Dispositivo emisor de luz de nitruro III con capa emisora de luz de deformación reducida.

Dispositivo que comprende:

una estructura semiconductora de nitruro III que comprende:

una capa (12, 17) emisora de luz dispuesta entre una región (11, 14) de tipo n y una región (13, 18) de tipo p;

y una superficie de contacto texturizada en la región de tipo n situada entre una capa (11, 14) de dispositivo de contacto n y la capa (12, 17) emisora de luz, comprendiendo la superficie de contacto texturizada características formadas de manera litográfica y configuradas de manera que la capa emisora de luz tiene una constante reticular en el plano a2 que es mayor que una constante reticular en el plano a1 de la región de tipo n, estando la superficie texturizada dispuesta a como máximo 1000 angstroms de la capa emisora de luz.

Dispositivo emisor de luz de nitruro III con capa emisora de luz de deformación reducida La presente invención se refiere a técnicas de crecimiento y a estructuras de dispositivos para dispositivos emisores de luz semiconductores.

Los dispositivos emisores de luz semiconductores, incluyendo diodos emisores de luz (LED) , diodos emisores de luz de cavidad resonante (RCLED) , diodos láser de cavidad vertical (VCSEL) y láseres de emisión de borde, están entre las fuentes luminosas más eficientes disponibles actualmente. Los sistemas de materiales de interés actualmente en la fabricación de dispositivos emisores de luz de alto brillo que pueden funcionar a lo largo del espectro visible incluyen semiconductores de los grupos III-V, particularmente aleaciones binarias, ternarias y cuaternarias de galio, aluminio, indio y nitrógeno, también denominados materiales de nitruro III. Normalmente, los dispositivos emisores de luz de nitruro III se fabrican haciendo crecer de manera epitaxial una pila de capas semiconductoras de diferentes composiciones y concentraciones de dopante sobre un sustrato adecuado mediante deposición química organometálica en fase de vapor (MOCVD) , epitaxia por haces moleculares (MBE) u otras técnicas epitaxiales. La pila incluye con frecuencia una o más capas de tipo n dopadas con, por ejemplo, Si, formadas sobre el sustrato, una región activa o emisora de luz formada sobre la capa o capas de tipo n, y una o más capas de tipo p dopadas con, por ejemplo, Mg, formadas sobre la región activa. Los dispositivos de nitruro III formados sobre sustratos conductores pueden tener los contactos p y n formados en lados opuestos del dispositivo. Con frecuencia, los dispositivos de nitruro III se fabrican sobre sustratos aislantes con ambos contactos en el mismo lado del dispositivo.

En realizaciones de la invención, un dispositivo emisor de luz de nitruro III incluye una capa de deformación atenuada diseñada para reducir la deformación en el dispositivo, en particular en la capa emisora de luz. La reducción de la deformación en el dispositivo emisor de luz puede mejorar el rendimiento del dispositivo. La superficie sobre la que se hace crecer la capa de deformación atenuada está configurada de manera que la capa de deformación atenuada crece sólo sobre partes de la superficie, proporcionando espacio para que la capa de deformación atenuada se expanda de manera lateral y al menos se relaje parcialmente. En algunas realizaciones de la invención, la capa de deformación atenuada se hace crecer sobre una capa semiconductora texturizada o una capa de máscara. En algunas realizaciones de la invención, la capa de deformación atenuada es un grupo de postes de material semiconductor.

La figura 1 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz con una capa emisora de luz de deformación atenuada tal como se ha hecho crecer sobre una capa texturizada.

La figura 2 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz con una capa emisora de luz tal como se ha hecho crecer sobre una capa de deformación atenuada tal como se ha hecho crecer sobre una capa texturizada.

La figura 3 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz con una capa emisora de luz tal como se ha hecho crecer sobre una máscara.

La figura 4 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz con una capa emisora de luz tal como se ha hecho crecer dentro de un grupo de postes de material semiconductor.

