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CN116420236A - 半导体发光器件及其制备方法 - Google Patents

半导体发光器件及其制备方法 Download PDF

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CN116420236A
CN116420236A CN202080106893.1A CN202080106893A CN116420236A CN 116420236 A CN116420236 A CN 116420236A CN 202080106893 A CN202080106893 A CN 202080106893A CN 116420236 A CN116420236 A CN 116420236A
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CN
China
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layer
emitting device
light emitting
semiconductor light
substrate
Prior art date
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CN202080106893.1A
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Inventor
郭志中
张丽旸
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Enkris Semiconductor Inc
Original Assignee
Enkris Semiconductor Inc
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Publication date
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Abstract

一种半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法。该半导体发光器件的制备方法包括：在一衬底(1)上形成介质层(2)，所述介质层(2)设有暴露所述衬底(1)的多个开口(201)(S1OO)；以所述介质层(2)为掩模，对所述衬底(1)进行外延生长，以在所述介质层(2)的各所述开口(201)内形成第一反射镜(3)(S110)；在所述第一反射镜(3)远离所述衬底(1)的一侧生长发光结构(4)(Sl20)；在所述发光结构(4)远离所述第一反射镜(3)的一侧形成第二反射镜(5)(Sl30)。能够简化制备工艺。

Description

半导体发光器件及其制备方法 技术领域
本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法。
背景技术
近年来，半导体发光器件作为新一代绿色光源，广泛应用于照明、背光、显示、指示等领域。
为了提高半导体发光器件的性能，常常在半导体发光器件中形成谐振腔。其中，在具有谐振腔的半导体发光器件的制备过程中，常常在衬底上依次形成第一反射镜、发光结构以及第二反射镜。然而，为了形成多个半导体发光器件，还需要对第一反射镜进行图案化，制备工艺较为复杂。
发明内容
本公开的目的在于提供一种半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法，能够简化制备工艺。
根据本公开的一个方面，提供一种半导体发光器件的制备方法，包括：
在一衬底上形成介质层，所述介质层设有暴露所述衬底的多个开口；
以所述介质层为掩模，对所述衬底进行外延生长，以在所述介质层的各所述开口内形成第一反射镜；
在所述第一反射镜远离所述衬底的一侧生长发光结构；
在所述发光结构远离所述第一反射镜的一侧形成第二反射镜。
进一步地，所述第二反射镜为布拉格反射镜或金属反射镜。
进一步地，所述第二反射镜为布拉格反射镜，在形成所述第二反射镜之前，所述制备方法还包括：
在所述发光结构远离所述第一反射镜的一侧形成ITO层，所述第二反射镜形成于所述ITO层背向所述第一反射镜的表面。
进一步地，各所述发光结构背向所述衬底的表面与所述介质层背向所述衬底的表面平齐，多个所述发光结构共用一个ITO层。
进一步地，在所述发光结构远离所述第一反射镜的一侧形成第二反射镜之后，所述制备方法还包括：
形成覆盖所述第二反射镜与所述介质层的支撑层；
去除所述衬底。
进一步地，所述衬底与所述第一反射镜之间设有缓冲层，去除所述衬底包括：
去除所述衬底与所述缓冲层；
在去除所述衬底与所述缓冲层之后，所述制备方法还包括：
使所述介质层背向所述支撑层的表面与所述第一反射镜背向所述支撑层的表面平齐。
进一步地，在去除所述衬底之后，所述制备方法还包括：
对所述介质层进行图案化，以使所述介质层形成多个筒状构件，多个所述筒状构件一一对应地围绕多个所述开口。
