一種半導體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】一種半導體發(fā)光元件，其通過在襯底與緩沖層之間插入一層陽極氧化鋁層，并將緩沖層沉積于陽極氧化鋁孔洞結(jié)構內(nèi)部，增加材料的折射系數(shù)，進而提升光的外量子效應。同時由于陽極氧化鋁層具有較高的致密度及硬度，減小外延層生長時的翹曲度，同時在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，用于減小化學溶液的腐蝕程度，提高芯片良率。
【專利說明】
一種半導體發(fā)光元件
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于技術半導體技術領域，尤其涉及一種半導體發(fā)光元件。
【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管的光提取效率是指能夠出射到器件表面以外的光子與外延片的有源區(qū)電子空穴復合所產(chǎn)生的總的光子的比例。在傳統(tǒng)LED器件中，由于光面的全反射、襯底吸收、電極阻擋等因素的存在，光提取效率在30%以下，絕大部分光子被限制在器件內(nèi)部被反復吸收，最終以熱量的形式釋放，從而影響器件可靠性。
[0003]目前常用的是采用圖形化的藍寶石襯底或者在其背部設置DBR反射層來增加光提取效率。但仍存在光提取效率低的問題;此外，利用激光對外延片表面切割后浸泡化學溶液時容易產(chǎn)生緩沖層或緩沖層與襯底接觸表面的過腐蝕現(xiàn)象，導致形成的芯粒電性異常，降低生產(chǎn)良率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種半導體發(fā)光元件，至少包括一襯底、及依次位于襯底上的緩沖層和外延層，其特征在于:于所述襯底和緩沖層之間還包括一陽極氧化鋁層，所述陽極氧化鋁層具有周期性分布的孔洞結(jié)構，所述緩沖層沉積于所述孔洞結(jié)構內(nèi)并覆蓋所述陽極氧化鋁層的表面。
[0005]優(yōu)選的，所述陽極氧化鋁層的孔洞直徑大小為Inm?lOOnm。
[0006]優(yōu)選的，所述陽極氧化鋁層的孔洞分布密度為IX 18?I X 111 cm-2。
[0007]優(yōu)選的，所述陽極氧化鋁層的厚度為5?lOOnm。
[0008]優(yōu)選的，所述陽極氧化鋁層的相鄰孔洞之間的間距為20-300nm。
[0009]優(yōu)選的，所述緩沖層的厚度大于陽極氧化鋁層的厚度。
[0010]優(yōu)選的，所述緩沖層為氮化鋁緩沖層。
[0011 ]優(yōu)選的，所述緩沖層包括氮化鋁緩沖層和位于所述氮化鋁緩沖層之上的氮化鎵緩沖層。
[0012]優(yōu)選的，所述外延層至少包括:N型層、發(fā)光層和P型層。
[0013]優(yōu)選的，所述襯底為平片襯底或圖形化襯底。
[0014]本發(fā)明至少具有以下有益效果:I)在襯底與緩沖層之間插入具有周期性孔洞結(jié)構的陽極氧化鋁層，改變從外延層射向襯底的光的折射角度，進而增加出光;2)陽極氧化鋁層具有較高的硬度及致密度，減少外延生長時的翹曲度;3)緩沖層沉積于孔洞結(jié)構內(nèi)并覆蓋陽極氧化鋁層的表面，增加陽極氧化鋁與緩沖層的接觸界面面積，進一步利用界面處較好的的抗腐蝕性，使得在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，減小化學溶液對芯片側(cè)壁的腐蝕程度，提尚芯片良率。
【附圖說明】
[0015]附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0016]圖1為本實用新型【具體實施方式】之發(fā)光二極管結(jié)構示意圖。
[0017]圖2為本實用新型【具體實施方式】之陽極氧化鋁層結(jié)構示意圖。
[0018]圖3為本實用新型【具體實施方式】之陽極氧化鋁層與氮化鋁層局部結(jié)構示意圖。
[0019]附圖標注:100:襯底;200:陽極氧化鋁層;210:孔洞;300:緩沖層;310:氮化鋁緩沖層;320:氮化鎵緩沖層;400:外延層;410: N型層;420:發(fā)光層;430: P型層。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0021]參看附圖1，本發(fā)明提供的一種半導體發(fā)光元件，包括依次堆疊于襯底100上的陽極氧化鋁層200、緩沖層300及外延層400，其中，外延層400為氮化鎵半導體層、砷化鎵半導體層或者鋁銦鎵磷半導體層，本實施例中的外延層400為氮化鎵半導體層，其至少包括N型層410、發(fā)光層420和P型層430，發(fā)光層420為InGaN/GaN組成的周期性結(jié)構層，N型摻雜雜質(zhì)為硅、鍺、錫，P型摻雜雜質(zhì)為鎂、鍶、鋇;襯底100為平片襯底或者圖形化襯底100，優(yōu)選藍寶石圖形化襯底，以增加光的提取效率。
