【技术实现步骤摘要】
本专利技术特别涉及一种高效率半导体发光器件及其制备方法，属于半导体光电。
技术介绍
1、iii-v族氮化物半导体micro-led是指比mini-led还要微小的led器件，其尺寸通常在50μm以下，具有尺寸小、亮度高、调制速率快等优点，在高分辨显示、无透镜显微镜、超高分辨显微镜、光学镊子、光神经接口、无掩膜光刻和可见光通信等众多领域具有重要应用前景，因此受到了广泛关注。
2、然而，在制造micro-led时，由于常规gan基材料为ga面，化学稳定性非常好，很难腐蚀，因此常规led台面主要采用干法刻蚀制备。而干法刻蚀会在led侧壁产生空位、悬挂键等表面态缺陷，不仅会作为非辐射复合中心，严重影响micro-led外量子效率；还会作为漏电通道影响器件可靠性。这种影响在大尺寸led中同样存在，然而由于大尺寸led周长和面积比值很小，因此影响较弱。随着器件尺寸的进一步缩小，到50μm以下的micro-led器件中，侧壁干法刻蚀缺陷问题凸显，严重影响了micro-led的外量子效率和可靠性。
3、为了抑制侧壁干法刻蚀缺陷的影响，主流的技术是采用侧壁钝化来修复侧壁缺陷，以减少载流子在侧壁处发生非辐射复合，提高外量子效率。如美国加州大学圣巴巴拉分校s.nakamura教授团队在applied physics letters 116，251104(2020)论文中报道了该技术路线。然而侧壁钝化等技术无法完全修复侧壁的刻蚀损伤，因此侧壁刻蚀损伤引起的非辐射复合依然存在，影响着micro-led的内量子效率和外量子效率。还有
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种高效率半导体发光器件及其制备方法，特别是一种高外量子效率垂直结构iii-v族氮化物半导体micro-led器件及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、本专利技术一方面提供了一种高效率半导体发光器件，包括外延结构以及与外延结构配合的第一电极和第二电极，所述外延结构包括沿器件的纵向依次层叠设置的第一掺杂半导体层、有源区、第二掺杂半导体层；
4、所述第一掺杂半导体层具有第一注入区，所述第一电极与所述第一注入区电连接，所述第二掺杂半导体层具有第二注入区，所述第二电极与所述第二注入区电连接，所述第一注入区和所述第二注入区之间形成有载流子传输区；
5、在器件的纵向上，所述第一注入区具有第一正投影、所述第二注入区具有第二正投影，所述外延结构具有第三正投影，所述第三正投影的面积大于第一正投影、所述第二正投影中任一者的面积。
6、进一步的，所述第一正投影的面积大于所述第二正投影的面积。
7、进一步的，所述第一正投影和所述第二正投影至少部分重合。
8、进一步的，所述第一正投影完全包含所述第二正投影，即所述第二正投影位于所述第一投影内。
9、进一步的，在器件的横向上，所述第一注入区、所述第二注入区与所述外延结构的侧壁之间具有间隙。
10、进一步的，所述第一正投影的面积与所述第三正投影的面积的比值0.1-1(包含端值0.1，而不包含端值1)，优选为0.6-0.8。
11、进一步的，所述第二正投影的面积与所述第三正投影的面积的比值0.1-1(包含端值0.1，而不包含端值1)，优选为0.6-0.8。
12、以边长30μm的正方形micro-led为例，控制第一正投影、第二正投影的面积与所述第三正投影的面积的比值0.6-0.8，即可以保证第一正投影、所述第二正投影区边长比第三正投影小3-7μm，从而可以有效地防止载流子扩散到micro-led发生非辐射复合从而降低器件效率，同时还可以保证足够大的器件发光区从而实现更高的发光效率。
13、进一步的，在器件的横向上，所述第三正投影与所述第一正投影、所述第二正投影中任一者的长度和/或宽度的差值为5-10μm。当第一/二正投影与第三正投影的比值太大时，器件发光区离边缘太近载流子容易扩散到边缘非辐射复合中心，从而影响器件发光效率。当比值太小，器件的发光区面积太小导致输出光功率有限，其他选值也是类似的情况。
14、进一步的，所述第一正投影与所述第二正投影的面积之比为0.1-1(包含端值0.1，而不包含端值1)，优选为0.7-0.95。
15、进一步的，在器件的横向上，所述第一正投影和所述第二正投影的长度和/或宽度的差值为2-5μm。通常空穴迁移率要远小于电子迁移率，因此设置第一掺杂半导体层的第一注入区(可以理解为第一注入区的横向截面面积或第一注入区对应的第一正投影(可以理解为第一正投影区域))大于第二掺杂半导体层的第二注入区(大的区域靠电子扩散来解决，同时避免电子扩散能力强而扩散到边缘区域发生非辐射复合)。根据文献调研结果，常规micro-led结构，通过控制外延层厚度，可以将电子扩散距离控制为比空穴扩散距离大约1-2μm，因此第一正投影和所述第二正投影的长度和/或宽度的差值为2-5μμm。
16、进一步的，在器件的横向上，所述第一注入区、所述第二注入区与所述外延结构的侧壁之间的间隙宽度为5-10μm。
17、进一步的，所述第二掺杂半导体层与所述第二注入区对应的表面还具有粗化结构。
18、进一步的，所述粗化结构是由所述第二掺杂半导体层的表面经刻蚀加工处理形成的。
