一种半导体发光器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体发光器件及其制备方法，包括一衬底；一缓冲层，生长于所述的衬底上；一n型层，生长于所述的缓冲层上；一V‑pits延伸层，其为超晶格层，生长于所述的n型层上，以延伸V‑pits的尺寸；一发光层，生长于所述的V‑pits延伸层上，V‑pits延伸层和发光层中贯穿V‑pits；一p型层，生长于所述的发光层上；其中，n型层生长结束后，对n型层上表面进行刻蚀，使n型层中位错顶端形成V‑pits。本发明专利技术半导体发光器件可获得在深度和尺寸上具有一致性的V‑pits，可充分发挥V‑pits阻挡位错成为非辐射复合中心的功能，进一步提高发光二极管的内量子效率。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体发光器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体电子器件
，尤其涉及一种半导体发光器件及其制备方法。
技术介绍
与传统照明相比，发光二极管尤其是氮化物发光二极管有较高的发光效率，因此在照明领域得到了越来越广泛的应用。因传统的氮化物发光二极管一般采用异质外延，晶格失配和热失配导致生长的发光二极管器件内存在大量的位错缺陷，这些位错降低了外延层的生长质量，导致发光二极管发光效率的降低，寿命的减少，以及可靠性的降低。在Cree公司的专利US7611917B2中，阐述了V-pits（V型微坑）对抑制位错缺陷的非辐射复合的作用。该专利中描述了在LED器件结构的多量子阱生长前，采用降低温度生长氮化镓系列材料的超晶格结构，促进V-pits结构的形成，提高LED器件的发光效率，降低正向工作电压。该专利中采用氮化镓系列材料的超晶格结构生长出V-pits结构，但是V-pits的尺寸过程具有随机性，限制了芯片内量子效率的进一步提高。因此有必要对V-pits的形成过程进行进一步的控制，形成均一的V-pits结构，充分发挥V-pits抑制位错缺陷的非辐射复合的作用，提高器件内量子效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种半导体发光器件及其制备方法，该半导体发光器件中生长的V-pits结构在深度和尺寸上具有一致性，且V-pits结构的形成过程具有可控性。本专利技术提供的半导体发光器件，包括：一衬底；一缓冲层，生长于所述的衬底上；一n型层，生长于所述的缓冲层上；一V-pits延伸层，其为超晶格半导体层，生长于所述的n型层上，以延伸V-pits的尺寸；一发光层，生长于所述的V-pits延伸层上，V-pits延伸层和发光层中贯穿V-pits；一p型层，生长于所述的发光层上；其中，n型层生长结束后，对n型层上表面进行刻蚀，使n型层中位错顶端形成V-pits。进一步的，n型层为n型氮化物半导体层。所述的n型氮化物半导体层为n型氮化镓层或n型氮化铝镓层或n型氮化铟镓层或n型氮化铟层或n型氮化铝层或n型氮化铝铟镓层或前述任意组合。进一步的，p型层为p型氮化物半导体层。所述的p型氮化物半导体层为p型氮化镓层或p型氮化铝镓层或p型氮化铟镓层或p型氮化铟层或p型氮化铝层或p型氮化铝铟镓层或前述任意组合。进一步的，V-pits延伸层为氮化物超晶格半导体层。所述的氮化物超晶格半导体层为AlxInyGa1-x-yN层和AluInvGa1-u-vN层的组合层或仅为AlxInyGa1-x-yN层，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。本专利技术提供的上述半导体发光器件的制备方法，包括步骤：（1）衬底上生长缓冲层，缓冲层上生长n型层；（2）n型层生长结束后，生长温度降至750℃~900℃，在200mbar~600mbar的压强条件下，以H2为载气，通入气体硅源和气体氮源对n型层上表面进行刻蚀，即在n型层的位错缺陷顶端形成V-pits；（3）蚀刻结束后，在750℃~900℃的生长温度和200mbar~800mbar的压强条件下，以N2为载气，通入气体MO源和气体氮源，在n型层上生长V-pits延伸层；（4）V-pits延伸层生长结束后，依次生长发光层、p型层。进一步的，气体硅源为SiH4或Si2H6。进一步的，气体氮源为氨气。进一步的，MO源（金属有机源）为TMGa、TMIn和TMAl中的一种或多种。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术半导体发光器件具有n形层表面的气体蚀刻和V-pits延伸层，主要包括一n型层及表面蚀刻、一V-pits延伸层、一发光层和一p型层，经刻蚀在n型层位错顶端形成尺寸一致的V-pits，实现V-pits在LED器件内部同一位置形成。n型层蚀刻后生长V-pits延伸层，以延伸V-pits的尺寸，使得V-pits在深度和尺寸上具有一致性，从而充分发挥V-pits阻挡位错成为非辐射复合中心的功能，提高发光二极管的内量子效率。附图说明图1为实施例中半导体发光器件刻蚀前的结构示意图；图2为实施例中半导体发光器件刻蚀后的结构示意图；图3为实施例中半导体发光器件的整体结构示意图；图4为实施例中V-pits延伸层产生V-pits结构的TEM剖面图；图5为实施例中n型层上刻蚀形成V-pits的AFM表面形貌图；图6为实施例中LED器件内生长的V-pits的TEM剖面图。