基于结晶弛豫结构的固态发光器件制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制造具有多个光源的固态发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有生长表面的衬底；在所述生长表面上提供掩模层，所述掩模层具有多个开口，通过所述多个开口，暴露所述生长表面，其中，所述开口中的每一个的最大横向尺寸小于0.3μm，以及其中，所述掩模层可以包括第一掩模层部分和第二掩模层部分，所述第一掩模层部分和所述第二掩模层部分具有相同表面积并包括多个开口，其中，所述第一掩模层部分展示出所述生长表面的暴露面积与所述生长表面的未暴露面积之间的第一比率，以及其中，所述第二掩模层部分展示出所述生长表面的暴露面积与所述生长表面的未暴露面积之间的第二比率，所述第二比率与所述第一比率不同；在所述掩模层的开口的每一个中，在所述生长表面上生长基底结构；以及在所述基底结构中的每一个的表面上生长至少一个光生成量子阱层。

【技术实现步骤摘要】
基于结晶弛豫结构的固态发光器件
本专利技术涉及固态发光器件以及用于制造这种固态发光器件的方法。
技术介绍
在从传统照明系统到光通信系统的广泛的应用中使用固态发光器件，比如，发光二极管（LED）和固态激光器。特别地，基于氮化物的LED使得能够出于一般照明目的使用LED。然而，这种器件的发射效率对于高于480nm的波长显著下降。一种补偿这一点的方式是：使用蓝光发射LED，以使得通过与磷光材料的交互作用将所发射的蓝光的一部分转换为绿黄光。然而，磷光转换在从较高能量辐射至较低能量辐射的转变期间经受多种转换损耗机制，从而导致有限的转换效率，同时，发射峰形也展宽。因此，LED直接在可见光谱的绿至红部分中发射将提供显著优点，比如消除转换损耗和改进颜色可调性。例如，基于氮化镓（GaN）的光源可以适于向可见光谱的红端移位发射波长。WO2008/078297公开了一种用于制造被配置为发射光的多个波长的基于GaN的半导体发光器件的方法。这是通过从具有多个开口的掩模层形成多个柱来实现的，其中，每个柱包括布置在n型区与p型区之间的发光层。所发射的波长由柱的直径控制。
技术实现思路
考虑到上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种用于制造固态发光器件的改进方法，并且特别地，提供一种使得能够制造发射可见光谱的绿色至红色部分中的波长的器件的用于制造固态发光器件的改进方法。因此，根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于制造具有多个光源的固态发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有生长表面的衬底；在所述生长表面上提供掩模层，所述掩模层具有多个开口，通过所述多个开口，暴露所述生长表面，其中，所述开口中的每一个的最大横向尺寸小于0.3μm，以及其中，所述掩模层包括第一掩模层部分和第二掩模层部分，所述第一掩模层部分和所述第二掩模层部分具有相同表面积并包括多个开口，其中，所述第一掩模层部分展示出所述生长表面的暴露面积与所述生长表面的未暴露面积之间的第一比率，以及其中，所述第二掩模层部分展示出所述生长表面的暴露面积与所述生长表面的未暴露面积之间的第二比率，所述第二比率与所述第一比率不同；在所述掩模层的开口的每一个中，在所述生长表面上生长基底结构；以及在所述基底结构中的每一个的表面上生长至少一个光生成量子阱层。在当前上下文中，术语“固态发光器件”应当理解为基于半导体的发光器件，例如光致发光器件、LED、激光二极管或垂直腔表面发射激光器（VCSEL）。在当前上下文中，光源应当理解为在电驱动器件中通过直接发射或在无源器件中通过跟随光激励的光致发光反应来发射光的每个个体结构。光生成量子阱（QW）层是具有比周围材料更低的能带隙的材料的薄层，从而形成势阱。当电荷载流子在带隙之上复合时，生成光，并且，带隙的尺寸确定所发射的光的波长。可以在电驱动器件中通过电注入或在无源器件中通过光激励来提供电荷载流子。通过在至少部分弛豫的基底结构上生长光生成量子阱层，可以实现各材料成分，并从而在量子阱层中实现在非弛豫表面上不可能实现的带隙能量。因此，提供至少部分弛豫的基底结构促进了量子阱层的生长，其具有在非弛豫表面上不能实现的期望的发光属性。特别地，可以生长在可见光谱的红色部分中具有发射峰值的量子阱。