一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導體領域，涉及一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管及其制備方法，其至少包括一襯底及依次位于所述襯底之上的AlN緩沖層和外延層，其特征在于：所述AlN緩沖層和外延層之間還插入一金屬緩沖層，所述金屬緩沖層由Al顆粒層和Ni金屬膜層組成，所述Ni金屬膜層覆蓋于復數個Al顆粒表面形成復數個不連續(xù)的片狀結構，并裸露出部分底部的AlN緩沖層，所述外延層從AlN緩沖層表面延伸至片狀結構表面。所述外延層以所述片狀結構的金屬緩沖層為掩膜進行橫向外延生長，降低外延層生長的位錯密度，阻止底部缺陷的延伸。
【專利說明】
一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于半導體領域，尤其涉及一種具有片狀結構的Al/Ni金屬緩沖層的發(fā)光二極管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]LED制程中，由于氮化鎵材料單晶的獲取非常困難，成本也很高，因此目前氮化鎵材料一般生長在異質襯底上(藍寶石、碳化硅、硅等)。由于GaN和藍寶石襯底之間有較大的晶格失配(16%)和熱膨脹系數失配(34%)，導致在GaN外延層中產生18?101()cm—2線位錯密度，高的位錯密度將影響外延薄膜的光學和電學性能。因此，在異質襯底上生長材料需要解決襯底與外延層之間的成核問題，由于材料之間存在晶格常數差異，異質外延需要通過緩沖層來實現(xiàn)。緩沖層可以起到緩解襯底和外延層之間晶格失配的作用，有效改善外延材料的晶體質量。但是緩沖層的存在只能緩解一部分晶格失配，實際生長的氮化鎵外延材料仍然具有較高密度的位錯。
[0003]橫向外延生長技術在降低位錯密度方面有較明顯的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)的橫向外延生長均需要采用光刻等工藝，過程復雜且成本高。

【發(fā)明內容】

[0004]為降低外延生長的位錯密度、降低缺陷、簡化橫向外延生長工藝，本發(fā)明在AlN緩沖層和外延層之間插入一由復數個不連續(xù)的片狀結構組成的Al/Ni金屬緩沖層，具體技術方案如下:
一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，至少包括一襯底及依次位于所述襯底之上的AlN緩沖層和外延層，其特征在于:所述AlN緩沖層和外延層之間還插入一由復數個不連續(xù)分布的片狀結構組成的金屬緩沖層，所述片狀結構由Al顆粒層和Ni金屬膜層周期性交替層疊而成，所述相鄰片狀結構之間裸露出的AlN緩沖層為AlN微區(qū)，所述外延層位于所述AlN微區(qū)和片狀結構表面。
[0005]優(yōu)選的，所述金屬緩沖層中Al顆粒層和Ni金屬層交替層疊2?20次優(yōu)選的，所述片狀結構的金屬緩沖層為規(guī)則或不規(guī)則形狀。
[0006]優(yōu)選的，所述片狀結構的金屬緩沖層均勻分布或不均勻分布。
[0007]優(yōu)選的，所述片狀結構的金屬緩沖層面積相同或不同。
[0008]優(yōu)選的，所述片狀結構的金屬緩沖層的面積大小范圍為0.1?2X15 nm2。
[0009]優(yōu)選的，所述Al顆粒層的顆粒直徑范圍為I?5 X 103nm。
[00?0]優(yōu)選的，所述Ni金屬膜層的厚度為0.5?10nm。
[0011]本發(fā)明還提供了上述發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟:
51、提供一襯底；
52、于所述襯底表面沉積一AlN緩沖層；
53、于所述AlN緩沖層上制備由復數個不連續(xù)分布的片狀結構組成金屬緩沖層，所述相鄰片狀結構之間裸露出的AlN緩沖層為AlN微區(qū)；
S4、采用氫化物氣相外延技術生長外延層，其中外延層的生長以所述片狀結構作為掩膜選擇性地優(yōu)先生長于AlN微區(qū)表面，然后進行橫向外延生長延伸至所述片狀結構表面；其中，所述片狀結構的具體生長步驟為:首先，于所述AlN緩沖層表面先后采用蒸鍍法沉積Al金屬膜層和Ni金屬膜層;然后，重復沉積Al金屬膜層和Ni金屬膜層多次;最后，高溫熔融金屬，控制熔融金屬溫度，使Al金屬膜層熔融呈Al顆粒層，而Ni金屬膜層斷裂并覆蓋復數個Al顆粒形成片狀結構。
[0012]優(yōu)選的，所述高溫熔融的溫度范圍為550?1100度。
[0013]優(yōu)選的，所述Al金屬膜層和Ni金屬膜層重復沉積2?20次。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:
