专利名称：一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及氮化镓半导体器件外延领域，尤其涉及图形衬底上生长具有微孔洞结构的氮化物层及其外延技术。
背景技术：
氮化物材料体系材料因其带隙覆盖整个可见光范围，用其制备的发光二极管等光电器件，被广泛应用于固态显示、照明和信号灯等领域。因为氮化物材料具有无毒、亮度高、工作电压低、易小型化等诸多优点，使用氮化镓基发光二极作为光源替代传统光源已成为不可逆转的趋势。然而要实现更高发光效率的氮化物发光器件，需要解决的关键之一是如何提高器件的光电转换效率和取光效率。
发明内容
本发明的目的是:结合图形化衬底，提供一种具有埋入式孔洞结构的氮化物层及其制备方法，其可应用于氮化镓基发光二极管，提升取光效率。根据本发明的第一个方面，一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，包括步骤:1)提供一图形衬底，其具有不同生长速率的晶面；2)在所述图形衬底上形成氮化物成核层；3)采用准二维生长条件，在所述成核层上形成第一氮化物层；4)采用三维生长条件，在所述第一氮化物层上形成第二氮化物层，其与所述衬底之间具有空隙；5)采用二维生长条件，在所述三维氮化镓层上继续生长第三氮化物层，在所述空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成孔洞结构；其中准二维生长条件是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。在上述方法中，采用介于三维和二维生长之间的准二维条件生长的第一氮化物层，其不会形成高密度层错区域，相反地可以为后续三维生长提供小岛，结合图形衬底能够在后续生长中实现位错转弯 和降低位错密度的目的。同时在后期器件制作过程中该第一氮化物层可防止不同腐蚀液对衬底或外延层的侧蚀效应。进一步地，产生的孔洞尺寸在亚微米量级，形成于氮化物底层，并围绕衬底的图形周围、呈不连续、不具备严格周期性的分布，防止孔洞尺寸过大对器件外观和抗压性稳定性的影响，也避免了后续器件工艺制备的复杂性。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凸起部，其为圆台、棱台、圆锥、棱锥或其组合。优选的，所述凸起部顶部为平台形状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5°。所述图形衬底的各区域生长速率的关系为:非凸起部区域>凸起部顶部区域>凸起部侧壁区域。在步骤2)中，所述第一氮化物层主要形成于所述非凸起部区域。进一步地，所述凸起部的间隙优选大于0.01 μ m,高度大于或等于0.5 μ m。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凹陷部，其为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁，其中侧壁的晶片生长速度低于底部的晶面。在步骤3)中，在所述凹陷部的底部依次准二维生长所述第一氮化物层，三维生长所述第二氮化物层，二维生长所述第三氮化物层。其中，所述凹陷部的间隙优选大于0.0l μ m，深度大于或等于0.5，直径介于0.5^8 μ m。上述方法中，通过控制所述第一氮化物层和第二氮化物层的厚度可调节所述孔洞结构的尺寸，第一氮化物层厚度值越大，所述孔洞尺寸越小。优选地，形成的第一、第二氮化物层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过0.5 μ m。在一些实施例中，步骤3)形成的第一氮化物层的厚度为0.Γ1.5 μ m ;步骤4)形成的第二氮化物层的厚度为小于2μπι;步骤5)形成的孔洞结构围绕衬底的图形四周分布，其直径为l(Tl000nm。上述方法中，所述准二维生长条件的生长速率优选不高于三维和二维生长条件的生长速率。在一些实施例中，所述三维生长条件的生长速率大于准二维生长条件的生长速率。在一些实施例中，所述三维生长条件的生长温度高于准二维生长条件1(T50°C。在一些实施例中，所述三维生长条件的反应室压力比准二维生长条件高20(T300mbar。在一些实施例中，所述二维生长条件生长温度高于三维生长条件2(T10(TC。在一些实施例中，所述二维生长条件的生长速率介于三维生长条件的一倍与两倍之间。在一些实施例中，所述二维生长模式的V/III比值低于三维生长条件的2倍。