一種氮化物發光二極管及其制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種氮化物發光二極管及其制作方法，包括襯底，N型氮化物，多量子阱，V?pits，V?pits空氣腔控制層，V?pits空氣腔蓋層，V?pits的空氣腔，P型氮化物以及 P型接觸層，其多量子阱區域的V?Pits具有可調控的空氣腔層，通過在V?pits底部沉積空氣腔控制層，然后，轉移及沉積V?pits的蓋層，形成V?pits的空氣腔，從而制作V?pits的空氣腔層的體積和形狀可調控的氮化物發光二極管，通過改變多量子阱發出光的散射和折射路徑，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
【專利說明】
一種氮化物發光二極管及其制作方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體光電器件領域，特別是一種具有可調控空氣腔層V-Pits的氮化物發光二極管及其制作方法。
【背景技術】
[0002]現今，發光二極管(LED)，特別是氮化物發光二極管因其較高的發光效率，在普通照明領域已取得廣泛的應用。因氮化物發光二極管的底層存在缺陷，導致生長量子阱時缺陷延伸會形成V形坑(以下簡稱V-pits) J-pits的側壁的勢皇大于多量子阱的勢皇，導致電子不易躍迀進入V-pits的缺陷非輻射復合中心，同時，V-pits側壁可對多量子阱發出的光進行反射，改變發光角度，降低全反射角對出光影響，提升光提取效率，提升發光效率和發光強度。通過在多量子阱的V-pits制作空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱MQW發出光的散射和折射路徑，在多量子阱區域起到類似圖形化襯底(英文簡稱PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明的目的在于:提供一種可調控空氣腔層V-pits的氮化物發光二極管，通過在多量子阱區域的V-pits制作可調控的空氣腔層，調控V-pits的空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱(MQW)發出光的散射和折射路徑，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
[0004]根據本發明的第一方面:一種具有可調控空氣腔層V-pits的氮化物發光二極管，依次包括:襯底，N型氮化物，多量子阱，V-pits，V-pits空氣腔控制層，V-pits空氣腔蓋層，V-Pits的空氣腔，P型氮化物，以及P型接觸層，其特征在于:多量子阱區域的V-pits具有可調控的空氣腔層。通過在V-pits的底部沉積空氣腔控制層，形成第一平臺，然后，在V-pits上方的第二平臺轉移及沉積一層V-pits的蓋層，形成V-pits的空氣腔層，從而調控V-pits的空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱(MQW)發出光的散射和折射路徑，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
[0005]進一步地，在襯底上形成緩沖層，再形成N型氮化物。
[0006]進一步地，所述可調控的空氣腔層，通過在V-pits的底部沉積空氣腔控制層，形成第一平臺，然后，在V-pits上方的第二平臺轉移及沉積一層V-pits的蓋層，形成V-pits的空氣腔層，從而調控V-pits的空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱(MQW)發出光的散射和折射路徑，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
[0007]進一步地，所述多量子阱區域的V-pits的底部沉積空氣腔控制層，通過控制層的厚度a，來調控空氣腔層的第一平臺的尺寸d，從而調控空氣腔的形狀和體積。
[0008]進一步地，所述空氣腔控制層的厚度a小于V-pits的深度b。
[0009]進一步地，所述V-pits上方第二平臺迅速沉積V-pits的蓋層，該蓋層材料不會滲透擴散至V-pi ts內部，從而形成空氣腔層。
[0010]進一步地，所述V-Pits的蓋層包含兩個蓋層:第一蓋層和第二蓋層，第一蓋層材料為二維材料，如氮化硼BN或石墨烯薄膜，優選氮化硼(BN)薄膜;第二蓋層材料為II1-V族化合物半導體及混晶超晶格結構，優選氮化鋁(AlN)材料。
[0011]進一步地，所述空氣腔蓋層的厚度為5?500nm，優選lOOnm。
