專利名稱：基于結(jié)晶弛豫結(jié)構(gòu)的固態(tài)發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固態(tài)發(fā)光器件以及用于制造這種固態(tài)發(fā)光器件的方法。
背景技術：
在從傳統(tǒng)照明系統(tǒng)到光通信系統(tǒng)的廣泛的應用中使用固態(tài)發(fā)光器件，比如，發(fā)光二極管(LED)和固態(tài)激光器。特別地，基于氮化物的LED使得能夠出于一般照明目的使用LED。然而，這種器件的發(fā)射效率對于高于480nm的波長顯著下降。一種補償這一點的方式是:使用藍光發(fā)射LED，以使得通過與磷光材料的交互作用將所發(fā)射的藍光的一部分轉(zhuǎn)換為綠黃光。然而，磷光轉(zhuǎn)換在從較高能量輻射至較低能量輻射的轉(zhuǎn)變期間經(jīng)受多種轉(zhuǎn)換損耗機制，從而導致有限的轉(zhuǎn)換效率，同時，發(fā)射峰形也展寬。因此，LED直接在可見光譜的綠至紅部分中發(fā)射將提供顯著優(yōu)點，比如消除轉(zhuǎn)換損耗和改進顏色可調(diào)性。例如，基于氮化鎵(GaN)的光源可以適于向可見光譜的紅端移位發(fā)射波長。W02008/078297公開了一種用于制造被配置為發(fā)射光的多個波長的基于GaN的半導體發(fā)光器件的方法。這是通過從具有多個開口的掩模層形成多個柱來實現(xiàn)的，其中，每個柱包括布置在η型區(qū)與P型區(qū)之間的發(fā)光層。所發(fā)射的波長由柱的直徑控制。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述現(xiàn)有技術，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造固態(tài)發(fā)光器件的改進方法，并且特別地，提供一種使得能夠制造發(fā)射可見光譜的綠色至紅色部分中的波長的器件的用于制造固態(tài)發(fā)光器件的改進方法。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于制造具有多個光源的固態(tài)發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步驟:提供具有生長表面的襯底；在所述生長表面上提供掩模層，所述掩模層具有多個開口，通過所述多個開口，暴露所述生長表面，其中，所述開口中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μ m，以及其中，所述掩模層包括第一掩模層部分和第二掩模層部分，所述第一掩模層部分和所述第二掩模層部分具有相同表面積并包括多個開口，其中，所述第一掩模層部分展示出所述生長表面的暴露面積與所述生長表面的未暴露面積之間的第一比率，以及其中，所述第二掩模層部分展示出所述生長表面的暴露面積與所述生長表面的未暴露面積之間的第二比率，所述第二比率與所述第一比率不同；在所述掩模層的開口的每一個中，在所述生長表面上生長基底結(jié)構(gòu)；以及在所述基底結(jié)構(gòu)中的每一個的表面上生長至少一個光生成量子阱層。在當前上下文中，術語“固態(tài)發(fā)光器件”應當理解為基于半導體的發(fā)光器件，例如光致發(fā)光器件、LED、激光二極管或垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。在當前上下文中，光源應當理解為在電驅(qū)動器件中通過直接發(fā)射或在無源器件中通過跟隨光激勵的光致發(fā)光反應來發(fā)射光的每個個體結(jié)構(gòu)。光生成量子阱(QW)層是具有比周圍材料更低的能帶隙的材料的薄層，從而形成勢阱。當電荷載流子在帶隙之上復合時，生成光，并且，帶隙的尺寸確定所發(fā)射的光的波長?？梢栽陔婒?qū)動器件中通過電注入或在無源器件中通過光激勵來提供電荷載流子。通過在至少部分弛豫的基底結(jié)構(gòu)上生長光生成量子阱層，可以實現(xiàn)各材料成分，并從而在量子阱層中實現(xiàn)在非弛豫表面上不可能實現(xiàn)的帶隙能量。因此，提供至少部分弛豫的基底結(jié)構(gòu)促進了量子阱層的生長，其具有在非弛豫表面上不能實現(xiàn)的期望的發(fā)光屬性。特別地，可以生長在可見光譜的紅色部分中具有發(fā)射峰值的量子阱。同樣地，可以生長在基底結(jié)構(gòu)中堆疊的多個量子阱，以制造發(fā)光器件，例如LED、激光二極管和VCSEL。此外，限制開口尺寸以實現(xiàn)弛豫結(jié)構(gòu)的生長還使得能夠使用非晶格匹配襯底，否則，將導致在生長更大結(jié)構(gòu)或連續(xù)膜時常出現(xiàn)的應力相關問題。