根据本发明的第二个方面，一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，包括:图形衬底，其具有不同生长速率的晶面；氮化物成核层，形成于图形衬底之上；准二维生长的第一氮化物层，形成于所述成核层之上；三维生长的第二氮化物层，形成于所述第一氮化物层上，与衬底之间具有空隙；二维生长的第三氮化物层，形成于所述第二氮化物层之上并在空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成孔洞结构；所述准二维生长是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凸起部，其为圆台、棱台、圆锥、棱锥或其组合。优选的，所述凸起部的间隙优选大于0.01 μ m,高度大于或等于0.5 μ m。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凹陷部，其为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁。
在上述结构中，通过控制所述第一氮化物层和第二氮化物层的厚度可调节所述孔洞结构的尺寸，第一氮化物层厚度值越大，所述孔洞尺寸越小。优选地，形成的第一、第二氮化物层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过0.5 μ m。在一些实施例中，第一氮化物层的厚度为0.Γ1.5 μ m ;第二氮化物层的厚度为小于2 μ m ;孔洞结构围绕衬底的图形四周分布，其直径为l(Tl000nm。根据本发明的第三个方面，一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，包括:图形衬底，其图形为分布在表面上的一系列凸起部或凹陷部；氮化物成核层，形成于图形衬底之上；氮化物叠层，形成于所述成核层之上；一系列相互隔离的孔洞结构，形成于所述氮化物叠层与所述衬底之间，其尺寸为亚微米级，围绕所述凸起部或凹陷部的四周分布，防止孔洞尺寸过大对器件外观和抗压性稳定性的影响。在上述结构中，亚微米尺寸孔洞位于氮化物层材料体内，避免了对器件外观、接触电极制备的影响。所述孔洞的直径为l(Tl000nm。在一些实施例中，所述凸起部或凹陷部为块状分布，其间隙大于0.01 μ m，尺寸为0.5 8 μ m。在一些实施例中，所述衬底的图形为凸起部。较佳的，所述凸起部顶部为平台形状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5°。
在一些实施例中，所述衬底的图形为凹陷部，其为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁，其中侧壁的晶片生长速度低于底部的晶面。在一些实施例中，所述氮化物叠层包括:第一氮化物层，采用准二维生长条件形成于所述成核层之上；第二氮化物层，采用三维生长条件形成于所述第一氮化物层之上，与衬底之间具有空隙；第三氮化物层，采用二维生长条件形成于所述第二氮化物层之上并在空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成一系列相互隔离的孔洞结构；其中，所述准二维生长条件是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。较佳的，所述第一氮化物层和第二氮化层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过
0.5 μ m0在一些实施例中，所述每个凸起部或凹陷部的四周分布有一个环状孔洞。在一些实施例中，所述每个凸起部或凹陷部的四周分布有一系列离散的小孔洞。根据本发明的第四个方面，一种氮化物半导体光电器件，包括:图形衬底；氮化物成核层，形成于图形衬底之上；氮化物叠层，形成于所述成核层之上；一系列相互隔离的孔洞结构，形成于所述氮化物叠层与所述衬底之间，其尺寸为亚微米级，围绕所述凸起部或凹陷部的四周分布；形成于所述氮化物叠层之上的发光外延层，包括η型半导体层、发光层和P型半导体层。在上述结构中，一方面，亚微米级尺寸的孔洞结构位于氮化物层材料体内，避免了对器件外观、接触电极制备的影响；另一方面，结合了图形化衬底提升材料质量的优势，使制备的发光二极管具有更高的光电转换效率。需要说明的是，在本发明权利要求书及说明书提及的关于衬底图形的间隙，一般是指相邻的两个图形(如两个凸起部)边缘最近的间距。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1是根据本发明实施例的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制作流程图。图2是本发明实施的一种具有埋入式孔洞结构氮化物底层结构示意图。图3是实施例1提供的图形化衬底的扫描电子显微镜图谱。图4是实施例1中采用三维条件生长完氮化镓层后三维原子力显微镜图谱。图5是实施例1氮化物底层中孔洞结构的截面扫描电子显微镜图谱。图6是采用实施例1所提供的具有孔洞结构的氮化物底层制备形成的发光二极管的结构示意图。图7是实施例1之氮化物底层结构内的孔洞结构的分布示意图。图8是实施例2之氮化物底层结构内的孔洞结构的分布示意图。
