【技术实现步骤摘要】
外延结构及其制造方法
本申请涉及半导体器件制造领域，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。希望进一步改进半导体发光元件的结构与形成工艺，从而提高多量子阱电子空穴复合效率，并提升辐射复合效率。
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，通过将多量子阱中的垒层厚度控制在60埃米以下，形成超薄垒结构，从而减少了阱垒的晶格失配应力，降低了多量子阱的量子限制斯塔克效应，进而提升了多量子阱的电子空穴复合效率。根据本专利技术的一方面，提供了一种外延结构，包括：位于所述衬底上方的GaN电子供应层；多量子阱层，位于所述GaN电子供应层上方，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及GaN空穴供应层，位于所述多量子阱层上方。优选地，所述多量子阱层中的每个垒层的厚度不大于60埃米。优选地，还包括：应力释放层，位于所述GaN电子供应层与所述多量子阱层之间，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及多个V型凹陷，自所述多量子阱层的表面向所述衬底方向延伸，所述应力释放层中的垒层与所述多量子阱层中的垒层构成复合薄垒结构。优选地，所述应力...
【技术保护点】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：/n位于所述衬底上方的GaN电子供应层；/n多量子阱层，位于所述GaN电子供应层上方，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及/nGaN空穴供应层，位于所述多量子阱层上方。/n
【技术特征摘要】
1.一种外延结构，其特征在于，包括：
位于所述衬底上方的GaN电子供应层；
多量子阱层，位于所述GaN电子供应层上方，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及
GaN空穴供应层，位于所述多量子阱层上方。
2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述多量子阱层中的每个垒层的厚度不大于60埃米。
3.根据权利要求2所述的外延结构，其特征在于，还包括：
应力释放层，位于所述GaN电子供应层与所述多量子阱层之间，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及
多个V型凹陷，自所述多量子阱层的表面向所述衬底方向延伸，
所述应力释放层中的垒层与所述多量子阱层中的垒层构成复合薄垒结构。
4.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述应力释放层中的每个垒层的厚度不大于100埃米。
5.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，所述复合薄垒结构调控所述多量子阱层的应力状态、所述V型凹陷的结构以及电子与空穴的分布。
6.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述多量子阱层为(InaGa1-aN/AlbGa1-bN)m的周期结构，周期m的取值范围包括5至15，
其中，InaGa1-aN层作为阱层，所述InaGa1-aN层的厚度范围包括30至40埃米，在所述InaGa1-aN层中，In组份a的取值范围包括10％至30％；
AlbGa1-bN层作为垒层，所述AlbGa1-bN层的厚度范围包括40至60埃米，在所述AlbGa1-bN层中，Al组份b的取值范围包括0％至20％，所述AlbGa1-bN层中硅的掺杂浓度范围包括1E15至1E17cm-3。
7.根据权利要求6所述的外延结构，其特征在于，所述应力释放层为(IncGa1-cN/AldGa1-dN)n的超晶格周期结构，周期n的取值范围包括1至30，所述IncGa1-cN层中的In组份c的取值为包括0％至30％，c＜a；
其中，IncGa1-cN层作为阱层，所述IncGa1-cN层的厚度范围包括5至30埃米，
AldGa1-dN层作为垒层，所述AldGa1-dN层的厚度范围包括10至100埃米，所述AldGa1-dN层中的Al组份d的取值为包括0％至20％，在所述AldGa1-dN层中硅的掺杂浓度范围包括5E16至5E18cm-3。
8.根据权利要求4所述的外延结构，其特征在于，还包括过渡层，位于所述多量子阱层与所述应力释放层之间，用于同所述复合薄垒结构共同调节所述V型凹陷的开口尺寸。
9.根据权利要求8所述的外延结构，其特征在于，所述过渡层包括AleGa1-eN/InfGa1-fN/AlgGa1-gN层，
在AleGa1-eN层中，Al组份e的取值范围包括0至1，在InfGa1-fN层中，In组份f的取值范围包括0至1，在AlgGa1-gN层中，Al组份g的取值范围包括0至1，
