CN115050860A - 基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 - Google Patents
基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115050860A CN115050860A CN202210677343.6A CN202210677343A CN115050860A CN 115050860 A CN115050860 A CN 115050860A CN 202210677343 A CN202210677343 A CN 202210677343A CN 115050860 A CN115050860 A CN 115050860A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- layer
- quantum
- iii
- quantum dot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 186
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 106
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 101
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 50
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 110
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 53
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 34
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 15
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 5
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 23
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 6
- 230000005428 wave function Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 20
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001657 homoepitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- AZUYLZMQTIKGSC-UHFFFAOYSA-N 1-[6-[4-(5-chloro-6-methyl-1H-indazol-4-yl)-5-methyl-3-(1-methylindazol-5-yl)pyrazol-1-yl]-2-azaspiro[3.3]heptan-2-yl]prop-2-en-1-one Chemical compound ClC=1C(=C2C=NNC2=CC=1C)C=1C(=NN(C=1C)C1CC2(CN(C2)C(C=C)=O)C1)C=1C=C2C=NN(C2=CC=1)C AZUYLZMQTIKGSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005699 Stark effect Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000009646 cyclic growth Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本申请公开了一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件。该半导体发光结构包括依次设置的极性氮化物单晶衬底、第一导电类型的第一III族氮化物层、多量子阱有源区和第二导电类型的第二III族氮化物层；多量子阱有源区包含一个以上周期结构，一个周期结构包括依次设置的量子垒层、量子点基底层、量子阱层和帽层；量子点基底层具有多孔结构，其中多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层；量子阱层包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一所述孔洞内。本申请能有效降低极性GaN材料的极化效应，加强电子空穴波函数的重叠，改善半导体发光器件在大电流密度下的工作效率，并使其具有发光强度高和发光均匀性好等特点。
Description
技术领域
本申请涉及一种半导体发光二极管，具体涉及一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及半导体发光器件，属于半导体技术领域。
背景技术
以GaN基LED为代表的固态照明光源以其节能、环保、寿命长、光谱纯度佳、抗机械振动能力强等诸多优点引起了科学界和工业界广泛的研究兴趣。GaN基LED的一些应用领域，特别是可见光通讯领域，需要GaN基LED在大电流密度(～kA/cm2)工况下保持良好效率。
然而，GaN基LED的有源区一般为InGaN的多量子阱结构，由于InGaN与GaN之间的晶格失配，其压电极化和自发极化会导致能带倾斜，特别是在大电流密度工况下，易产生量子限制斯塔克效应(QCSE)，使电子和空穴波函数的空间叠加变少，进而引起LED的效率急剧下降，也就是著名的效率降低(EfficiencyDroop)现象。为了解决这一现象，常用的方法是使用非极性面或者半极性面GaN材料来消除极性减少QCSE，但是由于非极性面或者半极性面的GaN材料质量远远不如极性面的GaN，所以虽然QCSE减弱了，但是材料本身的问题没有解决，仍然无法实现量产。现有的另一种方法是在极性面(C面)GaN材料上，应用AlInN材料代替InGaN实现晶格匹配的量子阱生长，来减小极化和QCSE效应，但是AlInN材料生长非常难，质量远不如InGaN材料，同样无法量产。
相比于传统量子阱结构，以InGaN量子点为代表的III族氮化物半导体量子点具有特殊的三维受限结构，不仅能够削弱QCSE，还具有热稳定性高、对缺陷不敏感等优点，当采用其作为有源区材料时，有助于提高半导体发光器件的发光效率。但现有基于III族氮化物半导体量子点的半导体发光器件在制备时，大多需要在非极性面或者半极性面GaN材料上生长InGaN量子点，其一方面仍难以克服材料本身的问题，另一方面还会使InGaN量子点分布不均匀，且容易在后期生长中因温度升高而损坏，从而削弱其性能。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及半导体发光器件，以克服现有技术中的不足之处。
为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：
