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与流程

技术特征：
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al
x
in
y
ga
1-x-y
n，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al
x
in
y
ga
1-x-y
n，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。

技术总结
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。度高和发光均匀性好等特点。度高和发光均匀性好等特点。


技术研发人员：王国斌 闫其昂
受保护的技术使用者：江苏第三代半导体研究院有限公司
技术研发日：2022.06.15
技术公布日：2022/9/13