一种氮化物发光二极管及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化物发光二极管及其制作方法，包括衬底，N型氮化物，多量子阱，V?pits，V?pits空气腔控制层，V?pits空气腔盖层，V?pits的空气腔，P型氮化物以及 P型接触层，其多量子阱区域的V?Pits具有可调控的空气腔层，通过在V?pits底部沉积空气腔控制层，然后，转移及沉积V?pits的盖层，形成V?pits的空气腔，从而制作V?pits的空气腔层的体积和形状可调控的氮化物发光二极管，通过改变多量子阱发出光的散射和折射路径，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
【专利说明】
一种氮化物发光二极管及其制作方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种具有可调控空气腔层V-Pits的氮化物发光二极管及其制作方法。
【背景技术】
[0002]现今，发光二极管(LED)，特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。因氮化物发光二极管的底层存在缺陷，导致生长量子阱时缺陷延伸会形成V形坑(以下简称V-pits) J-pits的侧壁的势皇大于多量子阱的势皇，导致电子不易跃迀进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。通过在多量子阱的V-pits制作空气腔层的体积和形状，改变多量子阱MQW发出光的散射和折射路径，在多量子阱区域起到类似图形化衬底(英文简称PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本发明的目的在于:提供一种可调控空气腔层V-pits的氮化物发光二极管，通过在多量子阱区域的V-pits制作可调控的空气腔层，调控V-pits的空气腔层的体积和形状，改变多量子阱(MQW)发出光的散射和折射路径，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
[0004]根据本发明的第一方面:一种具有可调控空气腔层V-pits的氮化物发光二极管，依次包括:衬底，N型氮化物，多量子阱，V-pits，V-pits空气腔控制层，V-pits空气腔盖层，V-Pits的空气腔，P型氮化物，以及P型接触层，其特征在于:多量子阱区域的V-pits具有可调控的空气腔层。通过在V-pits的底部沉积空气腔控制层，形成第一平台，然后，在V-pits上方的第二平台转移及沉积一层V-pits的盖层，形成V-pits的空气腔层，从而调控V-pits的空气腔层的体积和形状，改变多量子阱(MQW)发出光的散射和折射路径，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
[0005]进一步地，在衬底上形成缓冲层，再形成N型氮化物。
[0006]进一步地，所述可调控的空气腔层，通过在V-pits的底部沉积空气腔控制层，形成第一平台，然后，在V-pits上方的第二平台转移及沉积一层V-pits的盖层，形成V-pits的空气腔层，从而调控V-pits的空气腔层的体积和形状，改变多量子阱(MQW)发出光的散射和折射路径，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
[0007]进一步地，所述多量子阱区域的V-pits的底部沉积空气腔控制层，通过控制层的厚度a，来调控空气腔层的第一平台的尺寸d，从而调控空气腔的形状和体积。
[0008]进一步地，所述空气腔控制层的厚度a小于V-pits的深度b。
[0009]进一步地，所述V-pits上方第二平台迅速沉积V-pits的盖层，该盖层材料不会渗透扩散至V-pi ts内部，从而形成空气腔层。
[0010]进一步地，所述V-Pits的盖层包含两个盖层:第一盖层和第二盖层，第一盖层材料为二维材料，如氮化硼BN或石墨烯薄膜，优选氮化硼(BN)薄膜;第二盖层材料为II1-V族化合物半导体及混晶超晶格结构，优选氮化铝(AlN)材料。
[0011]进一步地，所述空气腔盖层的厚度为5?500nm，优选lOOnm。
[0012]进一步地，所述空气腔控制层的材料为II1-V族化合物半导体，如InxGa^xN或AlyGaN1-yN 或 InxAlzGai—x—zN 或 InxGa1-xN/GaN 或 AlyGaN1-yN/GaN 或 InxGa1-xN/AlyGai—yN 的超晶格周期性结构(0=〈χ〈=1，0=<y<=l, 0=〈ζ〈=1)，周期为I?20对。
[0013]根据本发明的第二方面:一种具有可调控空气腔层V-pits的氮化物发光二极管的制作方法，包含以下工艺步骤:(I)在衬底上依次外延生长N型氮化物、多量子阱，多量子阱因位错延伸产生V-pits，然后，在V-pits的底部沉积空气腔控制层，形成第一平台，制备成第一外延片；(2)将第一外延片取出，利用转移技术在V-pits的第二平台开口处沉积第一盖层，然后，采用磁控溅射迅速沉积第二盖层，进行快速退火，使第一盖层和第二盖层材料完全填充住V-pits的第二平台，形成空气腔盖层，使后续的P型外延层材料不会渗透扩散至V-pits的中间，从而形成V-pits的空气腔；(3)通过二次外延生长方法，外延生长P型外延层，制备完整的氮化物发光二极管的外延片。
[0014]进一步地，先在衬底上生长缓冲层，再生长N型氮化物。
[0015]进一步地，所述空气腔控制层的厚度a小于V-pits的深度b。
【附图说明】
[0016]图1为传统的氮化物发光二极管多量子阱V-pits示意图。
[0017]图2为本发明实施例的具有可调控空气腔层V-pits的氮化物发光二极管的结构示意图。
[0018]图3为本发明实施例的可调控的空气腔层的示意图。
[0019]图示说明:100:衬底；101:缓冲层；102:N型氮化物；103:多量子阱；104:V-pits;105:V_pits空气腔控制层；106:V_pits空气腔盖层；106a:第一盖层；106b:第二盖层；107:V-P its的空气腔；108: P型氮化物；109: P型接触层。
【具体实施方式】
[0020]传统的氮化物发光二极管，因晶格失配和热失配在氮化物生长过程中会形成缺陷，生长多量子阱时该位错会延伸形成V-pits，如图1所示；因V-pits的侧壁的势皇大于多量子阱的势皇，导致电子不易跃迀进入V-pits的缺陷非辐射复合中心，同时，V-pits侧壁可对多量子阱发出的光进行反射，可改变发光角度，降低全反射角对出光影响，提升光提取效率，提升发光效率和发光强度。通过在多量子阱的V-pits制作空气腔层的体积和形状，改变多量子阱MQW发出光的散射和折射路径，在多量子阱区域起到类似图形化衬底(PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
