一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)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(gòu)內(nèi)部，增加材料的折射系數(shù)，進(jìn)而提升光的外量子效應(yīng)。同時(shí)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(zhǎng)時(shí)的翹曲度，同時(shí)在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，用于減小化學(xué)溶液的腐蝕程度，提高芯片良率。
【專利說明】
一種半導(dǎo)體發(fā)光元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于技術(shù)半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[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(fù)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(fù)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(lán)寶石襯底或者在其背部設(shè)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(duì)外延片表面切割后浸泡化學(xué)溶液時(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(gòu)，所述緩沖層沉積于所述孔洞結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jìn)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(zhǎng)時(shí)的翹曲度;3)緩沖層沉積于孔洞結(jié)構(gòu)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(jìn)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(xué)溶液對(duì)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(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)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(shí)用新型【具體實(shí)施方式】之發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】之陽極氧化鋁層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型【具體實(shí)施方式】之陽極氧化鋁層與氮化鋁層局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖標(biāo)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(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0021]參看附圖1，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)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(dǎo)體層、砷化鎵半導(dǎo)體層或者鋁銦鎵磷半導(dǎo)體層，本實(shí)施例中的外延層400為氮化鎵半導(dǎo)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(gòu)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(lán)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(gòu)，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(jìn)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(xué)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(gòu)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(shí)驗(yàn)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(duì)化學(xué)溶液的腐蝕耐受性更強(qiáng)，因此，本結(jié)構(gòu)同時(shí)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(jìn)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(shí)施例形成的半導(dǎo)體元件在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，耐化學(xué)溶液腐蝕的能力更強(qiáng)，減少化學(xué)溶液對(duì)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(shí)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(gòu)內(nèi)沉積有氮化鋁材料，相對(duì)比藍(lán)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(shí)光的入射角度發(fā)生改變，射入襯底100的光通量減少，進(jìn)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(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)，進(jìn)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(yīng)。
[0023]本實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制備方法，首先提供一藍(lán)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(xué)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(jiān)硬度，減少后續(xù)外延層400生長(zhǎng)時(shí)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(dǎo)體元件在芯片制程的側(cè)壁腐蝕過程中，耐化學(xué)溶液的腐蝕能力更強(qiáng)，減少化學(xué)溶液對(duì)外延層400的過腐蝕現(xiàn)象，提高芯片良率。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方案為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型的范圍不限于該實(shí)施例，凡依本實(shí)用新型所做的任何變更，皆屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)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(gòu)，所述緩沖層沉積于所述孔洞結(jié)構(gòu)內(nèi)并覆蓋所述陽極氧化鋁層的表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(quán)利要求1所述的一種半導(dǎo)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(hào)】H01L33/44GK205488195SQ201620288179
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】黃文賓, 黃靜, 林兓兓, 張家宏
【申請(qǐng)人】安徽三安光電有限公司