[發明專利]氮化物半導體元件及其制作方法

有效

• 申請號: 201710221821.1
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106992231B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 朱學亮;劉建明;卓昌正;陳秉揚;徐宸科;張中英
• 申請（專利權）人: 廈門三安光電有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種氮化物半導體元件及其制作方法，采用物理蝕刻形成圖形化藍寶石襯底，然后在藍寶石襯底的表面上采用物理氣相沉積的方式形成Al_xGa_(1?x)N層，在生長物理氣相沉積Al_xGa_(1?x)N層過程中采用等離子體進行多次刻蝕處理，有效的抑制了圖形側壁處外延材料的晶體缺陷。

技術領域

本發明涉及一種改善藍寶石圖形側壁缺陷的氮化鎵基半導體元件及其制作方法。

背景技術

氮化鎵基LED由于其高效的發光效率，目前已經廣泛的應用在背光、照明、景觀等各個光源領域。從技術角度看，進一步提高LED芯片的發光效率仍然是當前行業發展的重點。發光效率主要有兩個效率決定：第一個是電子空穴在有源區的輻射復合效率，即通常說的內量子效率；第二個是光的提取效率。

現有成熟的藍光LED材料的主流技術是制作在藍寶石襯底上，氮化鎵材料和藍寶石襯底的巨大的晶格差異導致外延材料中有大量位錯缺陷，形成非輻射復合中心，這會降低LED的內量子效率；氮化鎵材料折射率較大，LED有源區發出的光在器件內部形成全發射，光的提取效率降低。圖案化藍寶石襯底可以有效改善上述兩個難點，一方面可以有效控制生長時的成核島密度，提升氮化鎵晶體質量；另一方面，圖形界面可以有效散射有源區發出的光，抑制器件內部的全反射效應。

通常采用干蝕刻或濕蝕刻的方式形成圖形化藍寶石襯底，其中干蝕刻是由物理轟擊形成圖形，制作過程中圖形側壁會受到損傷（如圖1所示），后續外延材料在側壁形成缺陷中心（如圖2和3所示），其一方面會增加材料中的缺陷密度，降低內量子效率；另一方面，側壁處缺陷晶體存在吸收中心，會吸收器件發出的光，降低光的提取效率。

采用物理氣相沉積(物理氣相沉積)生長的AlN作為緩沖層，通過控制AlN層的工藝，可以進一步提升材料質量，改善發光效率。從已經報道的文獻看，如中國專利文獻CN104246980A 提到的方法，采用物理氣相沉積的AlN作為緩沖層，可以大幅改善晶體質量。但由于圖形化圖形側壁處的晶體質量仍有待提升。

發明內容

本發明提供了一種改善藍寶石圖形側壁缺陷的氮化物半導體元件及其制作方法，采用物理蝕刻形成圖形化藍寶石襯底，然后在藍寶石襯底的表面上采用物理氣相沉積的方式形成Al_xGa_(1-x)N層，在生長物理氣相沉積Al_xGa_(1-x)N層過程中采用等離子體進行多次刻蝕處理，有效的抑制了圖形側壁處外延材料的晶體缺陷。

根據本發明的第一方面，氮化物半導體元件，包括：藍寶石圖形襯底，采用物理刻蝕方法制作所得，其具有一系列的凹陷或凸起的圖形，該圖形具有側壁；Al_xGa_(1-x)N層，采用物理氣相沉積法形成于圖形襯底表面上；氮化鎵基半導體疊層，采用MOCVD法形成于該Al_xGa_(1-x)N層上；其中所述Al_xGa_(1-x)N層位于所述藍寶石圖形襯底之側壁的晶體缺陷的尺寸小于20nm。

優選地，所述Al_xGa_(1-x)N層在形成過程中一次或多次采用等離子體蝕刻以消除圖形側壁的晶體缺陷。

優選地，所述Al_xGa_(1-x)N層位于所述圖形襯底之單個圖形之側壁的晶體缺陷尺寸大于10nm的個數小于10。

優選地，所述Al_xGa_(1-x)N層的厚度為3~100nm。

優選地，所述氮化鎵基半導體疊層至少包含n型半導體層、發光層和p型半導體層。