在本發(fā)明專利技術(shù)的一些實施例中，器件包括襯底和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。襯底包括：波長轉(zhuǎn)換元件（30），波長轉(zhuǎn)換元件（30）包括設(shè)置于透明材料中的波長轉(zhuǎn)換材料；包括III-氮化物材料將在其上成核的材料的種子層（34）；以及設(shè)置于波長轉(zhuǎn)換元件和種子層之間的接合層（32）。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于n型區(qū)域和p型區(qū)域之間的III-氮化物發(fā)光層并生長于種子層上。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種生長于波長轉(zhuǎn)換復(fù)合襯底上的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
技術(shù)介紹
半導(dǎo)體發(fā)光器件是當(dāng)前可用的最有效率的光源之一，包括發(fā)光二極管(LED)、諧振腔發(fā)光二極管(RCLED )、垂直腔激光二極管(VCSEL)和邊發(fā)射激光器。制造能夠在可見光譜工作的高亮度發(fā)光器件時當(dāng)前感興趣的材料系統(tǒng)包括πι-v族半導(dǎo)體，尤其是鎵、鋁、銦和氮的二元、三元和四元合金，也稱為III-氮化物材料。典型地，通過金屬有機化學(xué)氣相淀積(M0CVD)、分子束外延(MBE)或其他外延技術(shù)在藍寶石、碳化硅、III-氮化物或其他適當(dāng)襯底上外延生長成分和摻雜劑濃度不同的半導(dǎo)體層的疊層，從而制造III-氮化物發(fā)光器件。疊層常常包括形成于襯底上，摻雜有例如Si的一個或多個η型層，形成于η型層上有源區(qū) 中的一個或多個發(fā)光層，以及形成于有源區(qū)上，摻雜有例如Mg的一個或多個P型層。在η和P型區(qū)域上形成電接觸。圖I示出了在US 7514721中更詳細(xì)描述的LED，在此通過引用將其并入本文。“在成核結(jié)構(gòu)58和發(fā)光陶瓷之間的界面處，直接通過晶片接合或通過中間接合層(未示出)，通過接合體56將發(fā)光陶瓷52接合到成核結(jié)構(gòu)58。如果使用接合層，接合層的折射率優(yōu)選介于接合層施加于其上的III-氮化物層和發(fā)光陶瓷的折射率之間，但可以使用折射率更低的接合層。然后在成核結(jié)構(gòu)上生長設(shè)置于η型區(qū)域10和P型區(qū)域12之間包括發(fā)光區(qū)域14的外延層?！痹讦呛蚉型區(qū)域10和12上形成η和P接觸18和20。
技術(shù)實現(xiàn)思路
在本專利技術(shù)的一些實施例中，一種器件包括襯底和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。襯底包括波長轉(zhuǎn)換元件，波長轉(zhuǎn)換元件包括設(shè)置于透明材料中的波長轉(zhuǎn)換材料；包括III-氮化物材料將在其上成核的材料的種子層；以及設(shè)置于波長轉(zhuǎn)換元件和種子層之間的接合層。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括設(shè)置于η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III-氮化物發(fā)光層并生長于種子層上。在本專利技術(shù)的一些實施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)生長于襯底上，該襯底包括波長轉(zhuǎn)換元件，包括III-氮化物材料將在其上成核的材料的種子層，以及設(shè)置于波長轉(zhuǎn)換元件和種子層之間的二向色濾光片。在本專利技術(shù)的一些實施例中，一種器件包括襯底、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和散射結(jié)構(gòu)。襯底包括波長轉(zhuǎn)換元件；包括III-氮化物材料將在其上成核的材料的種子層；以及設(shè)置于波長轉(zhuǎn)換元件和種子層之間的接合層。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)生長于種子層上，包括設(shè)置于η型區(qū)域和P型區(qū)域之間的III-氮化物發(fā)光層。散射結(jié)構(gòu)被配置成散射由III-氮化物發(fā)光層和波長轉(zhuǎn)換元件中的至少一個發(fā)射的光。附圖說明圖I示出了生長于附著于發(fā)光陶瓷的成核結(jié)構(gòu)上的現(xiàn)有技術(shù)III-氮化物L(fēng)ED。圖2示出了包括接合到波長轉(zhuǎn)換元件的種子層的復(fù)合襯底。圖3示出了生長于包括波長轉(zhuǎn)換元件的復(fù)合襯底上的器件。圖4示出了包括粗糙P型區(qū)域和透明導(dǎo)電金屬氧化物的器件的一部分。圖5示出了包括隧道結(jié)和粗糙η型區(qū)域的器件的一部分。圖6示出了包括設(shè)置于復(fù)合襯底上的圖案化非III-氮化物層的器件的一部分，復(fù)合襯底包括波長轉(zhuǎn)換元件。圖7示出了包括設(shè)置于η型區(qū)域之內(nèi)的圖案化非III-氮化物層的器件的一部分。圖8是針對二向色濾光片一個范例作為波長函數(shù)的反射率圖示，二向色濾光片可 以設(shè)置于襯底中的種子層和波長轉(zhuǎn)換元件之間。圖9示出了生長于包括兩個波長轉(zhuǎn)換元件的復(fù)合襯底上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。具體實施例方式在本專利技術(shù)的實施例中，在波長轉(zhuǎn)換復(fù)合襯底上生長III-氮化物發(fā)光器件，波長轉(zhuǎn)換復(fù)合襯底包括接合到波長轉(zhuǎn)換元件的種子層。