本申请的一个方面提供了一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其包括：
(1)将具有极性面的氮化物单晶衬底置入生长腔室，并在所述氮化物单晶衬底上生长第一导电类型的第一III族氮化物层；
(2)在所述第一III族氮化物层上生长多量子阱有源区，所述多量子阱有源区的生长方法包括：
(21)在向所述生长腔室内持续通入氮源的情况下，在所述第一III族氮化物层上依次生长量子垒层、量子点基底层、量子点成核层、量子阱层和帽层，形成所述多量子阱有源区的第一周期结构，所述量子点基底层具有多孔结构，且其中多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，所述量子阱层包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
(22)重复步骤(21)的操作0次以上，以在所述第一周期结构上生长形成所述多量子阱有源区的其余周期结构；
(3)在所述多量子阱有源区上生长第二导电类型的第二III族氮化物层。
本申请的又一个方面提供了一种半导体发光器件，包括沿设定方向依次设置的氮化物单晶衬底、第一导电类型的第一III族氮化物层、多量子阱有源区和第二导电类型的第二III族氮化物层，所述多量子阱有源区包含一个以上周期结构，所述周期结构包括：
量子垒层；
量子点基底层，生长在所述量子垒层上，且所述量子点基底层具有多孔结构，其中多个孔洞沿厚度方向贯穿所述量子点基底层；
量子阱层，包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
帽层，其覆盖所述量子阱层及量子点基底层。
与现有技术相比，本申请利用氮化物单晶衬底同质外延的零残余应力和高台阶密度表面等特点，并通过设置具有多孔结构的量子点基底层，在氮化物单晶衬底的极性面上进行诱导式的InGaN量子点生长，能形成高密度、粒度均一、高质量的InGaN量子点，大幅增强其量子限制作用，显著降低极性GaN材料的极化效应和QCSE效应，提高大电流密度下电子空穴波函数的重叠，从而有效改善半导体发光器件在大电流密度下的工作效率，并使其具有发光强度高和发光均匀性好等特点，且工艺简单可控，适于工业化生产。
附图说明
图1是本申请一实施例中一种半导体发光器件的结构示意图；
图2是图1所示多量子阱有源区的结构示意图；
图3是本申请一实施例中一种多量子阱有源区的一个周期结构的制备工艺流程图；
图4是本申请一实施例中一个周期结构的制备过程中多个工艺条件的变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下将对本发明作进一步的详细说明。但是，下面的介绍仅用来阐明说明本发明，非据此以对本发明的实施方法做出任何形式的限制，故凡是以本发明所述形状，结构，特征及基本思想为基础，而对本发明做出任何形式的修饰或修改，都应归属本发明意图保护的知识产权范畴。
本申请的一些实施例提供的一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法包括：
(1)将具有极性面的氮化物单晶衬底置入生长腔室，并在所述氮化物单晶衬底上生长第一导电类型的第一III族氮化物层；
(2)在所述第一III族氮化物层上生长多量子阱有源区，所述多量子阱有源区的生长方法包括：
(21)在向所述生长腔室内持续通入氮源的情况下，在所述第一III族氮化物层上依次生长量子垒层、量子点基底层、量子点成核层、量子阱层和帽层，形成所述多量子阱有源区的第一周期结构，所述量子点基底层具有多孔结构，且其中多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，所述量子阱层包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
(22)重复步骤(21)的操作0次以上，以在所述第一周期结构上生长形成所述多量子阱有源区的其余周期结构；
(3)在所述多量子阱有源区上生长第二导电类型的第二III族氮化物层。
在本申请中，所述第一导电类型为n型，第二导电类型为p型；或者，所述第一导电类型为p型，第二导电类型为n型。
在一个实施例中，步骤(21)具体包括：
(211)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第一温度，从而生长形成所述量子垒层；
(212)向所述生长腔室内通入氮源和所要形成的所述量子点基底层的前驱体源，并将所述生长腔室内的温度设置为第二温度，从而生长形成所述量子点基底层；
(213)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第三温度，从而生长形成所述量子点成核层；
(214)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第四温度，从而生长形成所述量子阱层；
(215)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第五温度，从而生长形成所述帽层。
其中，所述第一温度在第二温度以上，所述第二温度在第三温度以上，所述第三温度在第四温度以下，所述第五温度在第一温度以下。
其中，通过在步骤(211)中全程通入NH3等氮源，可以对多量子阱有源区中的GaN等材料形成更好的保护，且可保持GaN单晶衬底的同质外延层的高台阶密度表面。
在一个实施例中，步骤(211)包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第一温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为300sccm-800sccm，从而生长形成所述量子垒层。
在一个实施例中，步骤(212)中，在生长所述量子点基底层时，控制所述前驱体源的流量恒定为1-5slm。
在一个实施例中，步骤(213)具体包括：向所述生长腔室内通入氮源和第二III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第三温度，且控制所述第二III族金属源的流量从第一流量值增大到第二流量值，第一流量值为0-500sccm，第二流量值为1500-2000sccm，从而生长形成所述量子点成核层。
在一个实施例中，步骤(214)具体包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源、第二III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第四温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为100-300sccm、第二III族金属源的流量恒定为第二流量值，第二流量值为1500-2000sccm，以最大化第二III族金属源的流量，以实现量子点在诱导生长的孔洞中界面能较低的成核点中扩径，且升温以长成量子点材料。
在一个实施例中，步骤(215)包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第一温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为100-300sccm，从而生长形成所述帽层。
