一種可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光器件的出現(xiàn)帶來(lái)了能覆蓋可見(jiàn)光譜以及更高的發(fā)光效率和固態(tài)穩(wěn)定的光源。半導(dǎo)體發(fā)光器件，如發(fā)光二極管(LED)或激光二極管等在很多領(lǐng)域中已被廣泛使用。發(fā)光二極管或激光二極管通常包括在微電子襯底上以及襯底上的由外延工藝制造的氮化物半導(dǎo)體層，該襯底可以是砷化鎵，磷化鎵，碳化硅和/或藍(lán)寶石?；贗II族氮化物半導(dǎo)體的可見(jiàn)光發(fā)光二極管，因其具有使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在戶內(nèi)外彩色顯示、背光和照明等領(lǐng)域的應(yīng)用普及越來(lái)越高。
[0003]通常，LED外延結(jié)構(gòu)包括襯底、未摻雜的GaN層、N型導(dǎo)電層、過(guò)渡層、多量子阱發(fā)光層、電子阻擋層、P型導(dǎo)電層、P型接觸層(P電極)以及N型接觸層(N電極)。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。該III族氮化物半導(dǎo)體器件包括襯底10、在襯底10上外延生長(zhǎng)的緩沖層20、在緩沖層20上外延生長(zhǎng)的N型導(dǎo)電層30、在N型導(dǎo)電層30上外延生長(zhǎng)的發(fā)光層40、在發(fā)光層40上外延生長(zhǎng)的P型導(dǎo)電層50、在P型導(dǎo)電層50上形成的P側(cè)電極60以及在N型導(dǎo)電層30上形成的N側(cè)電極80。N型導(dǎo)電層或P型導(dǎo)電層可構(gòu)建為單層或多層。
[0004]發(fā)光層通過(guò)電子和空穴的復(fù)合產(chǎn)生光量子(光)，通常發(fā)光層含有IN(x)Ga(1_x)N(0< X ^ I)，并具有單量子阱層或多量子阱層。由于空穴載流子在氮化鎵材料中的有效質(zhì)量較大，且空穴濃度較低，導(dǎo)致空穴不能很有效的從P型導(dǎo)電層擴(kuò)散到發(fā)光層中的所有量子阱中，其分布僅局限于靠近P型導(dǎo)電層的一到兩個(gè)量子阱，此種空穴在多量子阱層中的不均勻分布降低了電子與空穴的輻射復(fù)合幾率，從而限制了發(fā)光效率。
[0005]目前，提高量子阱的內(nèi)量子效率成為提高III族氮化物半導(dǎo)體器件性能的關(guān)鍵，因此提高空穴在多量子阱中的分布均勻性成為技術(shù)研宄熱點(diǎn)之一。專利號(hào)為US8853668B2的美國(guó)專利中提到了在N型層上位錯(cuò)的頂部形成V型凹坑的生長(zhǎng)現(xiàn)象，但該專利并未提及凹坑對(duì)于提高發(fā)光效率的作用，亦未提及凹坑密度及大小的控制方法。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種通過(guò)控制N型氮化鎵層上凹坑的密度來(lái)提高空穴的分布均勻性，從而提高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案:
[0008]一種可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括:襯底，形成于所述襯底上的N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層；所述N型氮化鎵層表面形成有若干個(gè)間隔分布的凹坑，N型氮化鎵層上單位面積內(nèi)凹坑所占比例小于10%。
[0009]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的N型氮化鎵層單位面積內(nèi)凹坑所占比例為5?10%o
[0010]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的凹坑的橫截面形狀為正六邊形。
[0011]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的六邊形的對(duì)角線長(zhǎng)度為0.1?0.5微米。
[0012]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的凹坑的豎截面形狀為倒梯形。
[0013]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述發(fā)光層沿著凹坑的形狀形成，所述P型氮化鎵層將所述凹坑完全覆蓋。
[0014]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:相鄰凹坑之間的間距滿足單位面積內(nèi)分布的凹坑所占比例小于10 %。
[0015]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件的襯底為藍(lán)寶石或碳化硅或硅或同質(zhì)氮化鎵。
[0016]由以上技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型在量子阱生長(zhǎng)前通過(guò)在N型氮化鎵層上引入有規(guī)律分布的凹坑，使得后續(xù)覆蓋的P型導(dǎo)電層能夠在整個(gè)量子阱區(qū)域提供空穴載流子，從而使空穴能夠均勻的擴(kuò)散至更多的靠近N型半導(dǎo)體層的量子阱，提高發(fā)光效率。
【附圖說(shuō)明】