进一步地，所述发光结构包括发光层，所述发光层包括层叠设置的第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层，在去除所述衬底 之后，所述制备方法还包括：
形成电连接于所述第一导电类型半导体层的第一电极以及电连接于所述第二导电类型半导体层的第二电极。
进一步地，所述第一电极和所述第二电极位于所述支撑层的同一侧；或者
所述第一电极和所述第二电极位于所述支撑层的两侧，且所述支撑层的材料为导电材料。
进一步地，所述第一反射镜为布拉格反射镜。
进一步地，所述第一反射镜为多孔导电结构，所述多孔导电结构包括经过电化学腐蚀后形成的交替堆叠的第一多孔导电层与第二多孔导电层，所述第一多孔导电层中形成有多个第一孔洞，所述第二多孔导电层中形成有多个第二孔洞，所述第一孔洞的直径与第二孔洞的直径不同。
进一步地，所述介质层的材料为氧化硅，所述第一反射镜的材料为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料。
进一步地，所述发光结构包括氧化层，所述氧化层包括低电阻区以及围绕所述低电阻区的高电阻区。
根据本公开的一个方面，提供一种半导体发光器件，所述半导体发光器件由上述的半导体发光器件的制备方法制备而成。
本公开的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法，介质层具有多个开口，以介质层为掩模生长第一反射镜，使第一反射镜形成于各开口内，以形成多个间隔设置的第一反射镜，无需再进行第一反射镜的图案化步骤，简化了半导体发光器件的制备工艺；可选方案中，各发光结构背向衬底的表面与介质层背向衬底的表面平齐，即各发光结构也位于各开口内，也就是说，在未进行刻蚀的情况下便形成了多个间隔设置的发光结构，避免了发光结构在贯穿PN结的深蚀刻过程中受到损伤；可选方案中，第一电极和第二电极位 于支撑层的两侧，且支撑层的材料为导电材料，即该半导体发光器件具有垂直电极结构，提高了器件的静电释放能力。
附图说明
图1是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法的流程图；
图2是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S100完成后的示意图；
图3是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S110完成后的示意图；
图4是本公开实施例一的半导体发光器件中第一反射镜的示意图；
图5是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S120完成后的示意图；
图6是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S130完成后的示意图；
图7是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S140完成后的示意图；
图8是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S150完成后的示意图；
图9是图8所示结构经过研磨后的示意图；
图10是本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法中步骤S160完成后的示意图；
图11是本公开实施例二的半导体发光器件的示意图；
图12是本公开实施例三的半导体发光器件的示意图；
图13是本公开实施例三的半导体发光器件的另一示意图；
图14是本公开实施例五的半导体发光器件的示意图；
图15是本公开实施例五的半导体发光器件的另一示意图。
附图标记说明：1、衬底；2、介质层；201、开口；202、筒状构件；3、第一反射镜；301、第一多孔导电层；302、第二多孔导电层；4、发光结构；40、发光层；401、第一导电类型半导体层；402、有源层；403、第二导电类型半导体层；41、氧化层；5、第二反射镜；6、缓冲层；7、ITO层；8、支撑层；801、金属键合层；802、重掺杂硅衬底；9、第二电极；10、第一电极；11、金属保护层。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施方式进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
实施例一
本公开实施例一提供一种半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法。如图1所示，该半导体发光器件的制备方法可以包括步骤S100至步骤S130，其中：
步骤S100、在一衬底上形成介质层，介质层设有暴露衬底的多个开口。
步骤S110、以介质层为掩模，对衬底进行外延生长，以在介质层的各开口内形成第一反射镜。
步骤S120、在第一反射镜远离衬底的一侧生长发光结构。
步骤S130、在发光结构远离第一反射镜的一侧形成第二反射镜。