本發(fā)明基于以下認識:可以通過控制開口的相對尺寸和分隔距離，尤其通過控制暴露的生長表面積與掩模層面積之間的比率，來控制在一定尺寸的開口中的生長表面上外延生長的基于結(jié)晶弛豫結(jié)構(gòu)的光源的屬性。
由于至少部分弛豫的基底結(jié)構(gòu)允許具有與可能在應變材料上生長的屬性不同的屬性的光生成量子阱層的后續(xù)生長，因此期望實現(xiàn)這種結(jié)晶弛豫基底結(jié)構(gòu)。假設開口中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μ m，那么局部表面弛豫將減小或消除否則將由于生長表面的晶格常數(shù)與基底結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)之間的晶格失配而引起的應力。例如多邊形的最大橫向尺寸是最大對角線，即，將多邊形的兩個不同非順序角相連接的最大線段。用以實現(xiàn)弛豫基底結(jié)構(gòu)的開口中每一個的最大可允許尺寸用于由材料參數(shù)(比如，楊氏模量和晶格常數(shù))確定的所選材料組合。
從量子阱發(fā)射的光的波長與量子阱厚度相關，而量子阱厚度又是在生長量子阱層時使用的生長條件的結(jié)果。由于通常以氣體或蒸汽形式提供前體，因此可以假定前體在沉積期間均勻地到達公共旋轉(zhuǎn)晶片配置中的晶片的整個表面。由于生長僅發(fā)生在基底結(jié)構(gòu)上而不發(fā)生在掩模層表面上，因此沉積到掩模層表面上的前體材料向包含基底結(jié)構(gòu)的開口遷移，在此處對量子阱生長作出貢獻。因此，暴露的和未暴露的生長表面積之間的比率確定了對生長量子阱層來說可用的前體材料的量。由此，晶片的暴露了生長表面的較大比例的部分導致比在晶片的暴露了生長表面的較小比例的部分上更薄的量子阱。
因此，開口的尺寸與分隔相結(jié)合則將確定相對生長速率，并由此確定在特定基底結(jié)構(gòu)上生長的QW的厚度。因此，開口尺寸和分隔距離的組合是用于調(diào)節(jié)QW厚度并由此調(diào)節(jié)來自特定光源的發(fā)射顏色的強力手段。
可以提供充當載體的襯底。有利地，襯底可以是使得能夠接觸襯底的背面的導電材料的晶片。更具體地，襯底可以包括從由以下各項構(gòu)成的組中選擇的材料:GaN、藍寶石、硅、SiC, Zn。、ScN, TiN, HfN, AIN、ZrB2, HfB2, NbB2' BP、GaAs, GaP、LiGaO2' NdGaO3' LiAlO2'ScMgAlO4、石槽石和尖晶石。
可以在襯底的上表面上提供生長表面，在上表面處，生長表面促進期望的弛豫基底結(jié)構(gòu)的生長。在當前上下文中，有利地，生長表面可以是適于基于II1-V族半導體的材料的外延生長的表面，更具體地，生長表面可以適于基于GaN的材料的外延生長。對于電驅(qū)動器件，可以使用基于GaN的η摻雜生長層。
可以在生長表面上方布置掩模層，并且可以在掩模層中創(chuàng)建暴露生長表面的開口。有利地，掩模層可以是絕緣的，如基于SiO2的材料的情況那樣。掩模層還可以是從諸如SiNx、TiO2, ZrO2或者類似氧化物、氮化物或碳化物之類的廣泛的絕緣材料中選擇的。
基底結(jié)構(gòu)的外延生長開始于暴露的生長表面，這意味著:在掩模層的表面上不發(fā)生生長。因此，掩模層中的開口限定了在何處生長基底結(jié)構(gòu)?；捉Y(jié)構(gòu)的主要目的是充當光生成量子阱層的后續(xù)生長的基底，所述光生成量子阱層可在基底結(jié)構(gòu)的表面上生長為連續(xù)膜。對于電驅(qū)動固態(tài)照明器件而言，優(yōu)選地，基底結(jié)構(gòu)是η摻雜的。
還應當注意，對于光致發(fā)光器件，并不嚴格要求量子阱。在光致發(fā)光器件中，基底結(jié)構(gòu)可以是發(fā)光結(jié)構(gòu)，盡管在這種器件中，量子阱也可以用于發(fā)光屬性的附加控制。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述多個開口具有基本上相同的尺寸，并且相鄰開口之間的距離在所述第二掩模層部分中比在所述第一掩模層部分中更大。因此，在單個晶片上可以將量子阱屬性調(diào)整為在器件的不同部分中不同，同時在所述第一和第二部分中使用基本上相同的開口尺寸。不用說，可以存在在開口之間具有互不相同的距離的多于兩個的掩模層部分。