在一个实施例中，步骤(211)～步骤(215)中采用的氮源流量为10-80slm。优选的，在步骤(211)～步骤(215)中，氮源流量维持恒定。
在一个实施例中，所述第一温度为800～900℃，所述第二温度750～850℃，所述第三温度为700～800℃，所述第四温度750～850℃，所述第五温度为800～900℃。
在一个实施例中，步骤(211)中的生长温度恒定，步骤(212)中是使生长腔室内的温度逐渐降低至低于第一温度，并在保持降温的过程中进行量子点基底层的生长，步骤(213)中继续使生长腔室内的温度降低至低于第二温度或降低至第二温度后再恒温生长，并逐渐升高第二III族金属源的流量(实施例1中的In源)，以在量子垒层表面生成成核点；步骤(214)中是使生长腔室内的温度由第三温度升高至第四温度或由第三温度逐渐升高至第四温度后再恒温生长，同时以最大化第二III族金属源的流量，以实现量子点在诱导生长的孔洞中界面能较低的成核点中扩径，且升温以长成量子点材料；步骤(215)中是使生长腔室内的温度维持于第四温度或由第四温度升至第五温度后再恒温生长，所述第五温度等于或高于第四温度。
在一个实施例中，步骤(215)的温度逐渐升高，可实现三维生长逐渐趋向二维生长。且通过将第五温度设置在第一温度以下，可以更好的保护量子阱内的量子点，此外，GaN帽层的温度低于GaN垒层的生长温度，GaN帽层可作为过渡，避免后续GaN垒层的生长温度过高对量子点阱层的影响，导致InGaN的分解。
在一个实施例中，步骤(212)中的生长时间为2-4min，步骤(213)中的生长时间为0.5-1min，步骤(214)中的生长时间为1-2min。
在一个实施例中，所述III族金属源包括Ga源(如TEGa)、In源(如TMIn)、Al源(如TMAl)中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
在一个实施例中，所述氮化物单晶衬底、第一III族氮化物层、第二III族氮化物层、量子垒层、量子阱层的材质包括AlxInyGa1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，但不限于此。
例如，本申请中的所述氮化物单晶衬底可以是GaN单晶衬底、AlN单晶衬底等，且不限于此。进一步的，所述氮化物单晶衬底可以是n型掺杂、p型掺杂或未掺杂的。
在一个实施例中，所述前驱体源包括硅源(如SiH4)、氧源(如O2)、铝源(如TMAl)中的任意一种或多种的组合，且不限于此。
在一个实施例中，所述量子点基底层的材质包括氮化硅、氧化硅、氧化铝等，且不限于此。
在本申请中，由于GaN单晶同质外延层高台阶密度表面的平衡性，在上述条件下生长的量子点基底层材料生长平整且能在表面形成均匀的孔洞，通过在多量子阱有源区内设置多孔结构的量子点基底层，不仅可以利用其作为III族氮化物量子点的生长模板，使量子点的更为均匀可控，并对量子点形成保护，提高量子点质量，而且还可以有效弛豫量子垒层与量子阱层的晶格失配，例如GaN与InGaN的晶格失配，释放内部应力，使多量子阱有源区的质量得到明显提升，进而改善半导体发光器件的发光性能，如发光强度、发光均匀性等。
在一个实施例中，所述量子点基底层的厚度为1nm-2nm，若其厚度过大，会对量子阱的晶体质量产生不良影响，若厚度过小，则对III族氮化物量子点的保护不足。
在一个实施例中，所述量子点基底层所含孔洞的孔径为5nm-10nm、孔隙率为30％-70％。其中，若孔径过大，容易形成空洞，孔径过小，则将无法为III族氮化物量子点提供足够的生长空间，这对于多量子阱有源区的质量都是不利的。同时，所述量子点基底层的孔隙率高低与设计的III族氮化物量子点分布密度等相关。
在一个实施例中，所述III族氮化物量子点的直径为2nm-5nm，相邻III族氮化物量子点的间距为50nm-100nm。所述III族氮化物量子点的大小、分布密度在一定程度上由量子点基底层上的孔洞大小及分布密度所决定。
在一个实施例中，所述(22)包括：重复步骤(21)的操作1次以上，优选为1～9次，使所述多量子阱有源区具有多周期结构。优选的，所述多量子阱有源区的周期数为1～10，更优选为1～5，以更好的保证其晶体质量。
在本申请中，所述第一III族氮化物层、第二III族氮化物层、量子点基底层、量子点成核层、量子垒层、量子阱层等均可以是利用HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学的气相沉积)等方式生长形成，且不限于此。
本申请的一些实施例提供的一种半导体发光器件包括沿设定方向依次设置的氮化物单晶衬底、第一导电类型的第一III族氮化物层、多量子阱有源区和第二导电类型的第二III族氮化物层，所述多量子阱有源区包含一个以上周期结构，所述周期结构包括：
量子垒层；
量子点基底层，生长在所述量子垒层上，且所述量子点基底层具有多孔结构，其中多个孔洞沿厚度方向贯穿所述量子点基底层；
量子阱层，包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
帽层，其覆盖所述量子阱层及量子点基底层。
在一个实施例中，所述氮化物单晶衬底具有极性面，例如C面。
在一个实施例中，所述氮化物单晶衬底、第一III族氮化物层、第二III族氮化物层、量子垒层、量子阱层的材质包括AlxInyGa1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1，但不限于此。例如，本申请中的所述氮化物单晶衬底可以是GaN单晶衬底、AlN单晶衬底等，且不限于此。进一步的，所述氮化物单晶衬底可以是n型掺杂、p型掺杂或未掺杂的。例如，所述第一III族氮化物层、第二III族氮化物层、量子垒层可以是GaN等材质的，量子阱层可以是InGaN、AlGaN等材质的。
在一个实施例中，所述量子点基底层的材质包括氮化硅、氧化硅、氧化铝等，但不限于此。
在一个实施例中，所述量子点基底层的厚度为1nm-2nm。
在一个实施例中，所述量子点基底层所含孔洞的孔径为5nm-10nm、孔隙率为30％-70％。
在一个实施例中，所述III族氮化物量子点的直径为1nm-10nm，相邻III族氮化物量子点的间距为50nm-100nm。
在一个实施例中，所述多量子阱有源区包含1～10个周期结构，优选包含1～5个周期结构。
此外，在所述半导体发光结构中，还可以包括电子阻挡层等本领域人员惯用的其它结构层。
请参阅图1示出了本申请一实施例中一种半导体发光结构包括具有极性面(C面)的III族氮化物单晶衬底1以及依次设置在所述衬底上的第一导电类型的第一III族氮化物层2、多量子阱有源区3、第二导电类型的第二III族氮化物层4。
进一步的，所述多量子阱有源区3具有多周期结构，其中一个周期结构如图2所示，包括量子垒层31、量子点基底层32、量子阱层和帽层34。量子点基底层32设置在量子垒层31上，且量子点基底层32具有多孔结构，其中的多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，量子阱层包括多个III族氮化物量子点33，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞。帽层34覆盖在量子点基底层32和量子阱层上。
