專利名稱：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管及其制造方法，集成發(fā)光二極管及其制造方法，用于生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的方法，用于生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的襯底，光源電池單元(cell unit)，發(fā)光二極管背光，發(fā)光二極管照明裝置，發(fā)光二極管顯示器，電子儀器，電子裝置及其制造方法。本發(fā)明適合應(yīng)用于例如采用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管以及采用該發(fā)光二極管的各種儀器或裝置。
背景技術(shù)：
在GaN半導(dǎo)體外延地生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底這樣的異型襯底上的情況下，由于其間的晶格常數(shù)或者熱膨脹系數(shù)有很大差別，所以會(huì)高密度地出現(xiàn)晶體缺陷，尤其是螺位錯(cuò)。
為了避免這些問(wèn)題，至今已經(jīng)廣泛采用基于選擇性橫向生長(zhǎng)的位錯(cuò)密度降低技術(shù)。這種技術(shù)中，GaN半導(dǎo)體外延地生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底等上，之后將襯底從晶體生長(zhǎng)裝置移除。由SiO2薄膜等制成的生長(zhǎng)掩膜形成在GaN半導(dǎo)體層上，并且將襯底返回到晶體生長(zhǎng)裝置，隨后再次利用生長(zhǎng)掩膜外延生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體層。
根據(jù)這個(gè)技術(shù)，雖然能夠降低上GaN半導(dǎo)體層中的位錯(cuò)密度，但是需要兩次外延生長(zhǎng)，使得成本很高。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)提出了一種方法，其中異型襯底經(jīng)歷圖案化的刻痕(patterned indentation)并使GaN半導(dǎo)體在刻痕襯底上外延生長(zhǎng)(例如，參見(jiàn)Mitsubishi Cable Industries Review No.98，2001年10月，名稱為“Development of High Output UV LED Using an LEPS Technique”以及日本特開(kāi)公報(bào)No.2004-6931和2004-6937)。這種方法的概況在圖77A到77C中示出。根據(jù)這種方法，如圖77A所示，圖案化的刻痕形成在藍(lán)寶石襯底101的c面的一個(gè)主表面中。凹入部用附圖標(biāo)記101a表示，突起部用附圖標(biāo)記101b表示。這些凹入部101a和突起部101b分別沿藍(lán)寶石襯底101的<1-100>方向延伸。接下來(lái)，GaN半導(dǎo)體層102通過(guò)圖77B和77C中所示的步驟形成在藍(lán)寶石襯底101上方。圖77C中，虛線表示生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)界面。具體如圖77C所示，特征上發(fā)現(xiàn)，凹入部101a不宜地在藍(lán)寶石襯底101和GaN半導(dǎo)體層102之間形成空間103。通過(guò)該方法生長(zhǎng)的GaN半導(dǎo)體層102中的晶體缺陷的分布示意性地在圖78中示出。如圖78所示，螺位錯(cuò)104沿著垂直于與突起部101b的上表面的界面方向出現(xiàn)在GaN半導(dǎo)體層102的突起部101b的上方部分，從而形成高缺陷密度區(qū)105。另一方面，凹入部101a上方的區(qū)域或部分在高缺陷密度區(qū)105之間的部分變?yōu)榈腿毕菝芏葏^(qū)106。
注意，雖然在圖77C中，形成在藍(lán)寶石襯底2101的凹入部101a內(nèi)的空間103下方的GaN半導(dǎo)體層102以矩形形式被掩埋，但是掩埋形式在某些情況下可以是三角形。在后者的情況下，掩埋在凹入部101a內(nèi)的GaN半導(dǎo)體層102與從突起部101b橫向生長(zhǎng)的GaN半導(dǎo)體層102接觸，有可能形成比如矩形一樣的空間。
為了參考，圖79A到79D示出了在凹入部101a和突起部101b的延伸方向?yàn)榕c藍(lán)寶石襯底101的<1-100>方向以直角相交的<11-20>方向的情況下GaN半導(dǎo)體層102是如何生長(zhǎng)的。
圖80A到80F示意性示出了另一常規(guī)生長(zhǎng)方法(參考，例如，日本特開(kāi)公報(bào)No.2003-31441)。如圖80A所示，在這種方法中，采用經(jīng)歷圖案化的刻痕的藍(lán)寶石襯底101，并且GaN半導(dǎo)體層102通過(guò)圖80B到80F中所示的步驟生長(zhǎng)在其上。根據(jù)該方法，不用形成與藍(lán)寶石襯底101相關(guān)的空間就能夠生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體層102。
提出了另外一種生長(zhǎng)方法，其中突起部形成在采用不同于襯底材料的襯底上，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體從突起部(參見(jiàn)，例如，日本特開(kāi)公報(bào)No.2003-324069和日本專利No.2830814)之間的凹入部開(kāi)始生長(zhǎng)。然而，以這種方法生長(zhǎng)的方式與本發(fā)明的方式有很大區(qū)別。
僅用于參考，圖81A和81B中示出了藍(lán)寶石的主晶面和晶向。

發(fā)明內(nèi)容
采用圖77A到77C所示的常規(guī)方法，藍(lán)寶石襯底101和GaN半導(dǎo)體層102之間的空間的形成如上文所述。根據(jù)我們進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果，在形成有其中GaN半導(dǎo)體層形成在GaN半導(dǎo)體層102上的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的情況下，存在的問(wèn)題是，發(fā)光二極管的發(fā)光效率低。這是因?yàn)榭紤]了在發(fā)光二極管的工作過(guò)程中從有源層發(fā)出的光在空間103內(nèi)部被反復(fù)折射并且最終被吸收的原因，從而使得光提取效率變差。
另一方面，采用80A到80F所示的常規(guī)生長(zhǎng)方法，雖然在藍(lán)寶石襯底101和GaN半導(dǎo)體層102之間沒(méi)有形成空間103，但是認(rèn)為，難于將GaN半導(dǎo)體層102中的位錯(cuò)密度減少到圖77A到77C中所示的常規(guī)生長(zhǎng)方法的水平。為此，在形成其中GaN半導(dǎo)體層生長(zhǎng)在具有這種高位錯(cuò)密度的GaN半導(dǎo)體層102上的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的情況下，這些GaN半導(dǎo)體層的位錯(cuò)密度變高，從而使發(fā)光效率降低。
另外，在圖77A到77C和80A到80F中所示的任何一種常規(guī)生長(zhǎng)方法中，通常采用干法刻蝕對(duì)藍(lán)寶石襯底101的表面進(jìn)行圖案化的刻痕，但是藍(lán)寶石襯底101很不容易進(jìn)行干法刻蝕，因此刻蝕不僅要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，而且加工精度低。
因此，希望提供一種發(fā)光二極管和制造這種二極管的方法，其中由于沒(méi)有前面所述的這種空間所以光提取效率明顯提高，構(gòu)成發(fā)光二極管的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶度被大大提高從而具有很高的發(fā)光效率，通過(guò)單次進(jìn)行外延生長(zhǎng)能夠以低成本制造該二極管，容易加工襯底以在其上提供突起和凹入圖案。
還希望提供集成發(fā)光二極管及以第一希望相同的方式制造二極管的方法，生長(zhǎng)適合用于制造上面提及的這種發(fā)光二極管和集成發(fā)光二極管的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的方法，以及用于生長(zhǎng)這種氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的襯底。
還希望提供高性能的光源電池單元，發(fā)光二極管背光，發(fā)光二極管照明裝置，發(fā)光二極管顯示器和電子裝置，每個(gè)都采用上面提及的這種二極管。
還希望提供比如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器、晶體管等等這樣的電子裝置，以及制造這種裝置的方法，其中由于沒(méi)有前面所述的這種空間以及由這種裝置結(jié)構(gòu)構(gòu)成的層材料的結(jié)晶度明顯提高，所以特征性能很好，通過(guò)單次進(jìn)行外延生長(zhǎng)能以低成本制造這種電子裝置，襯底的圖案化的刻痕簡(jiǎn)單。
為了實(shí)現(xiàn)這些愿望，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，提供一種制造發(fā)光二極管的方法。該方法包括提供步驟，橫向生長(zhǎng)步驟和順序生長(zhǎng)步驟。提供步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成，并且通過(guò)形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中凹入部的底表面為三角形的底。橫向生長(zhǎng)步驟在襯底上從第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。順序生長(zhǎng)步驟在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層、和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層可以是任意導(dǎo)電型的，可以為p型、n型或i型，并且可以為相同的導(dǎo)電型或者可以為不同的導(dǎo)電型。此外，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層或第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中可以存在導(dǎo)電型不同的兩個(gè)或多個(gè)部分。
典型地，當(dāng)生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層時(shí)，從與襯底的凹入部的底表面的界面上沿襯底的一個(gè)主表面的垂直方向上出現(xiàn)位錯(cuò)。此時(shí)，當(dāng)該位錯(cuò)到達(dá)在上述三角形截面的狀態(tài)下的第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的斜面或其附近時(shí)，位錯(cuò)沿平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲，從而遠(yuǎn)離三角形部分。三角形部分處的三角形截面或三角形不僅僅指嚴(yán)格意義上的三角形，而且指大致可以看作三角形的形狀并且包括例如，具有此處和下文任何地方出現(xiàn)的圓形頂點(diǎn)的那些形狀。有利的是，在第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)初期，多個(gè)精細(xì)核或微核出現(xiàn)在襯底的凹入部的底表面上，并且位錯(cuò)以平行于一個(gè)主表面的方向反復(fù)彎曲，該位錯(cuò)在這些微核生長(zhǎng)和結(jié)合的過(guò)程中從與襯底的凹入部的底表面的界面上沿襯底的一個(gè)主表面的垂直方向上出現(xiàn)。這樣，能夠減少在第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)階段向上側(cè)穿過(guò)的位錯(cuò)數(shù)量。
典型地，突起部和凹入部相間交替形成在襯底的一個(gè)主表面上。這種情況下，突起部和凹入部的交替間隔為3到5μm。突起部的基部長(zhǎng)度和凹入部的基部長(zhǎng)度之間的比率優(yōu)選為0.5到3，最好是接近0.5。從襯底的該一個(gè)主表面看，突起部的高度優(yōu)選為0.3μm或以上，最好為1μm或以上。突起部應(yīng)該最好具有相對(duì)于襯底的該一個(gè)主表面傾斜的側(cè)面(例如，與襯底的該一個(gè)主表面接觸的側(cè)面)。當(dāng)該側(cè)面和襯底的該一個(gè)主表面之間構(gòu)成的夾角為θ時(shí)，從提高光提取效率的角度來(lái)說(shuō)優(yōu)選的是該夾角在100°＜θ＜160°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選132°＜θ＜139°或147°＜θ＜154°，最優(yōu)選為135°或152°。突起部的截面形狀可以取各種形狀，其側(cè)面不僅平坦，也而且彎曲，例如，n邊形(n為3或以上的整數(shù))，具體而言，三角形、矩形、五邊形、六邊形等等，它們的頂點(diǎn)是或者不是被切掉或被修圓、以及圓形、橢圓形等等，從襯底的該一個(gè)主表面看，在最高位置的具有一個(gè)頂點(diǎn)的形狀為優(yōu)選，三角形或者具有被切掉或修圓的頂點(diǎn)的三角形更優(yōu)選。凹入部可以是各種截面形狀，包括例如，n-邊形(n為3或以上的整數(shù))，比如三角形、矩形、五邊形、六邊形等等，或者剛提到的形狀，它們的角被切掉或?yàn)楸恍迗A、以及圓形、橢圓形等等。從提高光提取效率的角度來(lái)說(shuō)，凹入部?jī)?yōu)選為倒梯形截面的形狀。術(shù)語(yǔ)“倒梯形”不僅僅指嚴(yán)格意義上的倒梯形，也指此處和下文任何地方出現(xiàn)的大致可以看作倒梯形的形狀。這種情況下，從使第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的位錯(cuò)密度最小化的角度來(lái)說(shuō)，優(yōu)選是，當(dāng)凹入部的深度(等于突起部的高度)為d，凹入部的基部寬度為Wg，三角形截面的第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的斜面和襯底的一個(gè)主表面之間形成的夾角為α?xí)r，d，Wg和α被確定為2d≥Wgtanα。α通常為常數(shù)，從而這樣確定d和Wg以使公式成立。當(dāng)d太大時(shí)，材料氣體不容易輸送到凹入部?jī)?nèi)，從而阻礙第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層從凹入部的底表面的生長(zhǎng)。相反，當(dāng)d太小時(shí)，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層不僅在襯底的凹入部上生長(zhǎng)，而且在其相對(duì)側(cè)面的突起部上生長(zhǎng)。為了避免這個(gè)問(wèn)題，d一般選擇在0.5≤d≤5μm的范圍內(nèi)，最好在1.0±0.2μm的范圍內(nèi)。Wg一般在0.5到5μm的范圍內(nèi)，最好從2±0.5μm的范圍內(nèi)選擇。當(dāng)突起部為三角形截面時(shí)，突起部的上表面的寬度Wt為零。如果突起部為梯形截面，則這個(gè)突起部就充當(dāng)用作第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)的區(qū)域，為此，寬度越長(zhǎng)，位錯(cuò)密度降低的部分的面積約大。突起部為梯形截面時(shí)，Wt一般為1到1000μm，最好在4±2μm的范圍內(nèi)。
突起部或凹入部可以在襯底的一個(gè)方向上呈條形延伸，當(dāng)這些部分在至少相互交叉的第一和第二方向上呈條形延伸時(shí)，突起部可以排列成n邊形(n為3或以上的整數(shù))的二維圖案，具體而言，三角形、矩形、五邊形、六邊形等等或者上面提到的這種n邊形，但是它們的拐角被切掉或者是被修圓，以及圓形、橢圓形、點(diǎn)等等。作為一個(gè)優(yōu)選示例，突起部具有排列成二維蜂窩形式的六邊形平面形，凹入部形成以圍繞單個(gè)突起部，從而有效獲得從有源層發(fā)射到所有方向的360度環(huán)繞的光。可替換地，凹入部可以具有排列成二維蜂窩形式的六邊形平面形，突起部形成以圍繞單個(gè)凹入部。在襯底的凹入部形成為條形的情形，例如，它們可以沿第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的<1-100>方向延伸，或者如果襯底采用藍(lán)寶石襯底的話可以沿藍(lán)寶石襯底的<11-20>方向延伸。突起部可以是，例如，n邊形錐體(n為3或以上的整數(shù))，比如三角錐、矩形錐、五角錐、六角錐等等，或者上面提及的這種n邊形錐體，但它們的拐角被切掉或者是被修圓、以及圓形錐、橢圓形錐等等。
突起部的材料可以是各種類型，可以是導(dǎo)電的或者非導(dǎo)電的。已經(jīng)提到過(guò)，例如，比如氧化物、氮化物、碳化物等等這樣的介電材料，比如金屬、合金等等(包括透明導(dǎo)電體)這樣的導(dǎo)電體。氧化物的例子包括氧化硅(SiOx)、氧化鈦(TiOx)、氧化鉭(TaOx)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鋅(ZnOx)、氧化鋁(AlOx)、氧化鎵(GaOx)、氧化鎂(MgOx)、氧化鋇(BaOx)、氧化銦(InOx)、MgIn2O4、摻氟化物的氧化錫(SnO2F(FTO))、氧化錫(SnOx)、氧化鋰(LiOx)、氧化鈣(CaOx)、氧化銅(CuOx)、CuAlO2、SrCu2O2、氧化銥(IrOx)、氧化釕(RhOx)、Cua(AlxGayInz)1-aO2、CdGeO、InGaZnO、ZnRhO、GaIn2O4、LaO、LaCuO等等。這些氧化物可以兩種或多種組合使用或者可以以堆疊膜的形式使用。前述氮化物例如為，氮化硅(SiNx)、TiN、WN、CN、BN、LiN、TiON、SiON、CrN、CrNO等等，這些氮化物可以兩種或多種組合使用或者可以以堆疊膜的形式使用。前述的碳化物例如為SiC、HfC、ZrC、WC、TiC、CrC等等，這些碳化物可以兩種或多種組合使用或者可以以堆疊膜的形式使用。前述的金屬或合金由例如B、Al、Ga、In、W、Ni、Co、Pd、Pt、Ag、Hf、Zr、Au、Cu、Ru、Ir、AgNi、AgPd、AuNi、AuPd、AlCu、AlSi、AlSiCu等等制成。這些金屬或合金可以組合使用或者可以以堆疊膜的形式使用。透明導(dǎo)電體可以采用ITO(銦錫復(fù)合氧化物)、IZO(銦鋅復(fù)合氧化物)、ZO(氧化鋅)、FTO(摻氟化物的氧化錫)、氧化錫等等。這些可以兩個(gè)或多個(gè)組合使用或者可以以堆疊膜的形式使用。此外，上面提到的不同類型的材料可以兩種或多種組合使用，或者可以以層疊膜的形式使用。突起部可以由金屬等形成，至少對(duì)其表面進(jìn)行氮化、氧化或碳化以形成氮化物、氧化物或碳化物。
如果需要，突起部的折射率取決于其設(shè)計(jì)。通常，襯底和生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層這樣選擇，使得折射率彼此不同。典型地，半導(dǎo)體層的類型選擇為具有比襯底的折射率低的折射率。
如果需要，突起部可以構(gòu)成散射中心，用以將從有源層發(fā)射的光散射從而改善光提取效率并且確保所得的發(fā)光二極管的高輸出。所用的這種散射中心可以例如是硅精細(xì)顆粒，比如硅納米晶體。為了形成這種與硅精細(xì)顆粒結(jié)合的突起部，由氧化硅制成的突起部形成在襯底上并且被熱處理。
從允許第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層只生長(zhǎng)在襯底的凹入部的角度來(lái)說(shuō)，非晶層至少可以形成在突起部的表面上。非晶層充當(dāng)生長(zhǎng)掩膜。這利用的原理是，生長(zhǎng)階段不容易在非晶層上發(fā)生核形成。這個(gè)非晶層可以通過(guò)利用各種膜形成方法之一在襯底上形成膜而形成，或者通過(guò)用金屬形成突起部并且對(duì)突起部的表面進(jìn)行氧化而形成。非晶層可以是，例如，SiOx膜，SiNx膜，非晶Si(a-Si)膜，非晶CrN膜或者兩個(gè)或多個(gè)這些膜的堆疊膜，并且通常為絕緣膜。某些情況下，突起部可以由形成在襯底上的第一非晶膜，第二非晶膜和第三非晶膜形成。這種情況下，例如，第二非晶膜可以是相對(duì)第一和第三非晶膜被選擇性地蝕刻的一種。
在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)之后，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的突起部的上部和/或凹入部的上部至少部分可以被移除，隨后在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的左側(cè)部分橫向生長(zhǎng)第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層并且在第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上順序生長(zhǎng)有源層和第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層?？商鎿Q地，在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)之后，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的突起部的上部和/或凹入部的上部至少部分可以被移除，隨后在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的左側(cè)部分橫向生長(zhǎng)第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層并且在第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上順序生長(zhǎng)第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，有源層和第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
另外，由于螺位錯(cuò)集中在突起部上方部分的第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的相關(guān)部分，所以由絕緣體或空間制成的位錯(cuò)傳播抑制單元預(yù)先形成在充當(dāng)相關(guān)部分的部分的突起部的上方。這樣做，通過(guò)位錯(cuò)傳播抑制單元抑制了第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中沿平行于襯底的一個(gè)主表面的方向傳播的位錯(cuò)的傳播。最后，能夠防止位錯(cuò)穿出到第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的表面并轉(zhuǎn)化為螺位錯(cuò)。