同样地，可以生长在基底结构中堆叠的多个量子阱，以制造发光器件，例如LED、激光二极管和VCSEL。此外，限制开口尺寸以实现弛豫结构的生长还使得能够使用非晶格匹配衬底，否则，将导致在生长更大结构或连续膜时常出现的应力相关问题。本专利技术基于以下认识：可以通过控制开口的相对尺寸和分隔距离，尤其通过控制暴露的生长表面积与掩模层面积之间的比率，来控制在一定尺寸的开口中的生长表面上外延生长的基于结晶弛豫结构的光源的属性。由于至少部分弛豫的基底结构允许具有与可能在应变材料上生长的属性不同的属性的光生成量子阱层的后续生长，因此期望实现这种结晶弛豫基底结构。假设开口中的每一个的最大横向尺寸小于0.3μm，那么局部表面弛豫将减小或消除否则将由于生长表面的晶格常数与基底结构的晶格常数之间的晶格失配而引起的应力。例如多边形的最大横向尺寸是最大对角线，即，将多边形的两个不同非顺序角相连接的最大线段。用以实现弛豫基底结构的开口中每一个的最大可允许尺寸用于由材料参数（比如，杨氏模量和晶格常数）确定的所选材料组合。从量子阱发射的光的波长与量子阱厚度相关，而量子阱厚度又是在生长量子阱层时使用的生长条件的结果。由于通常以气体或蒸汽形式提供前体，因此可以假定前体在沉积期间均匀地到达公共旋转晶片配置中的晶片的整个表面。由于生长仅发生在基底结构上而不发生在掩模层表面上，因此沉积到掩模层表面上的前体材料向包含基底结构的开口迁移，在此处对量子阱生长作出贡献。因此，暴露的和未暴露的生长表面积之间的比率确定了对生长量子阱层来说可用的前体材料的量。由此，晶片的暴露了生长表面的较大比例的部分导致比在晶片的暴露了生长表面的较小比例的部分上更薄的量子阱。因此，开口的尺寸与分隔相结合则将确定相对生长速率，并由此确定在特定基底结构上生长的QW的厚度。因此，开口尺寸和分隔距离的组合是用于调节QW厚度并由此调节来自特定光源的发射颜色的强力手段。可以提供充当载体的衬底。有利地，衬底可以是使得能够接触衬底的背面的导电材料的晶片。更具体地，衬底可以包括从由以下各项构成的组中选择的材料：GaN、蓝宝石、硅、SiC、ZnO、ScN、TiN、HfN、AlN、ZrB2、HfB2、NbB2、BP、GaAs、GaP、LiGaO2、NdGaO3、LiAlO2、ScMgAlO4、石榴石和尖晶石。可以在衬底的上表面上提供生长表面，在上表面处，生长表面促进期望的弛豫基底结构的生长。在当前上下文中，有利地，生长表面可以是适于基于III-V族半导体的材料的外延生长的表面，更具体地，生长表面可以适于基于GaN的材料的外延生长。对于电驱动器件，可以使用基于GaN的n掺杂生长层。可以在生长表面上方布置掩模层，并且可以在掩模层中创建暴露生长表面的开口。有利地，掩模层可以是绝缘的，如基于SiO2的材料的情况那样。掩模层还可以是从诸如SiNx、TiO2、ZrO2或者类似氧化物、氮化物或碳化物之类的广泛的绝缘材料中选择的。基底结构的外延生长开始于暴露的生长表面，这意味着：在掩模层的表面上不发生生长。因此，掩模层中的开口限定了在何处生长基底结构。基底结构的主要目的是充当光生成量子阱层的后续生长的基底，所述光生成量子阱层可在基底结构的表面上生长为连续膜。对于电驱动固态照明器件而言，优选地，基底结构是n掺杂的。还应当注意，对于光致发光器件，并不严格要求量子阱。在光致发光器件中，基底结构可以是发光结构，尽管在这种器件中，量子阱也可以用于发光属性的附加控制。根据本专利技术的一个实施例，所述多个开口具有基本上相同的尺寸，并且相邻开口之间的距离在所述第二掩模层部分中比在所述第一掩模层部分中更大。因此，在单个晶片上可以将量子阱属性调整为在器件的不同部分中不同，同时在所述第一和第二部分中使用基本上相同的开口尺寸。不用说，可以存在在开口之间具有互不相同的距离的多于两个的掩模层部分。这提供了在相同表面上同时产生发射不同波长的光源的组合、同时能够使用最优开口尺寸以使得在期望时可以在所有开口中生长弛豫基底结构的高度灵活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造具有多个光源的固态发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有生长表面（204）的衬底（201）；在所述生长表面上提供掩模层（205），所述掩模层具有多个开口（206），通过所述多个开口（206），暴露所述生长表面（204），其中，所述开口（206）中的每一个的最大横向尺寸小于0.3 