一种制备所述半导体发光结构的方法包括如下步骤：
(1)将所述氮化物单晶衬底1置入化学气相沉积系统的生长腔室，并在所述氮化物单晶衬底上生长第一III族氮化物层2；
(2)在所述第一III族氮化物层上生长多量子阱有源区3，所述多量子阱有源区的生长方法包括：
(21)参阅图3所示，在向所述生长腔室内持续通入氮源的情况下，在所述第一III族氮化物层2上依次生长量子垒层31、量子点基底层32、量子点成核层35、量子阱层(含多个III族氮化物量子点33)和帽层34，形成所述多量子阱有源区的第一周期结构；
(22)重复步骤(21)的操作0次以上，以在所述第一周期结构上生长形成所述多量子阱有源区的其余周期结构；
(3)在所述多量子阱有源区上生长第二III族氮化物层4。
示例性的，一种基于具有极性面的GaN单晶衬底制备半导体发光二极管结构的方法包括如下步骤：
S1、将GaN单晶衬底放入MOCVD等化学气相沉积系统的生长腔室内，在其上生长N型同质GaN层(即前述第一III族氮化物层)后，再进入发光层(即前述多量子阱有源区)的生长。
S2、依次进行GaN垒层、量子点基底层、量子点成核层、InGaN量子点阱层和GaN帽层的循环生长，周期数范围可1-10个，从而形成所述发光层。其中，为了保持GaN单晶衬底的同质外延层的高台阶密度表面，在该步骤S2中，优选全程保持NH3开启状态，流量可以控制为约10-80slm。
具体的，请参阅图4所示，该步骤S2包括：
首先生长GaN量子垒层，厚度约5-15nm，温度在800～900℃内恒温生长，Ga源(如TEGa)流量约300sccm-800sccm，流量恒定生长。
接着降温到750～850℃，降温过程中生长量子点基底层，同时关闭Ga源，打开硅源(如SiH4)，控制其流量约1-5slm，恒定流量下生长此层。为后续生长InGaN量子点做铺垫。该量子点基底层厚度约2nm，主要由SiN多孔材料组成。由于GaN单晶同质外延层高台阶密度表面的平整性，在此条件下生长的SiN材料生长平整且能在表面形成均匀的孔洞，且能够通过控制该量子点基底层的生长条件对SiN多孔材料的孔隙率进行调控。
其后进入量子点成核层的生长，继续降低温度到700～800℃，关闭Ga源，打开铟源(如TMIn)，流量控制在约500-2000sccm，流量从第一流量值增大到第二流量值，生长InN成核点，其中，第一流量值为0-500sccm，第二流量值为1500-2000sccm。此时，由于同质外延层的残余应力基本为零，而在上一层量子点基底层的生长过程中，裸露的GaN垒层表面经过大流量的硅源吹扫，能够极大的降低生长面的势垒能量。此时随着铟源流量的增加，InN会在量子点基底层的孔中、裸露的低势能的GaN量子垒层上而非量子点基底层表面进行聚集，最终形成InN成核点。
然后进入InGaN量子点量子阱层的生长，此时温度逐渐升高，控制温度在750～850℃，打开Ga源，流量在100-300sccm恒定流量生长，同时铟源的流量恒定为第二流量值，即在最大恒定流量下生长，关闭硅源，此层为InGaN量子点在诱导生长的量子点基底层的孔洞中界面能较低的InN成核点中进行扩径生长，升高温度能够使InGaN具有足够的能量最终长大形成所需大小的InGaN量子点，此过程中因量子阱层和量子垒层的晶格失配而产生的应力也被量子点基底层的弛豫作用而及时得到释放。
最后，进行GaN帽层的生长，升温至GaN量子垒层，保持镓源流量100-300sccm不变，恒流生长厚度约1.5nm，该帽层随着温度升高，生长模式由三维慢慢向二维横向生长，最终将覆盖InGaN量子点阱层，至此完成发光层的一个周期结构的生长。
S3、在发光层上生长P型GaN层(即前述第二III族氮化物层)。
本申请通过在III族氮化物单晶衬底的极性面上设置具有多孔结构的量子点基底层，一方面可以在量子点基底层的生长过程中，使其前驱体充分吹扫衬底极性面，从而极大降低衬底极性面的势垒能量，利于后续量子点成核层、III族氮化物量子点的生长，另一方面，还可以量子点基底层作为模板在衬底极性面上生长形成III族氮化物量子点，既充分发挥了同质外延所具特有的零残余应力、表面生长势能更低的优点，并使量子点的更为均匀可控，以及对量子点形成了更好的保护，使III族氮化物量子点具有更高质量，能显著降低大电流密度下的QCSE效应，同时还使III族氮化物量子点的尺寸、分布密度更为均匀可控，而且还可以有效弛豫量子垒层与量子阱层的晶格失配，释放内部应力，最终使所获半导体发光器件具有发光强度更高、发光均匀性、工作稳定性更高、使用寿命更长等优良特性。
以下将结合若干典型实施例对本申请的技术方案进行更为详细的解释说明。
实施例1一种半导体发光二极管结构包括具有极性面(C面)的GaN单晶衬底以及依次生长在该衬底上的N型GaN层、多量子阱有源区及P型GaN层。该多量子阱有源区具有多周期结构，一个周期结构包括GaN量子垒层、SiN量子点基底层、InGaN量子阱层和GaN帽层。量子点基底层设置在量子垒层上，且量子点基底层具有多孔结构，其中的多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，量子阱层包括多个InGaN量子点，每一III族氮化物量子点局部嵌入相应一个所述孔洞。帽层覆盖在量子点基底层和量子阱层上。
一种制备所述半导体发光二极管结构的方法包括：
S1、首先在GaN单晶衬底上同质外延生长厚约2μm的N型GaN层，N型电子浓度约5E18cm-3。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①进行GaN量子垒层生长，控制温度约为850℃，TEGa流量约为450sccm，生长约为4分钟，使量子垒层的厚度约12nm；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa，打开SiH4，控制其流量为约4slm，并使温度在约2分钟内从约850℃降温到约800℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③进行InN量子点成核层的生长，并使温度在1分钟内从约800℃降温到约750℃，TMIn流量从0增加到1500sccm，此层的厚度可忽略不计；
④进行InGaN量子阱层的生长，并使温度在1分钟内从约750℃升温至约800℃，TMIn流量保持约1500sccm不变，加入TEGa，并使其流量保持约150sccm不变，此层中的InGaN量子点的直径在1.5nm以下，嵌套在量子点基底层的孔洞中；
⑤进行GaN帽层的生长，在2分钟内升温到约850℃，TEGa流量恒定为约150sccm不变，关闭TMIn，此层的厚度约1nm～2nm左右。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约50slm。
按此循环生长3次，获得具有三个周期的多量子阱有源区。
S3、最后，生长厚度约100nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度约1E20cm-3。
本实施例最终获得的半导体发光二极管结构可以命名为样品A。
对比例1本对比例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品B，其制备方法与样品A基本相同，区别在于：省略了步骤②～③；以及，步骤④是采用常规条件生长了连续的InGaN量子阱层，其厚度约2.5nm。
