一种具有涂层的发光芯片及其制作方法与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种具有涂层的发光芯片及其制作方法。

背景技术：

1、发光芯片是一种重要的半导体器件，可以将电能转换为光能，并广泛应用于显示、照明和通信等领域。发光芯片由多个半导体材料层组成，一般包括衬底、n型半导体层、量子阱层、p型半导体层以及电极等结构。

2、然而，现有技术中的发光芯片由于空穴分布不均匀、限制斯塔克效应以及能量损失、光子重复吸收或非辐射性复合等因素，导致发光芯片的发光效率相对较低且稳定可靠性有待改善。比如空穴分布不均匀会导致不同区域内的空穴密度不同，使得发光强度和波长不均匀，并且影响发光芯片的可靠性、稳定性以及发光效率；限制斯塔克效应则是指在某些半导体材料中，电子和空穴之间的结合能发生变化，导致发光峰位置随注入载流子浓度的增加而发生漂移和宽化，这同样会导致发光芯片的发光效率降低以及稳定性下降等问题，而发光芯片面临的能量损失、光子重复吸收或非辐射性复合等因素也会导致能量浪费和光子的损失，降低发光芯片的整体发光效率和稳定性。

3、现有技术中有报道通过优化发光芯片的外延结构、优化工艺步骤或者优化电极和反射层的设计等方式解决发光芯片的发光效率低以及稳定性差的问题，虽然这些方式在一定程度上可以缓解问题，但发光芯片的发光效率仍较低、稳定性有待进一步提高，高效、稳定的发光芯片在照明、显示和通信等领域具有大的潜力和需求。

4、综上，非常有必要提供一种具有涂层的发光芯片及其制作方法。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本发明提供了一种具有涂层的发光芯片及其制作方法。本发明提供了一种新的发光芯片结构，有效提高了发光芯片的发光效率以及稳定性。

2、本发明在第一方面提供了一种具有涂层的发光芯片，所述具有涂层的发光芯片沿生长方向依次包括衬底、第一半导体层、有源层、涂层和第二半导体层；所述具有涂层的发光芯片还包括与第一半导体层电连接的第一电极和与第二半导体层电连接的第二电极；所述衬底中掺杂有铝，且衬底中掺杂铝的含量从背离所述第一半导体层的一侧向靠近所述第一半导体层的一侧递增；所述有源层沿生长方向包括交替层叠设置的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层相比所述量子垒层多一层；所述量子阱层为inxga1-xn层，0.3≤x≤0.4，inxga1-xn层中x的取值不变；所述量子垒层为alyga1-yn垒层/gan垒层，0.1≤y≤0.3，每个alyga1-yn垒层中y的取值不变，相邻两个alyga1-yn垒层中y的取值沿生长方向递减，递减率为10~20%；所述涂层包括inp/ingaas纳米线涂层。

3、优选地，所述inp/ingaas纳米线涂层通过金属有机化合物气相沉积方法在有源层的基础上生长得到，所述inp/ingaas纳米线涂层的生长包括如下步骤：

4、（1）在反应室内的温度为300~400℃，压力为50~200torr的条件下通入三甲基铟生长30~120s，然后在继续通入三甲基铟的条件下同时通入磷烷生长120~600s；

5、（2）停止通入三甲基铟，然后将反应室内的温度升至400~450℃后停止通入磷烷，再同时通入三甲基铟、三甲基镓和砷烷生长30~240s，得到inp/ingaas纳米线涂层。

6、优选地，在步骤（1）中，所述三甲基铟与所述磷烷的体积流量比为（1.5~2）：1；和/或在步骤（2）中，所述三甲基铟、所述三甲基镓与所述砷烷的摩尔流量比为（8~12）：1：（320~350）。

7、优选地，在步骤（1）和步骤（2）的生长过程中，以氢气和/或氮气为载气，载气的流量为400~2000sccm。

8、优选地，所述alyga1-yn垒层/gan垒层由alyga1-yn垒层与gan垒层层叠设置而成，所述alyga1-yn垒层设置在所述inxga1-xn层与所述gan垒层之间。

9、优选地，所述alyga1-yn垒层的厚度为2~5nm，所述gan垒层的厚度为5~20nm，所述inxga1-xn层的厚度为5~20nm。

10、优选地，所述衬底的制备为：将单晶硅进行清洗与干燥，然后将铝掺杂源溶液涂覆在单晶硅的一侧，然后在700~1100℃进行热处理30~120min，经冷却得到掺杂有铝的衬底。

11、优选地，所述铝掺杂源溶液以无水乙醇为溶剂，以三氯化铝为溶质；所述铝掺杂源溶液的涂覆厚度为100~500nm，所述铝掺杂源溶液中三氯化铝的浓度为0.01~0.1mol/l。

12、优选地，所述衬底的厚度为300~500μm；所述第一半导体层的厚度为100~1000nm；所述第二半导体层的厚度为50~500nm；和/或所述有源层的厚度为50~200nm。

13、本发明在第二方面提供了本发明在第一方面所述的具有涂层的发光芯片的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

14、（a）制得所述衬底；

15、（b）在所述衬底上依次生长所述第一半导体层、所述有源层、所述涂层和所述第二半导体层；

16、（c）在所述第一半导体层上设置电连接的所述第一电极，在所述第二半导体层上设置电连接的所述第二电极，得到所述具有涂层的发光芯片。

17、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

18、（1）本发明中的具有涂层的发光芯片包括的所述衬底中掺杂有al，且衬底中掺杂al的含量从背离所述第一半导体层的一侧向靠近所述第一半导体层的一侧递增，可以在衬底中形成al的浓度梯度，使得空穴在衬底侧的扩散长度增加，从而使得空穴分布更加均匀，有助于提高发光芯片的发光效率和稳定性。

19、（2）本发明中的具有涂层的发光芯片包括的有源层采用inxga1-xn（0.3≤x≤0.4）作为量子阱层，具有高的光致发光效率和高的内量子效率，而alyga1-yn垒层/gan垒层的加入可以带来更好的晶格匹配和高的电子迁移率，并且垒层中al含量的递减可以减少由于晶格失配引起的应力和缺陷，从而提高发光芯片的结构稳定性和发光效率，对于量子垒层，alyga1-yn垒层的y取值范围为0.1≤y≤0.3，而且每个alyga1-yn垒层中y的取值不变，相邻两个alyga1-yn垒层中y的取值沿生长方向递减，递减率为10~20%，这种设置可以增加量子垒层的能带差，从而使得载流子更容易在量子阱层中被抓住，能量波函数会在不同的材料之间发生交叉，从而提高载流子束缚能力和光致发光效率，有效地抑制了量子限制斯塔克效应；此外，递减的alyga1-yn垒层也可以降低发光芯片内部的应力，从而提高了发光芯片的稳定性和寿命。

20、（3）本发明中的具有涂层的发光芯片还包括inp/ingaas纳米线涂层，inp/ingaas纳米线涂层能够有效地吸收入射光，并将其转化为电子激发，这有助于提高发光芯片的光电转换效率，使其能够更有效地将电能转化为光能，并且由于inp/ingaas纳米线涂层具有高的比表面积，可以提供更多的载流子生成和传输通道，这有助于减少载流子的重新组合和散射，减少了载流子的散射损失，可以使得更多的载流子可以有效地传输，增加了辐射复合的机会，从而可以显著地提高发光芯片的发光效率。