain-plane-abulk)/abulk小於1%。
  7. 如請求項1之裝置，其中該發光層具有大於50埃的一厚度。
  8. 如請求項1之裝置，其中該發光層經矽摻雜以使一摻雜物(dopant)濃度介於1×1018cm-3與1×1020cm-3之間。
  9. 如請求項1之裝置，其進一步包括：接點，其係電連接至該n型區域與該p型區域；以及一蓋(cover)，其係位於該III族氮化物半導體結構上方。
  10. 如請求項1之裝置，其中自一波峰一頂部至一波谷的一底部之一深度小於200nm。
  11. 一種發光裝置，其包含：一III族氮化物半導體結構，其包括：一平面發光層，其位於一n型區域與一p型區域之間；及一絕緣材料之層，其位於該半導體結構內，其中複數個開口(opening)位於該絕緣材料內，該絕緣材料之層係在1000埃的該發光層之至少一部分內，及該發光層係磊晶成長於該絕緣材料之層上。
  12. 如請求項11之裝置，其中該絕緣材料包含氮化矽。
  13. 如請求項11之裝置，其中該等開口具有10至200nm的一橫向範圍。
  14. 如請求項11之裝置，其中該等開口具有小於100nm的一橫向範圍。
  15. 如請求項11之裝置，其進一步包含：該發光層具有主體晶格常數abulk，其對應於如該發光層一相同成分的一自立材料之一晶格常數；該發光層具有一平面內晶格常數ain-plane，其對應於如成長於該結構中的該發光層之一晶格常數；及(ain-plane-abulk)/abulk小於1%。
  16. 如請求項11之裝置，其中該發光層具有大於50埃的一厚度。
  17. 如請求項11之裝置，其中該發光層經矽摻雜以使一摻雜物濃度介於1×1018cm-3與1×1020cm-3之間。
  18. 如請求項11之裝置，其進一步包含：接點，其係電連接至該n型區域與該p型區域；及一蓋，其係位於該III族氮化物半導體結構上。
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