将样品A、样品B进行不同电流注入的发光测试，电流密度同样从1A/cm2增加到10kA/cm2，样品A的发光波长从457.5nm变为451.7nm，蓝移了5.8nm；样品B的发光波长从458.6nm变为442.1nm，蓝移了16.5nm。说明样品A的QCSE被极大的抑制。并且，样品A的半高宽为15nm，而样品B的半高宽为18nm，可以说明，样品A的材料质量更好，更适合大电流密度的工况。
对比例2本对比例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品C，其制备方法也与样品A类似，区别在于：省略了步骤②。该样品C的发光效率逊于样品A，原因可能在于，缺少量子点基底层后，量子点的质量下降，量子局域效应减弱。
对比例3本对比例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品D，其制备方法包括：
S1、在衬底温度约为1100℃，反应室压力约为100Torr，V/III比约为300，SiH4的流量约为60sccm，在GaN单晶衬底上沉积厚度约为3μm、掺杂电子浓度约2×1019cm-3的非极性n型GaN层。
S2、在非极性n型GaN层上沉积3个周期的InGaN量子点/GaN量子阱发光层，InGaN量子点势阱层的生长温度约为750℃，反应室压强约为550Torr，通入TEGa、TMIn与氨气，V/III比约为1200，先生长3个原子层的浸润层，然后S-K模式生长InGaN量子点，生长时间约为0.5min，密度约为5×1010cm-2，直径约20nm，高度约5nm，In组分约50％，维持生长温度不变外延约3nm的GaN势垒层；GaN势垒层的生长温度为势阱层温度增加约50℃，反应室压力约为100Torr，厚度约为10nm。
S3、与实施例1的步骤S3相同。该样品D在发光效率、发光均匀性等方面均不及样品A，这可能是因为在非极性面上生长的晶体质量不及极性面，同时非极性面本身的极化效应也很小。
对比例4本对比例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品E，其制备方法与样品A基本相同，区别在于：在步骤①～步骤⑤中，NH3不是全程通入。
实施例2本实施例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品F，其制备方法包括：
S1、与实施例1的步骤S1相同。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①进行GaN量子垒层生长，控制温度约为800℃，TEGa流量约为300sccm，生长至量子垒层的厚度约5nm；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa，打开SiH4，控制其流量为约1slm，并使温度在约2分钟内从约800℃降温到约750℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③进行InN量子点成核层的生长，并使温度在1分钟内从约750℃降温到约700℃，TMIn流量从0增加到500sccm，此层的厚度可忽略不计；
④进行InGaN量子阱层的生长，并使温度在1分钟内从约700℃升温至约750℃，TMIn流量保持约500sccm不变，加入TEGa，并使其流量保持约100sccm不变，此层中的InGaN量子点的直径在1.5nm以下，嵌套在量子点基底层的孔洞中；
⑤进行GaN帽层的生长，在2分钟内升温到约800℃，TEGa流量恒定为约100sccm不变，关闭TMIn，此层的厚度约1nm左右。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约10slm。
按此循环生长2次，获得具有2个周期的多量子阱有源区。
S3、与实施例1的步骤S3相同。
实施例3本实施例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品G，其制备方法包括：
S1、与实施例1的步骤S1相同。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①进行GaN量子垒层生长，控制温度约为900℃，TEGa流量约为800sccm，生长至量子垒层的厚度约15nm；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa，打开SiH4，控制其流量为约5slm，并使温度在约2分钟内从约900℃降温到约850℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③进行InN量子点成核层的生长，并使温度在1分钟内从约850℃降温到约800℃，TMIn流量从0增加到2000sccm，此层的厚度可忽略不计；
④进行InGaN量子阱层的生长，并使温度在1分钟内从约800℃升温至约850℃，TMIn流量保持约2000sccm不变，加入TEGa，并使其流量保持约300sccm不变，此层中的InGaN量子点的直径在1.5nm以下，嵌套在量子点基底层的孔洞中；
⑤进行GaN帽层的生长，在2分钟内升温到约900℃，TEGa流量恒定为约300sccm不变，关闭TMIn，此层的厚度约1nm左右。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约80slm。
按此循环生长10次，获得具有10个周期的多量子阱有源区。
S3、与实施例1的步骤S3相同。
实施例4一种半导体发光二极管结构包括具有极性面的AlN单晶衬底以及依次生长在该衬底上的N型AlGaN层、多量子阱有源区及P型AlGaN层。该多量子阱有源区具有多周期结构，一个周期结构包括AlGaN量子垒层、SiN量子点基底层、AlGaN量子阱层和AlGaN帽层。量子点基底层设置在量子垒层上，且量子点基底层具有多孔结构，其中的多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，量子阱层包括多个AlGaN量子点，每一III族氮化物量子点局部嵌入相应一个所述孔洞。帽层覆盖在量子点基底层和量子阱层上。
一种制备所述半导体发光二极管结构的方法包括：
S1、首先在AlN单晶衬底上同质外延生长厚约3μm的N型AlGaN层，N型电子浓度约6E18cm-3。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①进行AlGaN量子垒层生长，控制温度约为1000℃，TEGa流量约为600sccm，TMA1流量约为400sccm，生长约为4分钟，使量子垒层的厚度约12nm；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa和TMAl，打开SiH4，控制其流量为约4slm，并使温度在约2分钟内从约850℃降温到约800℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③进行AlN量子点成核层的生长，并使温度在1分钟内从约1000℃降温到约950℃，TMAl流量300sccm，此层的厚度可忽略不计；