La figura 5 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz con una capa emisora de luz tal como se ha hecho crecer sobre una capa que ha experimentado coalescencia tal como se ha hecho crecer sobre un grupo de postes de material semiconductor.

Las figuras 6 y 7 ilustran partes de dispositivos emisores de luz con capas emisoras de luz que se han hecho crecer sobre grupos de postes de material semiconductor y con regiones eléctricamente aislantes de material resistivo de material de tipo n y p.

La figura 8 ilustra una parte de un dispositivo emisor de luz de pastilla invertida del que se ha retirado el sustrato de crecimiento.

La figura 9 es una vista en despiece ordenado de un dispositivo emisor de luz empaquetado.

Las figuras 10 y 11 ilustran partes de dispositivos emisores de luz con capas emisoras de luz conformes que se han hecho crecer sobre poliedros que se han hecho crecer sobre aberturas en una máscara.

El rendimiento de un dispositivo emisor de luz semiconductor puede calibrarse midiendo la eficiencia cuántica interna, que mide el número de fotones generados en el dispositivo por electrón suministrado al dispositivo. A medida que aumenta la densidad de corriente aplicada a un dispositivo emisor de luz de nitruro III convencional, inicialmente aumenta la eficiencia cuántica interna del dispositivo, luego disminuye. A medida que aumenta la densidad de corriente más allá de cero, aumenta la eficiencia cuántica interna, alcanzando un pico a una densidad de corriente dada (por ejemplo, a aproximadamente 10 A/cm2 para algunos dispositivos) . A medida que aumenta la densidad de corriente más allá del pico, disminuye rápidamente la eficiencia cuántica interna inicialmente, luego se ralentiza la disminución a una mayor densidad de corriente (por ejemplo, más allá de 200 A/cm2 para algunos dispositivos) .

Una técnica para reducir o invertir la disminución en la eficiencia cuántica a alta corriente de densidad es formar capas emisoras de luz más gruesas. Por ejemplo, una capa emisora de luz configurada para emitir luz a 450 nm espreferiblemente más gruesa que 50 Ã. La densidad de portadores de carga en una capa emisora de luz más gruesa puede ser menor que la densidad de portadores de carga en un pozo cuántico, lo que puede reducir el número de portadores perdidos debido a recombinación no radiactiva y aumentar de ese modo la eficiencia cuántica externa. Sin embargo, el crecimiento de capas emisoras de luz de nitruro III gruesas es difícil debido a la deformación en las capas del dispositivo de nitruro III.

Dado que los sustratos de crecimiento de nitruro III nativos son generalmente costosos, no están ampliamente disponibles y son poco prácticos para el crecimiento de dispositivos comerciales, los dispositivos de nitruro III con frecuencia se hacen crecer sobre sustratos de SiC o zafiro. Los sustratos no nativos de este tipo tienen diferentes constantes reticulares que las constantes reticulares volumétricas de las capas de dispositivo de nitruro III que se han hecho crecer sobre el sustrato, dando como resultado deformación en las capas de nitruro III que se han hecho crecer sobre el sustrato. Tal como se usa en el presente documento, una constante reticular "en el plano" se refiere a la constante reticular real de una capa dentro del dispositivo, y una constante reticular "volumétrica" se refiere a la constante reticular del material independiente, relajado de una composición dada. La cantidad de deformación de una capa es la diferencia entre la constante reticular en el plano del material que forma una capa particular y la constante reticular volumétrica de la capa en el dispositivo, dividida entre la constante reticular volumétrica de la capa.

El documento WO 2005/068377 (29 de junio de 2006) describe una estructura de LED de nitruro III en la que se hace crecer una capa de GaN dopada internamente de bajo peso molecular entre una capa n de GaN y la capa activa con el fin de controlar la deformación en la capa activa.