[0022]參看附圖2?3，陽極氧化鋁層200為一種六邊形高規(guī)則孔洞210陣列結(jié)構，緩沖層300的厚度大于陽極氧化鋁層200的厚度，其優(yōu)先沉積于孔洞210內(nèi)并覆蓋陽極氧化鋁層200的表面。緩沖層300的材料為AlxInyGaityN，其中，O < x< l,0<y< I，更進一步的，緩沖層300為濺射沉積的氮化鋁緩沖層310或者包括濺射沉積的氮化鋁緩沖層310和位于其上的由化學氣相法沉積的氮化鎵緩沖層320，濺射沉積的氮化鋁緩沖層310優(yōu)先沉積于陽極氧化鋁層200的孔洞210結(jié)構內(nèi)，并覆蓋其表面，形成表面平整的氮化鋁緩沖層310，增加氮化鋁緩沖層310與陽極氧化鋁層200的接觸面積，實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，陽極氧化鋁層200與氮化鋁緩沖層310的接觸面較常規(guī)的氮化鎵緩沖層320對化學溶液的腐蝕耐受性更強，因此，本結(jié)構同時通過控制陽極氧化鋁層200的厚度、孔洞210直徑、孔洞210分布密度及孔洞210間距進一步增加陽極氧化鋁與氮化鋁緩沖層310的接觸面積，繼而使本實施例形成的半導體元件在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，耐化學溶液腐蝕的能力更強，減少化學溶液對外延層400的過腐蝕現(xiàn)象，提高芯片良率。優(yōu)選的，陽極氧化鋁層200的厚度為5?lOOnm，孔洞210的直徑大小為Inm?lOOnm，同時孔洞210分布密度及孔洞間距分別為I X 18-1 X 10ncm—2、20~300nm。此外，由于陽極氧化鋁層200的孔洞210結(jié)構內(nèi)沉積有氮化鋁材料，相對比藍寶石襯底100，從外延層400發(fā)出的光經(jīng)過氮化鋁緩沖層310和陽極氧化鋁層200時光的入射角度發(fā)生改變，射入襯底100的光通量減少，進一步增加了光的外量子效率。GaN緩沖層320采用與外延層400相同的化學氣相沉積法生長，進一步減小陽極氧化鋁層200與外延層400的晶格失配產(chǎn)生的極化效應。
[0023]本實施例還提供一種半導體發(fā)光元件的制備方法，首先提供一藍寶石圖形化襯底100，于襯底100表面沉積一層金屬Al層，后采用陽極氧化工藝形成陽極氧化鋁層200;在陽極氧化鋁層200表面采用濺射沉積氮化鋁緩沖層310，于氮化鋁緩沖層310上采用化學氣相沉積法沉積氮化鎵緩沖層320，以及沉積于氮化鎵層320上的N型層410、發(fā)光層420和P型層430。通過陽極氧化工藝形成的陽極氧化鋁層200具有較高的致密度及堅硬度，減少后續(xù)外延層400生長時的翹曲度；另一方面，相比于常規(guī)的緩沖層300，由于陽極氧化鋁層200具有較高的高致密度及硬度，半導體元件在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，耐化學溶液的腐蝕能力更強，減少化學溶液對外延層400的過腐蝕現(xiàn)象，提高芯片良率。
[0024]應當理解的是，上述具體實施方案為本實用新型的優(yōu)選實施例，本實用新型的范圍不限于該實施例，凡依本實用新型所做的任何變更，皆屬本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種半導體發(fā)光元件，至少包括一襯底及依次位于襯底上的緩沖層和外延層，其特征在于:所述襯底和緩沖層之間還包括一陽極氧化鋁層，所述陽極氧化鋁層具有周期性分布的孔洞結(jié)構，所述緩沖層沉積于所述孔洞結(jié)構內(nèi)并覆蓋所述陽極氧化鋁層的表面。2.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述陽極氧化鋁層的孔洞直徑大小為I?I OOnm。3.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述陽極氧化鋁層的孔洞分布密度為I X 18-1 X 111Cm'4.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述陽極氧化鋁層的厚度為5?10nm。5.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述陽極氧化鋁層的相鄰孔洞之間的間距為20?300nmo6.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述緩沖層的厚度大于陽極氧化鋁層的厚度。7.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述緩沖層為氮化鋁緩沖層。8.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述緩沖層包括氮化鋁緩沖層和沉積于所述氮化鋁緩沖層之上的氮化鎵緩沖層。9.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述外延層至少包括:N型層、發(fā)光層和P型層。10.根據(jù)權利要求1所述的一種半導體發(fā)光元件，其特征在于:所述襯底為平片襯底或圖形化襯底。
【文檔編號】H01L33/44GK205488195SQ201620288179
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】黃文賓, 黃靜, 林兓兓, 張家宏
【申請人】安徽三安光電有限公司