④进行AlGaN量子阱层的生长，并使温度在1分钟内从约950℃升温至约1000℃，TMAl流量保持约300sccm不变，加入TEGa，并使其流量保持约600sccm不变，此层中的A1GaN量子点的直径在1.5nm以下，嵌套在量子点基底层的孔洞中；
⑤进行AlGaN帽层的生长，在2分钟内升温到约1000℃，TEGa流量恒定为约600sccm不变，TMAl流量恒定为400sccm，此层的厚度约2nm左右。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约50slm。
按此循环生长5次，获得具有五个周期的多量子阱有源区。
S3、最后，生长厚度约150nm的P型GaN层，其中Mg的掺杂浓度约2E20cm-3。
本实施例最终获得的半导体发光二极管结构可以命名为样品H。该样品H尤其适合用于制备UV-LED。
实施例5本实施例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品I，其制备方法包括：
S1、与实施例1的步骤S1相同。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①：与实施例1的步骤①相同；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa，打开O2和SiH4，控制其流量各为3slm，并使温度在约2分钟内从约900℃降温到约800℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③～⑤：与实施例1的步骤③～⑤相同。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约80slm。
按此循环生长10次，获得具有10个周期的多量子阱有源区。
S3、与实施例1的步骤S3相同。
实施例6本实施例提供的一种半导体发光二极管结构可以命名为样品J，其制备方法包括：
S1、与实施例1的步骤S1相同。
S2、接着进入多量子阱有源区的生长，具体包括：
①：与实施例1的步骤①相同；
②进行量子点基底层的生长，关闭TEGa，打开TMAl和O2，控制TMAl流量约为1slm，O2流量约为1.5slm左右，并使温度在约2分钟内从约900℃降温到约800℃，该层的厚度控制在1nm左右；
③～⑤：与实施例1的步骤③～⑤相同。
在步骤①～步骤⑤中，全程通入NH3，并控制其流量恒定为约80slm。
按此循环生长10次，获得具有10个周期的多量子阱有源区。
S3、与实施例1的步骤S3相同。
表1样品A-样品G的性能测试结果
尽管已参考说明性实施例描述了本申请，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本申请的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的物质。另外，可在不背离本申请的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本申请的教示。因此，本文并不打算将本申请限制于用于执行本申请的所揭示特定实施例，而是打算使本申请将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将具有极性面的氮化物单晶衬底置入生长腔室，并在所述氮化物单晶衬底上生长第一导电类型的第一III族氮化物层；
(2)在所述第一III族氮化物层上生长多量子阱有源区，所述多量子阱有源区的生长方法包括：
(21)在向所述生长腔室内持续通入氮源的情况下，在所述第一III族氮化物层上依次生长量子垒层、量子点基底层、量子点成核层、量子阱层和帽层，形成所述多量子阱有源区的第一周期结构，所述量子点基底层具有多孔结构，且其中多个孔洞沿厚度方向贯穿量子点基底层，所述量子阱层包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
(22)重复步骤(21)的操作0次以上，以在所述第一周期结构上生长形成所述多量子阱有源区的其余周期结构；
(3)在所述多量子阱有源区上生长第二导电类型的第二III族氮化物层。
2.根据权利要求1所述的基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，步骤(21)具体包括：
(211)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第一温度，从而生长形成所述量子垒层；
(212)向所述生长腔室内通入氮源和所要形成的所述量子点基底层的前驱体源，并将所述生长腔室内的温度设置为第二温度，从而生长形成所述量子点基底层；
(213)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第三温度，从而生长形成所述量子点成核层；
(214)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第四温度，从而生长形成所述量子阱层；
(215)向所述生长腔室内通入氮源和至少一种III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第五温度，从而生长形成所述帽层；
其中，所述第一温度在第二温度以上，所述第二温度在第三温度以上，所述第三温度在第四温度以下，所述第五温度在第一温度以下。
3.根据权利要求2所述的基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，
步骤(211)包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第一温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为300sccm-800sccm，从而生长形成所述量子垒层；
和/或，步骤(212)中，在生长所述量子点基底层时，控制所述前驱体源的流量恒定为1-5slm；
和/或，步骤(213)具体包括：向所述生长腔室内通入氮源和第二III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第三温度，且控制所述第二III族金属源的流量从第一流量值增大到第二流量值，从而生长形成所述量子点成核层；
和/或，步骤(214)具体包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源、第二III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第四温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为100-300sccm、第二III族金属源的流量恒定为第二流量值，从而生长形成所述量子阱层；
和/或，步骤(215)包括：向所述生长腔室内通入氮源和第一III族金属源，并将所述生长腔室内的温度设置为第五温度，且控制所述第一III族金属源的流量恒定为100-300sccm，从而生长形成所述帽层；
和/或，步骤(211)～步骤(215)中采用的氮源流量为10-80slm。
