本發(fā)明涉及微電子器件，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及可用于Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體器件（如發(fā)光二極管）的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
發(fā)光二極管具有電光轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已被公認(rèn)為第三代照明光源，并得到大力發(fā)展。在襯底上生長(zhǎng)的GaN基外延片，是LED的核心組成部分，決定著LED產(chǎn)品的性能。一般來(lái)說(shuō)，LED外延片中應(yīng)力釋放層和發(fā)光層的結(jié)構(gòu)及晶體質(zhì)量對(duì)半導(dǎo)體器件的光電性能起決定性作用。而以Ⅲ族氮化物為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體器件中，由于量子阱層的材料與組分與量子壘層不同，而且阱層中的組成成分不是單一成分，其晶格常數(shù)不同，因此在多數(shù)情況下，會(huì)在量子阱層中產(chǎn)生應(yīng)力，使得在量子阱及量子壘的交界面處產(chǎn)生極化電荷，形成極化場(chǎng)。該極化場(chǎng)會(huì)引起量子阱層中的量子斯塔克效應(yīng)，使得電子與空穴波函數(shù)相分離，減小其光電轉(zhuǎn)換效率，從而降低出光效率。目前，量子阱的發(fā)光效率已成為提高Ⅲ族半導(dǎo)體器件性能的瓶頸，影響產(chǎn)品的用途拓展。因此減小量子阱中的極化電荷，減弱量子阱中的量子斯塔克效應(yīng)及提高器件的出光效率成為目前技術(shù)研究熱點(diǎn)。公開號(hào)為CN102157646A的中國(guó)專利申請(qǐng)案公開了一種具有應(yīng)力釋放層結(jié)構(gòu)的氮化鎵系發(fā)光二極管，其應(yīng)力釋放層為漸變銦組分的InGaN體材料。該結(jié)構(gòu)采用在n型氮化鎵與多量子阱層之間插入具有漸變銦組分的InGaN體材料，可以有效釋放量子阱區(qū)的應(yīng)力，但這種具有漸變銦組分的InGaN體材料的應(yīng)力釋放層，由于其InN與GaN晶格常數(shù)不同而產(chǎn)生應(yīng)力，并且要達(dá)到較好釋放量子阱中應(yīng)力作用則需要生長(zhǎng)較厚的InGaN體材料，因此該層中應(yīng)力很大，導(dǎo)致生長(zhǎng)至該應(yīng)力釋放層后表面不平整，形成較多缺陷，從而降低量子阱區(qū)的發(fā)光效率。因此有必要改善使用InGaN材料做應(yīng)力釋放層以及AlInGaN做量子壘層時(shí)的缺陷狀況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：提供一種具有減少量子阱層中極化電荷作用的低缺陷的基于Ⅲ族氮化物的發(fā)光二極管及其制造方法。本發(fā)明的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，由下而上依次包括：襯底、緩沖層、n型導(dǎo)電層、發(fā)光區(qū)、p型導(dǎo)電層。在具體實(shí)施例中，還可在包括電子阻擋層、p型歐姆接觸層，所述n型導(dǎo)電層由n型摻雜的Ⅲ族氮化物構(gòu)成，p型導(dǎo)電層由p型摻雜的Ⅲ族氮化物構(gòu)成。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述發(fā)光區(qū)為多量子阱結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)包括：Ⅲ族氮化物的阱層以及在阱層上的基于Ⅲ族氮化物的壘層，所述壘層包含至少一第一SiNx插入層。所述SiNx插入層可以有效減少壘層中的應(yīng)力，使得生長(zhǎng)發(fā)光區(qū)后的表面較平整，減少缺陷，提高載流子的復(fù)合效率。優(yōu)選的，所述壘層由AlpInqGa1-p-qN組成（其中0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1），其禁帶寬度不小于阱層中組成材料的禁帶寬度，厚度為5nm-50nm，生長(zhǎng)溫度不小于阱層溫度。更優(yōu)選的，所述壘層進(jìn)行硅摻雜，其摻雜濃度不大于5×1019cm-3，該濃度可以為平均摻雜濃度也可為具體摻雜濃度。優(yōu)選的，所述第一SiNx插入層在壘層內(nèi)形成離散的晶體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述壘層中至少一個(gè)所述第一SiNx插入層貫穿所述壘層。優(yōu)選的，所述第一SiNx插入層的厚度為0.1nm~10nm，優(yōu)選為2nm。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)還包括一由InxGa1-xN組成的應(yīng)力釋放層，位于所述n型導(dǎo)電層和發(fā)光區(qū)之間，其中0<x≤1。