Cuando se hace crecer un dispositivo de nitruro III de manera convencional sobre Al2O3, la primera capa tal como se ha hecho crecer sobre el sustrato es generalmente una capa intermedia de GaN con una constante reticular a en elplano de aproximadamente 3, 1885 Ã. La capa intermedia de GaN sirve como plantilla de constante reticular para la región emisora de luz porque fija la constante reticular para todas las capas del dispositivo que se han hecho crecer sobre la capa intermedia, incluyendo la capa emisora de luz de InGaN. Dado que la constante reticular volumétrica de InGaN es mayor que la constante reticular en el plano de la plantilla de capa intermedia de GaN, la capa emisora de luz se deforma cuando se ha hecho crecer sobre una capa intermedia de GaN. Por ejemplo, una capa emisora de luz configurada para emitir luz de aproximadamente 450 nm puede tener una composición In0, 16Ga0, 84N, unacomposición con una constante reticular volumétrica de 3, 242 Ã. A medida que aumenta la composición de InN en la capa emisora de luz, como en dispositivos que emiten luz a longitudes de onda más largas, también aumenta la deformación en la capa emisora... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo que comprende:

una estructura semiconductora de nitruro III que comprende:

una capa (12, 17) emisora de luz dispuesta entre una región (11, 14) de tipo n y una región (13, 18) de tipo p; y una superficie de contacto texturizada en la región de tipo n situada entre una capa (11, 14) de dispositivo de contacto n y la capa (12, 17) emisora de luz, comprendiendo la superficie de contacto texturizada características formadas de manera litográfica y configuradas de manera que la capa emisora de luz tiene una constante reticular en el plano a2 que es mayor que una constante reticular en el plano a1 de la región de tipo n, estando la superficie texturizada dispuesta a como máximo 1000 angstroms de la capa emisora de luz.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la capa (12) emisora de luz es adyacente a la superficie de contacto texturizada.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que una capa (21) de tipo n está dispuesta entre la superficie de contacto texturizada y la capa (12) emisora de luz.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que las características se han formado de manera litográfica en una capa de nitruro III de manera que las características tienen un perfil en sección transversal que se asemeja a picos separados por valles.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que la mayor extensión lateral entre dos picos adyacentes es inferior a 200 nm.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la superficie de contacto texturizada comprende además una capa de material (15) aislante dispuesta dentro de la estructura semiconductora, en el que una pluralidad de aberturas

(16) están dispuestas en el material aislante.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que el material (15) aislante comprende al menos un nitruro de silicio.

8. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que la mayor extensión lateral de una de las aberturas (16) es inferior a 200 nm.

9. Dispositivo según la reivindicación 6, en el que la mayor extensión lateral de una de las aberturas (16) es inferior a 100 nm.

10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que:

la capa (12) emisora de luz tiene una constante reticular volumétrica avolumétrica correspondiente a una constante reticular de un material independiente de una misma composición que la capa emisora de luz;

la capa emisora de luz tiene una constante reticular en el plano aen el plano correspondiente a una constante reticular de la capa emisora de luz tal como se ha hecho crecer en la estructura; y (aen el plano -avolumétrica) /avolumétrica es inferior al 1%

11. Dispositivo que comprende una estructura de nitruro III que comprende una región (22) de tipo n; una capa (24) de máscara que tiene una pluralidad de aberturas una pluralidad de postes (26) de tipo n de material semiconductor correspondientes a las aberturas en la capa de máscara; una capa (28, 36) emisora de luz dispuesta sobre el poste de tipo n; y una región (30) de tipo p;

en el que la pluralidad de aberturas permite que la capa emisora de luz tenga una constante reticular en el plano a2 que es mayor que una constante reticular en el plano a1 de la región de tipo n; y en el que la pluralidad de postes están separados por un material (25) aislante, y 5 en el que al menos el 90% de una sección transversal del dispositivo a través de la pluralidad de postes en un plano paralelo a una superficie de la capa de máscara está ocupado por postes.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que cada uno de los postes (26) tiene un diámetro inferior a 150 nm.

13. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que los postes (30) de tipo p están dispuestos entre la capa (28) emisora de luz y la región (30) de tipo p.

14. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que los postes son poliedros truncados. 15 15. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que los postes son poliedros (82) .