[0012]進一步地，所述空氣腔控制層的材料為II1-V族化合物半導體，如InxGa^xN或AlyGaN1-yN 或 InxAlzGai—x—zN 或 InxGa1-xN/GaN 或 AlyGaN1-yN/GaN 或 InxGa1-xN/AlyGai—yN 的超晶格周期性結構(0=〈χ〈=1，0=<y<=l, 0=〈ζ〈=1)，周期為I?20對。
[0013]根據本發明的第二方面:一種具有可調控空氣腔層V-pits的氮化物發光二極管的制作方法，包含以下工藝步驟:(I)在襯底上依次外延生長N型氮化物、多量子阱，多量子阱因位錯延伸產生V-pits，然后，在V-pits的底部沉積空氣腔控制層，形成第一平臺，制備成第一外延片；(2)將第一外延片取出，利用轉移技術在V-pits的第二平臺開口處沉積第一蓋層，然后，采用磁控濺射迅速沉積第二蓋層，進行快速退火，使第一蓋層和第二蓋層材料完全填充住V-pits的第二平臺，形成空氣腔蓋層，使后續的P型外延層材料不會滲透擴散至V-pits的中間，從而形成V-pits的空氣腔；(3)通過二次外延生長方法，外延生長P型外延層，制備完整的氮化物發光二極管的外延片。
[0014]進一步地，先在襯底上生長緩沖層，再生長N型氮化物。
[0015]進一步地，所述空氣腔控制層的厚度a小于V-pits的深度b。
【附圖說明】
[0016]圖1為傳統的氮化物發光二極管多量子阱V-pits示意圖。
[0017]圖2為本發明實施例的具有可調控空氣腔層V-pits的氮化物發光二極管的結構示意圖。
[0018]圖3為本發明實施例的可調控的空氣腔層的示意圖。
[0019]圖示說明:100:襯底；101:緩沖層；102:N型氮化物；103:多量子阱；104:V-pits;105:V_pits空氣腔控制層；106:V_pits空氣腔蓋層；106a:第一蓋層；106b:第二蓋層；107:V-P its的空氣腔；108: P型氮化物；109: P型接觸層。
【具體實施方式】
[0020]傳統的氮化物發光二極管，因晶格失配和熱失配在氮化物生長過程中會形成缺陷，生長多量子阱時該位錯會延伸形成V-pits，如圖1所示；因V-pits的側壁的勢皇大于多量子阱的勢皇，導致電子不易躍迀進入V-pits的缺陷非輻射復合中心，同時，V-pits側壁可對多量子阱發出的光進行反射，可改變發光角度，降低全反射角對出光影響，提升光提取效率，提升發光效率和發光強度。通過在多量子阱的V-pits制作空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱MQW發出光的散射和折射路徑，在多量子阱區域起到類似圖形化襯底(PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
[0021]本實施例提出一種具有可調控空氣腔層V-pits的氮化物發光二極管，如圖2所示，依次包括:襯底100，緩沖層1014型氮化物102，多量子阱103，￥-?^8 104，V_pits空氣腔控制層105，￥-?^8空氣腔蓋層106，￥-?^8的空氣腔107，？型氮化物108以及?型接觸層109。
[0022]首先，在藍寶石襯底100上依次外延生長緩沖層101，N型氮化物102，多量子阱103，多量子阱因位錯延伸產生V-pits 104;然后，在V-pits的底部沉積空氣腔控制層105，空氣腔控制層的材料為II1-V族化合物半導體，如InxGa1-xN或AlyGaNiiNSlnxAlzGaitzNSInxGa1-xN/GaN或AlyGaN1-yN/GaN或InxGa1-xN/AlyGai—yN的超晶格周期性結構(0=〈x〈=l, 0=<y<=1，0=〈ζ〈=1)，周期為I?20對，定義空氣腔控制層的厚度為a，該厚度小于V-pits的深度b，形成空氣腔層的第一平臺，該第一平臺的大小為d，小于V-pits頂端的第二平臺，如圖3所示;然后，將外延片取出，采用轉移技術轉移一層氮化硼BN的二維薄膜，作為第一蓋層106a蓋往V-pits頂端的第二平臺，再磁控測射沉積一層空氣腔的A1N，作為第二蓋層106b，從而形成空氣腔蓋層106，厚度為為5?500nm，優選lOOnm，迅速地將V-pits的第二平臺蓋住，然后，升至1100°C進行快速退火，由于磁控濺射的粒徑較大，填充V-pits的第二平臺后不易擴散至V-pits中，且BN和AlN材料迀移率較低，可直接填充住V-pits的第二平臺，使后續的P型外延層材料不會滲透擴散至V-p i ts的中間，從而形成V-pi ts的空氣腔107。最后，采用二次外延生長方法，外延生長P型外延層，如P型氮化物108以及P型接觸層109，從而制作完整的氮化物發光二極管的外延片。通過控制空氣腔層的厚度，可以調控空氣腔控制層a的大小，調控空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱(MQW)發出光的散射和折射路徑，在多量子阱區域起到類似圖形化襯底(PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。