[0021]本实施例提出一种具有可调控空气腔层V-pits的氮化物发光二极管，如图2所示，依次包括:衬底100，缓冲层1014型氮化物102，多量子阱103，￥-?^8 104，V_pits空气腔控制层105，￥-?^8空气腔盖层106，￥-?^8的空气腔107，？型氮化物108以及?型接触层109。
[0022]首先，在蓝宝石衬底100上依次外延生长缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，多量子阱因位错延伸产生V-pits 104;然后，在V-pits的底部沉积空气腔控制层105，空气腔控制层的材料为II1-V族化合物半导体，如InxGa1-xN或AlyGaNiiNSlnxAlzGaitzNSInxGa1-xN/GaN或AlyGaN1-yN/GaN或InxGa1-xN/AlyGai—yN的超晶格周期性结构(0=〈x〈=l, 0=<y<=1，0=〈ζ〈=1)，周期为I?20对，定义空气腔控制层的厚度为a，该厚度小于V-pits的深度b，形成空气腔层的第一平台，该第一平台的大小为d，小于V-pits顶端的第二平台，如图3所示;然后，将外延片取出，采用转移技术转移一层氮化硼BN的二维薄膜，作为第一盖层106a盖往V-pits顶端的第二平台，再磁控测射沉积一层空气腔的A1N，作为第二盖层106b，从而形成空气腔盖层106，厚度为为5?500nm，优选lOOnm，迅速地将V-pits的第二平台盖住，然后，升至1100°C进行快速退火，由于磁控溅射的粒径较大，填充V-pits的第二平台后不易扩散至V-pits中，且BN和AlN材料迀移率较低，可直接填充住V-pits的第二平台，使后续的P型外延层材料不会渗透扩散至V-p i ts的中间，从而形成V-pi ts的空气腔107。最后，采用二次外延生长方法，外延生长P型外延层，如P型氮化物108以及P型接触层109，从而制作完整的氮化物发光二极管的外延片。通过控制空气腔层的厚度，可以调控空气腔控制层a的大小，调控空气腔层的体积和形状，改变多量子阱(MQW)发出光的散射和折射路径，在多量子阱区域起到类似图形化衬底(PSS)的作用，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。
[0023]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
【主权项】
1.一种氮化物发光二极管，依次包括衬底，N型氮化物，多量子讲，v-pits，v-pits空气腔控制层，V-pits空气腔盖层，V-pits的空气腔，P型氮化物以及P型接触层，其特征在于:所述多量子阱区域的V-pits具有可调控的空气腔层。2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述可调控的空气腔层，通过在V-pits的底部沉积空气腔控制层，形成第一平台，然后，在V-pits上方的第二平台转移及沉积V-pits的盖层，形成V-pits的空气腔层，从而调控V-pits的空气腔层的体积和形状，改变多量子阱发出光的散射和折射路径，在多量子阱区域起到类似图形化衬底的作用，提升光提取效率，提升氮化物发光二极管的发光强度和发光效率。3.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述多量子阱区域的V-Pits的底部沉积空气腔控制层，通过控制层的厚度a，来调控空气腔层的第一平台的尺寸d，从而调控空气腔的形状和体积。4.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述空气腔控制层的厚度a小于V-pits的深度b。5.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述V-pits上方第二平台转移并沉积V-pits的盖层，该盖层使后续的外延层材料不会渗透扩散至V-pits内部，从而形成空气腔层。6.根据权利要求2所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述V-pits的盖层包含第一盖层和第二盖层，第一盖层材料为二维材料，第二盖层材料为II ι-v族化合物半导体及混晶或超晶格结构。7.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述空气腔盖层的厚度为5?500nm。8.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管，其特征在于:所述空气腔控制层为InxGa1-XN 或 AlyGaN1-yN 或 InxAlzGa1-x—ZN 或 InxGa1-xN/GaN，或 AlyGaN1-yN/GaN 或 InxGai—XN/AlyGai—yN的超晶格周期性结构(其中0=〈x〈=l，0=〈y〈=l，0=〈ζ〈=1)。9.一种氮化物发光二极管的制作方法，包含以下工艺步骤:(1)在衬底上依次外延生长N型氮化物、多量子阱，多量子阱因位错延伸产生V-pits，然后，在V-pits的底部沉积空气腔控制层，形成第一平台，制备成第一外延片；(2)将第一外延片取出，利用转移技术在V-pits的第二平台开口处沉积第一盖层，然后，采用磁控溅射沉积第二盖层，进行快速退火，使第一盖层和第二盖层材料完全填充住V-pits的第二平台，形成空气腔盖层，使后续的P型外延层材料不会渗透扩散至V-pits的中间，从而形成V-pits的空气腔；(3)通过二次外延生长方法，外延生长P型外延层，制备完整的氮化物发光二极管的外延片。10.根据权利要求9所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述空气腔控制层的厚度a小于V-p i ts的深度b。
【文档编号】H01L33/00GK106025024SQ201610577588
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】郑锦坚, 邓和清, 钟志白, 李志明, 杨焕荣, 苏龙兴, 伍明跃, 周启伦, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申请人】厦门市三安光电科技有限公司