图中各附图标记的含义为:
001:图形化衬底；002:衬底图形；003:衬底的非凸起部区域；100:氮化物底层；101:成核层；102:第一氮化物层(准二维层)；103:第二氮化物层(三维层)；104:第三氮化物层(二维层)；105:孔洞结构；201:n型半导体层；203:发光层；204:p型半导体层；301:空隙。
具体实施例方式氮化物发光器件中有源区发出的光主要从P型或者η型区出射，但由于氮化镓折射率约为2.45，与空气之间的折射率差异较大，使光的萃取效率很低。目前采取的改善取光效率的方法主要有:图形衬底、透明衬底、布拉格反射镜结构、表面微结构、倒装芯片、芯片键合、激光剥离技术等。尽管通过制作表面微结构、背面镀膜反射镜、键合工艺等制备方法能够从一定程度上增加取光效率，但会带来接触电极制作困难、增加工艺制作复杂性等不利因素。采用图形衬底是提升取光效率比较成功的方案之一，不仅可通过侧向外延技术降低材料的位错密度，增加有源区的内量子效率，并且能增加光线在氮化镓和衬底之间的反射几率，增加正面出光型半导体发光器件的外量子效率和光电转换效率。下面各实施 例结合图形化衬底，提供一种能提升氮化镓发光二极管取光效率的微孔洞结构氮化物底层及其制备方法。附图1简单示意了一种具有埋入式微孔洞结构氮化物底层的制备方法，主要包括步骤:
501:提供一具有不同生长速率晶面的图形化衬底；
502:在所述衬底上生长氮化物成核层；
503:采用准二维生长条件外延生长第一氮化物层；
504:采用三维生长条件外延生长第二氮化物层；
505:采用二维生长条件外延生长第三氮化物层。具体地，步骤SOl中，图形化衬底可选用蓝宝石衬底或其他适用于氮化物生长的材料，如SiC等，形衬底图形可为分布在衬底表面上的一系列离散的凸起部或凹陷部，各个凸起部(或凹陷部)的间隙优选大于0.01 μ m,高度(或深度)大于或等于0.5 μ m。当衬底图形为凸起部时，其为圆台、棱台、圆锥、棱锥或其组合。优选地，凸起部顶部为平台形状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5°，各区域生长速率的关系为:非凸起部区域>凸起部顶部区域>凸起部侧壁区域。当所述衬底的图形为凹陷部时，所述凹陷部为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁，其中侧壁的晶片生长速度低于底部的晶面。在步骤S03 S05中，可选用氮化镓、氮化铝镓或氮化铝等氮化物材料。通过调整生长温度、反应室压力及V/III比值等参数，从而调整生长模式。三种生长模式的生长温度关系如下:准二维生长<三维生长<二维生长。三种生长模式的反应室压力关系如下:准二维生长与二维生长的反应室压力相当，三维生长反应室压力比准二维生长条件高200^300 mbar。三种生长模式的生长速率关系如下:准二维生长<三维生长<二维生长。为使本发明之一种具有埋入式孔洞结构的氮化物层的制备方法更易于理解其实质性特点及其所具的实用性，下面便结合附图对本发明若干具体实施例作进一步的详细说明。但以下关于实施例的描述及说明对本发明保护范围不构成任何限制。实施例1
一种具有埋入式微孔洞结构的氮化物层的制备方法，制备工艺主要包含以下步骤: (I)制备具有不同生长速率的蓝宝石衬底001。采用等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)在c面蓝宝石衬底表面淀积SiO2保护层，并在3102层上涂敷光刻胶，利用光刻技术在光刻胶上得到需要的图形；然后在光刻胶的保护下，利用干法离子刻蚀(ICP)在SiO2保护层上形成相应的图形；接着在SiO2图形层的保护下，于400°C浸溃在体积比3:1的浓硫酸和浓磷酸混合液中加热腐蚀而得到蓝宝石表面的图形；利用湿法刻蚀在平面蓝宝石表面制备出图形002 ;最后采用BOE去除SiO2保护层，并作表面处理，得到可以进行氮化物层生长的图形蓝宝石衬底001。图3显示了图形化衬底的扫描电子显微镜图谱。(2)生长氮化镓成核层101。将图形化衬底001放入等金属有机化学气相沉积(MOCVD)室，使图形蓝宝石衬底转速为60rpm，以三甲基铝(TMAl)、三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)分别为Al源、Ga源和N源，利用N2作为载气。升温至300 350°C并保持稳定2分钟，在氢气环境下加热到1170°C，并保持10分钟以去除表面的杂质。然后将衬底温度降到51(T540°C左右，生长厚度为25 nm的GaN成核层，采用的TMGa源流量为50 sccm,以N2为载气，NH3流量为24 L/min,反应室压力为6OO mbar。(3)采用准二维生长条件外延生长氮化镓层，作为第一氮化物层102。在图形化衬底001的非凸起部区域003上采用准二维生长条件生长氮化镓层。准二维生长条件参数为:反应室压力为200 mbar，衬底温度96(Tl020°C，三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)分别为Ga源和N源，载气为H2, V/III比为1500，生长速率为1.2μπιΛ，厚度约为 0.5 μ m。准二维条件生长的氮化物层，介于三维和二维生长之间，不会形成高密度层错区域，可为后续三维生长提供小岛，结合图形衬底能够在后续生长中实现位错转弯和降低位错密度的目的。(4)采用三维生长条件外延生长氮化镓层，作为第二氮化物层103。在第一氮化物层102上采用三维生长条件外延生长氮镓层。三维生长条件参数为:反应室压力为500 mbar，衬底温度98(Tl040°C，三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)分别为Ga源和N源，载气为H2, V/III比为1200，生长速率为2.3 “111/11，厚度约为1.3 μ m。图4显示了采用三维条件生长完氮化镓层后三维原子力显微镜图谱，从图中可看，在凸起部周围形成凹坑，其即为与衬底之间的空隙301。高密度位错环和孔洞区域产生于三维条件生长的氮化物层，后期器件制备工艺过程中的腐蚀液对可能接触到的这些区域具有强烈的选择性腐蚀。在三维层之前插入准二维条件生长的氮化物层能够将三维层与衬底隔开，有效防止后期器件工艺制备工程中不同腐蚀液对衬底和外延层的侧蚀效应。(5)采用二维生长条件外延生长u型氮化镓层，作为第三氮化物层104。采用二维生长条件，在所述三维氮化镓层上继续生长第三氮化物层，在所述空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成孔洞结构105。二维生长条件参数为:反应室压力为200 mbar，衬底温度104(Tl070°C，三甲基镓(TMGa)和氨气(NH3)分别为Ga源和N源，载气为H2, V/III比为1300，生长速率为3.0 μ m/h，生长厚度为2 μ m，形成埋入式微孔洞结构105。图5显示了氮化物底层中孔洞结构的截面扫描电子显微镜图谱。孔洞结构尺寸小于Ιμπι，围绕在各个衬底图形周围，孔洞之间相互分离。该特性的优点在于，在后期芯片工艺制备中切割道可能正好通过衬底图形，会出现腐蚀液对这些暴露孔洞的腐蚀，但也能有效防止对单颗芯粒内部孔洞的腐蚀效应。图2显示了采用前述方法获得的一种具有埋入式孔洞结构氮化物底层100的结构示意图。从图中可看出，其结构具体包括图形化衬底001，成核层101，由第一氮化物层102，第二氮化物层103及第三氮化物层104构成的氮化物叠层100。其中，衬底001的图形002高度约为2.0 μ m，直径为0.5^8 μ m,每个凸起部间的间隙一般可取0.01飞μ m，在本实施例中取0.3 μ m。第一、第二氮化物层的总高度与的图形002高度相当，差值一般不超过0.5um,在本实施例总高度约1.8 μ m。通过控制第一、第二氮化物层的厚度从而调整孔洞的大小，当第一氮化物层的厚度越厚，其孔洞越小，第一氮化物层的厚度可取0.Γ .5μπι0氮化物叠层100叠层的材料可取氮化家、氮化铝，氮化铝镓、氮化铟镓等。第三氮化物层104可为非掺杂或为η型掺杂。请参看附图6，一种氮化物发光二极管芯片结构，采用前述带有微孔洞结构105的氮化物底层100制备获得，包括形成在氮化物底层100上的η型半导体层201、有源层202、P型半导体层203、电流扩展层204、η电极205及ρ电极206。在本实施例中，结合图形衬底，采用特殊的外延技术在图形化衬底上形成具有孔洞结构的底层，后续MOCVD或者MBE外延生长氮化镓基发光二极管。以图形化蓝宝石衬底为例，产生的孔洞深埋于氮化物材料内部，并形成于蓝宝石图形衬底图形周围。因孔洞内气体的折射率约为1，小于蓝宝石的折射率(1.78)，导致孔洞周围形成的氮化镓与气体界面比蓝宝石衬底与氮化镓界面折射率差更大，则射向孔洞部分的光将有更大的概率被反射回器件表面出射，从而提高取光效率。进一步地，氮化物底层100继承了图形衬底具有的提升材料质量这一优点；产生的孔洞尺寸在亚微米量级，形成于材料体内，防止孔洞尺寸太大对器件外观和抗压稳定性的影响，并避免了后续器件工艺制备的复杂性。实施例2
本实施例区别于实施例1在于:衬底的图形为分布在表面上的一系列凹陷部。具体的，凹陷部为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁，其中侧壁的晶片生长速度低于底部的晶面。，在所述凹陷部的底部依次准二维生长所述第一氮化物层，三维生长所述第二氮化物层，二维生长所述第三氮化物层。其中，所述凹陷部的间隙优选0.0Γ5 μ m,深度大于或等于0.5 μ m，直径为0.5^8 μ m。实施例3
本实施例区别于实施例1在于:请参看附图7和8，在实施例1中，每个凸起部002的四周分布有一系列不连续、不具备严格周期性的小孔洞105，而在本实施例中，每个凸起部002的四周分布有一个基本为环状的孔洞105。当实施例1中的小孔洞尺寸变大，直至相互连接，便形成环状孔洞。与不连续孔洞相比，环状孔洞能够进一步增加器件内部光线的反射几率，提升取光效率。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提 下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，包括步骤: 提供一图形衬底，其具有不同生长速率的晶面； 在所述图形衬底上生长氮化物成核层； 采用准二维生长条件，在所述氮化物成核层上形成第一氮化物层； 采用三维生长条件，在所述第一氮化物层上形成第二氮化物层，其与所述衬底之间具有空隙； 采用二维生长条件，在所述三维氮化镓层上继续生长第三氮化物层，在所述空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成孔洞结构； 其中准二维生长条件是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。
2.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述第一氮化物层用于防止后期器件制作过程中不同腐蚀液对衬底或外延层的侧蚀效应。
3.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:通过控制所述第一氮化物层和第二氮化物层的厚度调节所述孔洞结构的尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述衬底的图形包括一系列凸起部，其顶部为平台形状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5°。
5.根据权利 要求4所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述衬底的凸起部的间隙大于0.0l μ m,其高度大于或等于0.5 μ m。
6.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物层的制备方法，其特征在于:所述第一、第二氮化物层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过0.5 μ m。
7.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述三维生长条件的生长温度高于准二维生长条件1(T50°C。
8.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述三维生长条件下反应室压力比准二维生长条件高200 300 mbar。
9.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述三维生长条件的生长速率大于准二维生长条件的生长速率。
10.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述二维生长条件生长温度高于三维生长条件2(noo°c。
11.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述二维生长条件的生长速率大于三维生长条件的生长速率。
12.根据权利要求1所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层的制备方法，其特征在于:所述二维生长模式的V/III比值小于三维生长条件的2倍。
13.一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，包括: 图形衬底，其具有不同生长速率的晶面； 氮化物成核层，形成于所述图形衬底之上； 准二维生长的第一氮化物层，形成于成核层之上； 三维生长的第二氮化物层，形成于所述第一氮化物层上，与衬底之间具有空隙； 二维生长的第三氮化物层，形成于所述第二氮化物层之上并在空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成孔洞结构； 所述准二维生长是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。
14.根据权利要求13所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述第一氮化物层用于防止后期器件制作过程中不同腐蚀液对衬底或外延层的侧蚀效应。
15.根据权利要求13所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:其特征在于:所述衬底的图形包括一系列凸起部或凹陷部，所述孔洞结构围绕所述凸起部或凹陷部的四周分布。
16.根据权利要求15所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述凸起部或凹陷部的高度大于或等于0.5 μ m，间隙大于0.0l μ m。
17.根据权利要求15所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述孔洞的直径为l(Tl000nm。
18.根据权利要求13所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述第一氮化物层的厚度为0.Γ1.5 μ m,所述第二氮化镓层的厚度小于或等于2 μ m。
19.根据权利要求13所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述第一、第二氮化物层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过0.5 μ m。
20.一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，包括: 图形衬底，其图形为分布在表面上的一系列凸起部或凹陷部； 氮化物成核层，形成于所述图形衬底之上； 氮化物叠层，形成于所述成核层之上； 一系列相互隔离的孔洞结构，形成于所述氮化物叠层与所述衬底之间； 其特征在于:所述孔洞结构的尺寸为亚微米级，围绕所述凸起部或凹陷部的四周分布，防止孔洞尺寸过大对器件外观和抗压性稳定性的影响。
21.根据权利要求20所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述凸起部或凹陷部为块状分布，其间隙为0.0Γ5 μ m,尺寸为0.5^8 μ m。
22.根据权利要求20所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:当所述衬底的图形为凸起部时，所述凸起部顶部为平台形状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5° ;当所述衬底的图形为凹陷部时，所述凹陷部为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁，其中侧壁的晶片生长速度低于底部的晶面。
23.根据权利要求20所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述氮化物叠层包括: 第一氮化物层，采用准二维生长条件形成于所述成核层之上； 第二氮化物层，采用三维生长条件形成于所述第一氮化物层之上，与衬底之间具有空隙； 第三氮化物层，采用二维生长条件形成于所述第二氮化物层之上并在空隙上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成一系列相互隔离的孔洞结构； 其中，所述准二维生长条件是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。
24.根据权利要求23所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述第一氮化物层和第二氮化层的总厚度与所述衬底图形的高度相当，差值不超过0.5 μ m。
25.根据权利要求20所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述孔洞的直径为l(Tl000nm。
26.根据权利要求21所述的一种具有埋入式孔洞结构的氮化物底层，其特征在于:所述每个凸起部或凹陷部的四周分布有一个环状孔洞或一系列离散的小孔洞。
27.—种半导体 光电器件,其特征在于:其包含前述权利要求13至26中任一项所述的具有埋入式孔洞结构氮化物底层。
全文摘要
本发明提供一种具有埋入式微孔洞结构的氮化物底层，用于外延生长制备高外量子效率的氮化镓基发光二极管，同时揭示一种形成埋入式微孔洞结构底层的制备方法。具体步骤包括1)制备具有不同生长速率晶面的图形衬底；2)在所述衬底上采用金属有机化学气相沉积技术(MOCVD)或者分子束外延技术(MBE)生长氮化物成核层；3)采用所述沉积技术在准二维生长条件下外延生长氮化物层；4)采用三维外延生长条件，外延生长三维氮化物层；5)采用二维生长条件外延生长氮化镓层。本发明避免了为形成孔洞结构而需要采用的复杂芯片工艺，解决了采用芯片工艺对芯片可靠性的影响，有效减小孔洞结构的尺寸，增加器件稳定性和抗压可靠性。
文档编号H01L33/10GK103165771SQ20131010286
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者张东炎, 张洁, 杜伟华, 刘晓峰, 王笃祥 申请人:天津三安光电有限公司