第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層在其上形成，第一導(dǎo)電型電極與之電連接。同樣，第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層形成有與之電連接的第二導(dǎo)電型電極。
襯底可以由各種類型的材料制成。對(duì)于用不同于氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的材料制成的襯底來(lái)說(shuō)，具體例子包括這些襯底，藍(lán)寶石(包括c面、a面、r面等并且表面平滑(face off))、SiC(包括6H、4H和3C)、Si、ZnS、LiMgO、GaAs、尖晶石(MgAl2O4、ScAlMgO4)、石榴石，CrN(例如，CrN(111)等等。最好，這些材料的六邊形襯底或立方體襯底優(yōu)選，其中六邊形襯底更優(yōu)選。對(duì)于襯底來(lái)說(shuō)，可以采用比如GaN，AlGaInN，AlN，GaInN等這樣的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層制成的襯底?？商鎿Q地，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)在由不同于氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的材料制成的襯底上，突起部可以形成在這個(gè)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上。
注意，如果所用的襯底是在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層這樣的層生長(zhǎng)在襯底的情況下的襯底，那么突起部的材料是由不同于位于突起部下方的層的材料的材料制成的。
需要的話，可以移除襯底。
第一到第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和用作有源層的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層最通常由AlxByGa1-x-y-zInzAsuN1-u-vPv制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤u≤1，0≤v≤1，設(shè)定0≤x+y+z＜1，0≤u+v＜1，尤其是，由AlxByGa1-x-y-zInzN制成，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，設(shè)定0≤x+y+z＜1，典型地由AlxGa1-x-zInzN制成，其中0≤x≤1，0≤z≤1。具體例子包括GaN、InN、AlN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等等。其中B或Cr包含在GaN中，例如，示出了位錯(cuò)彎曲的促進(jìn)效應(yīng)。從這方面理解，第一到第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和用作有源層的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層可以分別由BGaN或者比如GaN:B的摻B的GaN，比如GaN:Cr的摻Cr的GaN，等等構(gòu)成。尤其是，最初生長(zhǎng)在襯底的凹入部上的第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層應(yīng)該優(yōu)選由GaN、InxGa1-xN(0＜x＜0.5)、AlxGa1-xN(0＜x＜0.5)或者AlxInyGa1-x-yN(0＜x＜0.5，0＜y＜0.2)。第一導(dǎo)電型可以是n型或者p型，相應(yīng)地，第二導(dǎo)電型可以是p型或者n型。對(duì)于最初生長(zhǎng)在襯底上的所謂的低溫緩沖層來(lái)說(shuō)，通常采用GaN緩沖層，AlN緩沖層，AlGaN緩沖層等等。此外，也可以采用上面提到的摻Cr的那些緩沖層或CrN緩沖層。
第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的厚度根據(jù)需要選擇并且典型為幾微米或者以下，根據(jù)最終用途的目的可以大一些并且可以，例如為大約幾十微米到300微米。
對(duì)于第一到第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和用作有源層的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)，已經(jīng)提到過(guò)，例如，由比如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相外延生長(zhǎng)、鹵化物氣相外延生長(zhǎng)(HVPE)，分子束外延(MBE)等等這樣的各種外延生長(zhǎng)方法制成。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式，提供一種發(fā)光二極管。該二極管包括在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方式，以及后面描述的本發(fā)明的第四，第六和第七到第十一實(shí)施方式中，第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層是相當(dāng)于本發(fā)明第一實(shí)施方式的第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
在下文描述的本發(fā)明的第二實(shí)施方式和第三到第十三實(shí)施方式中，針對(duì)第一實(shí)施方式所作的描述也適用于這些實(shí)施方式，除非另外指出。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式，提供一種制造集成發(fā)光二極管的方法，其中集成了多個(gè)發(fā)光二極管。該方法包括提供步驟，橫向生長(zhǎng)步驟和順序生長(zhǎng)步驟。提供步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成，并且通過(guò)形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中凹入部的底表面為三角形的底。橫向生長(zhǎng)步驟在襯底上從第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。順序生長(zhǎng)步驟在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層、和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施方式，提供一種集成發(fā)光二極管，其中集成了多個(gè)發(fā)光二極管。該多個(gè)發(fā)光二極管的至少之一包括在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該多個(gè)發(fā)光二極管的至少之一還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
在本發(fā)明的第三和第四實(shí)施方式中，雖然沒(méi)有限制集成發(fā)光二極管的應(yīng)用場(chǎng)合，但是典型的用途包括用于液晶顯示器的發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、發(fā)光二極管光通訊裝置(例如，可視光通訊裝置)、發(fā)光二極管光學(xué)儀器等等。該集成發(fā)光二極管相對(duì)于排列方式和發(fā)光二極管的形狀沒(méi)有限制。發(fā)光二極管可以在例如，用以直接或通過(guò)其它比如接線板或散熱器這樣的板或平板互連各種裝置或者殼體的內(nèi)或外表面的支撐件(支撐襯底)，板(board)或平板(plate)上排列成二維陣列，或者可以排列成一條線或多條線的條形發(fā)光二極管。集成發(fā)光二極管的形式不僅可以為利用所謂的半導(dǎo)體處理技術(shù)對(duì)堆疊的半導(dǎo)體層晶片進(jìn)行批量處理，從而按電路圖案精細(xì)且多次將單個(gè)發(fā)光二極管集成，而且可以為其中將每個(gè)都已經(jīng)被切成小片的多個(gè)發(fā)光二極管精細(xì)地集成并排列在構(gòu)圖的電路板上。這些發(fā)光二極管可以被獨(dú)立或者集體驅(qū)動(dòng)，或者在任意選擇區(qū)域內(nèi)的一組發(fā)光二極管可以被集體獨(dú)立驅(qū)動(dòng)(區(qū)域中驅(qū)動(dòng))。
根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施方式，提供一種生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的方法。該方法包括提供步驟和橫向生長(zhǎng)步驟。提供步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成，并且通過(guò)形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中凹入部的底表面為三角形的底。
橫向生長(zhǎng)步驟在襯底上從第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的這種生長(zhǎng)方法除了制造發(fā)光二極管或集成發(fā)光二極管之外，可以用于制造各種類型的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施方式，提供一種生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的襯底。該襯底包括在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中每個(gè)突起部由與襯底不同類型的材料制成；以及生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在該第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施方式，提供一種光源電池單元。該單元包括，位于印刷電路板上的多個(gè)單元，每個(gè)單元包含每個(gè)紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管的至少之一。上述從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管選擇的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該從上述二極管中選擇的至少一個(gè)二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第八實(shí)施方式，提供一種發(fā)光二極管背光，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管。上述從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管選擇的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該從上述二極管中選擇的至少一個(gè)二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的第九實(shí)施方式，提供一種發(fā)光二極管照明裝置，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管，綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管。上述從紅色發(fā)光二極管，綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管選擇的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該從上述二極管中選擇的至少一個(gè)二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
本發(fā)明的第十實(shí)施方式，提供一種發(fā)光二極管顯示器，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管。上述從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管選擇的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。該從上述二極管中選擇的至少一個(gè)二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
在本發(fā)明的第七到第十實(shí)施方式中，所用的紅色發(fā)光二極管可以是，例如，利用AlGaP半導(dǎo)體的二極管。
根據(jù)本發(fā)明的第十一實(shí)施方式，提供一種具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的電子裝置。至少一個(gè)發(fā)光二極管包括在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成。上述至少一個(gè)二極管還包括生長(zhǎng)在襯底上而沒(méi)有在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上的第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)采用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
在本發(fā)明的第十一實(shí)施方式中，電子裝置包括發(fā)光二極管背光(液晶顯示器等的背光)、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器等，以及利用發(fā)光二極管作光源的投影儀或后投影電視、光柵光閥(Grating light valve，GLV)等。通常，不主要限制電子裝置的類型，只要在其中包含至少一個(gè)發(fā)光二極管以用于顯示、照明、光通訊、光傳輸?shù)鹊哪康?，且便攜式和膝上型的這些裝置也包含在電子裝置的類型中。除了所述這些之外的具體例子包括蜂窩電話、移動(dòng)裝置、機(jī)器人裝置、個(gè)人計(jì)算機(jī)、車載裝置、各種類型的家用電器、發(fā)光二極管光通訊設(shè)備、發(fā)光二極管光傳輸裝置，比如電子鑰匙這樣的便攜式安全裝置等等。電子裝置還可以包括發(fā)射選自遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)區(qū)、紅外線波長(zhǎng)區(qū)、紅色波長(zhǎng)區(qū)、黃色波長(zhǎng)區(qū)、綠色波長(zhǎng)區(qū)、藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)、紫色波長(zhǎng)區(qū)、紫外線波長(zhǎng)區(qū)的不同波長(zhǎng)區(qū)的光的兩個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的組合。尤其是，對(duì)于發(fā)光二極管照明裝置來(lái)說(shuō)，可以將發(fā)射不同波長(zhǎng)區(qū)的可見(jiàn)光的兩個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行組合，這些波長(zhǎng)區(qū)彼此不同并且選自紅色波長(zhǎng)區(qū)、黃色波長(zhǎng)區(qū)、綠色波長(zhǎng)區(qū)、藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)、紫色波長(zhǎng)區(qū)等等，將從這些發(fā)光二極管發(fā)出的兩種或多種光混合以提供自然光或白光。此外，利用發(fā)出至少一個(gè)波長(zhǎng)區(qū)的光的二極管作光源，這些波長(zhǎng)區(qū)選自藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)、紫色波長(zhǎng)區(qū)、紫外線區(qū)等等，從這些發(fā)光二極管發(fā)出的光照射在磷光體上，用于激發(fā)，將所得的光混合以得到自然光或白光。此外，發(fā)出彼此不同的波長(zhǎng)區(qū)的可見(jiàn)光的發(fā)光二極管被組裝到，例如比如電池單元，四個(gè)一組(quartet)單元，集群(cluster)單元等這樣的組裝單元中，(嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，組合單元相對(duì)于包含在這些單元中的一個(gè)單元的發(fā)光二極管的數(shù)量進(jìn)行界定，而是指在多個(gè)同等組(equalgroup)形成并且安裝在接線板、接線封裝、接線殼壁等上的情況下的一個(gè)組裝單元，每個(gè)組都由多個(gè)發(fā)出相同或不同波長(zhǎng)的光的發(fā)光二極管)。更具體來(lái)說(shuō)，發(fā)光二極管被組裝為，例如，由三個(gè)發(fā)光二極管(例如，一個(gè)紅色發(fā)光二極管，一個(gè)綠色發(fā)光二極管和一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管)組成的單元中，或者由四個(gè)發(fā)光二極管(例如，一個(gè)紅色發(fā)光二極管，兩個(gè)綠色發(fā)光二極管和一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管)組成的單元中，上面提到的多個(gè)這種單元以二維陣列，一條直線或多條直線的形式被安裝在板或者殼板上。
根據(jù)本發(fā)明的第十二實(shí)施方式，提供一種制造電子裝置的方法。該方法包括下列步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成，并且通過(guò)形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一層，利用凹入部的底表面為三角形的底；以及在襯底上從第一層橫向生長(zhǎng)第二層。
根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施方式，提供一種電子裝置。該裝置包括在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底，其中每個(gè)突起部由與襯底不同類型的材料制成；以及生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第三層。在該第三層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
在本發(fā)明的第十二和第十三實(shí)施方式中，除了氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體之外，第一到第三層可以由具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)尤其是六方晶體結(jié)構(gòu)的其它類型的半導(dǎo)體，以及具有比如，例如ZnO、α-ZnS、α-CdS、α-CdSe等，以及CrS(111)的其它晶體結(jié)構(gòu)的各種類型的半導(dǎo)體制成。利用這些類型的半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置除了包括比如普通發(fā)光二極管、內(nèi)子帶(intrasubband)躍遷(量子級(jí)聯(lián))發(fā)光二極管、普通半導(dǎo)體激光器和內(nèi)子帶躍遷(量子級(jí)聯(lián))半導(dǎo)體激光器這樣的發(fā)光器件的發(fā)光裝置之外，還包括比如光電二極管、太陽(yáng)能電池這樣的光接收裝置或傳感器，和電子遷移裝置，該電子遷移裝置典型為包括晶體管，晶體管包括比如高電子遷移率晶體管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，和比如異型結(jié)雙極性晶體管(HBT)的雙極晶體管。這些裝置形成在同一襯底或者單個(gè)或多個(gè)芯片上。如果需要，這些裝置可以排列為獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。如果發(fā)光裝置和電子遷移裝置集成在同一襯底上，那么可以排列成光電子集成電路(OEIC)。如果需要，可以形成光導(dǎo)線。利用通過(guò)至少一個(gè)發(fā)光裝置(例如，發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器)閃光的光源，可以實(shí)現(xiàn)照明通訊或光通訊。這種情況下，利用多個(gè)不同波長(zhǎng)區(qū)的光可以實(shí)現(xiàn)照明通訊或光通訊。
電子裝置除了包括上面提到的這種半導(dǎo)體裝置(例如，發(fā)光裝置、光接收裝置、電子遷移裝置等等)之外，還包括壓電裝置，熱電裝置，光學(xué)裝置(比如采用非線性光學(xué)晶體的二次諧波發(fā)生器，等等)，介電裝置(包括鐵電裝置)，超導(dǎo)裝置等等。就此而論，用于第一到第三層的材料是用于半導(dǎo)體裝置的上述各種類型的半導(dǎo)體，以及比如具有用于壓電裝置，熱電裝置，光學(xué)裝置，介電裝置，超導(dǎo)裝置等的六方晶體結(jié)構(gòu)的氧化物這樣的各種類型的材料。
當(dāng)采用包括發(fā)光二極管或者半導(dǎo)體激光器作電子裝置的那些裝置時(shí)，能夠制成比如發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器等等這樣的電子裝置，以及利用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器作光源的投影儀或后投影電視，光柵光閥(GLV)。
對(duì)于本發(fā)明的第十二和第十三實(shí)施方式來(lái)說(shuō)，可以與第一到第十一實(shí)施方式有相似的應(yīng)用。
在上文所提到的本發(fā)明的實(shí)施方式中，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層開(kāi)始從襯底的每個(gè)凹形的下表面生長(zhǎng)，在此過(guò)程中，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層在形成三角形截面的狀態(tài)下生長(zhǎng)，利用該下表面作其底，從而掩埋凹形而沒(méi)有空間。第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層從這樣生長(zhǎng)的第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上橫向生長(zhǎng)。這個(gè)階段，第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層包含位錯(cuò)，其沿垂直于襯底的一個(gè)主表面的方向從與襯底的凹形的下表面的界面上產(chǎn)生。這個(gè)位錯(cuò)抵達(dá)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的斜面或其附近。在第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)時(shí)，位錯(cuò)沿平行于襯底的一個(gè)主表面的方向在到達(dá)的部分彎曲。當(dāng)?shù)诙锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)到符合要求的厚度時(shí)，平行于襯底的該一個(gè)主表面形成的位錯(cuò)上方的部分變?yōu)槲诲e(cuò)密度很小的區(qū)域。根據(jù)這個(gè)方法，第一到第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層能通過(guò)一個(gè)周期的外延生長(zhǎng)而生長(zhǎng)。此外，由不同于襯底類型的材料制成的突起部在襯底上的形成比襯底直接經(jīng)干蝕刻處理而形成圖案化的刻痕表面的情況要簡(jiǎn)單，而且處理精度通常很高。
