本發(fā)明涉及半導(dǎo)體電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

與傳統(tǒng)照明相比，發(fā)光二極管尤其是氮化物發(fā)光二極管有較高的發(fā)光效率，因此在照明領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管一般采用異質(zhì)外延，晶格失配和熱失配導(dǎo)致生長(zhǎng)的發(fā)光二極管器件內(nèi)存在大量的位錯(cuò)缺陷，這些位錯(cuò)降低了外延層的生長(zhǎng)質(zhì)量，導(dǎo)致發(fā)光二極管發(fā)光效率的降低，壽命的減少，以及可靠性的降低。

在Cree公司的專(zhuān)利US7611917B2中，闡述了V-pits（V型微坑）對(duì)抑制位錯(cuò)缺陷的非輻射復(fù)合的作用。該專(zhuān)利中描述了在LED器件結(jié)構(gòu)的多量子阱生長(zhǎng)前，采用降低溫度生長(zhǎng)氮化鎵系列材料的超晶格結(jié)構(gòu)，促進(jìn)V-pits結(jié)構(gòu)的形成，提高LED器件的發(fā)光效率，降低正向工作電壓。該專(zhuān)利中采用氮化鎵系列材料的超晶格結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)出V-pits結(jié)構(gòu)，但是V-pits的尺寸過(guò)程具有隨機(jī)性，限制了芯片內(nèi)量子效率的進(jìn)一步提高。因此有必要對(duì)V-pits的形成過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步的控制，形成均一的V-pits結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮V-pits抑制位錯(cuò)缺陷的非輻射復(fù)合的作用，提高器件內(nèi)量子效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法，該半導(dǎo)體發(fā)光器件中生長(zhǎng)的V-pits結(jié)構(gòu)在深度和尺寸上具有一致性，且V-pits結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程具有可控性。

本發(fā)明提供的半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括：

一襯底；

一緩沖層，生長(zhǎng)于所述的襯底上；

一n型層，生長(zhǎng)于所述的緩沖層上；

一V-pits延伸層，其為超晶格半導(dǎo)體層，生長(zhǎng)于所述的n型層上，以延伸V-pits的尺寸；

一發(fā)光層，生長(zhǎng)于所述的V-pits延伸層上，V-pits延伸層和發(fā)光層中貫穿V-pits；

一p型層，生長(zhǎng)于所述的發(fā)光層上；

其中，n型層生長(zhǎng)結(jié)束后，對(duì)n型層上表面進(jìn)行刻蝕，使n型層中位錯(cuò)頂端形成V-pits。

進(jìn)一步的，n型層為n型氮化物半導(dǎo)體層。

所述的n型氮化物半導(dǎo)體層為n型氮化鎵層或n型氮化鋁鎵層或n型氮化銦鎵層或n型氮化銦層或n型氮化鋁層或n型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。

進(jìn)一步的，p型層為p型氮化物半導(dǎo)體層。

所述的p型氮化物半導(dǎo)體層為p型氮化鎵層或p型氮化鋁鎵層或p型氮化銦鎵層或p型氮化銦層或p型氮化鋁層或p型氮化鋁銦鎵層或前述任意組合。

進(jìn)一步的，V-pits延伸層為氮化物超晶格半導(dǎo)體層。

所述的氮化物超晶格半導(dǎo)體層為Al_xIn_yGa_1-x-yN層和Al_uIn_vGa_1-u-vN層的組合層或僅為Al_xIn_yGa_1-x-yN層，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。

本發(fā)明提供的上述半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，包括步驟：

（1）襯底上生長(zhǎng)緩沖層，緩沖層上生長(zhǎng)n型層；

（2）n型層生長(zhǎng)結(jié)束后，生長(zhǎng)溫度降至750℃~900℃，在200mbar~600mbar的壓強(qiáng)條件下，以H₂為載氣，通入氣體硅源和氣體氮源對(duì)n型層上表面進(jìn)行刻蝕，即在n型層的位錯(cuò)缺陷頂端形成V-pits；

（3）蝕刻結(jié)束后，在750℃~900℃的生長(zhǎng)溫度和200mbar~800mbar的壓強(qiáng)條件下，以N₂為載氣，通入氣體MO源和氣體氮源，在n型層上生長(zhǎng)V-pits延伸層；

（4）V-pits延伸層生長(zhǎng)結(jié)束后，依次生長(zhǎng)發(fā)光層、p型層。

進(jìn)一步的，氣體硅源為SiH₄或Si₂H₆。

進(jìn)一步的，氣體氮源為氨氣。

進(jìn)一步的，MO源（金屬有機(jī)源）為T(mén)MGa、TMIn和TMAl中的一種或多種。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件具有n形層表面的氣體蝕刻和V-pits延伸層，主要包括一n型層及表面蝕刻、一V-pits延伸層、一發(fā)光層和一p型層，經(jīng)刻蝕在n型層位錯(cuò)頂端形成尺寸一致的V-pits，實(shí)現(xiàn)V-pits在LED器件內(nèi)部同一位置形成。n型層蝕刻后生長(zhǎng)V-pits延伸層，以延伸V-pits的尺寸，使得V-pits在深度和尺寸上具有一致性，從而充分發(fā)揮V-pits阻擋位錯(cuò)成為非輻射復(fù)合中心的功能，提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中半導(dǎo)體發(fā)光器件刻蝕前的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例中半導(dǎo)體發(fā)光器件刻蝕后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例中半導(dǎo)體發(fā)光器件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例中V-pits延伸層產(chǎn)生V-pits結(jié)構(gòu)的TEM剖面圖；