這提供了在相同表面上同時產(chǎn)生發(fā)射不同波長的光源的組合、同時能夠使用最優(yōu)開口尺寸以使得在期望時可以在所有開口中生長弛豫基底結(jié)構(gòu)的高度靈活的方式。
用稍微不同的話來說，基本上相同尺寸的開口的密度可以在第一和第二掩模層部分中不同。例如，開口可以是基本上規(guī)則地布置的，并且間距可以在這兩個部分之間變化。
例如，開口之間的距離可以在第二掩模層部分中比在第一掩模層部分中大至少10%，從而可以實現(xiàn)實質(zhì)顏色區(qū)別，同時仍在弛豫基底結(jié)構(gòu)上生長光生成量子阱層。通過局部改變開口的分隔距離和/或開口尺寸，可以局部調(diào)節(jié)所發(fā)射的波長。通過在器件的相對較大的區(qū)域(足夠大以被單獨接觸)之上這樣做，該器件變成分段的，并從而變成顏色可調(diào)節(jié)的。另一方面，通過隨機或準隨機地改變開口尺寸和分隔中的任一個或這兩者從而改變QW厚度，可以獲得具有不同波長的光源的高度均勻的混合，這在從均勻性觀點來看高度需要的應用中可以作為優(yōu)勢。此外，由于使用弛豫基底結(jié)構(gòu)，調(diào)整發(fā)射的可能性與發(fā)射覆蓋可見光譜的波長的可能性相結(jié)合使得可以生產(chǎn)發(fā)射白光的LED器件。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述多個開口中的每個開口具有多邊形形狀，其中，開口的至少一個邊與所述生長表面的結(jié)晶取向基本上平行地對準。
開口的形狀將對約束從多邊形形狀的開口生長的多面體的晶體平面的晶格結(jié)構(gòu)有影響。基底結(jié)構(gòu)中的不同晶體平面可以擁有不同生長屬性，從而導致所生長的光生成量子阱層的不同材料成分或?qū)雍穸?。量子阱的不同材料成分或厚度可以導致發(fā)射波長的移位。與基底結(jié)構(gòu)的不同晶體平面相對應的量子阱屬性中的區(qū)別可以相對較小，并將在這種情況下主要導致總發(fā)射峰值的明顯展寬。更寬的發(fā)射峰值導致更連續(xù)的發(fā)射光譜，從而導致所發(fā)射的光的更好的顏色感知度。作為示例，具有不同屬性的不同晶體平面的效果將對被形成為截棱錐的多面體來說是明顯的，其中，與在棱錐的側(cè)壁上生長的量子阱相比，在頂表面上生長的量子阱很可能不僅展示出不同材料成分，而且展示出顯著不同的生長速率。此外，對于棱錐，一旦棱錐形狀開始形成，結(jié)構(gòu)的總生長區(qū)域(最初為掩模中的開口)就生長，并且，當棱錐生長得超出掩模時更是如此，這意味著與表面垂直的相對生長速率開始降低。這是可以利用的，原因在于:該效果將在相對較小的分隔距離下對小尺寸的孔來說更早且在更大程度上出現(xiàn)。
不同平面處的QW的不同生長速率是一種可以更強地調(diào)節(jié)所發(fā)射的光的顏色的方式，這是由于這將導致不同厚度的QW。量子阱的厚度直接確定量子限制的程度，量子限制的程度進而(與材料成分和由晶格失配引起的應變相結(jié)合)確定所發(fā)射的光的波長。
此外，有利地，開口的對準可以被選擇為使得基底結(jié)構(gòu)的所有邊相對于生長表面等值，這導致器件區(qū)域之上的更高程度的均勻性。
此外，有利地，開口的受控的形狀和對準可以導致具有更少結(jié)晶缺陷的基底結(jié)構(gòu)，從而降低非輻射復合中心的風險，非輻射復合中心降低器件的效率。
在開口的邊與下層結(jié)晶結(jié)構(gòu)之間強烈未對準的情況下，所生長的結(jié)構(gòu)將部分地與各個結(jié)晶方向?qū)?。例如，未對準的方形開口可以導致分成小面的所生長的結(jié)構(gòu)，這意味著可以生長具有6或8個側(cè)面的多面體。然而，可以允許一些未對準，這是由于所生長的結(jié)構(gòu)固有地與優(yōu)先生長方向?qū)省?br> 在本發(fā)明的一個實施例中，有利地，開口的形狀可以是六邊形的。通過將所生長的基底結(jié)構(gòu)的邊與期望的下層結(jié)晶取向?qū)蕪亩菇Y(jié)構(gòu)的所有邊等值，可以實現(xiàn)更高的均勻性并從而實現(xiàn)更加良好限定的發(fā)射波長，這在期望單色發(fā)射時可能是有利的。