1)金屬緩沖層由復數個不連續(xù)分布的片狀結構，相鄰片狀結構之間裸露出的部分底部的AlN緩沖層為AlN微區(qū)，后續(xù)外延層的生長以復數個片狀結構作為掩膜，選擇性地優(yōu)先生長于AlN微區(qū)表面，再進行橫向外延生長于片狀結構表面，從而實現(xiàn)外延的橫向生長，進一步降低外延層生長的位錯密度，阻止底部缺陷的延伸；
2)片狀結構由Al顆粒層和Ni金屬層交替層疊而成，由于金屬具有反光性，可進一步提升發(fā)光二極管的反射率；
3)片狀結構的制作方法中，利用Al金屬和Ni金屬的熔點差異，控制熔融溫度，使Al金屬膜層形成Al顆粒層，而由于Ni金屬恪點高于Al金屬，Ni金屬膜層僅隨著Al金屬膜層的顆?；鴶嗔巡⒏采w于復數個Al顆粒表面，從而形成片狀結構，工藝簡單，無需額外增加刻蝕等工藝。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明之發(fā)光二極管側視結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明之襯底、AlN緩沖層和金屬緩沖層俯視結構示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明之片狀結構側視結構示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明之發(fā)光二極管的制作方法流程示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明之片狀結構的制作方法流程示意圖。
[0020]附圖標注:10.襯底；20.AlN緩沖層;21.AlN微區(qū);30.片狀結構;31，.Al金屬膜層;31.Al顆粒層;32.Ni金屬膜層;40.外延層。
【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。需說明的是，本發(fā)明的附圖均采用非常簡化的非精準比例，僅用以方便、明晰的輔助說明本發(fā)明。
[0022]參看附圖1，本發(fā)明公開了一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，至少包括襯底10及依次位于襯底10之上的AlN緩沖層20和外延層40，其中AlN緩沖層20和外延層40之間還插入一由復數個不連續(xù)分布的片狀結構30組成的金屬緩沖層，相鄰片狀結構30之間裸露出的底部AlN緩沖層20為AlN微區(qū)21，外延層40則位于AlN微區(qū)21表面和片狀結構30表面。襯底10可選用平片襯底或圖案化襯底，材料可選用硅、碳化硅、藍寶石等。外延層40以不連續(xù)分布的片狀結構30作為外延生長的掩膜，外延層40選擇性地優(yōu)先生長于AlN微區(qū)21表面，然后進行橫向生長，由AlN微區(qū)21表面延伸至片狀結構30的表面，橫向外延生長時，一方面掩膜阻擋底部的缺陷向上延伸，另一方面，缺陷由AlN微區(qū)21向片狀結構30表面彎曲生長，從而降低了外延層40生長的缺陷。
[0023]參看附圖2，片狀結構30可為規(guī)則或不規(guī)則形狀，均勻分布或不均勻分布，面積相同或不同。為達到降低生長缺陷的最優(yōu)效果，本實施例中優(yōu)選片狀結構30為不規(guī)則形狀、不均勻分布，面積也不相同，面積大小范圍為0.1?2X 15 nm2。
[0024]參看附圖3，片狀結構30由Al顆粒層31和Ni金屬膜層32周期性交替層疊形成，其中Ni金屬膜層32覆蓋復數個Al顆粒表面形成片狀結構。Al顆粒層31和Ni金屬膜層32交替層疊的次數為2?20。其中，Ni金屬膜層32的厚度為0.5?10nm，Al顆粒層31的顆粒直徑范圍為I?5X 103nmo
[0025]本發(fā)明在AlN緩沖層20和外延層40之間增加由復數個不連續(xù)分布的片狀結構30組成的金屬緩沖層，片狀結構30由Al顆粒層31和Ni金屬膜層32交替層疊而成，相鄰片狀結構30之間裸露出其底部的AlN緩沖層20，形成AlN微區(qū)21，在后續(xù)的采用氫化物氣相外延生長外延層40過程中，由于金屬片狀結構30與外延層40的晶格差異較大，外延層40的生長以片狀結構30作為掩膜，選擇性地優(yōu)先在AlN微區(qū)21表面進行外延生長，而后延伸至片狀結構30表面進行橫向外延生長，在橫向外延生長過程中，由于片狀結構30作為掩膜阻擋底層缺陷向上延伸，缺陷由AlN微區(qū)21向相鄰的兩側片狀結構30進行彎曲延伸，從而降低了外延層40的生長位錯密度，減小了生長缺陷。同時，片狀結構30由Al、Ni金屬組成，具有更高的反射性，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效果。
