[發(fā)明專利]一種包括Si組合襯底的發(fā)光器件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210418423.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN102956771A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 虞浩輝;周宇杭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇威納德照明科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/12
• 分類號(hào): H01L33/12;H01S5/02
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 黃明哲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，尤其涉及一種包括組合襯底的發(fā)光器件。

背景技術(shù)

近年來，人們對(duì)包括發(fā)光二極管（LED）、激光二極管（LD）以及各類晶體管在內(nèi)的GaN基電子器件和光電器件進(jìn)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(yōu)點(diǎn)，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(duì)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(jié)晶體管(BJT)、異質(zhì)結(jié)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(dǎo)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(yè)化生長的大尺寸、大批量生產(chǎn)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(shù)GaN基半導(dǎo)體發(fā)光材料都是采用藍(lán)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(shù)也不同，導(dǎo)致在上述襯底上生長的GaN外延層與襯底產(chǎn)生大量位錯(cuò)缺陷，形成半導(dǎo)體發(fā)光材料的非輻射復(fù)合中心；同時(shí)，由于應(yīng)力的作用也限制了GaN外延層的厚度和面積，從而對(duì)器件性能造成極大影響，降低了發(fā)光二極管或激光二極管的發(fā)光效率，減少了壽命。

在藍(lán)寶石、SiC或Si襯底上形成GaN基半導(dǎo)體器件時(shí)，需要進(jìn)行GaN和AlGaN的異質(zhì)外延生長，為了調(diào)節(jié)GaN和襯底之間的晶格失配并且保持相對(duì)襯底的外延關(guān)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(duì)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(jié)構(gòu)，浪費(fèi)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(nèi)還是會(huì)產(chǎn)生程度很高的缺陷密度，導(dǎo)致器件的性能、產(chǎn)率和可靠性的降低。

因此，本領(lǐng)域希望能找到一種方式，可以在藍(lán)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(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種包括Si組合襯底的發(fā)光器件，其包括加工方便、可降低位錯(cuò)密度和大面積生長GaN外延層的組合襯底。

本發(fā)明的包括Si組合襯底的發(fā)光器件包括組合襯底，該組合襯底包括：

單晶硅片；

在單晶硅片上有一層非晶氮化硅層，非晶氮化硅層的厚度優(yōu)選為200～800nm，更優(yōu)選為300～500nm；

在非晶氮化硅層上有一層單晶氮化硅薄膜，單晶氮化硅薄膜包括多個(gè)周期性排列的陣列單元，單晶氮化硅薄膜的厚度優(yōu)選為10～30nm，每個(gè)陣列單元的尺寸優(yōu)選為200×200nm²～1000×1000nm²，更優(yōu)選為200×200nm²～400×400nm²，每個(gè)陣列單元之間的間隔優(yōu)選為50～300nm，更優(yōu)選100～200nm。

發(fā)光器件可以是發(fā)光二極管或激光二極管。

本發(fā)明的組合襯底即可用于直接生長GaN外延層，從而制造發(fā)光器件。本發(fā)明通過光刻工藝將非晶氮化硅層上的單晶氮化硅薄膜刻蝕成若干個(gè)尺寸很小且周期性排列的陣列單元，由于非晶態(tài)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(yīng)力；另外，由于用于生長GaN外延層的單晶氮化硅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(yīng)力，并且單晶氮化硅薄膜陣列單元可屈從于GaN的晶格變化，當(dāng)單晶氮化硅薄膜陣列單元上生長的GaN達(dá)到一定厚度后，會(huì)向陣列單元的四周側(cè)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(fā)明的組合襯底具有加工方便，成本低廉的特點(diǎn)。同時(shí)生長的GaN外延層中位錯(cuò)密度非常低，可大面積生長較大厚度的GaN外延層。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地理解本發(fā)明的包括Si組合襯底的發(fā)光器件，下面通過具體實(shí)施方式詳細(xì)描述其技術(shù)方案。

本發(fā)明的包括Si組合襯底的發(fā)光器件包括組合襯底。

該組合襯底包括三層結(jié)構(gòu)，分別是單晶硅片、非晶氮化硅層和單晶氮化硅薄膜。其中

單晶硅片是常規(guī)的用于制造發(fā)光器件的硅片，與現(xiàn)有技術(shù)中采用的硅片相同，不再贅述。