所述應(yīng)力釋放層中的In組分應(yīng)不大于量子阱層中的In組分，其禁帶寬度應(yīng)不小于阱層中組成材料的禁帶寬度，生長(zhǎng)溫度為700-800℃，優(yōu)選為750℃；生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm，優(yōu)選為40nm。應(yīng)力釋放層采用InGaN體材料可以更有效的釋放量子阱層中的應(yīng)力，減小量子阱層與壘層之間的極化電荷。優(yōu)選的，所述應(yīng)力釋放層至少具有一個(gè)第二SiNx插入層，該插入層的厚度為0.1nm-20nm，優(yōu)選為10nm。優(yōu)選的，所述InxGa1-xN應(yīng)力釋放層穿透至少一個(gè)第二SiNx插入層的一個(gè)或多個(gè)部分，使得所述SiNx插入層在所包圍的InGaN內(nèi)部形成離散的晶體結(jié)構(gòu)。在所述InGaN應(yīng)力釋放層中插入該SiNx插入層可以有效減少InGaN層中的應(yīng)力，使得生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層后的表面較平整，減少缺陷，提高電子的注入效率。本發(fā)明的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)下面方法獲得：依次在襯底上形成緩沖層、n型導(dǎo)電層、發(fā)光區(qū)和p型導(dǎo)電層，所述形成的發(fā)光區(qū)為多量子阱結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)包括：Ⅲ族氮化物的阱層以及在量子阱層上的基于Ⅲ族氮化物的壘層，其中壘層包含至少一第一SiNx插入層。上述第一SiNx插入層是在單個(gè)MOCVD反應(yīng)室中用單獨(dú)的MOCVD方法進(jìn)行沉積得到。在一些實(shí)施例中，還包括在所述n型導(dǎo)電層和發(fā)光區(qū)之間形成一由InxGa1-xN組成的應(yīng)力釋放層，其至少具有一第二SiNx插入層，其中0<x≤1。所述第二SiNx插入層是在單個(gè)MOCVD反應(yīng)室中用單獨(dú)的MOCVD方法進(jìn)行沉積得到的。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例。但本發(fā)明可以用許多不同形式體現(xiàn)，不應(yīng)認(rèn)為僅限于此文提出的實(shí)施例。提供這些實(shí)施例是為了使所公開的內(nèi)容更徹底完整地向本專業(yè)的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清晰起見，層和區(qū)的厚度都放大了。在所用的圖中，相同的符號(hào)代表相同的元件。在本發(fā)明中，當(dāng)提到一個(gè)元件（如一層，區(qū)或襯底）是在另一個(gè)元件“上”或者延伸到另一元件“上”，可以是直接在另一個(gè)元件“上”或者直接延伸到另一個(gè)元件“上”，或者也可有插入元件存在。若提到一個(gè)元件直接在另一個(gè)元件“上”或直接延伸到另一個(gè)元件“上”，表明沒有插入元件存在。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中發(fā)光區(qū)5的結(jié)構(gòu)放大圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1下面將參考圖1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1。請(qǐng)參照?qǐng)D1，發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)包括襯底1，襯底1優(yōu)選使用藍(lán)寶石襯底，也可以選用氮化鎵襯底、硅襯底或其他襯底。圖1的LED結(jié)構(gòu)還包括在襯底1上的基于Ⅲ族氮化物的緩沖層（buffer）2，緩沖層材料優(yōu)選采用氮化鎵，在650℃生長(zhǎng)30nm，還可以采用氮化鋁材料或者鋁鎵氮材料。圖1的LED結(jié)構(gòu)還包括在緩沖層2上形成的n型導(dǎo)電層3，該導(dǎo)電層優(yōu)選為氮化鎵，也可采用鋁鎵氮材料，硅摻雜優(yōu)選濃度為1×1019cm-3。圖1的LED結(jié)構(gòu)還包括在n型導(dǎo)電層3上形成的基于Ⅲ族氮化物的發(fā)光區(qū)5。發(fā)光區(qū)5優(yōu)選為具有至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為具有10個(gè)所述量子阱結(jié)構(gòu)20的重復(fù)結(jié)構(gòu)。發(fā)光區(qū)5中的量子阱結(jié)構(gòu)20如圖2所示，包括基于Ⅲ族氮化物的阱層20a、在阱層20a上的基于Ⅲ族氮化物的壘層20b。