【技术实现步骤摘要】
外延结构及其制造方法
本公开涉及外延结构制造领域，更具体地，涉及一种外延结构及其制造方法。
技术介绍
化合物半导体发光元件因具有节能环保、发光效率高、颜色波长易调控、体积小、使用寿命长等优点，已成为市场主流的照明光源，广泛应用于家庭照明、户外路灯照明、舞台灯照明、交通信号灯、电视背光、手机电脑背光、室内显示屏、车灯等各种照明和显示领域。在现有技术中，氮化物半导体发光元件具有较高的发光效率，因此在照明领域得到了越来越广泛的应用。然而，氮化物半导体发光元件一般采用异质外延，晶格失配导致发光元件内存在大量的位错，位错密度高达108至1010cm-2，降低了外延层的生长质量，从而降低了发光元件的内量子效率。此外，由于在外延生长的过程中，容易产生V型凹陷(V-pits)，V型凹陷的开启位置、分布均匀性以及开口尺寸均会影响发光元件的内量子效率，而在现有技术中，V型凹陷的开启位置、分布均匀性以及开口尺寸并不容易控制。因此希望进一步改进半导体发光元件的结构与形成工艺，从而提高发光元件的内量子效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种外延结构及其制造方法，从而解决了上述问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种外延结构，包括：位于衬底上的第一载流子供应层；调控结构，位于所述第一载流子供应层上，包括多量子阱层；多个V型凹陷，自所述调控结构的表面延伸至所述调控结构中；以及第二载流子供应层，位于所述调控结构上，其中，至少两个所述V型凹陷不同。优选地，所述调控结构还包括多个开...
【技术保护点】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：/n位于衬底上的第一载流子供应层；/n调控结构，位于所述第一载流子供应层上，包括多量子阱层；/n多个V型凹陷，自所述调控结构的表面延伸至所述调控结构中；以及/n第二载流子供应层，位于所述调控结构上，/n其中，至少两个所述V型凹陷不同。/n
【技术特征摘要】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：
位于衬底上的第一载流子供应层；
调控结构，位于所述第一载流子供应层上，包括多量子阱层；
多个V型凹陷，自所述调控结构的表面延伸至所述调控结构中；以及
第二载流子供应层，位于所述调控结构上，
其中，至少两个所述V型凹陷不同。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述调控结构还包括多个开启层，至少两个V型凹陷分别延伸至不同的开启层。
3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，还包括位错控制结构，包括：
第一缓冲层，位于所述衬底上；
第二缓冲层，位于所述第一缓冲层上；
GaN层，位于所述第二缓冲层上；以及
阻挡层，位于所述GaN层与所述第一载流子供应层之间，
其中，所述位错控制结构的相邻层之间具有相同的元素。
4.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，所述调控结构还包括应力释放层，位于所述多个开启层与所述多量子阱层之间，
其中，所述多个开启层与所述应力释放层均为超晶格周期结构，所述多个开启层与所述应力释放层用于共同释放应力。
5.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述多个开启层、所述应力释放层以及所述多量子阱层控制所述V型凹陷的开口尺寸、深度、开启位置、分布密度中的至少之一。
6.根据权利要求5所述的外延结构，其特征在于，所述多个开启层包括：
第一开启层，位于所述第一载流子供应层上；
第二开启层，位于所述第一开启层上；以及
第三开启层，位于所述第二开启层与所述多阱量子层之间，
其中，所述多个V型凹陷自所述多量子阱层的表面分别延伸至所述第一开启层、所述第二开启层以及所述第三开启层中。
7.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述第一缓冲层的材料包括AlN，呈单晶薄膜状，所述第一缓冲层的厚度范围包括100至500埃米；
所述第二缓冲层的材料包括GaN与AlxGa1-xN中的一种或组合，所述第二缓冲层的厚度范围包括30至100埃米，当所述第二缓冲层的材料包括AlxGa1-xN时，Al组份x的范围包括0至1，
其中，所述第一缓冲层与所述第二缓冲层构成双缓冲结构。
8.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述GaN层的厚度范围包括3至5μm，
其中，所述GaN层的形成步骤包括三维生长与二维生长。
9.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述阻挡层的材料包括AlyGa1-yN，厚度范围包括100至500埃米，
其中，所述阻挡层掺杂Si，掺杂浓度范围包括0至8E19cm-3，在所述阻挡层中，Al组份y的范围包括0至1。
10.根据权利要求3至9任一项所述的外延结构，其特征在于，所述位错控制结构的位错密度范围包括106至109cm-2。
11.根据权利要求6所述的外延结构，其特征在于，所述第一开启层的材料包括GaN，厚度范围包括200至1000埃米，
其中，所述第一开启层掺杂Si，掺杂浓度范围包括5E17至1E19cm-3。
12.根据权利要求6所述的外延结构，其特征在于，所述第二开启层的材料包括GaN，厚度范围包括200至1200埃米，
其中，所述第二开启层掺杂Si，掺杂浓度范围包括5E17至1E19cm-3。
13.根据权利要求6所述的外延结构，其特征在于，所述第三开启层包括(InaGa1-aN/GaN)m的超晶格周期结构，周期m的取值范围包括1至8，所述第三开启层的发光波长范围包括370至400nm，
其中，InaGa1-aN层作为阱层，所述InaGa1-aN层的厚度范围包括30至50埃米，在所述InaGa1-aN层中，In组份a的取值范围包括0至10％；
GaN层作为垒层，所述GaN层的厚度范围包括100至800埃米，所述GaN层掺杂Si，掺杂浓度范围包括5E17至5E18cm-3。
14.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，所述应力释放层包括(InbGa1-bN/GaN)n的超晶格周期结构，周期n的取值范围包括3至10，所述应力释放层的发光波长范围包括390至430nm，
其中，InbGa1-bN层作为阱层，所述InbGa1-bN层的厚度范围包括10至30埃米，在所述InbGa1-bN层中，In组份b的取值范围包括5％至15％；
GaN层作为垒层，所述GaN层的厚度范围包括50至100埃米，所述GaN层掺杂Si，掺杂浓度范围包括1E17至8E17cm-3。
15.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括(IncGa1-cN/AldGa1-dN)k的周期结构，周期k的取值范围包括5至15，所述多量子阱层的发光波长范围包括420至520nm，
其中，IncGa1-cN层作为阱层，所述IncGa1-cN层的厚度范围包括20至50埃米，在所述IncGa1-cN层中，In组份c的取值范围包括10％至30％；
AldGa1-dN层作为垒层，所述AldGa1-dN层的厚度范围包括50至150埃米，所述AldGa1-dN层掺杂Si，掺杂浓度范围包括1E17至8E17cm-3，在所述AldGa1-dN层中，Al组份d的取值范围包括0至10％。
16.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括(IncGa1-cN/(AldGa1-dN/GaN)p)k的周期结构，周期k的范围包括5至15，所述多量子阱层的发光波长范围包括420至520nm，
其中，IncGa1-cN层作为阱层，所述IncGa1-cN层的厚度范围包括20至50埃米，在所述IncGa1-cN层中，In组份c的取值范围包括10％至30％；
(AldGa1-dN/GaN)p的子周期结构作为垒层，子周期p的范围包括1至10，所述(AldGa1-dN/GaN)p的子周期结构的总厚度范围包括50至150埃米，(AldGa1-dN/GaN)p的子周期结构掺杂Si，掺杂浓度范围包括1E17至8E17cm-3，在AldGa1-dN层中，Al组份d的取值范围包括0至10％。
17.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述多量子阱层包括(IncGa1-cN/(AldGa1-dN/IneGa1-eN)q)k的周期结构，周期k的范围包括5至15，所述多量子阱层的发光波长范围包括420至520nm，
其中，IncGa1-cN层作为阱层，所述IncGa1-cN层的厚度范围包括20至50埃米，在所述IncGa1-cN层中，In组份c的取值范围包括10％至30％；
(AldGa1-dN/IneGa1-eN)q的子周期结构作为垒层，子周期q的范围包括1至10，所述(AldGa1-dN/IneGa1-eN)q的子周期结构的总厚度范围包括50至150埃米，(AldGa1-dN/IneGa1-eN)q的子周期结构掺杂Si，掺杂浓度范围包括1E17至8E17cm-3，在AldGa1-dN层中，Al组份d的取值范围包括0至10％，在IneGa1-eN层中，In组份e的取值范围包括0至10％。
18.根据权利要求1-9、11-17任一项所述的外延结构，其特征在于，所述多个V型凹陷的密度范围包括107至109cm-2，所述开口尺寸的范围包括100至500nm。
19.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第一载流子供应层包括：
