一種半導體發光器件及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種半導體發光器件及其制備方法，包括一襯底；一緩沖層，生長于所述的襯底上；一n型層，生長于所述的緩沖層上；一V?pits延伸層，其為超晶格層，生長于所述的n型層上，以延伸V?pits的尺寸；一發光層，生長于所述的V?pits延伸層上，V?pits延伸層和發光層中貫穿V?pits；一p型層，生長于所述的發光層上；其中，n型層生長結束后，對n型層上表面進行刻蝕，使n型層中位錯頂端形成V?pits。本發明專利技術半導體發光器件可獲得在深度和尺寸上具有一致性的V?pits，可充分發揮V?pits阻擋位錯成為非輻射復合中心的功能，進一步提高發光二極管的內量子效率。

Semiconductor light emitting device and preparation method thereof

The invention discloses a semiconductor light emitting device and a preparation method thereof, comprising a substrate; a buffer layer, substrate in the upper layer; a n type, buffer layer growth in the upper V; a pits extension layer, the superlattice layer, n layer growth in the on the extension of V to pits size; a light emitting layer, V pits layer growth extension to the V extension V pits, pits through the layer and the light emitting layer; a p layer, a light-emitting layer growth in the upper; the N layer growth after the end the etching of N layer on the surface, the top layer formed in the dislocation type n V pits. The invention of semiconductor light emitting devices can be obtained with consistency in the depth and size of the V pits, can give full play to V pits blocking dislocations become non radiative recombination centers function, further improve the internal quantum efficiency of light emitting diode.