壘層20b中包含至少一個(gè)第一SiNx插入層20c。壘層20b由AlpInqGa1-p-qN組成（0≤p≤1，0≤q≤1，0≤p+q≤1），禁帶寬度不小于阱層中組成材料的禁帶寬度，厚度為10nm-50nm，生長(zhǎng)溫度應(yīng)不小于阱層溫度。所述壘層20b進(jìn)行硅摻雜，其摻雜濃度不大于5×1019cm-3，該濃度可以為平均摻雜濃度也可為具體摻雜濃度。該壘層包含至少一個(gè)第一SiNx插入層，厚度為0.1nm-10nm，優(yōu)選為2nm。該壘層20b穿透至少第一SiNx插入層20c的一個(gè)或多個(gè)部分，使得SiNx插入層在壘層內(nèi)形成離散的晶體結(jié)構(gòu)。該SiNx插入層20c是在單個(gè)MOCVD反應(yīng)室中用單獨(dú)的MOCVD方法進(jìn)行沉積得到。圖1的LED結(jié)構(gòu)還包括在發(fā)光區(qū)5上形成的p型電子阻擋層6，該層優(yōu)選采用鋁鎵氮材料生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為800~950℃，優(yōu)選生長(zhǎng)溫度為850℃。厚度50~200nm，優(yōu)選厚度為150nm。該層阻擋電子進(jìn)入p型層與空穴復(fù)合。可采用鋁組分漸變的方式生長(zhǎng)。圖1的LED結(jié)構(gòu)還包括在電子阻擋層6上的p型導(dǎo)電層7，以及在p型導(dǎo)電層7上形成的p型接觸層8，優(yōu)選摻雜濃度分別為1×1020cm-3和1×1021cm-3。在本實(shí)施例中，在量子阱的壘層中插入SiNx可以有效減少壘層中的應(yīng)力，使得生長(zhǎng)發(fā)光區(qū)后的表面較平整，減少缺陷，提高載流子的復(fù)合效率。實(shí)施例2下面將參考圖3說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2，圖3中所述發(fā)光二極管（LED）結(jié)構(gòu)包括襯底1，在襯底1上的基于Ⅲ族氮化物的緩沖層（buffer）2，在緩沖層2上基于Ⅲ族氮化物的n型導(dǎo)電層3，在n型導(dǎo)電層3上的基于Ⅲ族氮化物的應(yīng)力釋放層4，該應(yīng)力釋放層可以包含至少一個(gè)第二SiNx插入層9。還包括在應(yīng)力釋放層上的基于Ⅲ族氮化物的發(fā)光區(qū)5，在發(fā)光區(qū)5上的基于Ⅲ族氮化物的p型電子阻擋層6，在電子阻擋層6上的p型導(dǎo)電層7，以及在p型導(dǎo)電層7上的基于Ⅲ族氮化物的p型接觸層8。在本實(shí)施例中，在n型導(dǎo)電層3與發(fā)光區(qū)5之間插入一應(yīng)力釋放層4，發(fā)光區(qū)5優(yōu)選為具有至少一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為具有10個(gè)所述量子阱結(jié)構(gòu)的重復(fù)結(jié)構(gòu)，壘層中無(wú)SiNx插入層，其他結(jié)構(gòu)層可以參考實(shí)施例1中描述。該應(yīng)力釋放層4優(yōu)選為InGaN體材料，更有效的釋放量子阱層中的應(yīng)力，減小量子阱層與壘層之間的極化電荷。優(yōu)選生長(zhǎng)溫度為750℃，在純凈N2環(huán)境中生長(zhǎng)。具體的，該應(yīng)力釋放層4由InxGa1-xN組成（0<x≤1），其In組分不大于量子阱層中的In組分，優(yōu)選為10%，禁帶寬度不小于阱層中組成材料的禁帶寬度。生長(zhǎng)溫度為700-800℃，優(yōu)選為750℃。生長(zhǎng)厚度為10nm-100nm，優(yōu)選為40nm。應(yīng)力釋放層4至少具有一個(gè)第二SiNx插入層9，該插入層9的厚度為0.1nm-20nm，優(yōu)選為10nm。所述InxGa1-xN穿透至少一個(gè)第二SiNx插入層的一個(gè)或多個(gè)部分，使得所述SiNx插入層在所包圍的InGaN內(nèi)部形成離散的晶體結(jié)構(gòu)。第二SiNx插入層9是在單個(gè)MOCVD反應(yīng)室中用單獨(dú)的MOCVD方法進(jìn)行沉積得到。在n型導(dǎo)電層3與應(yīng)力釋放層4之間還可以插入電流擴(kuò)展層，該層優(yōu)選鋁鎵氮材料，電子經(jīng)過(guò)n型導(dǎo)電層3后進(jìn)行在該層橫向擴(kuò)展并隨后流入發(fā)光區(qū)，起到增加發(fā)光面積的作用。實(shí)施例3本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在n型導(dǎo)電層3與發(fā)光區(qū)5之間插入一應(yīng)力釋放層4，其具體參數(shù)與結(jié)構(gòu)可參照實(shí)施例2進(jìn)行。在本實(shí)施例中，采用InGaN體材料作為應(yīng)力釋放層并分別在發(fā)光區(qū)的至少一個(gè)InGaN壘層和InGaN應(yīng)力釋放層中插入SiNx，可以更有效的釋放量子阱層中的應(yīng)力，減小量子阱層與壘層之間的極化電荷。