一种器件包括：III-氮化物结构，包括：第一层（22），其中该第一层基本没有铟；在第一层上生长的第二层（26），其中该第二层是包括铟的非单晶层；以及在第二层上生长的器件层（10），该器件层包括在n型区和p型区之间设置的III-氮化物发光层。减小发光器件中的应变可以提高器件的性能。应变可以被如下定义：给定层具有与和该层相同组分的独立式材料的晶格常数对应的体晶格常数abulk以及与生长在所述结构中的该层的晶格常数对应的面内晶格常数ain-plane。层中的应变量是|（ain-plane-abulk）|/abulk。在一些实施例中，发光层中的应变小于1％。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于半导体发光器件的生长技术和器件结构。技术背景半导体发光器件包括发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(CLED)、垂直腔发光二极管(VCLED)以及边发射激光器，这些器件当前可用于最高效的光源之中。在制造能够在UV、可见光以及可能的红外光谱范围内工作的高亮度发光器件中当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，尤其是稼、铝、铟和氮的二元、三元以及四元合金，也被称为III氮化物材料。典型地，通过利用金属有机化学气相沉积(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术以在蓝宝石、碳化硅、III氮化物或者其它适合衬底上外延生长不同组分和掺杂浓度的一堆半导体层，来制作III氮化物发光器件。该堆(stack)往往包括在衬底上形成的掺杂有例如Si的一个或更多η型层、在η型层上形成的有源区中的一个或更多发光层、以及在有源区上形成的掺杂有例如Mg的一个或更多ρ型层。在η型区和ρ型区上形成电触点。这些III-氮化物材料对于其它光电子以及电子器件(比如场效应晶体管(FET)和探测器)而言也是备受关注的。
技术实现思路
在本专利技术的实施例中，包含III-氮化物器件的发光层的器件层生长在被设计用以减小器件中特别是发光层中应变(strain)的模板(template)上。这个应变可以被如下定义给定层具有与和该层相同组分的独立式材料的晶格常数对应的体(bulk)晶格常数 abulk以及与生长在结构中的该层的晶格常数对应的面内晶格常数ain-plane。层中的应变量是形成特定层的材料的面内晶格常数和器件中该层的体晶格常数之间的差除以体晶格常数。减小发光器件中的应变可以提高器件的性能。模板可以将发光层的晶格常数扩展超过可从常规生长模板获得的晶格常数的范围。在本专利技术的一些实施例中，发光层中的应变小于1%。在一些实施例中，模板包括在低温下生长的两层，即直接在衬底上生长的无铟成核(nucleation)层比如GaN以及在无铟层上生长的含铟层比如InGaN。这两层都可以是非单晶层。在一些实施例中，诸如GaN层的单晶层可以生长在成核层和含铟层之间。在一些实施例中，诸如GaN、InGaN或AlInGaN的单晶层可以生长在低温含铟层上。在一些实施例中，模板还包括多层堆或渐变(graded)区，或者通过一种包括热退火或热循环生长步骤的工艺来形成。附图说明图1是根据现有技术的器件的一部分的横截面图。图2是包括在常规低温成核层后生长的低温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图3是包括在多个低温成核层上生长的低温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图4是包括在常规低温成核层上生长的多个低温层的器件的一部分的横截面图。图5是包括不止一组低温成核层和低温hGaN层的器件的一部分的横截面图。图6是包括多个低温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图7是图6的结构在退火并生长器件层后的横截面图。图8是包括在高温GaN层后生长的低温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图9是包括在低温InGaN层后生长的高温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图10是包括在高温GaN层后生长的低温InGaN层后生长的高温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图11是包括在两个高温InGaN层之间设置的低温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图12是包括在低温InGaN层上生长的两个高温InGaN层的器件的一部分的横截面图。