本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法，介质层具有多个开口，以介质层为掩模生长第一反射镜，使第一反射镜形成于各开口内，以形成多个间隔设置的第一反射镜，无需再进行第一反射镜的图案化步骤，简化了半导体发光器件的制备工艺。
下面对本公开实施例一的半导体发光器件的制备方法的各步骤进行详细说明：
在步骤S100中，在一衬底上形成介质层，介质层设有暴露衬底的多个开口。
如图2所示，该衬底1可以为硅衬底，当然，该衬底1还可以为碳化硅衬底，但本公开实施例不限于此，该衬底1还可以为蓝宝石衬底。该介质层2的材料可以为氧化硅，例如SiO 2。在介质层2的厚度方向上，该开口201贯通介质层2。该开口201的数量可以为二个、四个或更多个，且多个开口201间隔设置。举例而言，步骤S100可以包括：在一衬底1上形成介质材料层；图案化介质材料层，以形成介质层2，介质层2设有暴露衬底1的开口201。其中，该介质材料层可以通过气相沉积制备而成，当然，也可以通过其它方式制备而成。本公开实施例可以通过光刻工艺对介质材料层进行图案化。
在步骤S110中，以介质层为掩模，对衬底进行外延生长，以在介质层的各开口内形成第一反射镜。
如图3所示，本公开实施例可以通过原子层沉积法对衬底1进行外延生长，当然，也可以通过化学气相沉积法对衬底1进行外延生长，但本公开实施例不限于此。该第一反射镜3可以为布拉格反射镜。进一步地，为布拉格反射镜的第一反射镜3可以为多孔导电结构。如图4所示，该多孔导电结构可以包括经过电化学腐蚀后形成的交替堆叠的第一多孔导电层301与第二多孔导电层302。该第一多孔导电层301中可以形成有多个第一孔洞，该第二 多孔导电层302中可以形成有多个第二孔洞，且第一孔洞的直径与第二孔洞的直径不同。其中，该第一多孔导电层301与第二多孔导电层302的折射率差异大，提高了第一反射镜3的反射率。该第一反射镜3的材料可以为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料。以第一反射镜3包括交替堆叠的第一多孔导电层301与第二多孔导电层302为例，该第一多孔导电层301和第二多孔导电层302均为氮化镓基材料。举例而言，该第一多孔导电层301的材料为n型GaN或n型AlInGaN，该第二多孔导电层302的材料为u型GaN或u型AlInGaN。此外，在形成第一反射镜3之前，本公开实施例可以在介质层2的各开口201内形成缓冲层6，该第一反射镜3形成于缓冲层6背向衬底1的一侧。
在步骤S120中，在第一反射镜远离衬底的一侧生长发光结构。
如图5所示，该发光结构4可以包括发光层40。该发光层40可以包括层叠设置的第一导电类型半导体层401、有源层402以及第二导电类型半导体层403。该有源层402可以为单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子线结构和量子点结构中的至少一种。以有源层402为多量子阱结构为例，该有源层402可以包括交替设置的势阱层和势垒层。该第一导电类型与第二导电类型不同。该第一导电类型半导体层401可以为p型半导体层，该第二导电类型半导体层403可以为n型半导体层,但本公开实施例对此不做特殊限定。此外，位于各开口201内的各发光结构4背向衬底1的表面可以与介质层2背向衬底1的表面平齐。相关技术中，需要对发光结构4进行贯穿PN结的深刻蚀，以使一个发光结构4变为多个。本公开实施例的各发光结构4一一对应地位于图2所示结构的各开口201内，避免了发光结构4在贯穿PN结的深蚀刻过程中受到损伤。
在步骤S130中，在发光结构远离第一反射镜的一侧形成第二反射镜。
如图6所示，该第二反射镜5的反射率可以小于第一反射镜3的反射率，但本公开实施例对此不做特殊限定。该第二反射镜5可以为布拉格反射镜，且材质为选自于包括TiO 2/SiO 2、Ti 3O 5/SiO 2、Ta 2O 5/SiO 2、Ti 3O 5/Al 2O 3、 ZrO 2/SiO 2或TiO 2/Al 2O 3等材料群组中的一组多周期材料，但本公开实施例不限于此。在形成第二反射镜5之前，本实施例还可以包括：在发光结构4远离第一反射镜3的一侧形成ITO层7。该第二反射镜5形成于ITO层7背向第一反射镜3的表面。以各发光结构4背向衬底1的表面与介质层2背向衬底1的表面平齐为例，多个发光结构4可以共用一个ITO层7。
在形成第二反射镜5之后，如图1所示，本公开实施例的制备方法还可以包括：
步骤S140、形成覆盖第二反射镜与介质层的支撑层。
如图7所示，该支撑层8的材料可以为导电材料，即支撑层8可以为导体。该支撑层8可以与ITO层7接触，该第二反射镜5包覆于支撑层8与ITO层7之间。该支撑层8可以包括重掺杂硅衬底802和金属键合层801。该重掺杂硅衬底802可以位于金属键合层801背向介质层2的一侧。
步骤S150、去除衬底。
如图7和图8所示，该衬底1可以通过激光剥离工艺去除，但本公开实施例不限于此。以衬底1与第一反射镜3之间设有缓冲层6为例，去除衬底1可以包括：去除衬底1与缓冲层6。在去除衬底1与缓冲层6之后，本公开实施例的制备方法还可以包括：如图9所示，使介质层2背向支撑层8的表面与第一反射镜3背向支撑层8的表面平齐。其中，本公开实施例可以通过对介质层2背向支撑层8的表面进行研磨，以使使介质层2背向支撑层8的表面与第一反射镜3背向支撑层8的表面平齐。