更通常地，這對(duì)于第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層作為被第一層，且第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層被作為第二層的情況也是如此。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，由于每個(gè)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層與襯底之間沒(méi)有空間形成，所以光提取效率能夠顯著提高。此外，第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度如此之好，使得每個(gè)形成在其上的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度也能夠顯著提高，從而得到具有很高發(fā)光效率的發(fā)光二極管。此外，通過(guò)單次進(jìn)行外延生長(zhǎng)能夠制造發(fā)光二極管，從而導(dǎo)致低的制造成本。襯底的表面刻痕很容易具有高處理精度。利用具有高發(fā)光效率的這種發(fā)光二極管，能夠得到各種類型的電子裝置，比如高性能的光源電池單元、發(fā)光二極管背光、發(fā)光二極管照明裝置、發(fā)光二極管顯示器、發(fā)光二極管光通訊裝置、光學(xué)空間傳輸裝置等。
更通常地，如上所述，當(dāng)?shù)谝坏锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層被作為第一層，且第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層被作為第二層時(shí)，能夠得到相似的結(jié)果。


圖1A到1C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖2A到2C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，形成在襯底上的突起部的平面形狀的實(shí)例的平面圖；圖5示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，形成在襯底上的突起部的平面形狀的實(shí)例的平面圖；圖6示出了通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法制造的發(fā)光二極管的平面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的其它結(jié)構(gòu)實(shí)例的剖面圖；圖12示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的方法中所用的襯底；圖13示意性示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層是如何在襯底上生長(zhǎng)的；圖14示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層進(jìn)行TEM觀察所觀察到的位錯(cuò)的表現(xiàn)的示意圖；圖15示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中的螺位錯(cuò)的分布實(shí)例的示意圖；圖16示出了在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中的螺位錯(cuò)的分布實(shí)例的示意圖；圖17A到17F分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層是如何在襯底上生長(zhǎng)的示意圖；圖18A和18B分別示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的位錯(cuò)表現(xiàn)的示意圖；圖19A到19C分別是示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，生長(zhǎng)在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)初始狀態(tài)的照片；圖20A到20C分別是示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)初期沒(méi)有微核形成的情況下的生長(zhǎng)狀態(tài)的示意圖；圖21A和21B分別是示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法中，在襯底上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)初期沒(méi)有微核形成的情況下的生長(zhǎng)狀態(tài)的示意圖；圖22示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的射線跟蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖23示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的有源層的表面平整度的示意圖；圖24示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的有源層的表面平整度的示意圖；圖25A和25B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖26示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法制造的發(fā)光二極管的平面圖；圖27示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖28示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法制造的發(fā)光二極管的平面圖；圖29示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖30示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖31示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖32示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖33示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖34示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖35示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖36示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖37示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖38示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖39示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖40示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖41示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖42示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖43A到43C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式，位于發(fā)光二極管的有源層下方的突起部的平面形狀的實(shí)例的平面圖；圖44A到44C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式，位于發(fā)光二極管的有源層上方的突起部的平面形狀的實(shí)例；圖45是示出根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的發(fā)光二極管變形的剖面圖；圖46是示出根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的發(fā)光二極管的另一變形的剖面圖；圖47示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖48示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖49示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖50A到50C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖51示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖52示出了通過(guò)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法生長(zhǎng)在襯底中的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層進(jìn)行TEM觀察而得到的位錯(cuò)表現(xiàn)的示意圖；圖53示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的射線跟蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖54示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的射線跟蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖55示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造的發(fā)光二極管的射線跟蹤模擬結(jié)果的示意圖；圖56A和56B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖57A和57B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖58A和58B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖59A到59C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖60A和60B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖61A和61B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖62A到62J分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管的方法的剖面圖；圖63A到63C分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管背光的方法的剖面圖；圖64示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管背光的方法的透視圖；圖65示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管背光的方法的透視圖；圖66示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造發(fā)光二極管背光的方法的透視圖；圖67示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式制造的集成發(fā)光二極管的透視圖；圖68示出了根據(jù)本發(fā)明的第三十一實(shí)施方式制造的集成發(fā)光二極管是如何安裝在底座上的剖面圖；圖69A和69B分別示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的光源電池單元的平面圖和光源電池單元的電池放大圖；圖70是示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的光源電池單元的具體實(shí)例的平面圖；圖71是示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的光源電池單元的另一實(shí)例的平面圖；圖72是示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施方式的光源電池單元的又一實(shí)例的平面圖；圖73示出了發(fā)光二極管的另外實(shí)例的剖面圖；圖74示出了發(fā)光二極管的另外實(shí)例的剖面圖；圖75示出了發(fā)光二極管的又一實(shí)例的剖面圖；圖76示出了發(fā)光二極管的再一實(shí)例的剖面圖；圖77A到77C分別示出了在常規(guī)刻痕襯底上生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體層的方法的剖面圖；圖78示出了生長(zhǎng)圖77A到77C所示的常規(guī)GaN半導(dǎo)體層的方法中存在的問(wèn)題的剖面圖；圖79A到79D分別示出了在常規(guī)刻痕襯底上生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體襯底的方法的剖面圖；圖80A到80F分別示出了在另一種刻痕襯底上生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體襯底的方法的剖面圖；以及圖81A和81B分別示出了藍(lán)寶石的主晶體面和晶體取向的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行描述。注意的是，在描述本發(fā)明的實(shí)施方式的整個(gè)附圖中，相似的附圖標(biāo)記表示相似或者相應(yīng)的部件、構(gòu)件或部分。
在圖1A到3中，依次示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的發(fā)光二極管的制造方法。該發(fā)光二極管由GaN這樣的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體制成。
在第一實(shí)施方式中，如圖1A所示，提供了具有平主平面并且由不同于氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的材料制成的襯底11。具有等腰三角形的突起部12以給定的平面圖案間隔地形成在襯底11上。因此，具有倒梯形截面的凹形13形成在相鄰的突起部12之間。襯底11可以是，例如已經(jīng)在前面提到過(guò)的一個(gè)，并且包括，例如藍(lán)寶石襯底，其主表面為例如c表面。平面形或者突起部12和凹入部13的形式可以是從前面列出的多個(gè)平面形中選擇的一個(gè)。例如，平面形可以是這樣的平面形，其中突起部12和凹入部13都沿一個(gè)方向延伸以提供如圖4所示的條形圖案，或者是這樣的平面形，其中每個(gè)突起部12都具有六邊平面形并且以蜂窩的形式二維排列。典型地，它這樣排列，使得圖4中虛線的方向(即，與條紋相交的方向)變?yōu)榕c后面所述的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的a軸平行，或者圖5中虛線的方向(即，連接多數(shù)相鄰?fù)黄鸩?2的方向)變?yōu)榕c后面所述的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的m軸平行。例如，在襯底11為藍(lán)寶石襯底的情形，圖4中的條形突起部12和凹入部13的延伸方向在藍(lán)寶石襯底的<1-100>方向，并且圖5中凹入部的延伸方向同樣在藍(lán)寶石襯底的<1-100>方向。延伸方向可以在藍(lán)寶石襯底的<11-20>方向。突起部的材料可以是前面提到的那些。就處理的容易性而言，所以優(yōu)選的些包括，例如SiO2、SiN、CrN、SiON、CrON等等。
為了在襯底11上形成具有等腰三角形截面的突起部12，可以采用任意公知的技術(shù)。例如，通過(guò)CVD法，真空沉積法，濺射法等等將用作突起部12的材料的膜(例如SiO2膜)形成襯底11的整個(gè)表面。接著，通過(guò)光刻技術(shù)將給定形式的抗蝕圖案形成在膜上。隨后在斜削(taper)蝕刻的條件下通過(guò)電抗鐵蝕刻(RIE)法等等將膜穿過(guò)抗蝕圖案的掩膜進(jìn)行蝕刻，從而形成等腰三角形截面的突起部12。
接下來(lái)，通過(guò)對(duì)它們進(jìn)行熱清洗而對(duì)襯底11和突起部12的表面進(jìn)行清洗，通過(guò)公知的方法在例如，大約550℃的生長(zhǎng)溫度下，在襯底11上生成例如，GaN緩沖層、AIN緩沖層、CrN緩沖層、摻Cr的GaN緩沖層或摻Cr的AIN緩沖層(未示出)。接著，通過(guò)例如，MOCVD法外延生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層是由例如，GaN制成的。在這個(gè)階段，如圖1B所示，從凹形13的底表面開(kāi)始生長(zhǎng)從而形成多個(gè)由氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體制成的微核14。如圖1C所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15通過(guò)微核14的生長(zhǎng)和合并步驟生長(zhǎng)，從而形成等腰三角形截面，該三角形以凹形13的底表面作底并且以相對(duì)于襯底11的主表面傾斜的平面作斜邊。這種情況下，具有等腰三角形截面的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的高度大于突起部的高度。例如，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的延伸方向在其<1-100>方向，傾斜面的平面為(1-101)面。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15可以不摻雜或者摻有n型雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。將在下文描述氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)條件。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的延伸方向可以在其<11-20>方向。
接著，當(dāng)?shù)锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)行生長(zhǎng)而保持傾斜面的平面方向時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的相對(duì)端生長(zhǎng)到突起部12的側(cè)面的下部范圍內(nèi)，從而提供具有五邊形截面的狀態(tài)，具體如圖2A所示。
接下來(lái)，繼續(xù)生長(zhǎng)而這樣設(shè)定生長(zhǎng)條件使橫向生長(zhǎng)成為主要的，如圖2B所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15如箭頭所示地橫向生長(zhǎng)，并且在六邊形截面的狀態(tài)下在突起部12上方展開(kāi)。圖2B中，虛線表示在這個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)界面，并且隨時(shí)在下文中出現(xiàn)。
隨著橫向生長(zhǎng)的進(jìn)一步繼續(xù)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15生長(zhǎng)的同時(shí)其厚度如圖2C所示的增加，最后從相鄰的凹形13生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層1彼此接觸并且合并在一起。
接著，如圖2C所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)一步橫向生長(zhǎng)直到其表面變?yōu)槠叫杏谝r底11的主表面的平坦表面。這樣生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在凹入部13上方部分的位錯(cuò)密度很低。
注意在有些情況下，可以從圖1C所示的狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換到圖2B所示的狀態(tài)而沒(méi)有圖2A所示的步驟。
接下來(lái)，如圖3所示，例如通過(guò)MOCVD法，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上依次形成n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、采用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的有源層17、和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。這種情況下，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15為n型。
接下來(lái)，將其上生長(zhǎng)有氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的襯底11從MOCVD裝置移開(kāi)。
之后，在p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18上形成p側(cè)電極19。P側(cè)電極19的材料應(yīng)該優(yōu)選為，例如，具有高反射率的歐姆金屬。