根據(jù)生長表面的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，開口的形狀同樣很可能是三角形、矩形或任何其他多邊形。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述用于制造固態(tài)發(fā)光器件的方法還可以包括以下步驟:在所述基底結(jié)構(gòu)中的每一個的光生成量子阱層上提供第一接觸結(jié)構(gòu)，并提供與該基底結(jié)構(gòu)電接觸的第二接觸結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，有利地，所述第一接觸結(jié)構(gòu)可以包括布置在所述光生成量子阱層的表面上的電荷載流子限制層，之后緊跟限制層的表面上的導電層。所述電荷載流子限制層是形成量子阱的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的一部分，其中，限制層的功能是限定量子阱的邊界之一，從而提供量子阱與相鄰材料之間的能量勢壘。相對的量子阱邊界由基底結(jié)構(gòu)形成。作為示例，所述電荷載流子限制層可以是電子阻擋層，并且所述導電層可以包括具有布置在所述導電層上的接觸的P摻雜空穴傳導層。器件可以作為平面生長的LED而被接觸，即，通過將適當接觸層施加至η摻雜生長層和P摻雜頂層。
可以在器件的相對側(cè)上形成接觸，或者這些接觸可以均處于器件的相同側(cè)上。當這兩個接觸布置在相同側(cè)上時，可以利用透明接觸來形成該器件，并安裝該器件以使得在與接觸相同的側(cè)上提取光?？商鎿Q地，接觸可以是反射的并作為倒裝芯片而安裝，在這種情況下，從布置接觸的相對側(cè)提取光。
在本發(fā)明的一個實施例中，提供掩模層的步驟可以包括以下步驟:將掩模層材料沉積在生長表面上；以及根據(jù)預定義圖案來選擇性地移除掩模層材料，以形成上述開口。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，有利地，可以通過納米壓印來進行所述掩模層的圖案化。通過使用諸如表面共形納米壓印之類的圖案化方法，可以在單個工藝步驟中在晶片規(guī)模上進行圖案化。此外，可以減少或者甚至避免與其他光刻方法相關聯(lián)的晶片彎曲的問題。有利地，可以在以來源于溶膠-凝膠的SiO2的形式提供的可變形硅石(silica)中壓印圖案，在其中形成與預定義壓印模板相對應的多個凹坑。在納米壓印之后，硅石的薄殘余層可以保持處于凹坑的底部處。優(yōu)選地，可以通過相對于下層生長層選擇性地蝕刻掩模層材料來移除殘余層，其中，例如，可以使用反應離子蝕刻(RIE)來進行移除。其他圖案化方法也是可用的，比如步進式光刻、電子束光刻和全息干涉光刻。將針對相應光刻方法使用合適的掩模移除方法。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種固態(tài)發(fā)光器件，包括:具有生長表面的襯底；所述生長表面上的掩模層，所述掩模層具有多個開口，其中，所述開口中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μ m，以及其中，所述掩模層包括第一掩模層部分和第二掩模層部分，所述第一掩模層部分和所述第二掩模層部分具有相同表面積并包括多個開口，其中，所述第一掩模層部分展示出開口面積與掩模層面積之間的第一比率，以及其中，所述第二掩模層部分展示出開口面積與掩模層面積之間的第二比率，所述第二比率與所述第一比率不同；在所述掩模層的開口的每一個中在所述生長表面上生長的至少部分結(jié)晶弛豫的基底結(jié)構(gòu)；以及在所述基底結(jié)構(gòu)中的每一個的表面上生長的光生成量子阱層。
本發(fā)明的該第二方面的效果和特征大部分類似于以上結(jié)合第一實施例描述的那些效果和特征。然而，將討論一些附加特征。