4.根据权利要求2或3所述的基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，所述第一温度为800～900℃，所述第二温度750～850℃，所述第三温度为700～800℃，所述第四温度750～850℃，所述第五温度为800～900℃；
和/或，步骤(211)中的生长温度恒定，步骤(212)中是使生长腔室内的温度降低至第一温度以下，并在保持降温的过程中进行量子点基底层的生长，步骤(213)中是使生长腔室内的温度降低至第二温度或温度降低至第二温度后再恒温生长，步骤(214)中是使生长腔室内的温度由第三温度升高至第四温度或第三温度升高至第四温度后再恒温生长，步骤(215)中是使生长腔室内的温度维持于第四温度或由第四温度升至第五温度后再恒温生长，所述第五温度等于或高于第四温度；
和/或，步骤(212)中的生长时间为2-4min，步骤(213)中的生长时间为0.5-1min，步骤(214)中的生长时间为1-2min。
5.根据权利要求2所述的基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，所述III族金属源包括Ga源、In源、Al源中的任意一种或多种的组合；和/或，所述氮源包括NH3；和/或，所述前驱体源包括硅源、氧源、铝源中的任意一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的基于III族氮化物量子点的半导体发光结构的制备方法，其特征在于，所述氮化物单晶衬底、第一III族氮化物层、第二III族氮化物层、量子垒层、量子阱层的材质包括AlxInyGa1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1；和/或，所述量子点基底层所含孔洞的孔径为5nm-10nm、孔隙率为30％-70％；和/或，所述量子点基底层的厚度为1nm-2nm；和/或，所述III族氮化物量子点的直径为2nm-5nm，相邻III族氮化物量子点的间距为50nm-100nm；和/或，所述多量子阱有源区包含1～10个周期结构。
7.一种半导体发光器件，包括沿设定方向依次设置的氮化物单晶衬底、第一导电类型的第一III族氮化物层、多量子阱有源区和第二导电类型的第二III族氮化物层，所述多量子阱有源区包含一个以上周期结构；其特征在于，所述周期结构包括：
量子垒层；
量子点基底层，生长在所述量子垒层上，且所述量子点基底层具有多孔结构，其中多个孔洞沿厚度方向贯穿所述量子点基底层；
量子阱层，包括多个III族氮化物量子点，每一III族氮化物量子点至少局部嵌入相应一个所述孔洞内；
帽层，其覆盖所述量子阱层及量子点基底层。
8.根据权利要求7所述的半导体发光器件，其特征在于：所述氮化物单晶衬底、第一III族氮化物层、量子垒层、量子阱层、第二III族氮化物层的材质包括AlxInyGa1-x-yN，0≤x≤1，05y≤1；和/或，所述氮化物单晶衬底具有极性面，且所述第一III族氮化物层、多量子阱有源区及第二III族氮化物层设置在所述极性面上。
9.根据权利要求7所述的半导体发光器件，其特征在于：所述量子点基底层的材质包括氮化硅、氧化硅或氧化铝；和/或，所述量子点基底层所含孔洞的孔径为5nm-10nm、孔隙率为30％-70％；和/或，所述量子点基底层的厚度为1nm-2nm。
10.根据权利要求7所述的半导体发光器件，其特征在于：所述III族氮化物量子点的直径为1nm-10nm，相邻III族氮化物量子点的间距为50nm-100nm；和/或，所述多量子阱有源区包含1～10个周期结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210677343.6A CN115050860B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210677343.6A CN115050860B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115050860A true CN115050860A (zh) | 2022-09-13 |
| CN115050860B CN115050860B (zh) | 2023-09-22 |
Family
ID=83161905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210677343.6A Active CN115050860B (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115050860B (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1595670A (zh) * | 2004-06-25 | 2005-03-16 | 清华大学 | 宽谱白光led的量子点有源区结构及其外延生长方法 |
| CN1723574A (zh) * | 2002-12-10 | 2006-01-18 | Lg伊诺特有限公司 | Led及其制造方法 |
| CN101937954A (zh) * | 2010-07-05 | 2011-01-05 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法 |
| US20110108743A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Tuneable quantum light source |
| CN103474536A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基宽光谱发光二极管及其制备方法 |
| JP2014241324A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 富士通株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| CN104701431A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-06-10 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管的外延结构及其制作方法 |
| CN107068818A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 南昌大学 | 一种AlInGaN基绿、黄光发光二极管的外延结构 |
| CN109841711A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-04 | 中国科学院半导体研究所 | 基于非辐射共振能量转移机制的白光led及其制备方法 |
| CN110416374A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-05 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置 |