之后，為了激活p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18中的p型雜質(zhì)，在550到750℃(例如650℃)或者580到620℃(例如600℃)的溫度下，在例如N2和O2的混合氣體(具有例如，99％的N2和1％的O2的組成)的氣氛下進(jìn)行熱處理。當(dāng)O2與N2混合時(shí)，容易發(fā)生激活?？商鎿Q地，可以將用于F或Cl原材料的具有與O和N類似的高負(fù)電性的氮的鹵化物(NF3，NCl3等等)與N2或者N2和O2的混合氣體的氣氛進(jìn)行混合。熱處理時(shí)間為例如五分鐘到兩個(gè)小時(shí)，優(yōu)選40分鐘到兩個(gè)小時(shí)，更優(yōu)選大約10到60分鐘。熱處理溫度較低的原因是為了防止有源層16在熱處理的過(guò)程中退化。注意的是，可以在p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18的外延生長(zhǎng)之后，但是在p側(cè)電極19形成之前進(jìn)行熱處理。
接下來(lái)，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18以期望的形式形成圖案，例如，通過(guò)RIE法、噴粉法(powder blasting method)、噴砂法(sand blasting method)等等，從而形成凸臺(tái)部20。
接下來(lái)，在與凸臺(tái)部20相鄰的部分，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上形成n側(cè)電極21。
如果需要，可以從其后側(cè)對(duì)其上已經(jīng)形成有這樣的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的襯底進(jìn)行拋光或打磨，以減小其厚度，隨后對(duì)襯底11進(jìn)行劃線以形成條(bar)。之后，對(duì)條進(jìn)行劃線以形成芯片。
這樣，就制成了指定的發(fā)光二極管。
p側(cè)電極19和n側(cè)電極21的平面形的例子在圖6中示出，其中突起部具有沿一個(gè)方向延伸的條形。
用于氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)的原材料包括用于Ga的原材料的三乙基鎵((C2H5)3Ga，TEG)或三甲基鎵((CH3)3Ga，TMG)，用于Al的原材料的三甲基鋁((CH3)3Al，TMA)，用于In的原材料的三乙基銦((C2H5)3In，TMI)或三甲基鎵((CH3)3In，TMI)，以及用于N的原材料的氨水。所用的摻雜物包括例如n型摻雜物，比如硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，以及例如p型摻雜物，比如雙(甲基環(huán)戊二烯)鎂((CH3C5H4)2Mg)、雙(乙基環(huán)戊二烯)鎂((C2H6C5H4)2Mg)、或雙(環(huán)戊二烯)鎂((C5H4)2Mg)。作為氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層生長(zhǎng)所用的載氣，例如使用H2氣體。
現(xiàn)在對(duì)發(fā)光二極管的特定結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行描述。具體來(lái)說(shuō)，例如，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15為n型GaN層，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16從下依次由n型GaInN層，n型GaN層和n型GaInN層構(gòu)成，p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18從下依次由p型GaInN層，p型AlInN層和p型GaN層和p型GaInN層構(gòu)成。有源層17具有，例如GaInN基的多個(gè)量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)(例如，GaInN量子阱層和GaN勢(shì)壘層交替層疊)。有源層17中的In組分根據(jù)發(fā)光二極管的發(fā)射波長(zhǎng)來(lái)選擇。例如，In的含量對(duì)于405nm的發(fā)射波長(zhǎng)時(shí)達(dá)到11％，對(duì)于450nm時(shí)達(dá)到18％，對(duì)于520nm時(shí)達(dá)到24％。p側(cè)電極19的材料包括，例如，Ag或Pd/Ag，或者如果需要，除了第一次提到的材料之外還有由Ti、W、Cr、WN、CrN等等制成的勢(shì)壘金屬。所用的n側(cè)電極21可以是，例如，具有Ti/Pt/Au結(jié)構(gòu)的一種。
在圖3所示的這樣得到的發(fā)光二極管中，在p側(cè)電極19和n側(cè)電極21之間施加正向電壓，使電流通過(guò)而實(shí)現(xiàn)光發(fā)射，所得到的光通過(guò)襯底11被提取到外部。適當(dāng)選擇有源層17中的In組分使之發(fā)出紅色到紫色光，尤其是，發(fā)出藍(lán)色光、發(fā)出綠色光或者發(fā)出紅色光。這種情況下，有源層17產(chǎn)生的光中射向襯底11的光在襯底11和氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間的界面的凹入部13處被折射并且穿過(guò)襯底11射向外部。有源層17中產(chǎn)生的光中射向p側(cè)電極19的光在p側(cè)電極19處被反射并且射向襯底11，穿過(guò)襯底11射向外部。
發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)不限于圖3所示的結(jié)構(gòu)，可以是，例如圖7到11所示的那些結(jié)構(gòu)。對(duì)于圖7所示的結(jié)構(gòu)，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18被如此構(gòu)圖，使得留出其中心部，從而形成凸臺(tái)部20。P側(cè)電極19形成在凸臺(tái)部20的p側(cè)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18上，n側(cè)電極21形成在凸臺(tái)部20的相對(duì)側(cè)的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。在圖8所示的情況下，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18分別在其中形成有凹入部G，例如，以具有小寬度的裂槽(slit groove)或者柱狀孔的形式(例如，圓形、角狀(anglewise)、點(diǎn)狀(point-like)等的柱的底表面)在中心部形成。條形或點(diǎn)狀n側(cè)電極21形成在凹入部G的底部的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。由于n側(cè)電極21與n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的接觸阻抗很低，所以n側(cè)電極21的這個(gè)小接觸區(qū)域確保了良好的歐姆接觸特性，從而允許電流從接觸點(diǎn)(或接觸面)貫穿n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15相對(duì)容易地占主導(dǎo)。p側(cè)電極19環(huán)繞n型電極21而形成?？商鎿Q地，n側(cè)電極21可以環(huán)繞p側(cè)電極19而形成。在圖9所示的情況下，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18分別在其中形成有由小寬度裂槽或者柱狀孔(例如，圓形、角狀、點(diǎn)狀等的柱的底表面)形成的凹入部G(當(dāng)凹入部G為柱狀孔的形式時(shí)，多個(gè)這樣的凹入部G二維排列成蜂窩、格子或者小方塊上的點(diǎn)的形式(即，如小方塊上的點(diǎn)表示的孔，以彼此相對(duì)間隔的孔的形式)。這種情況下，n側(cè)電極21形成在各凹入部G底部的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。例如，如果每個(gè)凹入部G都為如上面提到的這樣的柱狀孔的形式并且二維排列成蜂窩、格子或者小方塊上的點(diǎn)，那么p側(cè)電極19就環(huán)繞n側(cè)電極21而形成?？商鎿Q地，n側(cè)電極環(huán)繞p側(cè)電極而形成。在圖10所示的情況下，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18分別在其中形成有小寬度裂槽或者柱狀孔(例如，圓形、角狀、點(diǎn)狀等的柱的底表面)形式的凹入部G(當(dāng)凹入部為柱狀孔的形式時(shí)，多個(gè)這樣的凹入部G二維排列成蜂窩，格子或者小方塊上的點(diǎn))。n側(cè)電極21形成在每個(gè)凹入部G底部的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。例如，當(dāng)每個(gè)凹入部G都為柱狀孔的形式并且二維排列成蜂窩、格子或者小方塊上的點(diǎn)時(shí)，p側(cè)電極19環(huán)繞n側(cè)電極21而形成，或者n側(cè)電極21環(huán)繞p側(cè)電極19而形成。在圖11所示的情況下，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18分別在其中形成有小寬度裂槽或者柱狀孔(例如，圓形、角狀、點(diǎn)狀等的柱的底表面)形式的凹入部G(當(dāng)凹入部G為柱狀孔的形式時(shí)，多個(gè)凹入部G排列成蜂窩，格子或者小方塊上的點(diǎn))。每個(gè)凹入部G都在其側(cè)壁上形成有由SiO2制成的絕緣膜I。在通過(guò)其掩埋凹入部H的范圍的絕緣膜I與n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18電絕緣的條件下，n側(cè)電極21形成在每個(gè)凹入部底部的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。例如，在每個(gè)凹入部G都為上述的柱狀孔的形式并且二維排列成蜂窩、格子或者小方塊上的點(diǎn)時(shí)，p側(cè)電極19環(huán)繞n側(cè)電極21而形成或者n側(cè)電極21環(huán)繞p側(cè)電極19而形成。在圖7到11所示的情況下。尤其在圖11中，p側(cè)電極19和n側(cè)電極21的布線很容易利用常規(guī)的雙層布線技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
前面所描述的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)非常尤其適于倒裝片(FC)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其中光學(xué)透明襯底用作襯底11并且光的發(fā)射起因于光學(xué)透明襯底的整個(gè)后側(cè)。提到了(發(fā)光效率)/(整個(gè)芯片面積)作為發(fā)光二極管的一個(gè)性能指標(biāo)。為了提高(發(fā)光效率)/(整個(gè)芯片面積)的這個(gè)指標(biāo)，期望以盡可能少的程度將其中有源層17被移走的凹入部G的數(shù)量減少，或者以盡可能小的程度將凹入部G的底面面積減小。因此，考慮到n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中載流子(電子)的遷移，形成在凹入部G底部的n側(cè)電極21的整個(gè)面積相對(duì)于整個(gè)芯片面積優(yōu)選在柱形n側(cè)電極21的百分之幾十，更優(yōu)選在百分之幾或者以下，最優(yōu)選為1％或者以下，從而確保貫穿有源層17的電流的主導(dǎo)。
第一實(shí)施方式中，為了使氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中螺位錯(cuò)密度最小化，凹入部13的底表面的寬度Wg，凹入部13的深度d，即突起部12的高度，和在圖1C所示的狀態(tài)下氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的傾斜面與襯底11的主表面之間建立的角α這樣確定，以滿足下列等式(參見(jiàn)附圖12)2d≥Wgtanα例如，對(duì)于Wg＝2.1μm且α＝59°，d≥1.75μm；對(duì)于Wg＝2μm且α＝59°，d≥1.66μm；對(duì)于Wg＝1.5μm且α＝59°，d≥1.245μm；對(duì)于Wg＝1.2μm且α＝59°，d≥0.966μm。其它情況下，最好d＜5μm。
對(duì)于圖1B、1C和2A所示的步驟中氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)，優(yōu)選的是生長(zhǎng)原材料的V/III比設(shè)定為較高值，生長(zhǎng)溫度設(shè)定在較低水平。更具體來(lái)說(shuō)，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)在1atm的氣壓下進(jìn)行的情形，優(yōu)選原材料的V/III比為例如13000±2000的范圍內(nèi)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定在例如1100±50℃的范圍內(nèi)。對(duì)于原材料的V/III比來(lái)說(shuō)，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)在x atm的壓力條件下進(jìn)行底情形，鑒于定義流動(dòng)速率和氣壓之間關(guān)系的Bernoulli原理，優(yōu)選將V/III比設(shè)定在由比率乘氣壓變量的平方所得到的值，具體來(lái)說(shuō)，基本為(13000±2000)×x2。例如，在0.92atm(700Torr)下生長(zhǎng)的情形，原材料的V/III比優(yōu)選設(shè)定在11000±1700(例如10530)的范圍內(nèi)。x優(yōu)選在0.01到2atm。對(duì)于生長(zhǎng)溫度來(lái)說(shuō)，在不高于1atm的氣壓條件下生長(zhǎng)的情形，優(yōu)選設(shè)定在較低溫度，從而抑制氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的橫向生長(zhǎng)并且允許容易選擇凹入部13中氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)。例如，當(dāng)在0.92atm(700Torr)下進(jìn)行生長(zhǎng)時(shí)，優(yōu)選將生長(zhǎng)溫度設(shè)定在1050±50℃的范圍內(nèi)(例如1050℃)。這樣，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)就具體如圖1B，1C和2A所示。在生長(zhǎng)時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15就不開(kāi)始在突起部12上生長(zhǎng)。生長(zhǎng)率大致為0.5到5μm/小時(shí)，優(yōu)選大約3.0μm/小時(shí)。當(dāng)?shù)锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層15由例如GaN層制成時(shí)，原材料氣體的流動(dòng)速率例如為TMG的20SCCM，NH3的20SLM。另一方面，圖2B和2C所示的步驟中氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)(橫向生長(zhǎng))在較低的原材料V/III比和較高的生長(zhǎng)溫度下進(jìn)行。具體來(lái)說(shuō)，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在1atm的氣壓條件下進(jìn)行的情形，原材料的V/III比設(shè)定在例如5000±2000的范圍內(nèi)，生長(zhǎng)溫度設(shè)定在例如1200±50℃的范圍內(nèi)。對(duì)于原材料的V/III比來(lái)說(shuō)，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在x atm的氣壓條件下生長(zhǎng)的情形，鑒于定義流動(dòng)速率和氣壓之間關(guān)系的Bernoulli原理，優(yōu)選將V/III比設(shè)定在由比率乘氣壓變量的平方所得到的值，具體來(lái)說(shuō)，實(shí)質(zhì)為(5000±2000)×x2。例如，在0.92atm(700Torr)下生長(zhǎng)的情形，原材料的V/III比優(yōu)選設(shè)定在4200±1700的范圍內(nèi)(例如在4232)。對(duì)于生長(zhǎng)溫度來(lái)說(shuō)，當(dāng)在不高于1atm的氣壓條件下生長(zhǎng)時(shí)，優(yōu)選將溫度設(shè)定得較低，從而抑制氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的表面粗糙度并且允許良好的橫向生長(zhǎng)。例如，在0.92atm(700Torr)下生長(zhǎng)的情形，生長(zhǎng)溫度優(yōu)選設(shè)定在1150±50℃的范圍內(nèi)(例如1110℃)。在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15由例如GaN層制成時(shí)，原材料氣體的流動(dòng)速率例如為TMG的40SCCM，NH3的20SLM。這樣，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15通過(guò)如圖2B和2C所示的橫向生長(zhǎng)形成。
圖13示意性示出了GaN層的生長(zhǎng)階段上原材料氣體是如何在襯底上流動(dòng)和擴(kuò)散的，該GaN層作為氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的例子。這個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中最重要的點(diǎn)在于生長(zhǎng)初始階段，GaN在襯底11的突起部12處沒(méi)有生長(zhǎng)并且GaN在凹入部13處開(kāi)始生長(zhǎng)。注意的是，雖然在圖13中突起部12示出的形式是三角形截面，但是即使截面是梯形突起部12上也沒(méi)有GaN生長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)考慮TMG用作Ga的原材料并且NH3用作N的原材料的情況時(shí)，通過(guò)NH3和Ga之間的直接反應(yīng)生長(zhǎng)GaN，該反應(yīng)由下面的反應(yīng)式表示Ga(CH3)3(氣體)+3/2H2(氣體)→Ga(氣體)+3CH4(氣體)NH3(氣體)→(1-α)NH3(氣體)+α/2N2(氣體)+3α/2H2(氣體)Ga(氣體)+NH3(氣體)＝GaN(固體)+3/2H2(氣體)雖然產(chǎn)生了H2氣體，但是這個(gè)H2氣體在晶體生長(zhǎng)上反作用，或者具有蝕刻作用。在圖1B/1C和2A所示的步驟中，利用不用于常規(guī)平襯底上的GaN生長(zhǎng)的條件，即利用加強(qiáng)蝕刻作用的條件以及不容易發(fā)生生長(zhǎng)的條件(通過(guò)提高V/III比)，來(lái)抑制突起部12上的生長(zhǎng)。另一方面，在凹入部13的里面，利用抑制蝕刻作用的條件產(chǎn)生結(jié)晶。傳統(tǒng)地，為了提高生長(zhǎng)結(jié)晶表面的平面度，在橫向生長(zhǎng)程度增加(利用較高的溫度)的條件下進(jìn)行生長(zhǎng)。第一實(shí)施方式中，為了使螺位錯(cuò)向著平行于襯底的主表面的方向彎曲以減少其數(shù)量的目的，在低于傳統(tǒng)情況下的溫度(例如1050±50℃)下實(shí)施生長(zhǎng)，并且在早期的階段用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15掩埋凹入部13。
圖14示意性示出了對(duì)于通過(guò)透射電子顯微鏡(TEM)確定的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的晶體缺陷分布的研究結(jié)果。圖14中，附圖標(biāo)記22表示螺位錯(cuò)。如從圖14看到，雖然在突起部12中心附近，即從相鄰凹入部13生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間的結(jié)合部，位錯(cuò)密度變高，但是在包括凹入部13上方部分的其它部分的位錯(cuò)密度變低。例如，當(dāng)凹入部的深度為d＝1μm并且底表面的寬度為Wg＝2μm時(shí)，這個(gè)低位錯(cuò)密度處的位錯(cuò)密度為6×107/cm2，這是通過(guò)在不利用表面突起的襯底11的情況下降低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，將會(huì)看到，在垂直于凹入部13的側(cè)壁的方向上沒(méi)有出現(xiàn)位錯(cuò)。
圖14中，在位錯(cuò)密度高并且結(jié)晶度差的凹入部13處的與襯底11接觸的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的區(qū)域的平均厚度是在位錯(cuò)密度高并且結(jié)晶度差的突起部12處的與襯底接觸的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的區(qū)域的平均厚度的1.5倍。這是由于突起部12上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的橫向生長(zhǎng)而引起的。
圖15示出了在突起部12具有如圖4所示的這種平面形狀的情況下螺位錯(cuò)22的分布情況。圖16示出了在突起部12具有如圖5所示的這種平面形狀的情況下螺位錯(cuò)22的分布情況。
接下來(lái)，參考圖17A到圖17F對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15是如何從生長(zhǎng)初期生長(zhǎng)的以及位錯(cuò)如何傳播的進(jìn)行描述。