[0026]參看附圖4，為制備上述的發(fā)光二極管，本發(fā)明還提供了一種制作方法，包括如下步驟:
51、提供一襯底10；
52、于襯底10表面沉積一AlN緩沖層20;A1N緩沖層20的沉積可采用PVD法或MOCVD法；
53、于AlN緩沖層20上制備由復數個不連續(xù)分布的片狀結構30組成的金屬緩沖層，相鄰片狀結構30之間裸露的AlN緩沖層20為AlN微區(qū)21;
54、采用氫化物氣相外延技術生長外延層40，其中外延層40的生長以片狀結構30作為掩膜選擇性地優(yōu)先生長在AlN微區(qū)21表面，然后進行橫向外延生長延伸至片狀結構30表面。
[0027]參看附圖5，其中片狀結構30的具體生長步驟為:首先，于AlN緩沖層20表面先后采用蒸鍍法沉積Al金屬膜層31’和Ni金屬膜層32;然后，重復沉積Al金屬膜層31’和Ni金屬膜層32周期數為2?20;最后，高溫熔融金屬，控制熔融金屬溫度為550?1100度，使Al金屬膜層31’熔融成Al顆粒層31，而Ni金屬膜層32斷裂并覆蓋于復數個Al顆粒表面形成片狀結構30。
[0028]片狀結構30的制作方法中，利用Al金屬和Ni金屬的熔點差異，控制熔融溫度，使Al金屬膜層31’形成Al顆粒層31，而由于Ni金屬恪點高于Al金屬，Ni金屬膜層32僅斷裂并覆蓋于復數個Al顆粒表面，從而形成片狀結構30，工藝簡單，無需額外增加刻蝕等工藝。應當理解的是，上述具體實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，至少包括一襯底及依次位于所述襯底之上的AlN緩沖層和外延層，其特征在于:所述AlN緩沖層和外延層之間還插入一由復數個不連續(xù)分布的片狀結構組成的金屬緩沖層，所述片狀結構由Al顆粒層和Ni金屬膜層周期性交替層疊而成，所述相鄰片狀結構之間裸露出的AlN緩沖層為AlN微區(qū)，所述外延層位于所述AlN微區(qū)和片狀結構表面。2.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述片狀結構中Al顆粒層和Ni金屬膜層交替層疊2?20次。3.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述片狀結構為規(guī)則或不規(guī)則形狀。4.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述復數個片狀結構均勻分布或不均勻分布。5.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述復數個片狀結構面積相同或不同。6.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述片狀結構的面積大小范圍為0.1?2X 105nm2。7.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述Al顆粒層的顆粒直徑范圍為I?5 X 103nmo8.根據權利要求1所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管，其特征在于:所述Ni金屬膜層的厚度為0.5?1nm09.一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟: 51、提供一襯底； 52、于所述襯底表面沉積一AlN緩沖層； 53、于所述AlN緩沖層上制備由復數個不連續(xù)分布的片狀結構組成的金屬緩沖層，所述相鄰片狀結構之間裸露出的AlN緩沖層為AlN微區(qū)； 54、采用氫化物氣相外延技術生長外延層，其中外延層以所述片狀結構作為掩膜選擇性地優(yōu)先生長于AlN微區(qū)表面，然后進行橫向外延生長延伸至所述片狀結構表面； 所述片狀結構的形成步驟具體為:首先于所述AlN緩沖層表面先后采用蒸鍍法沉積Al金屬膜層和Ni金屬膜層;然后，重復沉積Al金屬膜層和Ni金屬層多次;最后，高溫恪融金屬，控制熔融金屬溫度，使Al金屬膜層熔融形成Al顆粒層，而Ni金屬膜層斷裂并覆蓋復數個Al顆粒形成片狀結構。10.根據權利要求9所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述高溫熔融的溫度范圍為550?1100°C。11.根據權利要求9所述的一種具有金屬緩沖層的發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述Al金屬膜層和Ni金屬膜層重復沉積2?20次。
【文檔編號】H01L33/12GK105826438SQ201610381206
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】黃文賓, 張家宏, 林兓兓
【申請人】安徽三安光電有限公司