[0017]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡(jiǎn)單介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型N型氮化鎵層的示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型凹坑的示意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型半導(dǎo)體發(fā)光器件的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相同，本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底、依次層疊形成于襯底上的N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層，N電極及P電極通過(guò)微合金工藝分別與N型氮化鎵層及P型氮化鎵層形成歐姆接觸。本實(shí)用新型的襯底可為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、同質(zhì)氮化鎵等常用的用于氮化鎵外延材料生長(zhǎng)的襯底。
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型在N型氮化鎵層I上形成有若干個(gè)間隔布置的凹坑la，凹坑Ia采用光刻及干法刻蝕工藝刻蝕在N型氮化鎵層I上，凹坑Ia的橫截面形狀為正六邊形，六邊形的對(duì)角線長(zhǎng)度a為0.1?0.5微米。如圖2所示，凹坑Ia的豎截面形狀為上寬下窄的倒梯形。N型氮化鎵層上單位面積內(nèi)分布的凹坑的面積小于10%，單位面積內(nèi)凹坑面積所占百分比可為5?10%。相鄰凹坑之間的間距d(凹坑中心與相鄰凹坑中心之間的距離)滿足單位面積內(nèi)分布的凹坑面積不超過(guò)10%。
[0024]本實(shí)用新型的半導(dǎo)體發(fā)光器件在襯底上采用現(xiàn)有工藝條件生長(zhǎng)常見(jiàn)的結(jié)晶層、GaN底層及N型氮化鎵層，在N型氮化鎵層上采用光刻及干法刻蝕工藝刻蝕形成若干個(gè)間隔分布的凹坑，在刻蝕完之后，返回外延爐，繼續(xù)生長(zhǎng)后續(xù)的發(fā)光層和P型氮化鎵層，發(fā)光層沿著凹坑的形狀形成，但是不掩埋凹坑，由P型氮化鎵層將凹坑完全覆蓋，如圖3所示。N型氮化鎵層上的凹坑通常會(huì)產(chǎn)生在發(fā)光層沉積之前的底層中線位錯(cuò)之上，并存在于整個(gè)發(fā)光層生長(zhǎng)過(guò)程中。由于凹坑的存在，后續(xù)生長(zhǎng)的P型氮化鎵層在覆蓋凹坑時(shí)會(huì)將P型氮化鎵層摻雜的Mg引入發(fā)光層區(qū)域，在活化之后，生成的空穴載流子將存在于整個(gè)多量子阱層發(fā)光區(qū)域，從而提高發(fā)光效率。本實(shí)用新型通過(guò)N型氮化鎵層圖案化的方法有序的控制凹坑的密度、排列及大小，來(lái)提高空穴在多量子阱層中的分布均勻性，提高量子阱的發(fā)光效率。
[0025]對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括:襯底，形成于所述襯底上的N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層； 其特征在于: 所述N型氮化鎵層表面形成有若干個(gè)間隔分布的凹坑，N型氮化鎵層上單位面積內(nèi)凹坑所占比例小于10%。
2.如權(quán)利要求1所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述N型氮化鎵層單位面積內(nèi)凹坑所占比例為大于等于5 %，且小于10 %。
3.如權(quán)利要求1或2所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述凹坑的橫截面形狀為正六邊形。
4.如權(quán)利要求3所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述六邊形的對(duì)角線長(zhǎng)度為0.1?0.5微米。
5.如權(quán)利要求1所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述凹坑的豎截面形狀為倒梯形。
6.如權(quán)利要求1所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述發(fā)光層沿著凹坑的形狀形成，所述P型氮化鎵層將所述凹坑完全覆蓋。
7.如權(quán)利要求1或4所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:相鄰凹坑之間的間距滿足單位面積內(nèi)分布的凹坑所占比例小于10 %。
8.如權(quán)利要求1所述的可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述襯底為藍(lán)寶石或碳化硅或硅或同質(zhì)氮化鎵。
【專利摘要】一種可以提高光效的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括：襯底，形成于所述襯底上的N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層；所述N型氮化鎵層表面形成有若干個(gè)間隔布置的凹坑，N型氮化鎵層上單位面積內(nèi)分布的凹坑的面積小于10％。本實(shí)用新型在量子阱生長(zhǎng)前通過(guò)引入有規(guī)律分布的凹坑，使得后續(xù)覆蓋的P型氮化鎵層能夠在整個(gè)量子阱區(qū)域提供空穴載流子，從而使空穴能夠均勻的擴(kuò)散至更多的靠近N型氮化鎵層的量子阱，提高發(fā)光效率。
【IPC分類】H01L33-22
【公開(kāi)號(hào)】CN204596827
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420859558
【發(fā)明人】王冬雷, 金振模, 梅勁
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州德豪潤(rùn)達(dá)光電有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日