氮化物LED及其制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种氮化物led及其制备方法。

背景技术：

1、氮化物发光器件，例如gan基led(发光二极管)是一种半导体发光器件，具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，成为目前最有前景的照明光源，是先导照明技术的一个重要趋势。

2、其制备方法通常采用外延生长的方法，例如通过外延生长设备依次层叠生长n型层(第一氮化物材料层)、氮化物发光层以及p型层(第二氮化物材料层)，组成led器件结构，施加适当的工作电流以后，空穴和电子在氮化物发光层中复合发光，从而实现电-光转化。

3、而其中最为关键的材料层即是氮化物发光层，现有技术中，通常难以获得较优的氮化物发光层的生长质量，具体表现在采用常规生长方法，所生长的第一氮化物材料层的位错密度较高，进而导致继续生长的氮化物发光层的位错密度较高，引起较多的非辐射复合，从而降低了载流子的利用率，进而降低了器件的亮度和发光效率，限制了其在高端显示和照明领域的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮化物led及其制备方法。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、第一方面，本发明提供一种氮化物led，其包括沿指定方向层叠设置的第一氮化物材料层、氮化物发光层以及第二氮化物材料层，所述第一氮化物材料层与第二氮化物材料层的导电特性相反；

4、其中所述第一氮化物材料层包括沿指定方向依次层叠的种子层、第一形核层、第二形核层以及图形结构层，还包括镶嵌于所述第二形核层中的第一间隔结构和第二间隔结构，所述第一间隔结构和第二间隔结构相互交错分布；

5、所述图形结构层包括第一图形结构和第二图形结构，所述第一图形结构至少覆盖所述第一间隔结构之间的第二形核层，所述第二图形结构至少覆盖所述第二间隔结构之间的第二形核层；

6、所述氮化物发光层以所述图形结构层作为生长模板外延生长形成。

7、第二方面，本发明还提供一种氮化物led的制备方法，其包括依次生长第一氮化物材料层、氮化物发光层以及第二氮化物材料层的步骤，所述第一氮化物材料层与第二氮化物材料层的导电特性相反；

8、其中所述第一氮化物材料层的生长方法具体包括：

9、在衬底上生长种子层；

10、在所述种子层表面生长第一形核层，所述第一形核层为连续膜层；

11、在所述第一形核层的表面外延生长第一间隔结构，多个所述第一间隔结构之间或所述第一间隔结构的不同部位之间形成有间断结构，所述间断结构暴露所述第一形核层；

12、在所述间断结构中暴露出的部分第一形核层表面继续外延生长第二形核层；

13、在所述第二形核层表面外延生长第二间隔结构；

14、以所述第一间隔结构和第二间隔结构之间暴露的第二形核层作为生长模板，外延生长第一图形结构和第二图形结构，至少所述第一图形结构和第二图形结构组成所述第一氮化物材料层；

15、所述氮化物发光层以所述第一图形结构和第二图形结构作为生长基础继续外延生长形成。

16、基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

17、本发明所提供的led器件及其制备方法制备第一氮化物材料层时形成不同尺寸交错排布的第一间隔结构和第二间隔结构进而作为生长模板形成了多种尺寸交错的第一图形结构和第二图形结构，使得间隔结构屏蔽了位错向上延伸，提高了氮化物发光层外延生长的晶体质量；并且可以利用第一图形结构和第二图形结构的尺寸差异以及弯曲的表面，进一步提高相邻的氮化物发光层的侧向外延程度，使得位于相邻的间隔结构之间的氮化物外延中的位错充分转向而发生位错湮灭，从而极大地减少了氮化物发光层中的非辐射复合，提高了氮化物led的发光效率。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。

技术特征：

1.一种氮化物led，其特征在于，包括沿指定方向层叠设置的第一氮化物材料层、氮化物发光层以及第二氮化物材料层，所述第一氮化物材料层与第二氮化物材料层的导电特性相反；

2.根据权利要求1所述的氮化物led，其特征在于，所述第一氮化物材料层的位错密度小于6×107cm-2。

3.根据权利要求1所述的氮化物led，其特征在于，所述第一间隔结构贯穿所述第二形核层与所述第一形核层接触，所述第二间隔结构与所述第二形核层背向所述第一形核层的一面接触；

4.一种氮化物led的制备方法，包括依次生长第一氮化物材料层、氮化物发光层以及第二氮化物材料层的步骤，所述第一氮化物材料层与第二氮化物材料层的导电特性相反；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一间隔结构的键能大于所述第一形核层和/或第二形核层的键能。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一间隔结构的材质包括iv-v族材料；所述第一形核层和/或第二形核层的材质包括iii-v族材料。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一形核层的位错密度小于所述第二形核层的位错密度，以使生长形成的所述第一间隔结构的尺寸大于所述第二间隔结构的尺寸。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一形核层在第一温度、第一压力以及第一掺杂浓度的第一条件下生长，所述第二形核层在第二温度、第二压力以及第二掺杂浓度的第二条件下生长；

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一温度为500～1100℃，第一压力为10～300torr；所述第二温度为500～1100℃，第二压力为10～300torr；

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一间隔结构和/或第二间隔结构在温度为900～1200℃、压力为50～650torr的第三条件下生长；

11.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种氮化物LED及其制备方法。所述氮化物LED包括第一氮化物材料层、氮化物发光层以及第二氮化物材料层；第一氮化物材料层包括种子层、第一形核层、第二形核层以及图形结构层，还包括镶嵌的第一间隔结构和第二间隔结构，两者相互交错分布；第一图形结构以第一间隔结构之间的第二形核层为模板生长形成，第二图形结构以第二间隔结构之间的第二形核层为模板生长形成；氮化物发光层以图形结构层作为生长模板外延生长形成。本发明利用第一和第二图形结构的尺寸差异以及弯曲的表面，进一步提高发光层的侧向外延程度，使得外延中的位错充分转向而发生位错湮灭，从而极大地减少了非辐射复合，提高了氮化物LED的发光性能。

技术研发人员：闫其昂,王国斌
受保护的技术使用者：江苏第三代半导体研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17