當(dāng)開(kāi)始生長(zhǎng)時(shí)，在凹形13的底表面生成多個(gè)由氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層制成的微核14，如圖17A所示。這些微核14中，位錯(cuò)(由虛線表示)從垂直方向上與襯底11的接觸面?zhèn)鞑ゲ⑶覐奈⒑?4的側(cè)面穿出。當(dāng)繼續(xù)生長(zhǎng)時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在微核14的生長(zhǎng)和結(jié)合步驟中一直生長(zhǎng)，如圖17B和17C所示。在微核14的生長(zhǎng)和結(jié)合過(guò)程中，位錯(cuò)在平行于襯底11的主表面的方向上出現(xiàn)彎曲，使得穿過(guò)上部的位錯(cuò)的數(shù)量減少。隨著進(jìn)一步的繼續(xù)生長(zhǎng)，如圖17D所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15形成為等腰三角形截面，其中凹入部13的底表面作三角形的底。這個(gè)階段，從氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15穿出到上部的位錯(cuò)的數(shù)量明顯減少。接下來(lái)，如圖17E所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15橫向生長(zhǎng)。這個(gè)步驟中，穿過(guò)具有其中凹入部13的下表面被提供為底的等腰三角形截面的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的側(cè)面的位錯(cuò)如此表現(xiàn)，從而有些低于突起部12的水平面的位錯(cuò)繼續(xù)延伸到平行于襯底11的主表面的突起部12的側(cè)面并且消失，有些高于突起部12的水平面的位錯(cuò)平行于襯底11的主表面延伸并且穿出橫向生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的側(cè)面。當(dāng)?shù)锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)一步橫向生長(zhǎng)時(shí)，從突起部12的對(duì)側(cè)生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在突起部12的頂部結(jié)合，最后，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15成為平行于襯底11的主表面的平表面，如圖17F所示。當(dāng)在突起部12上方層結(jié)合在一起時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的位錯(cuò)向上(垂直于襯底11的主表面的方向)彎曲。
參考圖18A和18B，再次對(duì)從微核14形成到氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15橫向生長(zhǎng)之后這個(gè)過(guò)程中位錯(cuò)所表現(xiàn)的特性進(jìn)行描述。如圖18A和18B所示，在微核14形成、生長(zhǎng)和結(jié)合的過(guò)程中在與襯底11的界面上出現(xiàn)的位錯(cuò)在水平方向上重復(fù)彎曲并且形成束(位錯(cuò)(1))。在水平方向彎曲的位錯(cuò)延伸到突起部12的側(cè)面并且消失(位錯(cuò)(2))。在與襯底11的界面上出現(xiàn)的位錯(cuò)彎曲一次并且穿過(guò)到氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的表面(位錯(cuò)(3))。通過(guò)使位錯(cuò)形成束并且使在水平方向彎曲的位錯(cuò)延伸到突起部12的側(cè)面之后消失，能夠得到在沒(méi)有形成微核14的情況下螺位錯(cuò)數(shù)量減少的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15。
圖19A到19C示出了在微核14形成在如圖17A所示的突起部12的底表面的情況下截面的TEM照片。圖19B和19C分別是圖19A中由橢圓圍繞的部分的放大截面TEM照片。從圖19A到19C能夠清楚看到在生長(zhǎng)初期微核14的形成。
接下來(lái)，對(duì)在微核14形成在生長(zhǎng)初期的情況下和沒(méi)有微核14形成的情況下在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中發(fā)生的位錯(cuò)表現(xiàn)如何不同進(jìn)行描述。
圖20A到20C分別示出了在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15生長(zhǎng)初期沒(méi)有出現(xiàn)微核14的情況下，與圖17D到17F相應(yīng)的狀態(tài)。如圖20A所示，在生長(zhǎng)初期沒(méi)有出現(xiàn)微核14的情況下，當(dāng)?shù)锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層15這樣生長(zhǎng)使得具有以凹入部13的底表面作三角形的底的等腰三角形截面時(shí)，僅存在從與凹入部13的底表面的界面向上延伸的位錯(cuò)，并且該位錯(cuò)密度一般大于圖17D的情況下的密度。如圖20B所示，當(dāng)繼續(xù)生長(zhǎng)時(shí)，穿過(guò)到具有利用凹入部13的底表面作底的等腰三角形截面的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的側(cè)面的位錯(cuò)如下表現(xiàn)。低于突起部12的水平面的位錯(cuò)繼續(xù)延伸到平行于襯底11的主表面的突起部12的側(cè)面并且消失，高于突起部12的水平面的位錯(cuò)平行于襯底11的主表面延伸并且穿過(guò)到橫向生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的側(cè)面。如圖20C所示，當(dāng)?shù)锘鵌II-V族化合物半導(dǎo)體層15的橫向生長(zhǎng)進(jìn)一步繼續(xù)時(shí)，從突起部12的相對(duì)側(cè)生長(zhǎng)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15在突起部12的上方相互結(jié)合在一起，最后氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15形成平行于襯底11的主表面的平表面。在突起部12的上方相互結(jié)合時(shí)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的位錯(cuò)向上彎曲，形成螺位錯(cuò)22。雖然螺位錯(cuò)22的密度令人滿意地低，但是高于微核14在生長(zhǎng)初期形成在凹入部的底表面上這種情況下的密度。這是因?yàn)?，如圖21A和21B所示，在沒(méi)有微核14形成的情況下，從與襯底11的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)當(dāng)?shù)竭_(dá)利用凹入部的底表面作底的等腰三角形的傾斜面時(shí)，在水平方向上彎曲一次。更具體來(lái)說(shuō)，這種情況下，沒(méi)有獲得在微核14的形成、生長(zhǎng)和結(jié)合過(guò)程中位錯(cuò)形成束的效果。
圖22示出了一個(gè)模擬(射線跟蹤模擬)結(jié)果，該結(jié)果是關(guān)于當(dāng)比較改變襯底11的凹形深度的情況與沒(méi)有形成凹凸(irregularity)的情況時(shí)從發(fā)光二極管到外部的光提取效率如何提高。從襯底11的背側(cè)進(jìn)行光的提取。圖22中，橫坐標(biāo)表示凹入部13的深度(即，突起部12的高度)，縱坐標(biāo)表示在沒(méi)有形成突起部12的情況下光提取效率η(光提取放大率)的提高程度。就此而論，突起部12具有沿一個(gè)方向延伸的條狀，突起部12的側(cè)面和襯底11的一個(gè)主表面之間形成的夾角θ為135°，凹入部13基部的長(zhǎng)度Wg為2μm，且突起部12基部的長(zhǎng)度為3μm。設(shè)定為，襯底11的折射率為1.77，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的折射率為2.35。從圖22可知，光提取放大率對(duì)于凹入部13的深度為0.3μm或以上時(shí)是1.35倍或以上，對(duì)于深度為0.5μm到2.5μm時(shí)是1.5倍或以上，對(duì)于0.7μm到2.15μm時(shí)是1.75倍，對(duì)于1μm到1.75μm時(shí)是1.85倍或以上，對(duì)于大約1.3mm時(shí)為最大值(大約1.95倍)。
接下來(lái)，考慮有源層17附近的生長(zhǎng)表面狀態(tài)。通常，如果生長(zhǎng)層中有螺位錯(cuò)，那么就會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)凹坑等，從而使生長(zhǎng)表面的平坦度變差，如圖23所示。螺位錯(cuò)的密度越高，變差的程度就越厲害。如果有源層17中有螺位錯(cuò)，那么其厚度和成分就會(huì)在平面中出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致出現(xiàn)發(fā)射波長(zhǎng)面內(nèi)不均勻以及比如反相邊界缺陷這樣的平面晶體缺陷，從而使得發(fā)光效率下降(即，內(nèi)部量子效率下降)。相反，根據(jù)第一實(shí)施方式，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的螺位錯(cuò)密度比如前面所述的那樣明顯降低。因此，形成在層15上的有源層17中的螺位錯(cuò)密度也變低，使得因螺位錯(cuò)而導(dǎo)致的發(fā)光效率下降的很小，并因此能夠得到優(yōu)于公知的對(duì)應(yīng)物的發(fā)光效率。
氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的螺位錯(cuò)集中在襯底11的突起部的中心部附近并且根據(jù)突起部12的設(shè)置規(guī)則地排列，有源層17中的螺位錯(cuò)因此規(guī)則地排列在其下面。因此，當(dāng)與螺位錯(cuò)隨機(jī)分布的情況相比時(shí)，有源層17的平表面形成的部分的面積明顯增加，從而使得發(fā)光效率能夠進(jìn)一步提高。
另外，當(dāng)生長(zhǎng)表面變粗糙時(shí)，例如，在有源層的In含量高的情況下，從有源層17上就容易新出現(xiàn)比如反相邊界缺陷和位錯(cuò)這樣以平面晶體缺陷的形式出現(xiàn)的晶體缺陷，從而導(dǎo)致發(fā)光效率下降。相反，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，有源層17的表面平坦度如前所述大大提高，從而抑制這種晶體缺陷的出現(xiàn)，發(fā)光效率不會(huì)下降。
為了提高有源層17的生長(zhǎng)表面的平坦度并且減少平面晶體缺陷的數(shù)量，利用摻Al的GaN、摻Al的GaInN、AlGaN等構(gòu)成有源層17的勢(shì)壘層是很有效的(參見(jiàn)美國(guó)專利No.3543628)。
如上所述，根據(jù)第一實(shí)施方式，襯底11和氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間沒(méi)有形成空間，從而能夠防止因空間而引起的光提取效率的下降。氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的螺位錯(cuò)集中在襯底11的突起部12的中心部附近，其它部分的位錯(cuò)密度，例如，低到大約6×107/cm2，并因此在利用常規(guī)刻痕的襯底的情況下大大降低。因此，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15和生長(zhǎng)在其上的有源層17這樣的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的結(jié)晶度大大提高，非發(fā)射中心的數(shù)量大大減少。這樣，能夠得到其發(fā)光效率非常高的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
此外，制造氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管只需要一次外延生長(zhǎng)。不僅不需要生長(zhǎng)掩膜，而且通過(guò)在襯底11上形成用作突起部12的材料的膜，例如SiO2膜、SiON膜、SiN膜、CrN膜、CrON膜等等，并且通過(guò)蝕刻法、噴粉法、噴砂法等等對(duì)膜進(jìn)行處理，從而在襯底11上形成突起部12。因此，不需要在進(jìn)行刻痕處理中困難的比如藍(lán)寶石襯這樣的襯底1的處理。最后，能夠以低成本通過(guò)簡(jiǎn)單的工序制造采用了氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行描述。
在第二實(shí)施方式中，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15生長(zhǎng)到利用凹形13的底表面作底而形成的等腰三角形截面的程度圍時(shí)，突起部12的高度這樣選擇，使得氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的高度低于突起部12的高度。例如，圖25A和25B示出了氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的高度等于突起部12的高度的情況。這使得從與襯底11的界面上出現(xiàn)并且穿過(guò)到具有以凹形13的底表面作底的等腰三角形截面的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的側(cè)面的所有位錯(cuò)，繼續(xù)延伸到與襯底11的主表面平行的突起部12的側(cè)面，并最后消失。因此，穿過(guò)到氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的表面的螺位錯(cuò)22的數(shù)量顯著減少，從而使得螺位錯(cuò)密度基本為零。
除了上述描述的之外，第二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第二實(shí)施方式，由于能夠生長(zhǎng)其螺位錯(cuò)密度基本為零的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15，所以能夠得到基本無(wú)位錯(cuò)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體襯底。例如，當(dāng)n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18生長(zhǎng)在該無(wú)位錯(cuò)的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上時(shí)，這些層中的位錯(cuò)密度能夠明顯降低，其存在的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠?qū)崿F(xiàn)具有非常好特性的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管。不用說(shuō)，也能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第三實(shí)施方式中，如圖26所示，形成在襯底11上的突起部12形成為等腰三角形截面并且從平面上看是梳子的形式。
除了上述描述的之外，第三實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第三實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第四實(shí)施方式中，如圖27所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的厚度小于突起部12的高度。并且突起部12的頂部從氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的上表面突出。
除了上述描述的之外，第四實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第四實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的第五實(shí)施方式進(jìn)行描述。在第五實(shí)施方式中，如圖28所示，凸臺(tái)部20，p側(cè)電極19和n側(cè)電極21如此排列從而在在與襯底11的一個(gè)主表面平行的平面中旋轉(zhuǎn)90°。
除了上述描述的之外，第五實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第五實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)第六實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第六實(shí)施方式中，如圖29所示，突起部12由具有三角形截面的第一部分12a和覆蓋第一部分12a的薄膜狀第二部分12b構(gòu)成。這些第一部分12a和第二部分12b由不同類型的材料形成。用于形成第一部分12a和第二部分12b的材料包括，例如，前面所列出的那些并且根據(jù)需要選擇。具體來(lái)說(shuō)，第一部分12a的材料是比如SiO2這樣的介電材料，第二部分12b的材料是金屬或者合金。
除了上述描述的之外，第六實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第六實(shí)施方式，不僅能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠得到下列優(yōu)點(diǎn)。更具體來(lái)說(shuō)，由于突起部12的第二部分12b由金屬或者合金制成，所以從有源層17發(fā)出的光能夠借助第二部分12b反射到襯底11的相對(duì)側(cè)面上，這在從襯底11的相對(duì)側(cè)面提取光到外部的情況下是有優(yōu)點(diǎn)的。
應(yīng)該注意，在旨在從襯底11的側(cè)面提取光的情形，第一部分12a和第二部分12b至少之一可以由比如ITO、IZO、ZO等這樣的透明導(dǎo)電體形成。此外，第二部分12b可以具有開(kāi)口(窗口)，以將突起部12的第一部分12a局部暴露出來(lái)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第七實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第七實(shí)施方式中，如圖30所述，突起部12由薄膜狀的第一部分12a和覆蓋第一部分12a并且具有等腰三角形截面的第二部分12b所構(gòu)成。第一部分12a和第二部分12b分別由不同類型的材料形成。形成第一部分12a和第二部分12b的材料分別在前面提到過(guò)并且根據(jù)需要適當(dāng)選擇。具體例子包括用于第一部分12a的比如SiO2這樣的介電材料和用于第二部分12b的金屬或者合金。
除了上述描述的之外，第七實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第七實(shí)施方式，能夠得到與第一和第六實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第八實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第八實(shí)施方式中，如圖31所示，所用的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15為p型，其上順序生長(zhǎng)有p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16。之后，在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16上形成n側(cè)電極21，p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16經(jīng)歷蝕刻以形成凸臺(tái)部20。P側(cè)電極19形成在其鄰接凸臺(tái)部20的部分的p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。
根據(jù)第八實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的第九實(shí)施方式進(jìn)行描述。第九實(shí)施方式中，如圖32所述，反射膜23形成在襯底11的背側(cè)上。
除了上述描述的之外，第九實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第九實(shí)施方式，不僅能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)，而且能夠得到下列優(yōu)點(diǎn)。更具體來(lái)說(shuō)，由于反射膜23形成在襯底11的背側(cè)上，所以從有源層17發(fā)出的光能夠向襯底11的相對(duì)側(cè)面反射，因此在從相對(duì)于襯底11的相對(duì)側(cè)將光提取到外部的情況下是很有利的。
對(duì)本發(fā)明的第十實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十實(shí)施方式中，如圖33所示，圖31中所示的發(fā)光二極管在襯底11的背側(cè)形成有反射膜23。
除了上述描述的之外，第十實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十實(shí)施方式，能夠得到與第一和第九實(shí)施方式相同的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的第十一實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十一實(shí)施方式中，如圖34所示，對(duì)于n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18沒(méi)有形成凸臺(tái)部20。此外，所用的襯底11為導(dǎo)電的襯底，并且n側(cè)電極21形成在襯底11的背側(cè)上。
除了上述描述的之外，第十一實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十一實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。從有源層17發(fā)出的光向p側(cè)電極19和n側(cè)電極21散發(fā)。當(dāng)適當(dāng)選擇用于襯底11和突起部12的材料類型、突起部12以及用作p側(cè)電極19和n側(cè)電極21的高反射電極或透明電極的排列時(shí)，能夠控制光的提取方向。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第十二實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十二實(shí)施方式中，如圖35所示，所用的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15為p型，其上順序生長(zhǎng)有p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16。之后，在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16上形成n側(cè)電極21。相對(duì)于p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16沒(méi)有形成凸臺(tái)部20。所用的襯底11為導(dǎo)電的襯底，并且p側(cè)電極19形成在襯底11的背側(cè)上。
