氮化镓器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种氮化镓器件。所述氮化镓器件包括锥形或锥台形阵列，所述锥形或锥台形阵列包括多个锥形或锥台形的外延结构，所述外延结构包括锥形或锥台形的氮化镓层以及依次形成在所述氮化镓层表面的非故意掺杂层、第一半导体层、有源区和第二半导体层，以及，所述锥形或锥台形的氮化镓层表面还形成有粗化结构，所述粗化结构包括多个凹陷部，其中，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型不同。本实用新型专利技术实施例提供的一种氮化镓器件，能够避免量子斯塔克效应并提升氮化镓LED器件的发光效率。光效率。光效率。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓器件


[0001]本技术涉及一种氮化镓器件，特别涉及一种氮化镓发光器件，属于半导体


技术介绍

[0002]氮化镓作为第三代半导体核心材料之一，具有禁带宽度大，电子迁移率高，击穿场强高，热导率高，介电常数小，抗辐射性能强，良好的化学稳定性等优良特性。氮化镓在光学器件和大功率电子器件上都有广泛的应用，如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和大功率晶体管。目前，生产氮化镓单晶衬底方法主要有四种，高压熔液法，氢化物气相外延法，氨热法，助熔剂法。助熔剂法作为一种近热力学平衡态下的生长方法，具有诸多优势，是目前国际上公认的获得低成本、高质量、大尺寸氮化镓体单晶的生长方法之一。
[0003]通常，助熔剂法氮化镓体单晶的一般生长过程为：选取适当原料(主要为金属镓、金属钠、碳添加剂等)成分配比，将装有生长原料和氮化镓籽晶的坩埚置于生长炉中，在一定生长温度、一定生长压力的氮气氛围，通过控制不同的生长时间，在氮化镓籽晶上自发形核获得不同厚度的氮化镓体单晶。但是，现有的氮化镓基器件主要是极性面制作，存在量子斯塔克效应，降低了器件的性能，特别是降低了光电子器件的发光效率。

