，厚度為d2，x(l) < x(2)，屯〉d2，以此類推，在第k-Ι層Inx0rf)Gah(H)N 上生長第 k 層 Inx(k)Gah(k)N，x(k-l) < x (k)，O d k，k = 1，…，K。所生長 Inx(k)Gah00N層中的應(yīng)力隨著厚度的增加積累至一定程度之后需要釋放(臨界厚度)，由于生長表面所形成凹坑為應(yīng)力釋放提供了自由空間，使得每一層InxaoGahaoN的應(yīng)力在生長過程中得到釋放。
[0036]下面結(jié)合圖2至圖5，以生長發(fā)光波長在520nm左右的多量子阱結(jié)構(gòu)為例對本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明方法的步驟如下:
[0037]提供藍(lán)寶石襯底1，采用傳統(tǒng)工藝條件在襯底I上依次沉積結(jié)晶層2、氮化鎵緩沖層3、N型氮化鎵層4 ；
[0038]在850?900溫度下在N型氮化鎵層4生長一層低溫氮化鎵層5，低溫氮化鎵層5的厚度為0.2?0.5微米；由于生長溫度較低，在低溫氮化鎵層的從襯底延伸至生長表面的線位錯a上形成豎截面為V形凹坑b (圖2)，凹坑b的橫截面為正六邊形(圖3);
[0039]在低溫氮化鎵層5上生長應(yīng)力釋放層6，本實施例的應(yīng)力釋放層6包括3層InGaN，即K = 3，應(yīng)力釋放層的生長步驟如下:
[0040]將生長溫度降低至800?810°C，在低溫氮化鎵層5上生長第一層InxwGahwN,第一層InxwGahwN的厚度為20?30nm，x⑴為2?5%;本實施例中第一層InxwGa1Y1)N的厚度優(yōu)選為20nm，x(l) = 3% ;生長完成后，該層表面的晶格常數(shù)將介于Inx(1)Gai_x(1)N和GaN之間，由于晶格可以橫向擴展，低溫氮化鎵層生長表面上所形成凹坑為第一層Inx(1)Gai_x(1)N應(yīng)力的釋放提供了自由空間，使得第一層Inx(1)Gai_x(1)N的應(yīng)力在生長過程中得到了充分釋放，減小后續(xù)外延層和生長表面的晶格失配；
[0041]將生長溫度降低至790?800C°C，在第一層Inx(1)Gai_x(1)N上生長第二層Inx(2)Ga^⑵N，第二層In^Gah⑵N的厚度為10?20nm，x⑵為4?7%;本實施例中第二層Inx(2)Gah⑵N的厚度優(yōu)選為10nm，x(2) = 5% ;生長完成后，該層表面的晶格常數(shù)將介于Inx(1)Ga^xwN和In^Ga^⑵N之間，由于x(2) > x(l)，第二層In^Ga^⑵N應(yīng)力釋放的臨界厚度將小于第一層InxwGa1IwN,因此第二層的生長厚度小于第一層；同理，第一層Ir^DGapHDN生長表面所形成凹坑為第二層Inx(2)Gai_x⑵N應(yīng)力釋放提供了自由空間，減小了后續(xù)外延層和生長表面的晶格失配；
[0042]將生長溫度降低至780?790°C，在第二層Inx(2)Gai_x⑵N上生長第三層InxwGa1^⑶N，弟二層 Inx(；3)Gah⑶ N的厚度為5?10nm，x(3)為6?9%;本實施例中第三層InxisGa1Y3)N的厚度優(yōu)選為5nm，x(3) = 7% ；
[0043]如圖4所示，在應(yīng)力釋放層6生長完成后，在應(yīng)力釋放層6上依次沉積過渡層7和多量子阱層8 ;
[0044]如圖5所示，在多量子阱層8上沉積P型氮化鎵層9，P型氮化鎵層9覆蓋所述凹坑；形成分別與N型氮化鎵層及P型氮化鎵層電連接的N電極和P電極。
[0045]本發(fā)明在N型氮化鎵層上形成低溫氮化鎵層，并在低溫氮化鎵層上降低生長溫度形成由若干層InGaN構(gòu)成的應(yīng)力釋放層，根據(jù)量子阱的銦的組分，調(diào)整應(yīng)力釋放層中InGaN的層數(shù)、層厚、各層InGaN的銦的組分以及應(yīng)力釋放層總厚度，量子阱的銦的組分越大，應(yīng)力釋放層的總厚度越厚，應(yīng)力釋放層中InGaN的層數(shù)則越多，應(yīng)力釋放層中各層InGaN的銦的組分從底層至表面遞增，厚度遞減(即第一層InGaN的銦的組分最小，厚度最厚)，達(dá)到逐步釋放應(yīng)力的目的，避免應(yīng)力釋放過程中缺陷的產(chǎn)生。當(dāng)應(yīng)力釋放層的總厚度和層數(shù)變化時，每一層InGaN的銦的組分按從底層到表層逐漸增加的順序，每層增加a%，a = 2，該層厚度不致厚到產(chǎn)生表面粗糙(InGaN生長過厚表面會粗糙)。每層InGaN的生長溫度與銦的組分對應(yīng)，第一層Inx(1)Gai_x(1)N的生長溫度為800?810°C，厚度為20?30nm，x (I)為2?5%，第K層Ιηχ(κ)6&1_χ(κ)Ν的生長溫度為770?780°C，厚度為3?5nm，x⑷<10%。
[0046]本發(fā)明通過控制多量子阱發(fā)光層生長表面的應(yīng)力狀態(tài)，有效的控制量子阱中的極化電場強度，提高內(nèi)量子效率；通過弛豫多量子阱發(fā)光層生長表面的應(yīng)力，提高多量子阱的生長溫度，獲得更好的結(jié)晶質(zhì)量，提高內(nèi)量子效率，以上優(yōu)點在波長更長的LED器件中體現(xiàn)更為突出。
[0047]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權(quán)項】
