[发明专利]半极性氮化镓外延层结构以及制备方法

说明书

本申请提供一种半极性氮化镓外延层结构以及制备方法，通过第一层氮化硅与第二层氮化硅的双层氮化硅插入到第一层氮化镓、第二层氮化镓与第三层氮化镓之间，可以大幅提升半极性面氮化镓的晶体质量，解决第一层氮化镓中存在的一些晶格缺陷，比如位错和层错等问题。在多个微孔中继续插入第二层氮化硅，可以使得第三层氮化镓的晶格缺陷大幅降低，进而使得半极性氮化镓外延层结构的晶体质量大幅提高。半极性氮化镓外延层结构通过第一层氮化硅与第二层氮化硅的双层氮化硅结构可以有效的阻挡位错等缺陷穿透至半极性氮化镓外延层结构的以外结构上，有效的提高了晶体质量，从而提高了发光二极管的发光效率。

技术领域

本申请涉及半导体光电器件领域，特别是涉及一种半极性氮化镓外延层结构以及制备方法。

背景技术

半极性面氮化镓可以有效的降低内建电场，有效的减少量子限制斯塔克效应，进而大幅度提升氮化镓基发光二极管(Light Emitting Diode，LED)的发光效率。并且，半极性面氮化镓对铟的并入效率较高，因而更容易制备绿光、黄光等长波长可见光LED。然而，由于缺乏合适的衬底，半极性面氮化镓通常只能外延在异质蓝宝石衬底上。由于二者的晶格失配，半极性面氮化镓通常存在非常高的位错和层错密度，致使其半极性面氮化镓基LED的发光效率大大降低。

但是，传统的半极性氮化镓外延层结构的制备方法流程复杂、成本较高、耗时较长、产量偏低，从而导致不适合大量工业化量产。并且，通过传统制备方法制备的半极性氮化镓外延层结构的晶体质量差，使得LED发光效率偏低。

发明内容

基于此，有必要针对传统制备方法成本较高、产量偏低，且制备的外延层结构的晶体质量差的问题，提供一种大幅度提高氮化镓的晶体质量，成本低、生产效率高的半极性氮化镓外延层结构以及制备方法。

本申请提供一种半极性氮化镓外延层结构包括衬底、缓冲层、第一层氮化镓、第一层氮化硅、第二层氮化镓、第二层氮化硅以及第三层氮化镓。所述缓冲层设置于所述衬底。所述第一层氮化镓设置于远离所述衬底的所述缓冲层的缓冲层表面。所述第一层氮化硅具有多个间隔设置的第一氮化硅微结构，且多个所述第一氮化硅微结构设置于远离所述缓冲层的所述第一层氮化镓的第一层氮化镓表面，且相邻的所述第一氮化硅微结构之间设置有微孔。所述第二层氮化镓具有多个间隔设置的第二氮化镓微结构，每个所述第二氮化镓微结构设置于所述微孔，且每个所述第二氮化镓微结构的厚度大于每个所述第一氮化硅微结构的厚度。所述第二层氮化硅具有多个间隔设置的第二氮化硅微结构，且多个所述第二氮化硅微结构设置于远离所述第一氮化硅微结构的所述第二氮化硅微结构的第二氮化硅微结构表面。所述第三层氮化镓设置于远离所述第一层氮化镓的所述第一氮化硅微结构的第一氮化硅微结构表面，且所述第三层氮化镓设置于远离所述第二氮化镓微结构的所述第二氮化硅微结构的第二氮化硅微结构表面。

在其中一个实施例中，所述半极性氮化镓外延层结构还包括多个间隔设置的孔洞，每个所述孔洞设置于每个所述第一氮化硅微结构的所述第一氮化硅微结构表面。

在其中一个实施例中，所述第一层氮化镓的厚度为50nm～1.5μm。

在其中一个实施例中，所述第三层氮化镓的厚度为100nm～8μm。

在其中一个实施例中，所述缓冲层的厚度为1nm～150nm。

在其中一个实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底。

在其中一个实施例中，所述缓冲层为氮化铝缓冲层。

在其中一个实施例中，所述缓冲层的厚度为50nm，所述第一层氮化镓的厚度为300nm，所述第三层氮化镓的厚度为4μm。

在其中一个实施例中，一种半极性氮化镓外延层结构的制备方法包括：

S10，提供衬底；

S20，在所述衬底的表面生长缓冲层；