【技術實現步驟摘要】
一種半導體發光器件及其制備方法
本專利技術涉及半導體電子器件
，尤其涉及一種半導體發光器件及其制備方法。
技術介紹
與傳統照明相比，發光二極管尤其是氮化物發光二極管有較高的發光效率，因此在照明領域得到了越來越廣泛的應用。因傳統的氮化物發光二極管一般采用異質外延，晶格失配和熱失配導致生長的發光二極管器件內存在大量的位錯缺陷，這些位錯降低了外延層的生長質量，導致發光二極管發光效率的降低，壽命的減少，以及可靠性的降低。在Cree公司的專利US7611917B2中，闡述了V-pits（V型微坑）對抑制位錯缺陷的非輻射復合的作用。該專利中描述了在LED器件結構的多量子阱生長前，采用降低溫度生長氮化鎵系列材料的超晶格結構，促進V-pits結構的形成，提高LED器件的發光效率，降低正向工作電壓。該專利中采用氮化鎵系列材料的超晶格結構生長出V-pits結構，但是V-pits的尺寸過程具有隨機性，限制了芯片內量子效率的進一步提高。因此有必要對V-pits的形成過程進行進一步的控制，形成均一的V-pits結構，充分發揮V-pits抑制位錯缺陷的非輻射復合的作用，提高器件內量子效率。
技術實現思路
針對現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種半導體發光器件及其制備方法，該半導體發光器件中生長的V-pits結構在深度和尺寸上具有一致性，且V-pits結構的形成過程具有可控性。本專利技術提供的半導體發光器件，包括：一襯底；一緩沖層，生長于所述的襯底上；一n型層，生長于所述的緩沖層上；一V-pits延伸層，其為超晶格半導體層，生長于所述的n型層上，以延伸V-pits的尺寸；一發光層，生長于所述的V-pits延伸層上，V-pits延伸層和發光層中貫穿V-pits；一p型層，生長于所述的發光層上；其中，n型層生長結束后，對n型層上表面進行刻蝕，使n型層中位錯頂端形成V-pits。進一步的，n型層為n型氮化物半導體層。所述的n型氮化物半導體層為n型氮化鎵層或n型氮化鋁鎵層或n型氮化銦鎵層或n型氮化銦層或n型氮化鋁層或n型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。進一步的，p型層為p型氮化物半導體層。所述的p型氮化物半導體層為p型氮化鎵層或p型氮化鋁鎵層或p型氮化銦鎵層或p型氮化銦層或p型氮化鋁層或p型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。進一步的，V-pits延伸層為氮化物超晶格半導體層。所述的氮化物超晶格半導體層為AlxInyGa1-x-yN層和AluInvGa1-u-vN層的組合層或僅為AlxInyGa1-x-yN層，0<x≤1，0<y≤1，x+y≤1；0<u≤1，0<v≤1，u+v≤1；x和u不相同，y和v不相同。本專利技術提供的上述半導體發光器件的制備方法，包括步驟：（1）襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長n型層；（2）n型層生長結束后，生長溫度降至750℃~900℃，在200mbar~600mbar的壓強條件下，以H2為載氣，通入氣體硅源和氣體氮源對n型層上表面進行刻蝕，即在n型層的位錯缺陷頂端形成V-pits；（3）蝕刻結束后，在750℃~900℃的生長溫度和200mbar~800mbar的壓強條件下，以N2為載氣，通入氣體MO源和氣體氮源，在n型層上生長V-pits延伸層；（4）V-pits延伸層生長結束后，依次生長發光層、p型層。進一步的，氣體硅源為SiH4或Si2H6。進一步的，氣體氮源為氨氣。進一步的，MO源（金屬有機源）為TMGa、TMIn和TMAl中的一種或多種。和現有技術相比，本專利技術具有如下優點和有益效果：本專利技術半導體發光器件具有n形層表面的氣體蝕刻和V-pits延伸層，主要包括一n型層及表面蝕刻、一V-pits延伸層、一發光層和一p型層，經刻蝕在n型層位錯頂端形成尺寸一致的V-pits，實現V-pits在LED器件內部同一位置形成。n型層蝕刻后生長V-pits延伸層，以延伸V-pits的尺寸，使得V-pits在深度和尺寸上具有一致性，從而充分發揮V-pits阻擋位錯成為非輻射復合中心的功能，提高發光二極管的內量子效率。附圖說明圖1為實施例中半導體發光器件刻蝕前的結構示意圖；圖2為實施例中半導體發光器件刻蝕后的結構示意圖；圖3為實施例中半導體發光器件的整體結構示意圖；圖4為實施例中V-pits延伸層產生V-pits結構的TEM剖面圖；圖5為實施例中n型層上刻蝕形成V-pits的AFM表面形貌圖；圖6為實施例中LED器件內生長的V-pits的TEM剖面圖。圖示說明：100-襯底；101-緩沖層；102-n型層；103-位錯缺陷；104-蝕刻出的V-pits；105-V-pits延伸層；106-發光層；107-p型層。具體實施方式本專利技術闡述的是一種半導體發光器件及其制備方法。為了徹底的了解本專利技術，將在下列的描述中提出詳盡的器件結構和生長方法。顯然地，本專利技術的具體實施并未限定半導體發光器件的本領域普通技術人員所公知的特殊細節。另一方面，眾所周知的器件結構并未描述于細節中，以避免造成本專利技術不必要的限制。本專利技術較佳的實施例會詳細的描述如下，然而除了這些詳細的描述外，本專利技術還可以廣泛的施行在其他的實施例中，且本專利技術的范圍不受限定，以其權利要求的范圍為準。參閱圖3，所示為半導體發光器件的整體結構，從下到上依次包括：襯底（100）、緩沖層（101）、n型層（102）、V-pits延伸層（105）、發光層（106）、p型層（107），n型層（102）中位錯缺陷（103）頂端蝕刻形成V-pits（104），V-pits（104）在V-pits延伸層（105）和發光層（106）中繼續生長，并貫穿V-pits延伸層（105）和發光層（106），所形成的V-pits的TEM剖面圖見圖6。本實施例中，襯底（100）可以為藍寶石、碳化硅、硅、氮化鎵、氮化鋁等；緩沖層（101）、n型層（102）、V-pits延伸層（105）、p型層（107）均為氮化物半導體層；發光層（106）為多量子阱有源發光層。下面將結合附圖進一步說明本專利技術制備方法。（1）采用AIXTRON公司的CriusI型號金屬有機化學氣相沉積機（MOCVD）在襯底（100）上依次外延生長緩沖層（101）、n型層（102）；n型層（102）中因異質生長的晶格失配和熱失配，產生位錯缺陷（103），如圖1所示。緩沖層（101）和n型層（102）的生長為已有技術，生成溫度和生長壓強條件一般為1000℃~1070℃和150mbar~400mbar。（2）n型層（102）生長完畢后，降低溫度至800度，通入SiH460sccm、NH330000sccm和H236000sccm，對n型層（102）蝕刻60s~600s，n型層（102）上表面被蝕刻出微小的V-pits（104），其AFM圖如圖5所示。本實施例中，n型層（102）為n型GaN層。本步驟中，同時通入的硅源SiH4和氮源NH3在n型層（102）上表面形成SiN層，使位錯缺陷暴露，氮化物分解從而形成V-pits。（3）蝕刻結束后，進行V-pits延伸層（105）的生長。將載氣切換為N2，通入NH3、TMGa和TMIn，在800℃生長溫度下生長氮化物超晶格層，即V-pits延伸層（105）。隨著V-pits延伸層（105）厚度增加刻蝕出的V-本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體發光器件，其特征是，包括：一襯底；一緩沖層，生長于所述的襯底上；一n型層，生長于所述的緩沖層上；一V?pits延伸層，其為超晶格半導體層，生長于所述的n型層上，以延伸V?pits的尺寸；一發光層，生長于所述的V?pits延伸層上，V?pits延伸層和發光層中貫穿V?pits；一p型層，生長于所述的發光層上；其中，n型層生長結束后，對n型層上表面進行刻蝕，使n型層中位錯頂端形成V?pits。

【技術特征摘要】
1.一種半導體發光器件，其特征是，包括：一襯底；一緩沖層，生長于所述的襯底上；一n型層，生長于所述的緩沖層上；一V-pits延伸層，其為超晶格半導體層，生長于所述的n型層上，以延伸V-pits的尺寸；一發光層，生長于所述的V-pits延伸層上，V-pits延伸層和發光層中貫穿V-pits；一p型層，生長于所述的發光層上；其中，n型層生長結束后，對n型層上表面進行刻蝕，使n型層中位錯頂端形成V-pits。2.如權利要求1所述的半導體發光器件，其特征是：所述的n型層為n型氮化物半導體層。3.如權利要求2所述的半導體發光器件，其特征是：所述的n型氮化物半導體層為n型氮化鎵層或n型氮化鋁鎵層或n型氮化銦鎵層或n型氮化銦層或n型氮化鋁層或n型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。4.如權利要求1所述的半導體發光器件，其特征是：所述的p型層為p型氮化物半導體層。5.如權利要求4所述的半導體發光器件，其特征是：所述的p型氮化物半導體層為p型氮化鎵層或p型氮化鋁鎵層或p型氮化銦鎵層或p型氮化銦層或p型氮化鋁層或p型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。6.如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周圣軍，胡紅坡，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：湖北,42