[发明专利]氮化物半导体元件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种氮化物半导体元件及其制作方法，所述元件包括：衬底，位于所述衬底上的应力调变层，位于所述应力调变层上的AlN缓冲层，依次位于所述缓冲层上的n型半导体层、有源层和p型半导体层，所述应力调变层的晶格常数大于所述AlN缓冲层，但不大于所述n型半导体层的晶格常数。通过在衬底与AlN缓冲层之间插入应力调变层，可以减少n型氮化物半导体层的压应力，进而改善材料晶体质量，提升发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体制备领域，具体为一种氮化物半导体元件及其制作方法。

背景技术

近年来紫外发光二极管随着产品功率提升与技术精进，加上寿命长、体积小等优势，已逐渐取代较低功率的汞灯。同时国际禁汞的《水俣公约》将于 2020年生效，这一政策将加速UV LED规模化应用的到来。

目前深紫外LED的缓冲层主要以AlN为主。图1为传统深紫外LED外延结构，在衬底形成AlN 缓冲层，在AlN缓冲层形成n型氮化物半导体层、量子井发光层与p型氮化物半导体层。其中因n型氮化物半导体层与AlN 缓冲层存在晶格失配，对后生长的AlGaN产生极大的压应力，衍生出更多的位错密度，进而影响晶体质量与 LED 器件发光效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种氮化物半导体元件，其提出应力调变层外延技术，在衬底上生长晶格常数大于AlN的材料作为应力调变层，接着生长AlN缓冲层，采用应力调变层调变后续AlGaN的应力，改善晶体质量。

本发明的技术方案为：氮化物半导体元件，包括：衬底，位于所述衬底上的应力调变层，位于所述应力调变层上的AlN缓冲层，依次位于所述缓冲层上的n型半导体层、有源层和p型半导体层，所述应力调变层的晶格常数大于所述AlN缓冲层，但不大于所述n型半导体层的晶格常数。

在本发明中，借由所述应力调变层，减少所述n型半导体层的压应力。

优选地，所述应力调变层为Al_XGa_1-XN，其中Al组分的取值X为0.2~0.9。更佳的，X的取值可以为0.5~0.9，例如取0.5或0.75等。

在一些实施例中，所述应力调变层的厚度大于所述AlN缓冲层的厚度。

在一些实施例中，所述应力调变层的厚度等于所述AlN缓冲层的厚度。

在一些实施例中，所述应力调变层的厚度也可以小于所述AlN缓冲层的厚度。

优选地，所述应力调变层为厚度d1的取值范围为：100＜d1≤5000nm。在一些实施例中，所述厚度d1可以取1000~3000nm，例如取微米或者2微米。

优选地，所述AlN缓冲层的厚度d2的取值范围为：10≤d2≤3000nm。在一些实施例中，所述厚度d2可以取20~500nm之间，例如50nm；在一些实施例中，所述厚度d2可以取500~3000nm之间，例如2000nm。

优选地，所述有源层的凸起曲率为0~200km^-1。

本发明同时提供了一种氮化物半导体元件的制作方法，包括步骤：提供一生长衬底；在所述生长衬底上依次形成应力调变层、AlN缓冲层、n型半导体层、有源层和p型半导体层；其中，所述应力调变层的晶格常数大于所述AlN缓冲层，但不大于所述n型半导体层的晶格常数，借由所述应力调变层，减少所述n型半导体层的压应力。

优选地，采用化学气相沉积法依次形成应力调变层、AlN缓冲层、n型半导体层、有源层和p型半导体层。

优选地，所述应力调变层的生长温度为1000~1300℃。