μm，以及其中，所述掩模层（205）包括第一掩模层部分（302）和第二掩模层部分（303），所述第一掩模层部分（302）和所述第二掩模层部分（303）中的每一个包括暴露所述生长表面（204）的多个开口（206），其中，所述第一掩模层部分（302）展示出所述生长表面（204）的暴露面积与所述生长表面（204）的未暴露面积之间的第一比率，以及其中，所述第二掩模层部分（303）展示出所述生长表面（204）的暴露面积与所述生长表面（204）的未暴露面积之间的第二比率，所述第二比率大于所述第一比率；在所述掩模层（205）的所述开口（206）中的每一个中，在所述生长表面（204）上生长至少部分结晶弛豫的基底结构（207）；以及在所述基底结构（207）中的每一个的表面上生长至少一个光生成量子阱层（208），其中，所述至少一个光生成量子阱层（208）对应于所述第一掩模层部分（302）的部分的厚度大于所述至少一个光生成量子阱层（208）对应于所述第二掩模层部分（303）的部分的厚度，其中，所述多个开口具有基本上相同的尺寸，以及其中，相邻开口之间的距离在所述第二掩模层部分（303）中比在所述第一掩模层部分（302）中更小，以及其中，所述多个开口（206）中的每一个开口具有多边形形状，其中，所述开口的至少一个边与所述生长表面（204）的结晶取向基本上平行地对准。...

【技术特征摘要】
2010.11.04 EP 10189976.31.一种用于制造具有多个光源的固态发光器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有生长表面（204）的衬底（201）；在所述生长表面上提供掩模层（205），所述掩模层具有多个开口（206），通过所述多个开口（206），暴露所述生长表面（204），其中，所述开口（206）中的每一个的最大横向尺寸小于0.3μm，以及其中，所述掩模层（205）包括第一掩模层部分（302）和第二掩模层部分（303），所述第一掩模层部分（302）和所述第二掩模层部分（303）中的每一个包括暴露所述生长表面（204）的多个开口（206），其中，所述第一掩模层部分（302）展示出所述生长表面（204）的暴露面积与所述生长表面（204）的未暴露面积之间的第一比率，以及其中，所述第二掩模层部分（303）展示出所述生长表面（204）的暴露面积与所述生长表面（204）的未暴露面积之间的第二比率，所述第二比率大于所述第一比率；在所述掩模层（205）的所述开口（206）中的每一个中，在所述生长表面（204）上生长至少部分结晶弛豫的基底结构（207）；以及在所述基底结构（207）中的每一个的表面上生长至少一个光生成量子阱层（208），其中，所述至少一个光生成量子阱层（208）对应于所述第一掩模层部分（302）的部分的厚度大于所述至少一个光生成量子阱层（208）对应于所述第二掩模层部分（303）的部分的厚度，其中，所述多个开口具有基本上相同的尺寸，以及其中，相邻开口之间的距离在所述第二掩模层部分（303）中比在所述第一掩模层部分（302）中更小，以及其中，所述多个开口（206）中的每一个开口具有多边形形状，其中，所述开口的至少一个边与所述生长表面（204）的结晶取向基本上平行地对准。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述开口是六边形的。3.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：在所述基底结构中的每一个的光生成量子阱层（207）上提供第一接触结构，并提供与该基底结构电接触的第二接触结构。4.根据权利要求3所述的方法，其中，提供第一接触结构的步骤包括以下步骤：在所述光生成量子阱层（208）的表面上生长电荷载流子限制层（209）；在所述电荷载流子限制层（209）的表面上提供导电层（210）；以及提供与所述导电层的接触。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述提供掩模层（205）的步骤包括以下步骤：将掩模层材料沉积在所述生长表面上；以及选择性地移除掩模层材料以形成所述开口（206）。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：AR巴肯恩德，MA维斯楚尤伦，G伊明克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL