[發明專利]金剛石上的氮化鎵發光裝置

無效

• 申請號: 200680008040.4
• 申請日: 2006-01-26
• 公開（公告）號: CN101155949A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: R·C·里納雷斯
• 申請（專利權）人: 阿波羅鉆石公司
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;H01L33/00;C30B29/40
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 鐘守期;唐鐵軍

背景技術

家用和工業照明用的光通常由白熾燈或熒光燈提供。這種燈通常消耗大量能量，效率低，并且還會產生不希望有的熱量。作為這種燈的一種潛在替代，可以使用氮化鎵發光二極管(LED)。氮化鎵裝置可以通過在硅、藍寶石、尖晶石或碳化硅上生長氮化鎵薄膜來形成。在適當摻雜下生長p型層和n型層，通過已知的方法形成接觸以及通過施加適當的電壓來獲取發光。可以將氮化鎵層用鋁或銦摻雜(alloyed)，以調節輸出波長使適合于特定應用。光輸出一般位于紫光、紫外線、藍光或綠光光譜區域內。

來自氮化鎵LED的光輸出一般是單色的，并不適用于白光照明。為獲得白光輸出，將LED涂上磷光物質(phosphor)，磷光物質吸收該單色的LED輸出并將該光轉化為寬頻帶白光。市場上已有這些裝置，但這些裝置只有非常低的光輸出。

現有氮化鎵基燈(gallium?nitride?based?lamps)的另一個問題在于：為了氮化鎵基燈工作時的光水平對于普通照明是有用的，要求其有更高的能量輸出。同時，為了使該燈適銷，要求該燈有更小的尺寸。這些在目前是相互對立的要求。

發明內容

在金剛石襯底上形成氮化鎵裝置，以制造金剛石半導體裝置。在一個實施方案中，以至少兩種方法中的一種在金剛石上形成氮化鎵二極管(或其他裝置)。第一個實例方法包括在金剛石上生長氮化鎵以及在該氮化鎵層上構建所述裝置。第二個實例方法包含將氮化鎵(裝置或薄膜)光粘合到金剛石上以及將所述裝置構建到所粘合的氮化鎵上。這些裝置可以提供比白熾燈或熒光燈明顯要高的效率，并且可以提供比已有半導體技術要大的光密度或能量密度。利用類似的方法和結構可得到其他氮化鎵半導體裝置。

附圖說明

圖1-4圖解了根據本發明的一些實施方案在金剛石襯底上制造氮化鎵半導體裝置的方法。

圖5圖解了一種根據本發明的一些實施方案形成于金剛石襯底上的氮化鎵半導體裝置，該金剛石襯底具有摻硼晶格，使得金剛石晶格為p型半導體。

圖6圖解了根據本發明的一些實施方案將摻硼金剛石用作p型半導體材料，以及將諸如氮化鎵之類的其他摻雜劑用作形成n型半導體材料，以此形成諸如二極管之類的基礎半導體裝置。

圖7圖解了根據本發明的一些實施方案，異質結結構的形成，該異質結結構由插入在半導體結構中的具有適當帶隙的材料形成。

具體實施方式

在以下描述中，參考了構成本說明書一部分的附圖，在這些附圖中，以圖解的方式示出了可以實施的具體實施方案。對這些實施方案作充分詳細的描述，以使本技術領域中的普通技術人員能夠實施本發明，并且應該理解的是，可以使用其他實施方案，并且在不脫離本發明的范圍的情況下可以作結構上、邏輯上以及電學上的改變。如此，不應當從限定的意義上去理解本發明，本發明的范圍是由所附權利要求來限定的。

在金剛石襯底上形成氮化鎵裝置，該裝置用于發光二極管和替代白熾燈泡和熒光燈泡用于白光照明。在一個實施方案中，以至少兩種方法在金剛石上形成氮化鎵二極管(或其他裝置)。第一種方法包括在金剛石上生長氮化鎵以及在氮化鎵層上構建所述裝置。第二種方法包含將氮化鎵(裝置或薄膜)粘合到金剛石上并且將所述裝置構建到所粘合的氮化鎵上。這些裝置是非常理想的，因為它們比白熾燈或熒光燈具有明顯要高的效率。

在一個實施方案中，金剛石襯底比任何目前襯底導熱更好，從而當增加輸出功率水平時，裝置尺寸可以縮小。或者當更進一步增加輸出時，可以使用相同尺寸的裝置。用諸如金剛石之類的昂貴襯底替代諸如硅的低廉襯底看起來似乎并不正確。然而，在“任何襯底”上生長氮化鎵層的成本是制造氮化鎵裝置的主要成本。由于所獲每流明光的成本降低，使用金剛石襯底可能比使用較低廉的襯底更為經濟。

在另一個實施方案中，在金剛石襯底上構建氮化鎵和合金激光器。就功率和成本而言，可以將所述方法如同應用于LED那樣應用于激光器。這類激光器應用可以包括：DVD、高密度光存儲、數據傳輸、醫療診斷、外科以及其他應用。

氮化物半導體已知為寬帶隙半導體。通常這些半導體在比常規半導體更高的頻率和更高的功率水平下運行，以及可以產生(如LED或激光器)比其他半導體材料頻率更高和功率水平更高的光。在所有情形下，所述裝置的輸出功率水平可能受到裝置材料熱導率的限制。其中有寬帶隙半導體緊密固定在金剛石襯底上的，以及該裝置層是薄的裝置可以獲得最高性能。這可通過在單晶金剛石上生長薄的寬帶隙半導體層以及之后在該層上進行裝置加工來最好地實現。