除了上述描述的之外，第十二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十二實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的結(jié)果。
接下來(lái)，對(duì)第十三實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十三實(shí)施方式中，如圖36所示，相對(duì)于n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18沒(méi)有形成凸臺(tái)部20。突起部12由導(dǎo)電材料(包括比如ITO、IZO、ZO等等這樣的透明導(dǎo)電材料)形成并且用作n側(cè)電極21。
除了上述描述的之外，第十三實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十三實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于突起部12還用作n側(cè)電極21，所以不需要形成n側(cè)電極21的工藝，存在的優(yōu)點(diǎn)是，制造工藝變得簡(jiǎn)單，制造成本降低。突起部12充當(dāng)獨(dú)立形式的n側(cè)電極21，從而能夠防止在發(fā)光二極管的工作過(guò)程中出現(xiàn)電流擁擠(currentcrowding)現(xiàn)象，因此對(duì)于大功率，高亮度和大面積的發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有效的。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第十四實(shí)施方式進(jìn)行描述。
本發(fā)明的第十四實(shí)施方式中，如圖37所示，所用的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15為p型，其上順序生長(zhǎng)有p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16。之后，在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16上形成n側(cè)電極21。p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18、有源層17和n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16沒(méi)有形成凸臺(tái)部20。突起部12由導(dǎo)電材料(包括比如ITO等等這樣的透明導(dǎo)電材料)形成并且用作p側(cè)電極19。
除了上述描述的之外，第十四實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十四實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于突起部12還用作p側(cè)電極19，所以不需要形成p側(cè)電極19的工藝，存在優(yōu)點(diǎn)是，制造工藝變得簡(jiǎn)單，制造成本降低。突起部12充當(dāng)獨(dú)立形式的p側(cè)電極19，從而能夠防止在發(fā)光二極管的工作過(guò)程中出現(xiàn)電流擁擠現(xiàn)象，因此對(duì)于大功率，高亮度和大面積的發(fā)光二極管來(lái)說(shuō)是有效的。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第十五實(shí)施方式進(jìn)行描述。
本第十五實(shí)施方式中，如圖38所示，如第一實(shí)施方式，形成突起部12并且生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的步驟從在襯底11上形成突起部12開(kāi)始，接下來(lái)多次重復(fù)該步驟。各層中的突起部12形成在平行于襯底11的主表面的平面內(nèi)的同一位置。如第一實(shí)施方式，例如，在最上部的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上順序生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。
除了上述描述的之外，第十五實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十五實(shí)施方式，除了與第一實(shí)施方式得到相同的優(yōu)點(diǎn)之外，由于突起部12的形成和氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的生長(zhǎng)是多次重復(fù)的，所以更上部氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15表現(xiàn)更好的結(jié)晶度。其優(yōu)點(diǎn)在于能夠顯著提高生長(zhǎng)在更上層15上的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18的結(jié)晶度。就此而論，集中在形成在突起部12之上的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中出現(xiàn)的螺位錯(cuò)能夠用上部突起部12覆蓋。這尤其有利于提高更上部氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的結(jié)晶度。多個(gè)突起部12分別由導(dǎo)電材料構(gòu)成，這多個(gè)層中的突起部2通過(guò)導(dǎo)線短路，從而能夠更有效防止發(fā)光二極管工作過(guò)程中出現(xiàn)的電流擁擠現(xiàn)象。對(duì)于任何類型的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15，即p型或n型來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)都是有效的。尤其是，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的載流子濃度(空穴濃度)以及遷移率小，使得抑制電流擁擠現(xiàn)象的效果很高，從而使得發(fā)光效率顯著提高。如果多層中的突起部12彼此沒(méi)有電連接，那么單獨(dú)的層中的突起部12充當(dāng)獨(dú)立導(dǎo)線，使得容易連接并且容易安裝各種類型的電子裝置。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第十六實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十六實(shí)施方式中，如圖39所示，如第一實(shí)施方式，形成突起部12并且生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的步驟從在襯底11上形成突起部12開(kāi)始，接下來(lái)多次重復(fù)該步驟。這種情況下，各層中的突起部形成在平行于襯底11的主表面的平面中相互偏移了半個(gè)周期的位置處。如第一實(shí)施方式，例如，在最上部的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上順序生長(zhǎng)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16、有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。
除了上述描述的之外，第十六實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十六實(shí)施方式，能夠得到與第一和第十五實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的第十七實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十七實(shí)施方式中，如圖40所示，突起部12形成在襯底11上，如第一實(shí)施方式，生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15，隨后進(jìn)一步形成突起部12。如第一實(shí)施方式，例如，進(jìn)一步生長(zhǎng)n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16，接下來(lái)，依次在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16上生長(zhǎng)有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。之后，在p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18上形成突起部12，隨后進(jìn)一步生長(zhǎng)p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層24，如第一實(shí)施方式。
除了上述描述的之外，第十七實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十七實(shí)施方式，能夠得到與第一和第十五實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第十八實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十八實(shí)施方式中，如圖41所示，突起部12形成在襯底11上，如第一實(shí)施方式，生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15，隨后進(jìn)一步在其上形成突起部12。如第一實(shí)施方式，例如，進(jìn)一步生長(zhǎng)n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16，接下來(lái)，依次在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16上生長(zhǎng)有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。之后，在p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18上形成突起部12，隨后進(jìn)一步生長(zhǎng)p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層24，如第一實(shí)施方式。這種情況下，各層中的突起部12分別形成在平行于襯底11的主表面的平面內(nèi)偏移了半周期的位置。
除了上述描述的之外，第十八實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十八實(shí)施方式，能夠得到與第一和第十五實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)本發(fā)明的第十九實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第十九實(shí)施方式中，如圖42所示，突起部12形成在襯底11上，例如，如第一實(shí)施方式，生長(zhǎng)n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16，隨后繼續(xù)在其上生長(zhǎng)有源層17和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18。接下來(lái)，在p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18上形成突起部12，隨后生長(zhǎng)p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層24，如第一實(shí)施方式。各層中的突起部12分別形成在平行于襯底11的主表面的平面內(nèi)的同一位置處。
圖43A到43C示出了有源層17下面的突起部12的平面形狀的例子，圖44A到44C示出了有源層17上面的突起部的平面形狀的例子。有源層17下面的突起部12和有源層17上面的突起部12的平面形狀可以任意組合。
除了上述描述的之外，第十九實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第十九實(shí)施方式，能夠得到與第一和第十五實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
注意的是，圖42中，將有源層17夾在中間的下側(cè)突起部12和上側(cè)突起部12任一可以由比如金屬、合金、透明導(dǎo)電體等等這樣的導(dǎo)電體制成。尤其是，在采用比如金屬、合金、透明導(dǎo)電體這樣的導(dǎo)電體作有源層17的上側(cè)突起部12的材料的情形，可以形成與突起部12接觸的反射電極25并且進(jìn)一步在其上形成p側(cè)電極19，具體如圖45所示?？商鎿Q地，如果比如金屬、合金、透明導(dǎo)電體這樣的導(dǎo)電體被用作相對(duì)于有源層17的上側(cè)突起部12的材料且是透光的或反射的，那么可以適當(dāng)控制氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層24的厚度，例如，為λ/4(λ是發(fā)射波長(zhǎng))，接著在其上形成與突起部12接觸的反射電極25，進(jìn)一步形成例如，如圖46所示的p側(cè)電極19。這樣，可以形成能夠從任意方向向襯底11側(cè)面反射在有源層上產(chǎn)生的光、同時(shí)確保在發(fā)光二極管工作時(shí)從p側(cè)電極19的良好電流通路的結(jié)構(gòu)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十實(shí)施方式中，在與圖34所示的第十一實(shí)施方式相同的方式形成p側(cè)電極之前的步驟之后，移除襯底11以暴露氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的背側(cè)。之后，如圖47所示，n側(cè)電極21形成在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的背側(cè)上。
如果p側(cè)電極19和n側(cè)電極21每個(gè)都由高反射電極或者透明電極制成，那么能夠選擇光提取的方向。
移除襯底11允許發(fā)光二極管的厚度總體上很小。為了提高機(jī)械強(qiáng)度，可以通過(guò)如圖48所示的金屬電極M可以將支撐襯底S貼附并接合到p側(cè)電極19。支撐襯底S可以是導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的，只要支撐襯底S具有這樣的結(jié)構(gòu)能使電流通過(guò)金屬電極M流到發(fā)光二極管。
除了上述描述的之外，第二十實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第二十實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十一實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十一實(shí)施方式中，在與圖35所示的第十二實(shí)施方式相同的方式形成n側(cè)電極21之前的步驟之后，移除襯底11以暴露氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的背側(cè)。如圖49所示，p側(cè)電極19形成在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的背側(cè)上。
除了上述描述的之外，第二十一實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
根據(jù)第二十一實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)本發(fā)明的第二十二實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十二實(shí)施方式中，如圖50A所示，具有梯形截面的突起部以平面圖所示的給定間隔形成在襯底11上。因此，具有倒梯形截面的凹入部13形成在突起部12之間。
接下來(lái)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15以與第一實(shí)施方式相同的方式生長(zhǎng)。更具體來(lái)說(shuō)，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15通過(guò)在每個(gè)凹入部的底表面上的形成、生長(zhǎng)和微核組合的步驟而生長(zhǎng)，如圖50B所示，該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15具有以凹入部13的底表面作底的等腰三角形截面。此外，如圖50C所示，具有平表面和低螺位錯(cuò)密度的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15通過(guò)橫向生長(zhǎng)而進(jìn)一步生長(zhǎng)。
接下來(lái)，以與第一實(shí)施方式相同的方式進(jìn)行進(jìn)一步的步驟，以得到刻痕的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，如圖51所示。
除了上述描述的之外，第二十二實(shí)施方式與第一實(shí)施方式相似。
圖52示意性示出了通過(guò)TEM查看氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15中的晶體缺陷分布的結(jié)果。
根據(jù)第二十二實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
圖53到55分別示出了在襯底11上形成有突起部和凹入部以及沒(méi)有形成突起部和凹入部的情況下，從發(fā)光二極管提取光到外部的效率變化的模擬結(jié)果的例子。所有情況下，都從襯底11的背側(cè)進(jìn)行光提取。
圖53中，橫坐標(biāo)表示突起部12的折射率，縱坐標(biāo)表示在沒(méi)有形成突起部的情況下光提取效率η(光提取放大率)的提高程度。圖53中，用▲表示的數(shù)據(jù)是對(duì)于突起部12為如圖4所示的一維條紋(1D)形式的情況，用●表示的數(shù)據(jù)是對(duì)于一維條狀突起部12相互交叉(2D)的二維排列的情況。突起部的側(cè)面和襯底11的主表面之間形成的夾角θ為135°，凹入部的底表面的長(zhǎng)度Wg為Wg＝2μm，突起部12的基部長(zhǎng)度為3μm。設(shè)定為，襯底11的折射率為1.77，并且氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的折射率為2.35。從圖53可以看出，當(dāng)1D和2D的突起部12的折射率為1.4時(shí)光提取效率變?yōu)樽畲蟛⑶以?.2到1.7的折射率范圍內(nèi)大到令人滿意。對(duì)于光提取放大率來(lái)說(shuō)2D大于1D。
注意，這些結(jié)果適用于突起部12的截面為如第一實(shí)施方式中的三角形的情況。
圖54中，橫坐標(biāo)表示突起部12的側(cè)面和襯底11的一個(gè)主表面之間形成的夾角θ，縱坐標(biāo)表示光提取放大率。圖54中，用▲表示的數(shù)據(jù)是對(duì)于突起部12是如圖4所示的一維條紋(1D)形式的情況，用●表示的數(shù)據(jù)是對(duì)于一維條狀突起部12相互交叉(2D)的二維排列的情況。凹入部13的底表面的長(zhǎng)度Wg為Wg＝3μm，突起部12的基部長(zhǎng)度為2μm。設(shè)定為，襯底11的折射率為1.77，突起部的折射率為1.4，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的折射率為2.35。從圖54可以看出，當(dāng)對(duì)1D和2D來(lái)說(shuō)突起部12的側(cè)面和襯底的一個(gè)主表面之間形成的夾角θ在100°＜θ＜160°的范圍內(nèi)時(shí)，光提取放大率為1.55倍高或者更高，在132°＜θ＜139°范圍內(nèi)時(shí)為1.75倍高或者更高，尤其是當(dāng)θ＝135°時(shí)達(dá)到最大。此外，在147°＜θ＜154°范圍內(nèi)時(shí)這個(gè)因子為1.75倍高或者更高，尤其是當(dāng)θ＝152°時(shí)達(dá)到最大。對(duì)于光提取放大率來(lái)說(shuō)2D大干1D。
這些結(jié)果適用于突起部12的截面為如第一實(shí)施方式中的三角形的情況。
圖55中，橫坐標(biāo)表示凹入部13的深度d，縱坐標(biāo)表示在沒(méi)有形成突起部12的情況下光提取效率η(光提取放大率)的提高程度。突起部12具有如圖4所示的一維條紋形狀。凹入部13的基部長(zhǎng)度Wg和突起部12的基部長(zhǎng)度之比為3∶2。設(shè)襯底11的折射率為1.77，突起部12的折射率為1.4，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的折射率為2.35。從圖55可以看出，光提取放大率隨著凹入部13的深度增加而增加。
現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的第二十三實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十三實(shí)施方式中，如圖56A所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15生長(zhǎng)直到表面以第一實(shí)施方式相同的方式變?yōu)槠降?，之后螺位錯(cuò)22在突起部12上方集中的部分通過(guò)蝕刻等被選擇性地移除，使得這個(gè)部分的突起部12被暴露。
接下來(lái)，如圖56B所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26從左氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15橫向生長(zhǎng)。
之后，以第一實(shí)施方式相同的方式進(jìn)行在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層16生長(zhǎng)之后的步驟，以提供發(fā)光二極管。
根據(jù)第二十三實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十四實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十四實(shí)施方式中，如圖57A所示，突起部12形成在襯底11上，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15以第一實(shí)施方式同樣的方式生長(zhǎng)。
接下來(lái)，如圖57B所示，相應(yīng)于突起部12的掩膜(未示出)形成在突起部12上方部分的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上，隨后通過(guò)例如，RIE法，噴粉法，噴砂法等對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)行蝕刻或者研磨直到暴露襯底11暴露。