技术实现思路

[0004]本技术的主要目的在于提供一种氮化镓器件，以克服现有技术中的不足。
[0005]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0006]本技术实施例提供了一种氮化镓器件，包括锥形或锥台形阵列，所述锥形或锥台形阵列包括多个锥形或锥台形的外延结构，所述外延结构包括锥形或锥台形的氮化镓层以及依次形成在所述氮化镓层表面的非故意掺杂层、第一半导体层、有源区和第二半导体层，以及，所述锥形或锥台形的氮化镓层表面还形成有粗化结构，所述粗化结构包括多个凹陷部，其中，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型不同。
[0007]与现有技术相比，本技术实施例提供的一种氮化镓器件，能够避免量子斯塔克效应并提升氮化镓LED器件的发光效率。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1是本技术一典型实施案例中提供的一种金字塔形氮化镓阵列的结构示意图；
[0010]图2是本技术一实施例1中提供的一种金字塔形氮化镓阵列电镜图；
[0011]图3是本技术一典型实施案例中提供的一种氮化镓LED器件的结构示意图；
[0012]图4是本技术一实施例2中提供的一种金字塔形氮化镓阵列电镜图；
[0013]图5是本技术一实施例3中提供的一种金字塔形氮化镓阵列电镜图；
[0014]图6是本技术一实施例4中提供的一种锥形台形氮化镓阵列电镜图；
[0015]图7是本技术一实施例5中提供的一种锥形台形氮化镓阵列电镜图。
具体实施方式
[0016]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0017]针对现有技术中的问题，如何制备非极性、半极性氮化镓显得尤为重要，本案专利技术人研究发现，控制助熔剂法氮化镓的均匀自发形核、控制成核时间能够有效获得半极性面的锥形或锥台形的氮化镓阵列，然后利用MOCVD技术或MBE技术在锥形或锥台形的氮化镓上生长量子阱，可以实现发光器件的高效率制备。
[0018]本案专利技术人研究发现，利用CVD/MBE/HVPE生长方法生长锥形或锥台形的氮化镓的工艺复杂，生长速率慢，成本高；采用二维材料(如石墨烯)侧向外延生长的锥形或锥台形的氮化镓结构复杂，生长一致性不可控；采用光刻和湿法腐蚀等可以进一步降低生长成本，但其会造成样品损伤，而本技术所采用的助熔剂法可以控制氮化镓的成核位置，相比于MOCVD技术或MBE技术，助熔剂法实现锥形或锥台形的氮化镓的制备的成本更低、工艺更加简化，然后利用MOCVD技术或MBE技术在锥形或锥台形的氮化镓阵列上生长量子阱和P
‑
GaN层，进而制得高效率的发光二极管(LED)器件。
[0019]本技术实施例提供的制备方法，结合助熔剂工艺和外延生长工艺的优势，首先通过助熔剂法生长锥形或锥台形的氮化镓阵列，然后利用MOCVD技术或MBE技术生长更为精细的量子阱结构，从而实现低成本、高效率的光电子器件的制备。
[0020]本技术实施例提供了一种氮化镓器件，包括锥形或锥台形阵列，所述锥形或锥台形阵列包括多个锥形或锥台形的外延结构，所述外延结构包括锥形或锥台形的氮化镓层以及依次形成在所述氮化镓层表面的非故意掺杂层、第一半导体层、有源区和第二半导体层，以及，所述锥形或锥台形的氮化镓层表面还形成有粗化结构，所述粗化结构包括多个凹陷部；其中，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型不同。
[0021]在一些较为具体的实施方案中，所述氮化镓层包括锥形或锥台形的第一氮化镓层以及形成在所述第一氮化镓层表面的第二氮化镓层，所述第二氮化镓层表面形成有多个所述凹陷部，且所述凹陷部还自所述第二氮化镓层的表面沿厚度方向延伸至所述第一氮化镓层的局部区域，其中，所述第一氮化镓层和第二氮化镓层均是以助熔剂法自发形核生长形成的。
[0022]在一些较为具体的实施方案中，所述氮化镓层具有4
‑
6个侧面。
[0023]在一些较为具体的实施方案中，所述氮化镓层的侧面与底面所呈第一夹角为40
‑
80
°
。
[0024]在一些较为具体的实施方案中，所述氮化镓层的高度为1
‑
500μm，底面边长为1
‑
500μm，其中，所述第二氮化镓层的厚度为0.2
‑
100μm。
[0025]在一些较为具体的实施方案中，所述氮化镓层为金字塔形结构。
[0026]在一些较为具体的实施方案中，所述凹陷部的直径为0.5
‑
100μm，深度为0.4
‑
40μm。
[0027]在一些较为具体的实施方案中，所述凹陷部的侧壁面与所述氮化镓层表面所呈第二夹角为10
‑
60
°
。
[0028]在一些较为具体的实施方案中，所述的氮化镓器件还包括电子阻挡层，所述电子阻挡层设置在所述有源区和第二半导体层之间，所述电子阻挡层的厚度为100nm
‑
1μm，其中，所述电子阻挡层的导电类型与所述第一半导体层的导电类型相同。
[0029]在一些较为具体的实施方案中，所述锥形或锥台形阵列设置在缓冲层上，所述缓冲层设置在衬底上。
[0030]在一些较为具体的实施方案中，所述非故意掺杂层的厚度为200nm<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓器件，其特征在于包括锥形或锥台形阵列，所述锥形或锥台形阵列包括多个锥形或锥台形的外延结构，所述外延结构包括锥形或锥台形的氮化镓层以及依次形成在所述氮化镓层表面的非故意掺杂层、第一半导体层、有源区和第二半导体层，以及，所述锥形或锥台形的氮化镓层表面还形成有粗化结构，所述粗化结构包括多个凹陷部，其中，所述第一半导体层和第二半导体层的导电类型不同。2.根据权利要求1所述的氮化镓器件，其特征在于：所述氮化镓层包括锥形或锥台形的第一氮化镓层以及形成在所述第一氮化镓层表面的第二氮化镓层，所述第二氮化镓层表面形成有多个所述凹陷部，且所述凹陷部还自所述第二氮化镓层的表面沿厚度方向延伸至所述第一氮化镓层的局部区域，其中，所述第一氮化镓层和第二氮化镓层均是以助熔剂法自发形核生长形成的。3.根据权利要求2所述的氮化镓器件，其特征在于：所述氮化镓层具有4
‑
6个侧面，所述氮化镓层的侧面与底面所呈第一夹角为40
‑
80
°
。4.根据权利要求2所述的氮化镓器件，其特征在于：所述氮化镓层的高度为1
‑
500μm，底面边长为1
‑
500μm，其中，所述第二氮化镓层的厚度为0.2
‑
100μm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：司志伟，刘宗亮，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：