图示说明：100-衬底；101-缓冲层；102-n型层；103-位错缺陷；104-蚀刻出的V-pits；105-V-pits延伸层；106-发光层；107-p型层。具体实施方式本专利技术阐述的是一种半导体发光器件及其制备方法。为了彻底的了解本专利技术，将在下列的描述中提出详尽的器件结构和生长方法。显然地，本专利技术的具体实施并未限定半导体发光器件的本领域普通技术人员所公知的特殊细节。另一方面，众所周知的器件结构并未描述于细节中，以避免造成本专利技术不必要的限制。本专利技术较佳的实施例会详细的描述如下，然而除了这些详细的描述外，本专利技术还可以广泛的施行在其他的实施例中，且本专利技术的范围不受限定，以其权利要求的范围为准。参阅图3，所示为半导体发光器件的整体结构，从下到上依次包括：衬底（100）、缓冲层（101）、n型层（102）、V-pits延伸层（105）、发光层（106）、p型层（107），n型层（102）中位错缺陷（103）顶端蚀刻形成V-pits（104），V-pits（104）在V-pits延伸层（105）和发光层（106）中继续生长，并贯穿V-pits延伸层（105）和发光层（106），所形成的V-pits的TEM剖面图见图6。本实施例中，衬底（100）可以为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝等；缓冲层（101）、n型层（102）、V-pits延伸层（105）、p型层（107）均为氮化物半导体层；发光层（106）为多量子阱有源发光层。下面将结合附图进一步说明本专利技术制备方法。（1）采用AIXTRON公司的CriusI型号金属有机化学气相沉积机（MOCVD）在衬底（100）上依次外延生长缓冲层（101）、n型层（102）；n型层（102）中因异质生长的晶格失配和热失配，产生位错缺陷（103），如图1所示。缓冲层（101）和n型层（102）的生长为已有技术，生成温度和生长压强条件一般为1000℃~1070℃和150mbar~400mbar。（2）n型层（102）生长完毕后，降低温度至800度，通入SiH460sccm、NH330000sccm和H236000sccm，对n型层（102）蚀刻60s~600s，n型层（102）上表面被蚀刻出微小的V-pits（104），其AFM图如图5所示。本实施例中，n型层（102）为n型GaN层。本步骤中，同时通入的硅源SiH4和氮源NH3在n型层（102）上表面形成SiN层，使位错缺陷暴露，氮化物分解从而形成V-pits。（3）蚀刻结束后，进行V-pits延伸层（105）的生长。将载气切换为N2，通入NH3、TMGa和TMIn，在800℃生长温度下生长氮化物超晶格层，即V-pits延伸层（105）。随着V-pits延伸层（105）厚度增加刻蚀出的V-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光器件，其特征是，包括：一衬底；一缓冲层，生长于所述的衬底上；一n型层，生长于所述的缓冲层上；一V‑pits延伸层，其为超晶格半导体层，生长于所述的n型层上，以延伸V‑pits的尺寸；一发光层，生长于所述的V‑pits延伸层上，V‑pits延伸层和发光层中贯穿V‑pits；一p型层，生长于所述的发光层上；其中，n型层生长结束后，对n型层上表面进行刻蚀，使n型层中位错顶端形成V‑pits。

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光器件，其特征是，包括：一衬底；一缓冲层，生长于所述的衬底上；一n型层，生长于所述的缓冲层上；一V-pits延伸层，其为超晶格半导体层，生长于所述的n型层上，以延伸V-pits的尺寸；一发光层，生长于所述的V-pits延伸层上，V-pits延伸层和发光层中贯穿V-pits；一p型层，生长于所述的发光层上；其中，n型层生长结束后，对n型层上表面进行刻蚀，使n型层中位错顶端形成V-pits。2.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征是：所述的n型层为n型氮化物半导体层。3.如权利要求2所述的半导体发光器件，其特征是：所述的n型氮化物半导体层为n型氮化镓层或n型氮化铝镓层或n型氮化铟镓层或n型氮化铟层或n型氮化铝层或n型氮化铝铟镓层或前述任意组合。4.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征是：所述的p型层为p型氮化物半导体层。5.如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征是：所述的p型氮化物半导体层为p型氮化镓层或p型氮化铝镓层或p型氮化铟镓层或p型氮化铟层或p型氮化铝层或p型氮化铝铟镓层或前述任意组合。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：周圣军，胡红坡，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42