接下來(lái)，移除掩膜之后，如圖58A所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26從因此形成圖案的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的相對(duì)側(cè)面橫向生長(zhǎng)以掩埋其與氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間的空間，如圖58B所示。這個(gè)階段，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26和襯底11之間形成空間。
之后，如圖59A所示，襯底被移除或者剝落。如圖58B所示，通過(guò)利用氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26和襯底11之間的空間可以化學(xué)或機(jī)械(物理)地進(jìn)行襯底11的移除或者剝落。更具體來(lái)說(shuō)，例如，將給定類型的蝕刻劑或蝕刻氣體(活性氣體)分散到空間中以從氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15、26的側(cè)侵蝕襯底，用于移除或者剝落。可替換地，可以對(duì)空間、突起部12或其外圍材料層進(jìn)行加熱，或者用超聲波照射以使襯底11機(jī)械剝落。此外，比如來(lái)自YAG激光器、受激準(zhǔn)分子激光器等這樣的激光束可以用于這個(gè)目的。
接下來(lái)，如果剩下突起部，那么就將其完全蝕刻移除。這樣，就得到如圖59B所示的由氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15、26構(gòu)成的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體襯底27。
為了移除或者剝落襯底11，可以采用這樣的方法，其包括例如，通過(guò)化學(xué)或熱技術(shù)選擇性地溶解或熔化突起部12的方法，以及例如，通過(guò)化學(xué)或熱技術(shù)選擇性地溶解或熔化低溫緩沖層(例如，由GaN、AlN、AlGaN、CrN等制成的緩沖層)的方法。這些方法可以根據(jù)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15、26的抵抗性或耐久性適當(dāng)選擇。尤其是，在采用CrN作突起部12的材料的情況下，CrN緩沖層可以用作低溫緩沖層，這樣，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15、26能夠很容易用化學(xué)方式從比如藍(lán)寶石襯底這樣的襯底11上剝落。
這個(gè)階段，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層27在其背側(cè)變?yōu)椴黄秸?，通過(guò)比如拋光使襯底27的背側(cè)平坦。
這樣，如圖59C所示，能夠得到其兩個(gè)主表面都是平坦的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層27。
當(dāng)給定類型的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層在該氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體襯底27上生長(zhǎng)時(shí)，可以制造比如發(fā)光二極管這樣的各種類型的半導(dǎo)體器件。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十五實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十五實(shí)施方式中，如圖57B所示，相應(yīng)于突起部12的掩膜(未示出)形成在突起部12上方部分的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上，隨后通過(guò)例如，RIE法、噴粉法、噴砂法等對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)行蝕刻或者研磨到如圖57B所示的虛線表示的深度。這種情況下，在暴露襯底11之前停止蝕刻或者研磨。
以與第二十四實(shí)施方式同樣的方式進(jìn)行下面的步驟。
根據(jù)第二十四實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十六實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十六實(shí)施方式中，如圖60A所示，形成比突起部12上方部分的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15寬度小的掩膜(未示出)，隨后通過(guò)例如RIE法利用掩膜對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)行蝕刻或者研磨直到暴露層15。
接下來(lái)，移除掩膜之后，如圖60B所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26從因此構(gòu)圖的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的相對(duì)側(cè)面橫向生長(zhǎng)以掩埋相鄰氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間的空間。此時(shí)，在氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26和襯底11之間形成空間，如圖所示。
之后，以與第二十四實(shí)施方式同樣的方式進(jìn)行下面的步驟。
根據(jù)第二十六實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十七實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十七實(shí)施方式中，如圖61A所示，平面掩模(未示出)形成在凹入部12上方部分的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上，用于在部分的突起部12和全部凹入部13上方橋接。隨后通過(guò)比如RIE法對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15進(jìn)行蝕刻或者研磨直到暴露突起部12。
接下來(lái)，移除掩膜之后，如圖61B所示，氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層26從因此構(gòu)圖的氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15的相對(duì)側(cè)面橫向生長(zhǎng)以掩埋相鄰氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15之間的空間。
之后，以第二十四實(shí)施方式同樣的方式進(jìn)行下面的步驟。
根據(jù)第二十七實(shí)施方式，能夠得到與第一實(shí)施方式相似的優(yōu)點(diǎn)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十八實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十八實(shí)施方式中，以第一實(shí)施方式同樣的方式進(jìn)行p側(cè)電極形成之前的步驟，接下來(lái)的步驟與其不同。為了形成p側(cè)電極19，最好插入含Pd層以阻止電極材料(例如，Ag等)的擴(kuò)散，或者通過(guò)在其上形成比如Ti、W、Cr或其合金這樣的高熔點(diǎn)金屬層或者高熔點(diǎn)金屬的氮化物(例如，TiN、WN、TiWN、CrN等)層而采用用于無(wú)晶界、非晶的勢(shì)壘金屬層的技術(shù)，以防止由向p側(cè)電極19加壓、加熱或擴(kuò)散形成為上層(焊料層或凸塊)的含Au或Sn層中的Au或Sn而出現(xiàn)的失效。插入含Pd層的技術(shù)是例如，金屬電鍍技術(shù)中的公知的Pd插入層，用于勢(shì)壘金屬層的材料是Si基電子裝置的Al布線技術(shù)和Ag布線技術(shù)中所公知的。
為了保護(hù)直接與p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18接觸且不能抵抗熱應(yīng)力的p側(cè)電極19，示出了比如Ti、W、Cr或其合金這樣的高熔點(diǎn)金屬或者高熔點(diǎn)金屬的氮化物作為保護(hù)層進(jìn)行層壓的例子。這個(gè)保護(hù)層可以用作直接與p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18接觸的電極。由于良好的應(yīng)力耐久性和粘合加強(qiáng)性，保護(hù)層不僅可以應(yīng)用到p側(cè)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層18的側(cè)面，而且尤其可以用作與n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15接觸的n側(cè)電極21，以替代傳統(tǒng)采用的Ti/Pt/Au電極或者用作第一層n側(cè)電極。對(duì)于利用粘合加強(qiáng)性的方法來(lái)說(shuō)，可以采用襯底層壓技術(shù)而不管p側(cè)或n側(cè)，以加強(qiáng)金屬-金屬的接合或者金屬-絕緣的接合。施加應(yīng)力耐久性和粘合加強(qiáng)性的特定實(shí)例包括，由單層金屬膜或多層金屬膜形成的p側(cè)電極19的最上部表面由Au制成，由Ti、W、Cr或其合金制成的高熔點(diǎn)金屬膜或者剛剛提及金屬的氮化物膜形成在導(dǎo)電支撐襯底上，其上形成有Au膜并且這個(gè)Au膜與p側(cè)電極19接合。
具體來(lái)說(shuō)，第二十八實(shí)施方式中，如圖62A所示，在形成p側(cè)電極19之后，通過(guò)提升法(lift method)等形成Ni膜41以用其覆蓋p側(cè)電極19。接下來(lái)，雖然未示出，但是例如，形成Pd膜以覆蓋Ni膜41，形成金屬氮化物膜，如TiN、WN、TiWN、CrN等膜以覆蓋Pd膜，隨后如果如果需要，進(jìn)一步形成Ti、W、Mo、Cr或其合金膜以覆蓋Pd膜?？商鎿Q地，可以形成Pd膜以覆蓋p側(cè)電極19，而不形成Ni膜41，隨后如果需要的話，形成TiN、WN、TiWN、CrN等膜以覆蓋Pd膜，進(jìn)一步形成Ti、W、Mo、Cr或其合金膜以覆蓋氮化物膜。
接下來(lái)，如圖62B所示，通過(guò)光刻形成給定形式的抗蝕圖案42以覆蓋Ni膜41和Pd膜。
如圖62C所示，例如，利用抗蝕圖案42作為掩膜通過(guò)RIE法進(jìn)行蝕刻，以形成梯形截面的凸臺(tái)部20。凸臺(tái)部20的斜面和襯底11的主表面之間形成的夾角為，例如35度。如果需要，在凸臺(tái)部20的斜面上形成λ/c絕緣膜(λ是發(fā)射波長(zhǎng))。
如圖62D所示，n側(cè)電極21形成在n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層15上。
接下來(lái)，如圖62E所示，SiO2膜43形成在襯底的整個(gè)表面上作為鈍化膜。在考慮工藝應(yīng)用中對(duì)于底層的粘合性、耐久性和抗蝕性的情況下，可以采用SiN膜或SiON替代SiO2膜。
如圖62F所示，SiO2膜43通過(guò)背側(cè)蝕刻減薄，隨后形成Al膜44作為凸臺(tái)部20的斜面上SiO2膜43上的反射膜。提供這個(gè)Al膜44以將從有源層17產(chǎn)生的光向襯底11的側(cè)面反射，以提高光提取效率。Al膜44形成與n側(cè)電極21在其一端接觸。這是為了通過(guò)不允許在Al膜44和n側(cè)電極21之間產(chǎn)生空間而增加光反射。之后，再次形成SiO2膜43以為鈍化膜提供足夠的厚度。
接下來(lái)，如圖62G所示，通過(guò)蝕刻移除Ni膜41和n側(cè)電極21上方部分的SiO2膜43以形成開(kāi)口45、46，從而暴露位于這些部分的Ni膜41和n側(cè)電極21。
接下來(lái)，如圖62H所示，焊盤(pán)電極47形成在開(kāi)口45處的Ni膜41上，焊盤(pán)電極48也形成在開(kāi)口46處的n側(cè)電極21上。
如圖62I所示，凸塊掩膜材料49形成在整個(gè)襯底表面的上方，隨后通過(guò)蝕刻移除焊盤(pán)電極48上方部分的凸塊掩膜材料49以形成開(kāi)口50，暴露這個(gè)部分的焊盤(pán)電極48。
如圖62J所示，凸塊掩膜材料49被用于在焊盤(pán)電極48上形成Au凸塊51。接下來(lái)，移除凸塊掩膜材料49。再次在整個(gè)襯底表面上方形成凸塊掩膜材料(未示出)之后，通過(guò)蝕刻移除焊盤(pán)電極47上方部分的凸塊掩膜材料以形成開(kāi)口，從而允許焊盤(pán)電極47在這個(gè)部分被暴露。之后，在焊盤(pán)電極47上形成Au凸塊52。
如果需要，從其背側(cè)將襯底11拋光或者研磨以減小其厚度，襯底11上以上述的方式形成有發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。接著對(duì)襯底11劃線以形成條。進(jìn)一步對(duì)條劃線以形成芯片。
注意，圖62A到62J所示的電極層壓結(jié)構(gòu)只是舉例，尤其是各電極層形成為多層時(shí)，需要提高由Ag電極制成的p側(cè)電極19和其它金屬層之間的粘合性、應(yīng)力耐久性和抗裂紋性能，從而在考慮抑制因隨裝置溫度升高由各金屬層的熱膨脹系數(shù)差別引起的應(yīng)力并且抑制相鄰金屬層之間的擴(kuò)散的同時(shí)，通過(guò)維持比如Ag電極的性質(zhì)而得到低接觸電阻以及允許高反射性。因此，如果需要，應(yīng)該采用上述用于Si基電子裝置的這種Al布線技術(shù)。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第二十九實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第二十九實(shí)施方式中，利用除根據(jù)第一實(shí)施方式的方法而得到的藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管之外的單獨(dú)提供的紅色發(fā)光二極管(例如，AlGaInP發(fā)光二極管)，對(duì)發(fā)光二極管背光的制造進(jìn)行描述。
以與第一實(shí)施方式同樣的方式，藍(lán)色發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)形成在襯底11上，凸塊(未示出)分別形成在p側(cè)電極19和n側(cè)電極21上，隨后通過(guò)切片(chipping)得到倒裝片形式的藍(lán)色發(fā)光二極管。相似地，得到倒裝片形式的綠色發(fā)光二極管。另一方面，形成紅色發(fā)光二極管，使得AlGaInP半導(dǎo)體堆疊在n型GaAs襯底上以提供二極管結(jié)構(gòu)，其上形成有p側(cè)電極以提供芯片形式的AlGaInP發(fā)光二極管。
這些紅色發(fā)光二極管芯片、綠色發(fā)光二極管芯片和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片分別安裝在比如AlN這樣的底座上。例如，這些底座以底座翻轉(zhuǎn)的方式安裝在比如Al襯底這樣的襯底上。具體如圖63A所示。圖63A中，61表示的是襯底，62表示的是底座，63表示的是紅色發(fā)二極管芯片，64表示的是綠色發(fā)光二極管芯片，65表示的是藍(lán)色發(fā)光二極管芯片。這些紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65每個(gè)都具有例如，350μm×350μm的芯片尺寸。安裝紅色發(fā)光二極管芯片63使得n側(cè)電極位于底座62上，安裝綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65使得p側(cè)電極和n側(cè)電極分別通過(guò)凸塊位于底座62上。其上安裝有紅色發(fā)光二極管芯片63的底座62具有形成為給定圖案的n側(cè)電極的提取電極(未示出)。紅色發(fā)光二極管芯片63的n側(cè)電極側(cè)安裝在提取電極的位置。引線67被接合，用于在紅色發(fā)光二極管芯片63的p側(cè)電極和在襯底61上形成的給定焊盤(pán)電極66之間形成連接，且引線(未示出)被接合，用于在提取電極的一端和在襯底61上形成的另一焊盤(pán)電極之間形成連接。其上安裝有綠色發(fā)光二極管芯片64的底座62上分別形成有給定圖案的p側(cè)電極的提取電極和n側(cè)電極的提取電極(兩個(gè)都未示出)。綠色發(fā)光二極管芯片64的p側(cè)電極和n側(cè)電極分別通過(guò)凸塊安裝在p側(cè)電極的提取電極和n側(cè)電極的提取電極的給定位置上。引線(未示出)被接合，用于在綠色發(fā)光二極管芯片64的p側(cè)電極的提取電極一端和設(shè)置在襯底61上的焊盤(pán)電極之間形成連接，且引線(未示出)被接合，用于在n側(cè)電極的提取電極一端和設(shè)置在襯底61上的焊盤(pán)電極之間形成連接。這適用于藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65。
注意，底座62可以省去，其中紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65直接安裝在可選類型的具有散熱特性的印刷電路板上，或者具有印刷電路板功能的板或殼體的內(nèi)壁或外壁上。這使得發(fā)光二極管背光或面板整體上成本降低。
上述的這種紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65作為單位(單元)設(shè)置，所需數(shù)量的單元以給定圖案排列在襯底61上。排列的例子如圖64所示。接下來(lái)，如圖63B所示，用透明樹(shù)脂68進(jìn)行密封以用其覆蓋單元。之后，固化透明樹(shù)脂68。透明樹(shù)脂68通過(guò)固化而凝固并且隨著凝固稍微收縮(圖63C)。這樣，如圖65所示，能夠得到發(fā)光二極管背光，其中由紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65制成的每個(gè)單元都在襯底61上排列成陣列。這種情況下，透明樹(shù)脂68與綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65的襯底11的背側(cè)接觸，使得折射率的差別小于襯底11的背側(cè)與空氣直接接觸的情況。這使得在襯底11的背側(cè)，從襯底11穿過(guò)到外部的光的反射率降低，從而提高光提取效率并因此提高發(fā)光效率。
這種發(fā)光二極管背光適用于例如液晶板的背光。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三十實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第三十實(shí)施方式中，所需數(shù)量的紅色發(fā)光二極管芯片63，綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65排列成給定圖案，如第二十九實(shí)施方式。之后，如圖66所示，用適用于紅色發(fā)光二極管芯片63的透明樹(shù)脂69進(jìn)行密封以用其覆蓋該發(fā)光二極管芯片63。同樣，用適用于綠色發(fā)光二極管芯片64的透明樹(shù)脂70進(jìn)行密封以用其覆蓋該發(fā)光二極管芯片64。用適用于藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65的透明樹(shù)脂71進(jìn)行密封以用其覆蓋該藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65。之后，分別使透明樹(shù)脂69到71固化。樹(shù)脂69到71經(jīng)固化而凝固并且隨著凝固稍微收縮。這樣，由紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65制成的每個(gè)單元都在襯底61上排列成陣列，從而得到發(fā)光二極管背光。這種情況下，透明樹(shù)脂70，71與綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65的襯底11的背側(cè)接觸，使得折射率的差別小于襯底11的背側(cè)與空氣直接接觸的情況。這使得在襯底11的背側(cè)，穿過(guò)到襯底11到外部的光的反射率降低，從而提高光提取效率并因此提高發(fā)光效率。
這種發(fā)光二極管背光適用于例如液晶板的背光。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三十一實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第三十一實(shí)施方式中，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)根據(jù)第一實(shí)施方式的方法形成在襯底11上，p側(cè)電極19和n側(cè)電極21分別形成為條形。凸塊(未示出)分別形成在p側(cè)電極19和n側(cè)電極21上，隨后對(duì)襯底劃線以提供具有給定尺寸的四邊形片。這樣，就得到具有條形發(fā)光單元的集成發(fā)光二極管。這種情況下，n側(cè)電極21形成為包圍條形凸臺(tái)部20。如圖68所示，該集成發(fā)光二極管安裝在由AlN等制成的底座72上。這種情況下，底座72上分別以給定圖案形成有p側(cè)電極的提取電極和n側(cè)電極的提取電極(二者未示出)，其上形成有焊料73、74。集成發(fā)光二極管的p側(cè)電極19和n側(cè)電極21分別排列在焊料73和74上，之后為接合而使焊料73，74熔化。
各發(fā)光二極管可以提供有保護(hù)電路，用于在不阻礙光提取的位置的過(guò)電流(例如，(反向并聯(lián))并聯(lián)連接的齊納二極管)的過(guò)電流保護(hù)的目的。
接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的第三十二實(shí)施方式進(jìn)行描述。
第三十二實(shí)施方式中，對(duì)光源電池單元的制造進(jìn)行描述，其除了根據(jù)第一實(shí)施方式的方法得到的藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管之外，還利用了單獨(dú)設(shè)置的紅色發(fā)光二極管。