圖5為實(shí)施例中n型層上刻蝕形成V-pits的AFM表面形貌圖；

圖6為實(shí)施例中LED器件內(nèi)生長(zhǎng)的V-pits的TEM剖面圖。

圖示說(shuō)明：100-襯底；101-緩沖層；102-n型層；103-位錯(cuò)缺陷；104-蝕刻出的V-pits；105-V-pits延伸層；106-發(fā)光層；107-p型層。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明闡述的是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法。為了徹底的了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳盡的器件結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)方法。顯然地，本發(fā)明的具體實(shí)施并未限定半導(dǎo)體發(fā)光器件的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的特殊細(xì)節(jié)。另一方面，眾所周知的器件結(jié)構(gòu)并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。本發(fā)明較佳的實(shí)施例會(huì)詳細(xì)的描述如下，然而除了這些詳細(xì)的描述外，本發(fā)明還可以廣泛的施行在其他的實(shí)施例中，且本發(fā)明的范圍不受限定，以其權(quán)利要求的范圍為準(zhǔn)。

參閱圖3，所示為半導(dǎo)體發(fā)光器件的整體結(jié)構(gòu)，從下到上依次包括：襯底（100）、緩沖層（101）、n型層（102）、V-pits延伸層（105）、發(fā)光層（106）、p型層（107），n型層（102）中位錯(cuò)缺陷（103）頂端蝕刻形成V-pits（104），V-pits（104）在V-pits延伸層（105）和發(fā)光層（106）中繼續(xù)生長(zhǎng)，并貫穿V-pits延伸層（105）和發(fā)光層（106），所形成的V-pits的TEM剖面圖見(jiàn)圖6。本實(shí)施例中，襯底（100）可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、氮化鎵、氮化鋁等；緩沖層（101）、n型層（102）、V-pits延伸層（105）、p型層（107）均為氮化物半導(dǎo)體層；發(fā)光層（106）為多量子阱有源發(fā)光層。

下面將結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明制備方法。

（1）采用AIXTRON公司的Crius I型號(hào)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積機(jī)（MOCVD）在襯底（100）上依次外延生長(zhǎng)緩沖層（101）、n型層（102）；n型層（102）中因異質(zhì)生長(zhǎng)的晶格失配和熱失配，產(chǎn)生位錯(cuò)缺陷（103），如圖1所示。緩沖層（101）和n型層（102）的生長(zhǎng)為已有技術(shù)，生成溫度和生長(zhǎng)壓強(qiáng)條件一般為1000℃~1070℃和150 mbar~400mbar。

（2）n型層（102）生長(zhǎng)完畢后，降低溫度至800度，通入SiH₄ 60 sccm、NH₃ 30000 sccm和H₂ 36000 sccm，對(duì)n型層（102）蝕刻60s~600s，n型層（102）上表面被蝕刻出微小的V-pits（104），其AFM圖如圖5所示。本實(shí)施例中，n型層（102）為n型GaN層。本步驟中，同時(shí)通入的硅源SiH₄和氮源NH₃在n型層（102）上表面形成SiN層，使位錯(cuò)缺陷暴露，氮化物分解從而形成V-pits。

（3）蝕刻結(jié)束后，進(jìn)行V-pits延伸層（105）的生長(zhǎng)。將載氣切換為N₂，通入NH₃、TMGa和TMIn，在800℃生長(zhǎng)溫度下生長(zhǎng)氮化物超晶格層，即V-pits延伸層（105）。隨著V-pits延伸層（105）厚度增加刻蝕出的V-pits（104）尺寸也逐步增大。在V-pits延伸層（105）的生長(zhǎng)過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力、生長(zhǎng)速率使V-pits的尺寸不斷增大。本實(shí)施例中，V-pits延伸層（105）為GaN/InGaN超晶格層，其所產(chǎn)生的V-pits結(jié)構(gòu)的TEM剖面圖見(jiàn)圖4。

（4）V-pits延伸層（105）生長(zhǎng)結(jié)束后，在V-pits延伸層（105）上依次生長(zhǎng)發(fā)光層（106）、p型層（107），以構(gòu)成完整的LED器件結(jié)構(gòu)。發(fā)光層（106）包括勢(shì)壘層和勢(shì)阱層，勢(shì)壘層生長(zhǎng)的溫度和壓強(qiáng)條件為800℃~900℃、200mbar~600mbar，勢(shì)阱層生長(zhǎng)的溫度和壓強(qiáng)條件為700℃~800℃和200mbar~600mbar。p型層（107）包含p型AlGaN層和p型GaN層，p型AlGaN層的生長(zhǎng)溫度和壓強(qiáng)條件為900~980℃和50mbar~200mbar，p型GaN層的生長(zhǎng)溫度和壓強(qiáng)條件為900℃~950℃、150mbar~600mbar。

以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修飾和變動(dòng)，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng)依權(quán)利要求書(shū)范圍限定。