1.半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括:襯底、形成于所述襯底上的結(jié)晶層、氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、過渡層、多量子阱層和P型氮化鎵層； 其特征在于，還包括 低溫氮化鎵層，所述低溫氮化鎵層形成于所述N型氮化鎵層上，且其上形成若干凹坑； 應(yīng)力釋放層，所述應(yīng)力釋放層的厚度小于10nm并由依次形成于所述低溫氮化鎵層上的I至K層Inx(k)GahX(k)N構(gòu)成，其中，第k層Inx(k)GahX(k)N的厚度dk小于第k-Ι層In x(k_DGa1-x(k-1)N 的厚度 dH，且 X (k) > X (k-1)，k = 1，…，K，K 彡 5 ; 所述P型氮化鎵層覆蓋所述凹坑。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述低溫氮化鎵層的厚度為0.2?0.5微米。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:所述低溫氮化鎵層上形成的凹坑的密度為le8_le9/cm2。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:第一層Inx(1)Gai_x(1)N的厚度為20 ?30nm，x(l)為 2 ?5%。
5.如權(quán)利要求1或4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于:第K層Inx(K)Gai_x(K)N的厚度為 3 ?5nm，x (K) < 10% ο
6.半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:包括以下步驟 提供襯底，在襯底上依次沉積結(jié)晶層、氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層； 在N型氮化鎵層生長一層低溫氮化鎵層； 在低溫氮化鎵層上生長厚度小于10nm的應(yīng)力釋放層，所述應(yīng)力釋放層包括依次形成于低溫氮化鎵層上的I至K層Inx(k)Gah0dN,第k層 Inx(k)G?—x(k)N 的厚度dk小于第k-1層Inx(k-1)Ga1-x(k-1)N 的厚度d Jrf，且x(k) > X(k-1)，第I層InxwGahwN的生長溫度低于低溫風(fēng)化嫁層的生長溫度，弟k層Inx(k)Ga1I(J5)N的生長溫度低于弟k_l層的生長溫度，其中，k= 1，…，K，K彡5; 在應(yīng)力釋放層上依次沉積過渡層和多量子阱層； 在多量子阱層上沉積P型氮化鎵層，P型氮化鎵層覆蓋所述凹坑； 形成分別與N型氮化鎵層及P型氮化鎵層電連接的N電極和P電極。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:所述低溫氮化鎵層的生長溫度為800?950°C。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:第一層Inx(1)Gai_x(1)N的生長溫度為800?810°C，厚度為20?30nm，x (I)為2?5%。
9.如權(quán)利要求7或8所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:第K層Inχ(κ)Gah00N的生長溫度為770?780°C，厚度為3?5nm，x⑷<10%。
10.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制備方法，其特征在于:每一層InGaN中銦的組分按從底層到表層逐漸增加，每層增加a%，a = 2。
【專利摘要】半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法，半導(dǎo)體發(fā)光器件包括襯底、形成于襯底上的結(jié)晶層、氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、過渡層、多量子阱層和P型氮化鎵層；還包括低溫氮化鎵層，低溫氮化鎵層形成于N型氮化鎵層上，且其上形成若干凹坑；應(yīng)力釋放層，應(yīng)力釋放層的厚度小于100nm并由依次形成于低溫氮化鎵層上的1至K層Inx(k)Ga1-x(k)N構(gòu)成，其中，第k層Inx(k)Ga1-x(k)N的厚度dk小于第k-1層Inx(k-1)Ga1-x(k-1)N的厚度dk-1，且x(k)＞x(k-1)，k＝1,…,K，K≤5；P型氮化鎵層覆蓋凹坑。本發(fā)明通過根據(jù)量子阱的銦的組分調(diào)整應(yīng)力釋放層中InGaN的層數(shù)及總厚度，使各層InGaN的銦的組分從底層至表面遞增，厚度遞減，達(dá)到逐步釋放應(yīng)力的目的。
【IPC分類】H01L33-12, H01L33-00, H01L33-32
【公開號】CN104733579
【申請?zhí)枴緾N201510027914
【發(fā)明人】王冬雷, 梅勁, 陳剛毅
【申請人】揚州德豪潤達(dá)光電有限公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月20日