根據(jù)依照本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件的實施例，有利地，所述基底結(jié)構(gòu)可以突出到所述掩模層以上。所生長的基底結(jié)構(gòu)并非一定受到掩模層的厚度限制，相反，取而代之，所生長的基底結(jié)構(gòu)可以突出到掩模層中的開口以上并延伸到掩模層中的開口之外。對于結(jié)構(gòu)已經(jīng)突出到掩模層以上之后的繼續(xù)生長而言，還可以沿橫向方向使這些結(jié)構(gòu)延伸。允許延伸的生長提供了除了關于本發(fā)明的第一方面討論的開口的幾何布置外還調(diào)節(jié)基底結(jié)構(gòu)和量子阱的尺寸和幾何形狀的另一種可能性。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，有利地，所述生長表面可以包括布置在載體襯底上的GaN或InGaN生長層。從生長層可以生長GaN或InGaN基底結(jié)構(gòu)，之后緊跟InGaN量子阱層。還將可以使用其他材料組合，優(yōu)選地來自基于II1-V族半導體的材料，以及更優(yōu)選地來自基于氮化物的II1-N材料的子集。


現(xiàn)在將參照示出了本發(fā)明的示例性實施例的附圖來更詳細地描述本發(fā)明的這些和其他方面，在附圖中: 圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的示例性制造方法的流程圖； 圖2a_h示意性地示出了圖1中的流程圖所示出的方法的步驟； 圖3a_c示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用于制成固態(tài)發(fā)光器件的制造方法中的中間步驟；以及 圖4a_b示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的各個實施例的固態(tài)發(fā)光器件的替換性光源圖案。
具體實施方式
在以下詳細描述中，主要參照基于作為發(fā)光二極管的基底的弛豫半導體結(jié)構(gòu)的生長的方法來討論根據(jù)本發(fā)明的用于制造固態(tài)發(fā)光器件的方法的各個實施例。
應當注意，這決不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明同樣適用于通過光致發(fā)光發(fā)射來發(fā)光的無源器件。使用以下描述的處理步驟的變型的制造方法也是可能的。作為示例，可以使用其他掩模圖案化方法，比如光刻法或電子束光刻。此外，該方法同樣適用于其他材料組合,主要包括來自II1-V族的基于半導體的材料的材料。此外，可以從實現(xiàn)外延生長的多種方法中選擇生長方法，例如，可以使用MBE而不使用MOVPE。
現(xiàn)在將參照圖1所示的流程圖以及圖2來描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性方法，圖2示意性地示出了制造工藝的不同階段中的器件。
在第一步驟101中，如圖2a所示，提供具有生長表面204的襯底201。合適的襯底可以是藍寶石或摻雜碳化硅(SiC)晶片。作為示例，如圖2a所示，將GaN層203沉積在藍寶石晶片202的表面上，以形成生長表面204。由通過在常用襯底上異質(zhì)外延生長GaN而獲得的弛豫GaN的所謂緩沖層構(gòu)成的生長表面是非常合適的。該GaN層的至少頂部是η摻雜的，以制造電致發(fā)光器件。
在下一步驟102中，如圖2b所示提供掩模層205。將掩模層的可變形前體層沉積在GaN生長表面上。在該實施例中，可變形前體是來源于溶膠-凝膠的Si02。
在接下來的步驟103中，對掩模層205進行圖案化。圖案化通過使用表面共形的納米壓印(SCIL)在單個步驟中將前體層壓印在晶片的整個區(qū)域之上而進行，從而導致如圖2c所示的娃石層(silica layer)中的正方形形式的凹坑。凹坑中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μπι。由于壓印，在凹坑的底部處可能存在薄的殘余硅石層?？梢酝ㄟ^反應離子蝕刻來移除凹坑底部處的其余硅石，從而形成暴露GaN生長表面204的開口 206。優(yōu)選地，娃石的蝕刻是相對于GaN生長表面204具有選擇性的。
