CN205488195U - 一种半导体发光元件 - Google Patents
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Abstract
一种半导体发光元件，其通过在衬底与缓冲层之间***一层阳极氧化铝层，并将缓冲层沉积于阳极氧化铝孔洞结构内部，增加材料的折射系数，进而提升光的外量子效应。同时由于阳极氧化铝层具有较高的致密度及硬度，减小外延层生长时的翘曲度，同时在芯片制程的侧壁腐蚀过程中，用于减小化学溶液的腐蚀程度，提高芯片良率。
Description
技术领域
本发明属于技术半导体技术领域，尤其涉及一种半导体发光元件。
背景技术
发光二极管的光提取效率是指能够出射到器件表面以外的光子与外延片的有源区电子空穴复合所产生的总的光子的比例。在传统LED器件中，由于光面的全反射、衬底吸收、电极阻挡等因素的存在，光提取效率在30%以下，绝大部分光子被限制在器件内部被反复吸收，最终以热量的形式释放，从而影响器件可靠性。
目前常用的是采用图形化的蓝宝石衬底或者在其背部设置DBR反射层来增加光提取效率。但仍存在光提取效率低的问题；此外，利用激光对外延片表面切割后浸泡化学溶液时容易产生缓冲层或缓冲层与衬底接触表面的过腐蚀现象，导致形成的芯粒电性异常，降低生产良率。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种半导体发光元件，至少包括一衬底、及依次位于衬底上的缓冲层和外延层，其特征在于：于所述衬底和缓冲层之间还包括一阳极氧化铝层，所述阳极氧化铝层具有周期性分布的孔洞结构，所述缓冲层沉积于所述孔洞结构内并覆盖所述阳极氧化铝层的表面。
优选的，所述阳极氧化铝层的孔洞直径大小为1nm~100nm。
优选的，所述阳极氧化铝层的孔洞分布密度为1×108~1×1011 cm-2。
优选的，所述阳极氧化铝层的厚度为5~100nm。
优选的，所述阳极氧化铝层的相邻孔洞之间的间距为20-300nm。
优选的，所述缓冲层的厚度大于阳极氧化铝层的厚度。
优选的，所述缓冲层为氮化铝缓冲层。
优选的，所述缓冲层包括氮化铝缓冲层和位于所述氮化铝缓冲层之上的氮化镓缓冲层。
优选的，所述外延层至少包括：N型层、发光层和P型层。
优选的，所述衬底为平片衬底或图形化衬底。
本发明至少具有以下有益效果：1）在衬底与缓冲层之间***具有周期性孔洞结构的阳极氧化铝层，改变从外延层射向衬底的光的折射角度，进而增加出光；2）阳极氧化铝层具有较高的硬度及致密度，减少外延生长时的翘曲度；3）缓冲层沉积于孔洞结构内并覆盖阳极氧化铝层的表面，增加阳极氧化铝与缓冲层的接触界面面积，进一步利用界面处较好的的抗腐蚀性，使得在芯片制程的侧壁腐蚀过程中，减小化学溶液对芯片侧壁的腐蚀程度，提高芯片良率。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1 为本实用新型具体实施方式之发光二极管结构示意图。
图2为本实用新型具体实施方式之阳极氧化铝层结构示意图。
图3为本实用新型具体实施方式之阳极氧化铝层与氮化铝层局部结构示意图。
附图标注：100：衬底；200：阳极氧化铝层；210：孔洞；300：缓冲层；310：氮化铝缓冲层；320：氮化镓缓冲层；400：外延层；410：N型层；420：发光层；430：P型层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。
参看附图1，本发明提供的一种半导体发光元件，包括依次堆叠于衬底100上的阳极氧化铝层200、缓冲层300及外延层400，其中，外延层400为氮化镓半导体层、砷化镓半导体层或者铝铟镓磷半导体层，本实施例中的外延层400为氮化镓半导体层，其至少包括N型层410、发光层420和P型层430，发光层420为InGaN/GaN组成的周期性结构层，N型掺杂杂质为硅、锗、锡，P型掺杂杂质为镁、锶、钡；衬底100为平片衬底或者图形化衬底100，优选蓝宝石图形化衬底，以增加光的提取效率。