步骤S160、对介质层进行图案化，以使介质层形成多个筒状构件，多个筒状构件一一对应地围绕多个开口。
如图10所示，本公开实施例可以通过光刻工艺对介质层2进行图案化。该筒状构件202可以充当绝缘保护层，以保护发光器件侧壁，减少了制造绝缘保护层的步骤，节约了成本。
本公开实施例一还提供一种半导体发光器件。该半导体发光器件由上述的半导体发光器件的制备方法制备而成，因此，其具有相同的有益效果，本公开在此不再赘述。
实施例二
本公开实施例二的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法与本公开实施例一的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法大致相同，区别仅在于第二反射镜。如图11所示，本公开实施例二的第二反射镜5为金属反射镜。该金属反射镜的材质可以为Ag、Ni/Ag/Ni等。进一步地，为了避免第二反射镜5被氧化，本公开实施例二还可以形成包覆第二反射镜5的金属保护层11。该金属保护层11的材质可以为Ni、TiW、Pt等。上述的支撑层8可以包覆该金属保护层11。
实施例三
本公开实施例三的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法与本公开实施例一或实施例二的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法大致相同，区别仅在于：如图12和图13所示，还形成电连接于第一导电类型半导体层401的第一电极10以及电连接于第二导电类型半导体层403的第二电极9。以支撑层8的材料为导电材料为例，第一电极10和第二电极9可以位于支撑层8的两侧。具体而言，该第一电极10可以设于支撑层8背向发光结构4的表面，该第二电极9可以设于第一反射镜3背向发光结构4的表面，基于此，第一电极10和第二电极9位于发光结构4的两侧。本公开实施例三的半导体发光器件可以为谐振腔LED。以第一导电类型半导体层401为p型半导体层且第二导电类型半导体层403为n型半导体层为例，该第一电极10为p型电极，该第二电极9为n型电极。该第一电极10的材料和第二电极9的材料均可以选自金、银、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。
实施例四
本公开实施例四的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法与本公开实施例三的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法大致相同，区别仅在于：第一电极和第二电极位于支撑层的同一侧。具体地，第一电极和第二电极均位于第一导电类型半导体层远离第二反射镜的一侧。其中，该第一电极可以设于第一导电类型半导体层背向第二反射镜的表面，该第二电极可以设于第一反射镜背向发光结构的表面。本公开实施例四中的半导体发光器件也为谐振腔LED。
实施例五
本公开实施例五的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法与本公开实施例三或实施例四的半导体发光器件及半导体发光器件的制备方法大致相同，区别仅在于发光结构。如图14和图15所示，本公开实施例五的发光结构4可以包括氧化层41。该氧化层41可以与上述的发光层40层叠设置。该氧化层41可以包括低电阻区和高电阻区。该高电阻区围绕低电阻区，该低电阻区形成电流孔径，即内部电流窗，从而使本公开实施例五的发光器件构成垂直腔面发射激光器(VCSEL)。其中，该低电阻区也形成了垂直腔面发射激光器的光通路。
如图14和图15所示，以发光层40包括层叠设置的第一导电类型半导体层401、有源层402以及第二导电类型半导体层403为例，该氧化层41也可以位于第二导电类型半导体层403远离有源层402的一侧。另外，该氧化层41也可以位于有源层402中。其中，该氧化层41的数量可以为多个。以氧化层41的数量为两个为例，一个氧化层41可以位于有源层402中，另一氧化层41可以位于第二导电类型半导体层403远离有源层402的一侧。本公开实施例的氧化层41可以通过对AlInN、AlGaAs、AlAs或者AlN的单层结构进行氧化后得到，或者对AlInN/GaN、AlN/GaN、AlGaAs/GaN或者AlAs/GaN进行氧化后得到。
以上所述仅是本公开的较佳实施方式而已，并非对本公开做任何形式 上的限制，虽然本公开已以较佳实施方式揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施方式，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。

Claims (14)

  1. 一种半导体发光器件的制备方法，其特征在于，包括：
    在一衬底(1)上形成介质层(2)，所述介质层(2)设有暴露所述衬底(1)的多个开口(201)；