图13是包括通过热循环生长所生长的多个富铟层和贫铟层的器件的一部分的横截面图。图14是包括低温层和渐变组分层的器件的一部分的横截面图。图15是包括GaN成核层和厚高温GaN层的若干器件以及包括低温InGaN层和厚高温GaN层的若干器件的、作为a-晶格常数的函数的c_晶格常数的曲线图。图16是若干器件的C-晶格常数和a_晶格常数的曲线图。图17说明了诸如蓝宝石的纤锌矿结构的若干主晶面。图18说明了从其去除了生长衬底的倒装发光器件的一部分。图19是封装后的发光器件的分解图。具体实施方式半导体发光器件的性能可以通过测量外部量子效率来计量，所述外量子效率测量每向器件供给一个电子从器件中提取的光子数。当施加到常规III-氮化物发光器件上的电流密度增加时，器件的外量子效率起初增加，然后降低。当电流密度增加越过零时，外量子效率增加，在给定电流密度(例如，对于一些器件是在大约10 A/cm2)时达到峰值。当电流密度增加超过该峰值时，外量子效率起初快速下降，然后在更高电流(例如，对于一些器件是超过200 A/cm2)时该降低变慢。器件的外量子效率还随着发光区的InN组分增加以及随着发射光的波长增加而降低。—种用于在高电流密度时减小或反转量子效率下降的技术是形成较厚的发光层。 然而，由于III-氮化物器件层中的应变，厚III-氮化物发光层的生长很难。而且，为了获得较长波长的发射，引入较高InN组分是所期望的。然而，由于III-氮化物器件层中的应变，高hN组分的III-氮化物发光层的生长很难。因为自然III-氮化物生长衬底通常很昂贵、不可广泛得到并且不实用于生长商业器件，所以III-氮化物器件往往生长在蓝宝石(Al2O3)或SiC衬底上。这种非自然衬底具有与在衬底上生长的πι-氮化物器件层的体晶格常数不同的晶格常数、与器件层不同的热膨胀系数以及不同的化学及结构属性，导致器件层中的应变以及器件层和衬底之间的化学及结构失配。这种结构失配的示例能够包括例如GaN的晶体结构和GaN生长在其上的蓝宝石衬底的晶体结构之间的面内旋转。如本文所用的，“面内”晶格常数指的是器件内层的实际晶格常数，而“体”晶格常数指的是给定组分的松弛独立式材料的晶格常数。层中的应变量被定义在等式(1)中应变=ε = (ain_plane-abulk) /abulk(1)注意，应变ε在等式(1)中可以是正或者是负，即ε>0或ε<0。在无应变薄膜中， ”-。二^-，因此等式丨^中ε =O0 ε >0的薄膜被称为处于拉伸应变或者处于拉伸，而 ε <0的薄膜称为处于压缩应变或者处于压缩。拉伸应变的示例包括在无应变GaN上生长的应变AlGaN薄膜或者在无应变InGaN上生长的应变GaN薄膜。在这两种情况下，应变薄膜的体晶格常数小于该应变薄膜生长在其上的无应变层的体晶格常数，因此应变薄膜的面内晶格常数被拉长以匹配无应变层的晶格常数，得出等式(1)中ε >0，据此该薄膜被称为处于拉伸。压缩应变的示例包括在无应变GaN上生长的应变InGaN薄膜或者在无应变AlGaN 上生长的应变GaN薄膜。在这两种情况下，应变薄膜的体晶格常数大于该应变薄膜生长在其上的无应变层的体晶格常数，因此应变薄膜的面内晶格常数被压缩以匹配无应变层的晶格常数，得出等式(1)中ε <0，据此该薄膜被称为处于压缩。在拉伸薄膜中，应变使得原子彼此拉开以便增加面内晶格常数。这种拉伸应变往往是不期望的，因为薄膜可能通过破裂而对拉伸应变做出响应，这就降低了薄膜中的应变但是损坏了薄膜的结构和电学完整性。在压缩薄膜中，应变使得原子挤到一起，这种后果例如会降低诸如铟的大原子到InGaN薄膜中的引入，或者会降低InGaN LED中InGaN有源层的材料质量。在许多情况下，拉伸应变和压缩应变都是不期望的，因而降本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：PN格里洛特，NF加德纳，WK戈茨，LT罗马诺，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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