在生長基底結(jié)構(gòu)207的后續(xù)步驟104中，如圖2d中示意性地示出的，在掩模層205的開口 206的每一個之中，在暴露的GaN生長表面204上生長InGaN基底結(jié)構(gòu)207。例如，InGaN生長可以在金屬有機氣相外延(MOVPE)反應器中進行，并且In含量由三甲基銦(TMI)與三乙基鎵(TEG)前體比率確定。還可以通過在生長期間適配溫度來實現(xiàn)In含量的變化。外延生長的InGaN基底結(jié)構(gòu)207僅在GaN表面204處的開口 206中成核，并且在硅石掩模層的表面上不發(fā)生生長。由于開口 206的有限尺寸，所產(chǎn)生的InGaN基底結(jié)構(gòu)207具有弛豫晶體結(jié)構(gòu)。在使用正方形開口、以如本實施例中所述的方式生長時，基底結(jié)構(gòu)207的形狀是正方棱錐。根據(jù)生長時間，棱錐的頂部可能是平坦的。頂部的形狀對發(fā)光器件的功能來說并不關鍵，并且諸如傳統(tǒng)棱錐之類的形狀同樣是可能的。根據(jù)基底結(jié)構(gòu)207的掩模層厚度和生長時間，基底結(jié)構(gòu)207可以突出或可以不突出到掩模層205以上。在本實施例中，在聚結(jié)之前停止基底結(jié)構(gòu)生長，但是原理上，將同樣可以由聚結(jié)的結(jié)構(gòu)制造發(fā)光器件，只要基底結(jié)構(gòu)保持結(jié)晶弛豫即可。
在圖2e所示的下一步驟105中，在基底結(jié)構(gòu)207的表面上生長薄光生成量子阱層208。外延生長的量子阱層208僅在基底結(jié)構(gòu)207上生長，并且在掩模層205的表面上不發(fā)生生長。在該實施例中，量子阱層208包括具有比基底結(jié)構(gòu)207更高的In含量的InGaN。基底結(jié)構(gòu)207的弛豫晶體結(jié)構(gòu)導致在量子阱層208中并入在相同條件下與在非弛豫基底結(jié)構(gòu)上并入的In含量相比更高的In含量。通過增加In含量，充分地減小了帶隙，以允許綠或紅光的發(fā)射。在另一實施例中，基底結(jié)構(gòu)207可以由具有用于制造發(fā)射藍光的光源的InGaN量子阱的GaN制成。
圖2f所示的下一步驟106是電荷載流子限制層209的沉積。在本實施例中，電荷載流子限制層209包括氮化鋁鎵(AlGaN)電子阻擋層。
在圖2g所示的下一步驟107中，沉積導電層210。導電層210的沉積包括p摻雜InGaN層的沉積以及之后緊跟p++摻雜InGaN層的沉積。
在圖2h中示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法中的最終步驟108，其中，以導電接觸材料(例如ITO (銦錫氧化物)或Pd/Au)的形式沉積接觸層211。隨后可以使用傳統(tǒng)加工來限定P接觸和η接觸?？梢酝ㄟ^在頂層中蝕刻的孔或者經(jīng)由η摻雜側(cè)處的襯底移除和接觸來實現(xiàn)與器件的η摻雜側(cè)的接觸。所得到的固態(tài)照明器件自身可以是連續(xù)的或分段的，以實現(xiàn)在器件區(qū)域之上對各個(基底)結(jié)構(gòu)的區(qū)別化接觸。
圖3a示出了具有圖案301的器件，其中，掩模層中的開口 206的尺寸和分隔距離在器件的表面上是變化的。通過如概述的那樣改變開口 206的尺寸和分隔距離，可以將所產(chǎn)生的光源調(diào)整為在不增加任何工藝步驟的情況下在相同晶片上發(fā)射不同波長。一般地，如圖3a的頂部302中所示，具有更小的開口與掩模比率導致更厚的量子阱層，這進而給出與具有更大的開口與掩模比率的區(qū)域303相比更高波長處的發(fā)射。作為示例，通過將多個波長進行組合，可以制造發(fā)射白光的器件。作為另一示例，通過分段和分別接觸發(fā)射不同波長的區(qū)域，可以制成顏色可調(diào)的器件。
圖3b示出了在基底結(jié)構(gòu)的生長之前掩模層205中的暴露生長表面204的開口206。
圖3c示意性地示出了具有相同大尺寸的開口的器件，但是其中，開口的分隔距離在器件的不同區(qū)域中不同。特別地，在第一區(qū)域(302)中，開口之間的距離比在第二區(qū)域(303)中更大，這導致開口的不同密度。
圖4a示意性地示出了掩模層中的開口的可能形狀，其中，六邊形形狀402實現(xiàn)了在下層生長表面中沿特定晶體方向的對準。作為示例，示出了生長表面的兩個示意性晶體方向(^和(32。還示出了:可以將六邊形開口對準，使得其具有與晶體方向基本上平行的邊(404、405)。通過將所生長的基底結(jié)構(gòu)的邊與期望的下層結(jié)晶取向?qū)蕪亩乖摻Y(jié)構(gòu)的所有邊等值，可以實現(xiàn)更高的均勻性并從而實現(xiàn)更加可控的發(fā)射屬性。當如圖4b所示在六邊形圖案403中包入了六邊形開口 402時，可以獲得甚至更高程度的均勻性，此時，相鄰六邊形之間的距離也可以被選擇為恒定。
作為示例，沿GaN表面上的低指數(shù)取向?qū)㈤_口的六邊形配置對準意味著:所有開口壁將沿著(10-10)或(11-20)方向。
