[發明專利]一種光電器件外延結構的制備方法、外延結構及光電器件

在審

• 申請號: 202210183723.4
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114583020A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 王國斌;閆其昂
• 申請（專利權）人: 江蘇第三代半導體研究院有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/12;H01L33/22
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發

本發明公開了一種光電器件外延結構的制備方法、外延結構及光電器件。所述制備方法包括：S1、在第一工藝參數下，對N型單晶襯底表面進行清洗和刻蝕，形成第一結構層；S2、在第二工藝參數下，對所述第一結構層進行三維生長，以形成粗糙度為1?10nm的第二結構層；S3、于所述第二結構層上生長量子阱有源層，使所述量子阱有源層的上表面形成第三結構層；S4、于所述量子阱有源層上生長P型半導體層，并使所述P型半導體層表面平整。本發明中提供的制備方法可在不犧牲晶體質量的前提下實現對量子阱有源層應力的釋放，增加In組分的注入效率，同時可增加量子阱的發光面積，提升發光效率，且制備而成的外延結構厚度更薄，適用于超薄光電器件的制備。

技術領域

本發明具體涉及一種光電器件外延結構的制備方法、外延結構及光電器件，屬于半導體制造技術領域。

背景技術

III族氮化物半導體被稱為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、化學穩定性好、抗輻照性強等優點，其禁帶寬度涵蓋從深紫外、整個可見光、到近紅外范圍，被廣泛應用于光電器件領域。

當前，基于III氮化物材料的光電器件通常采用將氮化物材料生長在異質襯底上形成的異質外延結構，比如將氮化鎵(GaN)材料生長在藍寶石襯底或者硅襯底上。異質外延的GaN材料的位錯密度較大，盡管目前已經提出了很多降低位錯的方法，但位錯密度仍然高達108cm^-2左右，必須采用較厚的底層實現外延質量的提升。而底層增厚不僅會加大成本，而且會導致一些器件的性能降低，比如Micro-LED等光電器件，由于芯片尺寸很小，分割時帶來的側壁損傷將極大的影響芯片的性能，而側壁的范圍直接與外延層的厚度相關。由于厚度的限制，一定程度限制了器件的性能發揮。

此外，GaN基光電器件要生長以InGaN材料為發光阱的量子阱結構，現有技術中，如圖l所示，在生長量子阱結構前，需要利用復雜的準備層來開設V型坑，以增大量子阱發光面積等，進而達到增強發光效率的目的。但是，開設V型坑需要形成準備層，同樣增加了器件厚度和生長時間成本。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種基于GaN同質外延的光電器件外延結構、其制備方法及應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明的一個方面提供了一種光電器件外延結構的制備方法，其包括：

S1、在第一工藝參數下，對N型單晶襯底表面進行清洗和刻蝕，形成第一結構層；

S2、在第二工藝參數下，對所述第一結構層進行三維生長，以形成粗糙度為1-10nm的第二結構層；

其中，第一工藝參數至少包括第一溫度，第二工藝參數至少包括第二溫度；所述第二溫度低于所述第一溫度；所述第二結構層的粗糙度大于所述第一結構層的粗糙度；

S3、于所述第二結構層上生長量子阱有源層，使所述量子阱有源層的上表面形成第三結構層；其中，所述第三結構層的粗糙度不大于所述第二結構層的粗糙度；

S4、于所述量子阱有源層上生長P型半導體層，并使所述P型半導體層表面平整。

進一步的，步驟S1包括：

在氫氣和NH₃氛圍下對N型單晶襯底表面進行清洗，利用NH₃的開斷進行表面的原位刻蝕，以使所述單晶襯底表面形成具有凹凸的第一結構層。

更進一步的，步驟S1具體包括：

在氫氣氛圍下將溫度調整至第一溫度下，并打開NH₃，持續至少5min，以對N型單晶襯底表面進行清洗；之后交替打開和關閉NH₃，關閉時間為10-30s，以對N型單晶襯底表面進行原位刻蝕；其中，所述第一溫度為1050-1100℃。