[0023]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非用于限定本發明，本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，可以對本發明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應視權利要求書范圍限定。
【主權項】
1.一種氮化物發光二極管，依次包括襯底，N型氮化物，多量子講，v-pits，v-pits空氣腔控制層，V-pits空氣腔蓋層，V-pits的空氣腔，P型氮化物以及P型接觸層，其特征在于:所述多量子阱區域的V-pits具有可調控的空氣腔層。2.根據權利要求1所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述可調控的空氣腔層，通過在V-pits的底部沉積空氣腔控制層，形成第一平臺，然后，在V-pits上方的第二平臺轉移及沉積V-pits的蓋層，形成V-pits的空氣腔層，從而調控V-pits的空氣腔層的體積和形狀，改變多量子阱發出光的散射和折射路徑，在多量子阱區域起到類似圖形化襯底的作用，提升光提取效率，提升氮化物發光二極管的發光強度和發光效率。3.根據權利要求2所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述多量子阱區域的V-Pits的底部沉積空氣腔控制層，通過控制層的厚度a，來調控空氣腔層的第一平臺的尺寸d，從而調控空氣腔的形狀和體積。4.根據權利要求2所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述空氣腔控制層的厚度a小于V-pits的深度b。5.根據權利要求2所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述V-pits上方第二平臺轉移并沉積V-pits的蓋層，該蓋層使后續的外延層材料不會滲透擴散至V-pits內部，從而形成空氣腔層。6.根據權利要求2所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述V-pits的蓋層包含第一蓋層和第二蓋層，第一蓋層材料為二維材料，第二蓋層材料為II ι-v族化合物半導體及混晶或超晶格結構。7.根據權利要求1所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述空氣腔蓋層的厚度為5?500nm。8.根據權利要求1所述的一種氮化物發光二極管，其特征在于:所述空氣腔控制層為InxGa1-XN 或 AlyGaN1-yN 或 InxAlzGa1-x—ZN 或 InxGa1-xN/GaN，或 AlyGaN1-yN/GaN 或 InxGai—XN/AlyGai—yN的超晶格周期性結構(其中0=〈x〈=l，0=〈y〈=l，0=〈ζ〈=1)。9.一種氮化物發光二極管的制作方法，包含以下工藝步驟:(1)在襯底上依次外延生長N型氮化物、多量子阱，多量子阱因位錯延伸產生V-pits，然后，在V-pits的底部沉積空氣腔控制層，形成第一平臺，制備成第一外延片；(2)將第一外延片取出，利用轉移技術在V-pits的第二平臺開口處沉積第一蓋層，然后，采用磁控濺射沉積第二蓋層，進行快速退火，使第一蓋層和第二蓋層材料完全填充住V-pits的第二平臺，形成空氣腔蓋層，使后續的P型外延層材料不會滲透擴散至V-pits的中間，從而形成V-pits的空氣腔；(3)通過二次外延生長方法，外延生長P型外延層，制備完整的氮化物發光二極管的外延片。10.根據權利要求9所述的一種氮化物發光二極管的制作方法，其特征在于:所述空氣腔控制層的厚度a小于V-p i ts的深度b。
【文檔編號】H01L33/00GK106025024SQ201610577588
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月21日
【發明人】鄭錦堅, 鄧和清, 鐘志白, 李志明, 楊煥榮, 蘇龍興, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司