作為另一示例，沿GaN的C平面上的主要低指數(shù)結(jié)晶軸取向的三角形開口將導致等效晶體平面的明確定義的結(jié)晶生長。
作為又一示例，當在藍寶石的均展示出矩形對稱的M平面、A平面或R平面上生長結(jié)構(gòu)時，最初生長平面的至少兩個不同集合，并可以通過選擇開口的尺寸形狀和取向來調(diào)節(jié)平面之間的比率。
本領域技術人員認識到，本發(fā)明決不限于以上描述的優(yōu)選實施例。相反，許多修改和變型在所附權利要求的范圍內(nèi)是可能的。例如，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以用于制造垂直腔發(fā)射激光器(VCSEL)和激光二極管(LD)。此外，已經(jīng)根據(jù)上述方法制造了 LED，但利用不同材料成分來制造是同樣可能的。此外，通過省略η型和P型摻雜以及接觸層，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)非常適于充當具有關于如上所述的波長調(diào)節(jié)和選擇的大多數(shù)屬性的光致發(fā)光發(fā)射器。這樣的材料可以直接由合適的UV或藍光發(fā)射光源照明或者通過波導結(jié)構(gòu)而被照明。此外，一般而言，通過提供具有與晶格參數(shù)和應變水平相關的期望屬性的用于生長的表面，本發(fā)明的基本原理還可以適用于基于半導體的器件的制造，所述半導體是基于II1-V族的。
權利要求
1.一種用于制造具有多個光源的固態(tài)發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步驟: 提供具有生長表面(204)的襯底(201)； 在所述生長表面上提供掩模層(205)，所述掩模層具有多個開口(206)，通過所述多個開口(206),暴露所述生長表面(204),其中，所述開口(206)中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μ m,以及其中，所述掩模層(205)包括第一掩模層部分(302)和第二掩模層部分(303),所述第一掩模層部分(302)和所述第二掩模層部分(303)中的每一個包括暴露所述生長表面(204)的多個開口(206)， 其中，所述第一掩模層部分(302)展示出所述生長表面(204)的暴露面積與所述生長表面(204)的未暴露面積之間的第一比率，以及其中，所述第二掩模層部分(303)展示出所述生長表面(204)的暴露面積與所述生長表面(204)的未暴露面積之間的第二比率，所述第二比率與所述第一比率不同； 在所述掩模層(205 )的所述開口( 206 )中的每一個中，在所述生長表面(204)上生長基底結(jié)構(gòu)(207);以及 在所述基底結(jié)構(gòu)(207)中的每一個的表面上生長至少一個光生成量子阱層(208)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述多個開口具有基本上相同的尺寸，以及其中，相鄰開口之間的距離在所述第二掩模層部分(303)中比在所述第一掩模層部分(302)中更大。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述多個開口(206)中的每一個開口具有多邊形形狀，其中，所述開口的至少一個邊與所述生長表面(204)的結(jié)晶取向基本上平行地對準。
4.根據(jù)前述權利 要求中任一項所述的方法，其中，所述開口是六邊形的。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，還包括以下步驟:在所述基底結(jié)構(gòu)中的每一個的光生成量子阱層(207)上提供第一接觸結(jié)構(gòu)，并提供與該基底結(jié)構(gòu)電接觸的第二接觸結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，提供第一接觸結(jié)構(gòu)的步驟包括以下步驟: 在所述光生成量子阱層(208)的表面上生長電荷載流子限制層(209)； 在所述電荷載流子限制層(209)的表面上提供導電層(210);以及 提供與所述導電層的接觸。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述提供掩模層(205)的步驟包括以下步驟: 將掩模層材料沉積在所述生長表面上；以及 選擇性地移除掩模層材料以形成所述開口(206)。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中，所述選擇性地移除的步驟包括以下步驟: 通過經(jīng)由納米壓印在所述掩模層(205)中產(chǎn)生多個凹坑，對所述掩模層(205)進行圖案化；以及 通過相對于所述生長表面材料選擇性地蝕刻所述掩模層材料，在所述凹坑的底部處移除所述掩模層材料，以形成暴露所述生長表面(204)的所述開口(206)。