19、进一步的，所述第一掺杂半导体层为p型半导体层，所述第二掺杂半导体层为n型半导体层。
20、进一步的，所述高效率半导体发光器件还包括反射镜，所述反射镜沿器件的纵向设置在所述第一电极上，且与所述第一电极结合形成复合结构。
21、进一步的，所述反射镜包括布拉格反射镜。
22、进一步的，所述外延结构的侧壁还覆设有绝缘介质层。
23、进一步的，所述高效率半导体发光器件包括micro-led。
24、本专利技术另一方面还提供了一种高效率半导体发光器件的制备方法，包括：
25、提供外延结构，所述外延结构包括沿器件的纵向依次层叠设置的第一掺杂半导体层、有源区和第二掺杂半导体层；
26、对所述第一掺杂半导体层的第一表面进行加工处理，以使所述第一表面的第一区域能够与第一电极形成欧姆接触，而第二区域无法与第一电极形成欧姆接触，所述第二区域环绕所述第一区域设置，所述第一表面位于背对第二掺杂半导体层的一侧；
27、对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效率半导体发光器件，包括外延结构以及与外延结构配合的第一电极和第二电极，所述外延结构包括沿器件的纵向依次层叠设置的第一掺杂半导体层、有源区、第二掺杂半导体层，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第一正投影的面积大于所述第二正投影的面积；
3.根据权利要求1或2所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第一正投影的面积与所述第三正投影的面积的比值0.1-1，优选为0.6-0.8；
4.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：在器件的横向上，所述第一注入区、所述第二注入区与所述外延结构的侧壁之间的间隙宽度为5-10μm。
5.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第二掺杂半导体层与所述第二注入区对应的表面还具有粗化结构；优选的，所述粗化结构是由所述第二掺杂半导体层的表面经刻蚀加工处理形成的；
6.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述外延结构的侧壁还覆设有绝缘介质层；
7.一种高效率半导体发光器件的制备方法，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一掺杂半导体层靠近所述第一表面的表层具有第一欧姆接触层，所述第一欧姆接触层能够与所述第一电极形成欧姆接触，所述的制备方法具体包括：破坏位于所述第二区域的第一欧姆接触层，而保留位于所述第一区域的第一欧姆接触层，或者，除去位于所述第二区域的第一欧姆接触层，而保留位于所述第一区域的第一欧姆接触层；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于：所述第一区域的面积与所述外延结构的横向截面的面积的比值为0.1-1，优选为0.6-0.8；和/或，所述第三区域的面积与所述外延结构的横向截面的面积的比值为0.1-1，优选为0.6-0.8；
10.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述第二掺杂半导体层的第二表面进行粗化处理；优选的，所述粗化处理的方式包括刻蚀或腐蚀；
...【技术特征摘要】
1.一种高效率半导体发光器件，包括外延结构以及与外延结构配合的第一电极和第二电极，所述外延结构包括沿器件的纵向依次层叠设置的第一掺杂半导体层、有源区、第二掺杂半导体层，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第一正投影的面积大于所述第二正投影的面积；
3.根据权利要求1或2所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第一正投影的面积与所述第三正投影的面积的比值0.1-1，优选为0.6-0.8；
4.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：在器件的横向上，所述第一注入区、所述第二注入区与所述外延结构的侧壁之间的间隙宽度为5-10μm。
5.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其特征在于：所述第二掺杂半导体层与所述第二注入区对应的表面还具有粗化结构；优选的，所述粗化结构是由所述第二掺杂半导体层的表面经刻蚀加工处理形成的；
6.根据权利要求1所述的高效率半导体发光器件，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨珊珊，冯美鑫，周宇，孙钱，张书明，杨辉，李永建，吴迅飞，
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：发明
国别省市：
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