| CN114141615A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 高质量半导体外延片及其制备方法 |
-
2022
- 2022-06-15 CN CN202210677343.6A patent/CN115050860B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1723574A (zh) * | 2002-12-10 | 2006-01-18 | Lg伊诺特有限公司 | Led及其制造方法 |
| CN1595670A (zh) * | 2004-06-25 | 2005-03-16 | 清华大学 | 宽谱白光led的量子点有源区结构及其外延生长方法 |
| US20110108743A1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-05-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Tuneable quantum light source |
| CN101937954A (zh) * | 2010-07-05 | 2011-01-05 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 提高氮化镓基发光二极管内量子效率的外延生长方法 |
| JP2014241324A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 富士通株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| CN103474536A (zh) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化镓基宽光谱发光二极管及其制备方法 |
| CN104701431A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-06-10 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种发光二极管的外延结构及其制作方法 |
| CN107068818A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-08-18 | 南昌大学 | 一种AlInGaN基绿、黄光发光二极管的外延结构 |
| CN109841711A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-04 | 中国科学院半导体研究所 | 基于非辐射共振能量转移机制的白光led及其制备方法 |
| CN110416374A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-05 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 发光二极管外延片及其生长方法、发光二极管、显示装置 |
| CN114141615A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-03-04 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 高质量半导体外延片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115050860B (zh) | 2023-09-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9660136B2 (en) | Nitride nanowires and method of producing such | |
| CN105023979B (zh) | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 | |
| JP4991828B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法 | |
| WO2010095550A1 (ja) | エピタキシャルウエハを形成する方法、及び半導体素子を作製する方法 | |
| JP2011176130A (ja) | 結晶成長方法 | |
| CN114361302B (zh) | 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法 | |
| JP2009238772A (ja) | エピタキシャル基板及びエピタキシャル基板の製造方法 | |
| JP5460751B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2012204540A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR20100104997A (ko) | 전위 차단층을 구비하는 질화물 반도체 기판 및 그 제조 방법 | |
| CN114464709B (zh) | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 | |
| CN115050860B (zh) | 基于iii族氮化物量子点的半导体发光结构制备方法及器件 | |
| US9620675B2 (en) | Solid state lighting devices with reduced crystal lattice dislocations and associated methods of manufacturing | |
| JP4924498B2 (ja) | 窒化物系半導体発光素子、エピタキシャルウエハ、及び窒化物系半導体発光素子を作製する方法 | |
| WO2020075849A1 (ja) | 半導体成長用基板、半導体素子、半導体発光素子および半導体素子製造方法 | |
| CN112530791A (zh) | 一种生长高密度铟镓氮量子点的方法 | |
| KR100765386B1 (ko) | 질화 갈륨계 화합물 반도체 및 이의 제조 방법 | |
| CN113990993B (zh) | 用于降低欧姆接触电阻的发光二极管外延片及其制造方法 | |
| JP5059205B2 (ja) | ウェーハ及び結晶成長方法 | |
| JP7430316B2 (ja) | 半導体成長用基板、半導体素子、半導体発光素子および半導体素子製造方法 | |
| KR101919353B1 (ko) | 질화물 반도체 나노 막대 장치 및 그 제조 방법 | |
| JP2014154591A (ja) | ＧａＮ薄膜の製造方法及びＧａＮ薄膜 | |
| CN114023851A (zh) | 深紫外发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN117810328A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |