[發明專利]一種包括藍寶石組合襯底的發光器件

無效

• 申請號: 201210418134.6
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN102956768A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 虞浩輝;周宇杭
• 申請（專利權）人: 江蘇威納德照明科技有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/16
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術領域

本發明涉及一種發光器件，尤其涉及一種包括組合襯底的發光器件。

背景技術

近年來，人們對包括發光二極管（LED）、激光二極管（LD）以及各類晶體管在內的GaN基電子器件和光電器件進行了大量研究，取得了很多成果。與采用GaAs或InP等材料制造的類似器件相比，由于GaN的寬帶隙、高擊穿場和高飽和速度燈優點，GaN基電子器件提供了出色的高電壓、高功率、高溫度和高頻率操作。對于金屬氧化物場效晶體管(MOSFET)、金屬絕緣體場效晶體管(MISFET)、雙極結晶體管(BJT)、異質結雙極晶體管(HBT)等功率器件，它們利用了GaN的寬帶隙、高擊穿場、高導熱率和高電子遷移率，得到了出色的器件性能。

但是，目前還沒有工業化生長的大尺寸、大批量生產的適合氮化鎵外延生長的單晶襯底，GaN材料只能外延生長在失配襯底上。目前，大多數GaN基半導體發光材料都是采用藍寶石、SiC或Si作為襯底，由于上述襯底與GaN晶格失配較大，且熱膨脹系數也不同，導致在上述襯底上生長的GaN外延層與襯底產生大量位錯缺陷，形成半導體發光材料的非輻射復合中心；同時，由于應力的作用也限制了GaN外延層的厚度和面積，從而對器件性能造成極大影響，降低了發光二極管或激光二極管的發光效率，減少了壽命。

在藍寶石、SiC或Si襯底上形成GaN基半導體器件時，需要進行GaN和AlGaN的異質外延生長，為了調節GaN和襯底之間的晶格失配并且保持相對襯底的外延關系，一般方法是在生長GaN外延層之前，襯底上先生長低溫AlN或者GaN緩沖層。但是，具有低溫緩沖層的襯底對于制造LED、LD和其它器件來說具有很多明顯的局限性。例如無法形成垂直器件結構，浪費了晶片上的空間；另外，襯底與GaN之間較大的晶格失配，使得即使采用了低溫緩沖層，在該器件內還是會產生程度很高的缺陷密度，導致器件的性能、產率和可靠性的降低。

因此，本領域希望能找到一種方式，可以在藍寶石、SiC或Si襯底上大面積外延生長缺陷密度較低的GaN基材料，制成性能好、壽命長的半導體器件。

發明內容

為了克服現有技術中的缺陷，本發明提供了一種包括藍寶石組合襯底的發光器件，其包括加工方便、可降低位錯密度和大面積生長GaN外延層的組合襯底。

本發明的包括藍寶石組合襯底的發光器件包括組合襯底，該組合襯底包括：

藍寶石；

在藍寶石上有一層非晶氮化鋁層，非晶氮化鋁層的厚度優選為300～900nm，更優選為400～600nm；

在非晶氮化鋁層上有一層單晶氮化鋁薄膜，單晶氮化鋁薄膜包括多個周期性排列的陣列單元，單晶氮化鋁薄膜的厚度優選為20～40nm，每個陣列單元的尺寸優選為300×300nm²～1000×1000nm²，更優選為400×400nm²～500×500nm²，每個陣列單元之間的間隔優選為80～400nm，更優選150～250nm。

發光器件可以是發光二極管或激光二極管。

本發明的組合襯底即可用于直接生長GaN外延層，從而制造發光器件。本發明通過光刻工藝將非晶氮化鋁層上的單晶氮化鋁薄膜刻蝕成若干個尺寸很小且周期性排列的陣列單元，由于非晶態的氮化硅層具有很好的伸展性，可以有效緩解襯底與GaN外延層之間晶格不匹配所引起的應力；另外，由于用于生長GaN外延層的單晶氮化鋁陣列單元的尺寸小且很薄，可以減少與GaN外延層的接觸面積，避免在大面積硅薄膜上所形成的應力，并且單晶氮化鋁薄膜陣列單元可屈從于GaN的晶格變化，當單晶氮化鋁薄膜陣列單元上生長的GaN達到一定厚度后，會向陣列單元的四周側向生長，最終將薄膜單元上生長的GaN連接起來，形成類似于以GaN單晶為襯底的生長模式。

因此，本發明的組合襯底具有加工方便，成本低廉的特點。同時生長的GaN外延層中位錯密度非常低，可大面積生長較大厚度的GaN外延層。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明的包括藍寶石組合襯底的，下面通過具體實施方式詳細描述其技術方案。

本發明的發光器件包括組合襯底。

該組合襯底包括三層結構，分別是藍寶石、非晶氮化鋁層和單晶氮化鋁薄膜。其中

藍寶石與本領域中制備發光器件常規使用的藍寶石相同，此處不再贅述。