如圖69A所示，第三十二實(shí)施方式中，所需數(shù)量的單元75以給定圖案排列在印刷電路板76上，如第二十九實(shí)施方式，每個(gè)單元75至少包含紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65每種中的一個(gè)并且以給定圖案排列。這種情況下，單個(gè)單元75包含一個(gè)紅色發(fā)光二極管芯片63、一個(gè)綠色發(fā)光二極管芯片64和一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65，它們排列在規(guī)則三角形的頂點(diǎn)。圖69B示出了放大的單元75。每個(gè)單元75中紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65之間的間隔a為例如4mm，雖然不限于這個(gè)值。單元75之間的間隔b為例如30mm，雖然不限于這個(gè)值。對(duì)于印刷電路板76，可以使用例如，F(xiàn)R4(阻燃型4的縮寫(xiě))襯底、金屬芯襯底、柔性印刷電路板等，雖然不限于這些。這是因?yàn)槠渌∷㈦娐钒逡部梢圆捎?，只要它們是具有散熱性能的印刷電路板。如第二十九?shí)施方式，用透明樹(shù)脂進(jìn)行密封以用其覆蓋每個(gè)單元76?？商鎿Q地，如第三十實(shí)施方式，可以用透明樹(shù)脂69實(shí)現(xiàn)密封以覆蓋紅色發(fā)光二極管芯片63，可以用透明樹(shù)脂70進(jìn)行密封以覆蓋綠色發(fā)光二極管芯片64，可以用透明樹(shù)脂71進(jìn)行密封以覆蓋藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65。這樣，由紅色發(fā)光二極管芯片63、綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65構(gòu)成的每個(gè)單元75都排列在印刷電路板76上，從而得到光源電池單元。
印刷電路板76中單元75排列的具體例子分別在圖70和71中示出，雖然不限于這些。圖70所示的例子是，單元75排列成4×3的二維陣列，圖71所示的例子是，單元75排列成6×2的二維陣列。
圖72示出了單元75的其它排列。這種情況下，每個(gè)單元75包含一個(gè)紅色發(fā)光二極管芯片63、兩個(gè)綠色發(fā)光二極管芯片64和一個(gè)藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65，它們排列在例如，正方形的頂點(diǎn)。兩個(gè)綠色發(fā)光二極管芯片64位于正方形一個(gè)對(duì)角線的相對(duì)端的頂點(diǎn)，紅色發(fā)光二極管芯片63和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65位于另一對(duì)角線的相對(duì)端的頂點(diǎn)。
如果這個(gè)光源電池單元單獨(dú)或多個(gè)排列，那么能夠得到，例如，適用作液晶板背光的發(fā)光二極管背光。
對(duì)于如圖7到11，尤其是圖11所示的單元75的紅色發(fā)光二極管芯片63，綠色發(fā)光二極管芯片64和藍(lán)色發(fā)光二極管芯片65來(lái)說(shuō)，由于對(duì)于p側(cè)電極19和n側(cè)電極21的布線雙層布線技術(shù)，其可以安裝在印刷電路板76上，或者通過(guò)底座安裝在印刷電路板76上。
注意，雖然一般來(lái)說(shuō)，印刷電路板76上的焊盤(pán)電極部分和布線部分常規(guī)由Au形成，但是其全部或部分可以由比如Ti、W、Cr或其合金這樣具有良好耐久性和粘合加強(qiáng)性的高熔點(diǎn)金屬，或者其上形成有Au的金屬氮化物形成。這些材料可以通過(guò)，例如，電鍍、無(wú)電鍍、真空沉積(快速沉積flashdesposition)、濺射法等形成?？商鎿Q地，焊盤(pán)電極部分或布線部分由其上形成有上述這種材料的Au形成。還可替換地，焊盤(pán)電極部分或布線部分可以由比如Ti、W、Cr或其合金這樣的高熔點(diǎn)金屬形成，接著被氮化并且再次在其上形成比如Ti、W、Cr或其合金這樣的高熔點(diǎn)金屬層，使得表面恢復(fù)到氮化之前的狀態(tài)。之后，發(fā)光二極管芯片63到65從TiW電極或Au電極側(cè)被管芯鍵合，如果需要，通過(guò)由Ti、W、Cr、Au等制成的單層膜粘合。
當(dāng)安裝連接到安裝在印刷電路板76，基極開(kāi)路(based open)的晶體管器件(電路)，觸發(fā)二極管器件(電路)，負(fù)電阻器件(電路)等上的發(fā)光二極管芯片63到65的保護(hù)芯片(電路)時(shí)，可以采用比如上述采用比如Ti、W、Cr或其合金或者金屬氮化物這樣的電極結(jié)構(gòu)，從而提高光源電池單元的在粘附強(qiáng)度，熱應(yīng)力耐久性等方面的可靠性。
印刷電路板76除由密封形成的透明樹(shù)脂68到79之外的部分可以最后用抗蝕劑厚地涂覆，該抗蝕劑盡可能白，使得來(lái)自發(fā)光二極管芯片63到65的光因被印刷電路板76吸收而得到抑制。
雖然已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明不應(yīng)該解釋為限于這些實(shí)施方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行多種變形和替換。
例如，在第一到第三十二實(shí)施方式中指出的數(shù)量值、材料類型、結(jié)構(gòu)、形狀、襯底類型、原材料、突起部12和凹入部13的工藝和定位都只是舉例。如果需要，可以采用不同于上面的數(shù)量值、材料、結(jié)構(gòu)、形狀、襯底、原材料和工藝。
具體來(lái)說(shuō)，例如，在第一到第三十二實(shí)施方式中，p型層和n型層可以相對(duì)于導(dǎo)體類型而顛倒。
如果需要，可以將第一到第三十二實(shí)施方式中的兩個(gè)或多個(gè)組合。
注意，在光提取面或光反射面上具有圖案化的刻痕表面結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管包括圖73到76所示的這些。
在圖73所示的發(fā)光二極管中，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層82、n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層83、有源層84、p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層85和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86順序生長(zhǎng)在襯底81上。之后，對(duì)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層83、有源層84、p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層85和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86進(jìn)行蝕刻以形成凸臺(tái)部87。對(duì)p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86進(jìn)行表面刻痕并且使p側(cè)電極88掩埋在凹入部中。n側(cè)電極89形成在與凸臺(tái)部87相鄰部分的n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層82上。采用這個(gè)發(fā)光二極管，光可以從襯底81側(cè)提取或者從p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86側(cè)提取。對(duì)于襯底81，可以采用比如襯底11這樣的襯底。
在圖74所示的發(fā)光二極管中，除了反射膜90形成在襯底81的背側(cè)之外，采用圖73所示的這種結(jié)構(gòu)。這種反射膜90允許從有源層84發(fā)出的光向p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86側(cè)反射，使得光可能從p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86側(cè)被提取到外部。
在圖75所示的發(fā)光二極管中，除了反射膜90形成在p側(cè)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86的背側(cè)之外，采用圖73所示的這種結(jié)構(gòu)。這種反射膜90允許從有源層84發(fā)出的光向襯底11側(cè)反射，因此光可能從襯底11側(cè)被提取到外部。
在圖76所示的發(fā)光二極管中，n型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層83、有源層84和p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層85在襯底81上外延生長(zhǎng)之后，在其上形成突起部91，隨后以第一實(shí)施方式同樣的方式生長(zhǎng)p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86。突起部91與突起部12相同。
注意，圖76中，反射電極可以形成在與突起部91接觸的p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層86上?？商鎿Q地，不考慮光學(xué)透明或反射的突起部91的材料，p型氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層24的厚度可以被適當(dāng)調(diào)整，例如，到λ/4，其上形成與突起部91接觸的反射電極，隨后進(jìn)一步形成p側(cè)電極。這允許一種結(jié)構(gòu)，其中從任意方向在有源層84上產(chǎn)生的光以高反射率從襯底81反射，同時(shí)確保發(fā)光二極管工作時(shí)從p側(cè)電極的好的電流通過(guò)。
本發(fā)明包含于2005年9月22日在日本專利局提出的日本專利申請(qǐng)JP2005-275504和2006年10月8日在日本專利局提出的日本專利申請(qǐng)JP2006-215342相關(guān)的主題，在此結(jié)合其全部?jī)?nèi)容用作參考。
權(quán)利要求
1.一種制造發(fā)光二極管的方法，其包括下列步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底并且在形成三角形截面的狀態(tài)下在所述襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中，突起部由與所述襯底不同類型的材料制成，凹入部的底表面為三角形的底；在所述襯底上從所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上順序生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)過(guò)程中，當(dāng)在形成三角形截面的狀態(tài)下，從與垂直于一個(gè)主表面方向的所述凹形的底表面的界面所產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的斜面或其附近時(shí)，位錯(cuò)以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述突起部具有0.3μm或以上的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述突起部具有相對(duì)于該一個(gè)主表面傾斜的側(cè)面并且該側(cè)面和該一個(gè)主表面之間形成的夾角θ為100°＜θ＜160°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述凹入部具有倒梯形截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5方法，其中當(dāng)凹入部的深度為d，凹入部的底表面寬度為Wg，在三角形截面的狀態(tài)下所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的斜面與該一個(gè)主表面之間形成的夾角為α?xí)r，建立2d≥Wgtanα的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該一個(gè)主表面具有交替的突起部和凹入部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中突起部具有六邊形平面形狀，以梳子形式呈二維排列，并且形成凹入部以圍繞各個(gè)突起部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述突起部由介電材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述突起部的反射率具有低于所述襯底的反射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)之后，所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的突起部上部和/或凹入部上部的至少部分被移除，所述第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的左側(cè)部分上橫向生長(zhǎng)，所述有源層和所述第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層順序生長(zhǎng)在所述第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)之后，所述第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的突起部上部和/或凹入部上部的至少部分被移除，第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的左側(cè)部分上橫向生長(zhǎng)，所述第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、所述有源層和所述第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層順序生長(zhǎng)在所述第五氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上。
13.一種發(fā)光二極管，包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在所述第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在所述第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
14.一種用于制造集成發(fā)光二極管的方法，其中集成了多個(gè)發(fā)光二極管，該方法包括步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底并且在形成三角形截面的狀態(tài)下在所述襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中，每個(gè)突起部由與所述襯底不同類型的材料制成，凹入部的底表面為三角形的底；在所述襯底上從第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層；以及在所述第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上順序生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
15.一種集成發(fā)光二極管，其中集成了多個(gè)發(fā)光二極管，多個(gè)發(fā)光二極管的至少之一包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近，并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
16.一種生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的方法，其包括下列步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底并且在形成三角形截面的狀態(tài)下在所述襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其中每個(gè)突起部由與所述襯底不同類型的材料制成，凹入部的底表面為三角形的底；以及在所述襯底上從第一氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)第二氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層。
17.一種生長(zhǎng)氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層的襯底，其包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中每個(gè)突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在所述襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，其中，在所述第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
18.一種光源電池單元，其包括，位于印刷線路板上的多個(gè)單元，每個(gè)單元包含紅色發(fā)光二極管，綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管每種中的至少一個(gè)，從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管中所選的至少一個(gè)發(fā)光二極管包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在所述襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在所述第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在所述第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
19.一種發(fā)光二極管背光，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管，從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管中所選的至少一種類型發(fā)光二極管包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不用在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
20.一種發(fā)光二極管照明裝置，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管，從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管中所選的至少一種類型發(fā)光二極管包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
21.一種發(fā)光二極管顯示器，其中排列了每種都有多個(gè)的紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管，從紅色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管和藍(lán)色發(fā)光二極管中所選的至少一種類型發(fā)光二極管包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中，突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
22.一種具有一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管的電子裝置，至少一個(gè)發(fā)光二極管包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其生長(zhǎng)在該襯底上而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間，以及第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層，其形成在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層上，其中，在第六氮化物基III-V族化合物半導(dǎo)體層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面上產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
23.一種制造電子裝置的方法，包括下列步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底并且在形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一層，突起部由與所述襯底不同類型的材料制成，凹入部的底表面為三角形的底；以及在所述襯底上從所述第一層橫向生長(zhǎng)第二層。
24.一種電子裝置，包括襯底，在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部，其中突起部由與襯底不同類型的材料制成；在所述襯底上生長(zhǎng)而不在襯底的每個(gè)凹入部中形成空間的第三層，其中在第三層中，從沿該一個(gè)主表面的垂直方向的凹入部的底表面的界面產(chǎn)生的位錯(cuò)到達(dá)利用凹入部的底表面作底的三角形的斜面或其附近并且在那里以平行于該一個(gè)主表面的方向彎曲。
全文摘要
一種制造發(fā)光二極管的方法，其包括步驟提供在其一個(gè)主表面上具有多個(gè)突起部的襯底并且在形成三角形截面的狀態(tài)下在襯底的每個(gè)凹入部上生長(zhǎng)第一氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層，突起部由與襯底不同類型的材料制成，凹入部的底表面為三角形的底；在襯底上從第一氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層橫向生長(zhǎng)第二氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層；以及在第二氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層上順序生長(zhǎng)第一導(dǎo)電型的第三氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二導(dǎo)電型的第四氮化物基III－V族化合物半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L33/62GK1992359SQ20061006404
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月22日
發(fā)明者大前曉, 鹽見(jiàn)治典, 風(fēng)田川統(tǒng)之, 網(wǎng)隆明, 宮嵨孝夫, 平松雄司, 畑田出穗, 岡野展賢, 冨谷茂隆, 簗嵨克典, 日野智公, 成井啟修 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社