参看附图2~3，阳极氧化铝层200为一种六边形高规则孔洞210阵列结构，缓冲层300的厚度大于阳极氧化铝层200的厚度，其优先沉积于孔洞210内并覆盖阳极氧化铝层200的表面。缓冲层300的材料为AlxInyGa1-x-yN，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，更进一步的，缓冲层300为溅射沉积的氮化铝缓冲层310或者包括溅射沉积的氮化铝缓冲层310和位于其上的由化学气相法沉积的氮化镓缓冲层320，溅射沉积的氮化铝缓冲层310优先沉积于阳极氧化铝层200的孔洞210结构内，并覆盖其表面，形成表面平整的氮化铝缓冲层310，增加氮化铝缓冲层310与阳极氧化铝层200的接触面积，实验结果发现，阳极氧化铝层200与氮化铝缓冲层310的接触面较常规的氮化镓缓冲层320对化学溶液的腐蚀耐受性更强，因此，本结构同时通过控制阳极氧化铝层200的厚度、孔洞210直径、孔洞210分布密度及孔洞210间距进一步增加阳极氧化铝与氮化铝缓冲层310的接触面积，继而使本实施例形成的半导体元件在芯片制程的侧壁腐蚀过程中，耐化学溶液腐蚀的能力更强，减少化学溶液对外延层400的过腐蚀现象，提高芯片良率。优选的，阳极氧化铝层200的厚度为5~100nm，孔洞210的直径大小为1nm~100nm，同时孔洞210分布密度及孔洞间距分别为1×108~1×1011cm-2、20~300nm。此外，由于阳极氧化铝层200的孔洞210结构内沉积有氮化铝材料，相对比蓝宝石衬底100，从外延层400发出的光经过氮化铝缓冲层310和阳极氧化铝层200时光的入射角度发生改变，射入衬底100的光通量减少，进一步增加了光的外量子效率。GaN缓冲层320采用与外延层400相同的化学气相沉积法生长，进一步减小阳极氧化铝层200与外延层400的晶格失配产生的极化效应。
本实施例还提供一种半导体发光元件的制备方法，首先提供一蓝宝石图形化衬底100，于衬底100表面沉积一层金属Al层，后采用阳极氧化工艺形成阳极氧化铝层200；在阳极氧化铝层200表面采用溅射沉积氮化铝缓冲层310，于氮化铝缓冲层310上采用化学气相沉积法沉积氮化镓缓冲层320，以及沉积于氮化镓层320上的N型层410、发光层420和P型层430。通过阳极氧化工艺形成的阳极氧化铝层200具有较高的致密度及坚硬度，减少后续外延层400生长时的翘曲度；另一方面，相比于常规的缓冲层300，由于阳极氧化铝层200具有较高的高致密度及硬度，半导体元件在芯片制程的侧壁腐蚀过程中，耐化学溶液的腐蚀能力更强，减少化学溶液对外延层400的过腐蚀现象，提高芯片良率。
应当理解的是，上述具体实施方案为本实用新型的优选实施例，本实用新型的范围不限于该实施例，凡依本实用新型所做的任何变更，皆属本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体发光元件，至少包括一衬底及依次位于衬底上的缓冲层和外延层，其特征在于：所述衬底和缓冲层之间还包括一阳极氧化铝层，所述阳极氧化铝层具有周期性分布的孔洞结构，所述缓冲层沉积于所述孔洞结构内并覆盖所述阳极氧化铝层的表面。
2.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述阳极氧化铝层的孔洞直径大小为1~100nm。
3.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述阳极氧化铝层的孔洞分布密度为1×108~1×1011cm-2。
4.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述阳极氧化铝层的厚度为5~100nm。
5.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述阳极氧化铝层的相邻孔洞之间的间距为20~300nm。
6.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述缓冲层的厚度大于阳极氧化铝层的厚度。
7.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述缓冲层为氮化铝缓冲层。
8.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述缓冲层包括氮化铝缓冲层和沉积于所述氮化铝缓冲层之上的氮化镓缓冲层。
9.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述外延层至少包括：N型层、发光层和P型层。
10.根据权利要求1所述的一种半导体发光元件，其特征在于：所述衬底为平片衬底或图形化衬底。
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