    以所述介质层(2)为掩模，对所述衬底(1)进行外延生长，以在所述介质层(2)的各所述开口(201)内形成第一反射镜(3)；
    在所述第一反射镜(3)远离所述衬底(1)的一侧生长发光结构(4)；
    在所述发光结构(4)远离所述第一反射镜(3)的一侧形成第二反射镜(5)。
  2. 根据权利要求1所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述第二反射镜(5)为布拉格反射镜或金属反射镜。
  3. 根据权利要求2所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述第二反射镜(5)为布拉格反射镜，在形成所述第二反射镜(5)之前，所述制备方法还包括：
    在所述发光结构(4)远离所述第一反射镜(3)的一侧形成ITO层(7)，所述第二反射镜(5)形成于所述ITO层(7)背向所述第一反射镜(3)的表面。
  4. 根据权利要求3所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，各所述发光结构(4)背向所述衬底(1)的表面与所述介质层(2)背向所述衬底(1)的表面平齐，多个所述发光结构(4)共用一个ITO层(7)。
  5. 根据权利要求1所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在所述发光结构(4)远离所述第一反射镜(3)的一侧形成第二反射镜(5)之后，所述制备方法还包括：
    形成覆盖所述第二反射镜(5)与所述介质层(2)的支撑层(8)；
    去除所述衬底(1)。
  6. 根据权利要求5所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述衬底(1)与所述第一反射镜(3)之间设有缓冲层(6)，去除所述衬底(1)包括：
    去除所述衬底(1)与所述缓冲层(6)；
    在去除所述衬底(1)与所述缓冲层(6)之后，所述制备方法还包括：
    使所述介质层(2)背向所述支撑层(8)的表面与所述第一反射镜(3)背向所述支撑层(8)的表面平齐。
  7. 根据权利要求6所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，在去除所述衬底(1)之后，所述制备方法还包括：
    对所述介质层(2)进行图案化，以使所述介质层(2)形成多个筒状构件(202)，多个所述筒状构件(202)一一对应地围绕多个所述开口(201)。
  8. 根据权利要求5所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述发光结构(4)包括发光层(40)，所述发光层(40)包括层叠设置的第一导电类型半导体层(401)、有源层(402)以及第二导电类型半导体层(403)，在去除所述衬底(1)之后，所述制备方法还包括：
    形成电连接于所述第一导电类型半导体层(401)的第一电极(10)以及电连接于所述第二导电类型半导体层(403)的第二电极(9)。
  9. 根据权利要求8所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述第一电极(10)和所述第二电极(9)位于所述支撑层(8)的同一侧；或者
    所述第一电极(10)和所述第二电极(9)位于所述支撑层(8)的两侧，且所述支撑层(8)的材料为导电材料。
  10. 根据权利要求1所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述第一反射镜(3)为布拉格反射镜。
  11. 根据权利要求10所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述第一反射镜(3)为多孔导电结构，所述多孔导电结构包括经过电化学腐蚀后形成的交替堆叠的第一多孔导电层(301)与第二多孔导电层(302)，所述第一多孔导电层(301)中形成有多个第一孔洞，所述第二多孔导电层(302)中形成有多个第二孔洞，所述第一孔洞的直径与第二孔洞的直径不同。
  12. 根据权利要求1所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所述介质层(2)的材料为氧化硅，所述第一反射镜(3)的材料为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料。
  13. 根据权利要求1所述的半导体发光器件的制备方法，其特征在于，所 述发光结构(4)包括氧化层(41)，所述氧化层(41)包括低电阻区以及围绕所述低电阻区的高电阻区。
  14. 一种半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件由权利要求1-13任一项所述的半导体发光器件的制备方法制备而成。
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