第一掺杂层，位于所述阻挡层上；以及
第二掺杂层，位于所述第一掺杂层与所述第一开启层之间，
其中，所述第一掺杂层与所述第二掺杂层均掺杂Si，所述第一掺杂层的掺杂浓度高于所述第二掺杂层的掺杂浓度。
20.根据权利要求19所述的外延结构，其特征在于，所述第一掺杂层的厚度范围包括1至3μm，
其中，所述第一掺杂层的掺杂浓度范围包括1E19至5E19cm-3。
21.根据权利要求19所述的外延结构，其特征在于，所述第二掺杂层的厚度范围包括1000至4000埃米，
其中，所述第二掺杂层的掺杂浓度范围包括1E17至1E18cm-3。
22.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，还包括第一电子阻挡层，位于所述多量子阱层与所述第二载流子供应层之间，所述第一电子阻挡层的厚度范围包括50至150埃米，所述第一电子阻挡层包括：GaN层与AlN层、(GaN/AlfGa1-fN)r的周期结构与AlN层、GaN层和AlfGa1-fN层以及(GaN/AlfGa1-fN)r的周期结构中的一种或组合，
其中，所述(GaN/AlfGa1-fN)r的周期r的取值范包括1至10，所述AlfGa1-fN的Al组分f的取值范围包括0至1。
23.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二载流子供应层的厚度范围包括100至500埃米，所述第二载流子供应层掺杂Mg，掺杂浓度范围包括1E19至1E21cm-3，所述第二载流子供应层包括：AlgInhGa1-g-hN层、(AlgInhGa1-g-hN/GaN)s的周期结构以及(AlgInhGa1-g-hN/AlGaN)t的周期结构中的一种或组合，
其中，所述AlgInhGa1-g-hN的Al组分g的取值范围包括0至60％，In组分h的取值范围包括0至40％；
所述(AlgInhGa1-g-hN/GaN)s的周期s的取值范围包括1至10，
所述(AlgInhGa1-g-hN/AlGaN)t的周期t的取值范围包括1至10。
24.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，还包括第二电子阻挡层，位于所述第二载流子供应层上，所述第二电子阻挡层的厚度范围包括50至500埃米，所述第二电子阻挡层掺杂Mg，掺杂浓度范围包括0至1E19cm-3，所述第二电子阻挡层包括：AliInjGa1-i-jN层、(AliInjGa1-i-jN/GaN)u的周期结构以及(AliInjGa1-i-jN/AlGaN)v的周期结构中的一种或组合，
其中，所述AliInjGa1-i-jN的Al组分i的取值范围包括0至60％，In组分j的取值范围包括0至40％，自靠近所述第二载流子供应层的表面至远离所述第二载流子供应层的表面，i的取值方式为从大到小取值；
所述(AliInjGa1-i-jN/GaN)u的周期u的取值范围包括1至20；
所述(AliInjGa1-i-jN/AlGaN)v的周期v的取值范围包括1至10。
25.根据权利要求24所述的外延结构，其特征在于，还包括空穴扩展层，位于所述第二电子阻挡层上，
其中，所述空穴扩展层的厚度范围包括30至300埃米，所述空穴扩展层掺杂Mg，二次离子质谱后的掺杂浓度范围包括1E19至5E19cm-3。
26.根据权利要求25所述的外延结构，其特征在于，还包括第三掺杂层，位于所述空穴扩展层上，
其中，所述第三掺杂层的厚度范围包括50至800埃米，所述第三掺杂层掺杂Mg，掺杂浓度范围包括1E19至5E20cm-3。
27.根据权利要求26所述的外延结构，其特征在于，还包括接触层，位于所述第三掺杂层上，
其中，所述接触层的厚度范围包括10至50埃米，所述接触层掺杂Mg，掺杂浓度范围包括5E19至1E21cm-3。
28.一种外延结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成第一载流子供应层；
在所述第一载流子供应层上形成调控结构，包括多量子阱层；
形成多个V型凹陷，所述多个V型凹陷自所述调控结构的表面延伸至所述调控结构中；以及
在所述调控结构上形成第二载流子供应层，
其中，至少两个所述V型凹陷不同。
29.根据权利要求28所述的制造方法，其特征在于，形成所述调控结构的步骤包括：在所述第一载流子供应层上形成多个开启层，至少两个V型凹陷分别延伸至不同的开启层。
30.根据权利要求29所述的制造方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：范伟宏，薛脱，李东昇，邬元杰，蒋敏，张成军，
申请(专利权)人：厦门士兰明镓化合物半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35
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