盡管在下面的范例中，半導(dǎo)體發(fā)光器件是發(fā)射藍色或紫外光的III-氮化物L(fēng)ED，但可以使用除LED之外的半導(dǎo)體發(fā)光器件，例如由其他材料系統(tǒng)制造的激光二極管和半導(dǎo)體發(fā)光器件，其他材料系統(tǒng)例如是其他III-V材料、III-磷化物、III-砷化物、II-VI材料或Si基材料。圖2示出了根據(jù)本專利技術(shù)實施例的波長轉(zhuǎn)換襯底。將波長轉(zhuǎn)換元件30接合到種子層34。可以將種子層34直接接合到波長轉(zhuǎn)換元件30，或者可以在種子層34和波長轉(zhuǎn)換元件30之間設(shè)置任選的接合層32，例如SiOx、SiO2、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、SiNx, Si3N4,HfO2、其混合物，金屬，例如Mo、Ti、TiN、其他合金和其他半導(dǎo)體或電介質(zhì)。選擇波長轉(zhuǎn)換元件30、任選的接合層32和種子層34的全部以便經(jīng)得起生長III-氮化物發(fā)光器件所需的條件，例如包括在H2環(huán)境中在至少800°C溫度下五個小時。在一些實施例中，選擇波長轉(zhuǎn)換元件30，使得在N2環(huán)境中暴露于高于800°C溫度下至少兩小時的時候，波長轉(zhuǎn)換兀件的發(fā)光性質(zhì)劣化小于20%,或更優(yōu)選劣化小于10%,發(fā)光性質(zhì)例如包括量子效率、量子效率隨時間的維持、發(fā)射光譜、吸收光譜和量子效率隨溫度的維持。在一些實施例中，選擇波長轉(zhuǎn)換元件30、任選的接合層32和種子層34以具有相當(dāng)好地匹配III-氮化物材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)。在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換元件30的CTE介于每開氏度5ppm和9ppm之間。在一些實施例中，選擇波長轉(zhuǎn)換元件30、任選的接合層32和種子層34以具有特定的折射率。例如，可以選擇折射率以從III-氮化物層向空氣中有效率地提取光。在一些實施例中，如US 7341878、US 7361938和US 7521862中更詳細(xì)所述，波長轉(zhuǎn)換元件30是例如通過燒結(jié)粉末磷光體形成的發(fā)光陶瓷，在此通過引用將這些文獻并入本文。在圖2中所示的實施例中，波長轉(zhuǎn)換元件30是設(shè)置于透明材料38中的波長轉(zhuǎn)換材料36。波長轉(zhuǎn)換材料36可以是，例如一種或多種粉末磷光體、染料、半導(dǎo)體材料或量子點。可以在透明材料或發(fā)光陶瓷中包括非波長轉(zhuǎn)換材料，例如TiOx顆粒，例如導(dǎo)致光散射或改善器件的關(guān)斷狀態(tài)白色外觀。透明材料38可以是，例如玻璃、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、石英或Si02。可以使用與包括一種或多種波長轉(zhuǎn)換材料的波長轉(zhuǎn)換襯底結(jié)合的LED生成白光或其他顏色的單色光?？梢酝ㄟ^波長轉(zhuǎn)換襯底將LED發(fā)射的全部或僅一部分光進行轉(zhuǎn)換。LED發(fā)射的未轉(zhuǎn)換光可以是最終光譜的一部分，但未必一定這樣。常見組合的范例包括發(fā)藍光LED與發(fā)黃光磷光體組合，發(fā)藍光LED與發(fā)綠光和紅光磷光體組合，發(fā)紫外光LED與發(fā)藍光和黃光磷光體組合，以及發(fā)紫外光LED與發(fā)藍光、綠光和紅光的磷光體組合?？梢蕴砑影l(fā)射其他顏色光的波長轉(zhuǎn)換材料以調(diào)節(jié)從器件發(fā)射的光的光譜?？梢栽趩蝹€波長轉(zhuǎn)換元件中混合多種波長轉(zhuǎn)換材料，形成為單個波長轉(zhuǎn)換元件中的離散層，或形成為可以接合或粘合在一起的多個波長轉(zhuǎn)換元件中的混合或離散層。在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換元件包括兩個層壓在一起的發(fā)光陶瓷板，發(fā)光陶瓷板附著于設(shè)置于透明材料中的波長轉(zhuǎn)換材料、設(shè)置于透明材料中的波長轉(zhuǎn)換材料混合物或設(shè)置于透明材料不同區(qū)域中的多種波長轉(zhuǎn)換材料。 圖9示出了具有多個波長轉(zhuǎn)移元件30a和30b的襯底22。種子層34通過接合層32附著于波長轉(zhuǎn)換元件30a。在一些實施例中，波長轉(zhuǎn)換元件30a比波長轉(zhuǎn)換元件30b距生長于種子層34上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)42更近，是發(fā)紅光的波長轉(zhuǎn)換元件。波長轉(zhuǎn)換元件30b距半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)42更遠，是發(fā)黃光或綠光的波長轉(zhuǎn)換元件?？梢栽诎雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成一個或多個反射接觸，從而可以通過波長轉(zhuǎn)換元件30a和30b從器件提取光。可以在形成襯底22之前或之后，以及生長和/或處理半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)42之前或之后，通過粘合劑連接本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：NF加德納，AJF達維達，OB施徹金，
申請(專利權(quán))人：皇家飛利浦電子股份有限公司，飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司，
類型：
國別省市：
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