[发明专利]氮化物底层及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有嵌入式纳米柱结构的氮化物层，用于外延生长、制备高外量子效率的氮化镓基发光二极管；本发明同时揭示了一种形成嵌入式纳米柱结构底层的制备方法。具体步骤包括：（1）提供具有不同生长速率晶面的图形衬底；（2）在所述衬底上进行预处理；2）在所述衬底上形成氮化物成核层；（3）采用三维生长条件下外延生长氮化物层；4）采用二维外延生长条件，外延生长二维氮化物层。本发明避免了为形成纳米柱结构而需要采用的复杂芯片工艺，解决了采用芯片工艺对芯片可靠性的影响，能有效提升器件的光电性能，增加器件稳定性和抗压可靠性。

技术领域

本发明涉及氮化镓半导体器件外延领域，尤其涉及图形衬底上生长具有嵌入式纳米柱结构的氮化物层及其外延技术。

背景技术

氮化物材料体系材料因其带隙覆盖整个可见光范围，用其制备的发光二极管等光电器件，被广泛应用于固态显示、照明和信号灯等领域。因为氮化物材料具有无毒、亮度高、工作电压低、易小型化等诸多优点，使用氮化镓基发光二极作为光源替代传统光源已成为不可逆转的趋势。然而要实现更高发光效率的氮化物发光器件，需要解决的关键之一是如何提高器件的光电转换效率和取光效率。

发明内容

本发明的目的是：结合图形化衬底，提供一种具有嵌入式纳米柱结构的氮化物层及其制备方法，其可应用于氮化镓基发光二极管，提升取光效率。

根据本发明的第一个方面，一种氮化物底层的制备方法，包括步骤：1）提供一图形衬底，其具有不同生长速率的晶面；2）对所述图形衬底进行预处理；3）在所述图形衬底上形成氮化物成核层；4）采用三维生长条件，在所述图形衬底上形成第一氮化物层，在图形衬底顶部形成纳米柱；5）采用二维生长条件，在所述第一氮化物层上形成第二氮化物层，在所述纳米柱上方合拢成一无裂缝平面，从而在氮化物底层形成嵌入式纳米柱结构。

在上述方法中，可采用N2、H2等气体对所述图形衬底进行预处理，处理后对衬底图形形状无影响，但是由于衬底图形尖端部分的晶面与平面部分的晶面不同，经N₂/H₂等气体微观上处理效果存在不同，造成衬底表面的极性与悬挂键存在不同。

在上述方法中，所述衬底的图形可以为凸起或凹陷，所述凸起或凹陷呈块状分布，其间隙大于或等于0.01μm，尺寸为0.5~8μm。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凸起部，其为圆台、棱台、圆锥、棱锥或其组合，所述凸起的间隙优选大于0.01μm，高度0.5μm。在一些实施例中，所述衬底的图形包括一系列凹陷部，其为倒梯形结构，具有倾斜的侧壁。

优选地，所述步骤（1）提供的图形衬底具有凸起和平面区，所述凸起的顶部面积小于底部面积。

优选地，所述凸起顶部为锥状，其顶部晶面与非凸起部区域的晶面夹角小于5°。

优选地，所述图形衬底的各区域生长速率的关系为：非凸起部区域＞凸起部顶部区域＞凸起部侧壁区域。

优选地，所述步骤（3）中采用准二维生长条件生长成核层，所述准二维生长条件是指横、纵向生长速率之比介于二维生长和三维生长条件之间。

优选地，所述步骤（3）中，所述成核层在平面区的横向生长速率大于其在所述凸起顶部的横向生长速率。

优选地，所述步骤（3）中在平面区和凸起上形成的成核层在极性、成核大小具有明显区别。在三维生长条件下，位于所述平面区的成核层利于高生长速率的氮化物外延层生长，并且其横向外延速率较快；位于所述凸起上的成核层利于低生长速率的纳米柱生长，并且其横向生长速率较慢。其中，纳米柱的生长速率低于氮化物外延层的生长速率。