9.一種固態(tài)發(fā)光器件,包括: 具有生長表面(204)的襯底(201)；所述生長表面(204)上的掩模層(205)，所述掩模層(205)具有多個開口(206)，其中，所述開口中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3 μ m，以及其中，所述掩模層(205)包括第一掩模層部分(302 )和第二掩模層部分(303 )，所述第一掩模層部分(302 )和所述第二掩模層部分(303)中的每一個包括多個開口(206)， 其中，所述第一掩模層部分(302)展示出開口面積與掩模層面積之間的第一比率，以及其中，所述第二掩模層部分(303)展示出開口面積與掩模層面積之間的第二比率，所述第二比率與所述第一比率不同； 在所述掩模層(205 )的所述開口( 206 )中的每一個中，在所述生長表面(204)上生長的至少部分結(jié)晶弛豫的基底結(jié)構(gòu)(207);以及 在所述基底結(jié)構(gòu)(207)中的每一個的表面上生長的光生成量子阱層(208)。
10.根據(jù)權利要求9所述的固態(tài)發(fā)光器件，其中，所述多個開口具有基本上相同的尺寸，以及其中，相鄰開口之間的距離在所述第二掩模層部分(303)中比在所述第一掩模層部分(302)中更大。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的固態(tài)發(fā)光器件，其中，所述多個基底結(jié)構(gòu)(207)中的每一個具有多邊形形狀，其中，所述多邊形的至少一個邊與所述生長表面(204)的結(jié)晶取向基本上平行地對準。
12.根據(jù)權利要求9至11中任一項所述的固態(tài)發(fā)光器件，還包括:第一接觸結(jié)構(gòu)，布置在所述基底結(jié)構(gòu)(207)中的每一個的光生成量子阱層(208)上；以及第二接觸結(jié)構(gòu)，與該基底結(jié)構(gòu)電接觸。
13.根據(jù)權利要求9至12中任一項所述的固態(tài)發(fā)光器件，其中，所述基底結(jié)構(gòu)(207)中的每一個突出到所述掩模層(205)以上。
14.根據(jù)權利要求9至 13中任一項所述的固態(tài)發(fā)光器件，其中，所述生長表面(204)和基底結(jié)構(gòu)(207)中的至少一個包括GaN或InGaN。
15.根據(jù)權利要求9至14中任一項所述的固態(tài)發(fā)光器件，其中，所述量子阱層(208)包括 InGaN。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制造具有多個光源的固態(tài)發(fā)光器件的方法，所述方法包括以下步驟提供具有生長表面的襯底；在所述生長表面上提供掩模層，所述掩模層具有多個開口，通過所述多個開口，暴露所述生長表面，其中，所述開口中的每一個的最大橫向尺寸小于0.3μm，以及其中，所述掩模層可以包括第一掩模層部分和第二掩模層部分，所述第一掩模層部分和所述第二掩模層部分具有相同表面積并包括多個開口，其中，所述第一掩模層部分展示出所述生長表面的暴露面積與所述生長表面的未暴露面積之間的第一比率，以及其中，所述第二掩模層部分展示出所述生長表面的暴露面積與所述生長表面的未暴露面積之間的第二比率，所述第二比率與所述第一比率不同；在所述掩模層的開口的每一個中，在所述生長表面上生長基底結(jié)構(gòu)；以及在所述基底結(jié)構(gòu)中的每一個的表面上生長至少一個光生成量子阱層。
文檔編號H01L21/02GK103190005SQ201180053408
公開日2013年7月3日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者A.R.巴肯恩德, M.A.維斯楚尤倫, G.伊明克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司