所述AleGa1-eN层、所述InfGa1-fN层以及所述AlgGa1-gN层的厚度范围均包括20至80埃米，
所述过渡层中硅的掺杂浓度范围包括1E17至1E19cm-3。
10.根据权利要求3所述的外延结构，其特征在于，在所述多量子阱层的表面，所述多个V型凹陷的开口尺寸范围包括100至500纳米。
11.根据权利要求8所述的外延结构，其特征在于，还包括：
第一GaN高碳掺杂层，位于所述GaN电子供应层上方；以及
第二GaN高碳掺杂层，位于所述应力释放层与所述第一GaN高碳掺杂层之间，
其中，所述GaN电子供应层、所述第一GaN高碳掺杂层以及所述第二GaN高碳掺杂层中的碳掺杂浓度依次呈梯度变化。
12.根据权利要求11所述的外延结构，其特征在于，所述GaN电子供应层中碳的掺杂浓度范围包括5E16至1E17cm-3，所述第一GaN高碳掺杂层中碳的掺杂浓度范围包括1E17至7E17cm-3，所述第二GaN高碳掺杂层中碳的掺杂浓度范围包括7E17至5E18cm-3。
13.根据权利要求12所述的外延结构，其特征在于，所述第一GaN高碳掺杂层与所述第二GaN高碳掺杂层中硅的掺杂浓度范围均包括1E18至1E19cm-3。
14.根据权利要求11所述的外延结构，其特征在于，所述多个V型凹陷自所述多量子阱层表面延伸至所述第一GaN高碳掺杂层和/或所述第二GaN高碳掺杂层和/或所述应力释放层中。
15.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，还包括：
AlN缓冲层，位于所述衬底上；
GaN缓冲层，位于所述AlN缓冲层上；以及
非掺杂GaN层，位于所述GaN电子供应层与所述GaN缓冲层之间，
其中，所述AlN缓冲层与所述GaN缓冲层构成双缓冲层结构，用于释放所述衬底至所述非掺杂GaN层之间的晶格失配应力。
16.根据权利要求15所述的外延结构，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度范围包括100至500埃米，所述GaN缓冲层的厚度范围包括30至100埃米，
其中，所述AlN缓冲层为单晶薄膜层。
17.根据权利要求15所述的外延结构，其特征在于，所述非掺杂GaN层的厚度范围包括3至5μm，采用三维生长和二维生长方法形成，以将所述非掺杂GaN层中的位错密度范围控制在106至109cm-2之内。
18.根据权利要求17所述的外延结构，其特征在于，在所述多量子阱层表面，所述多个V型凹陷的密度分布范围包括107至109cm-2。
19.根据权利要求15所述的外延结构，其特征在于，所述GaN电子供应层包括：
第一GaN电子供应层，位于所述非掺杂GaN上；以及
第二GaN电子供应层，位于所述第一GaN电子供应层上方，
其中，所述第一GaN电子供应层的厚度范围包括0.5至1.5μm，所述第一GaN电子供应层中硅的掺杂浓度范围包括1E18至5E18cm-3，所述第二GaN电子供应层的厚度范围包括2至3μm，所述第二GaN电子供应层中硅的掺杂浓度范围包括1E19至8E19cm-3。
20.根据权利要求19所述的外延结构，其特征在于，还包括空穴阻挡层，位于所述第一GaN电子供应层与所述第二GaN电子供应层之间，
所述空穴阻挡层的材料包括AlhGa1-hN，厚度范围包括20至200埃米，所述空穴阻挡层中的硅掺杂浓度范围包括1E18至2E19cm-3，其中，所述h的取值范围包括0至1。
21.根据权利要求20所述的外延结构，其特征在于，还包括：
电子阻挡层，位于所述多量子阱层上；
空穴注入层，位于所述电子阻挡层上；
空穴扩展层，位于所述空穴注入层与所述GaN空穴供应层之间；以及
接触层，位于所述GaN空穴供应层上。
22.根据权利要求21所述的外延结构，其特征在于，所述电子阻挡层包括AliGa1-iN/AlN层，
其中，AliGa1-iN层中Al组分i的取值范围包括0至1，所述AliGa1-iN层厚度范围包括40至80埃米，
AlN层的厚度范围包括10至30埃米。
23.根据权利要求21所述的外延结构，其特征在于，所述空穴注入层中Mg的掺杂浓度范围包括1E19至1E21cm-3，厚度范围包括100至300埃米，
其中，所述空穴注入层包括AljInkGa1-j-kN层，在所述AljInkGa1-j-kN层中，Al组分j的取值范围包括0至60％，In组分k的取值范围包括0至40％。
24.根据权利要求21所述的外延结构，其特征在于，所述空穴扩展层的厚度范围包括200至600埃米，所述空穴扩展层包括GaN层，
其中，在二次离子质谱后，所述空穴扩展层中Mg的掺杂浓度范围包括1E19至5E19cm-3。
25.根据权利要求21所述的外延结构，其特征在于，所述GaN空穴供应层的厚度范围包括50至400埃米，所述GaN空穴供应层中Mg的掺杂浓度范围包括1E19至5E20cm-3。
26.根据权利要求21所述的外延结构，其特征在于，所述接触层的厚度范围包括10至50埃米，所述接触层中Mg的掺杂浓度范围包括5E19至1E21cm-3。
27.根据权利要求21至26任一项所述的外延结构，其特征在于，所述多个V型凹陷依次被所述电子阻挡层、所述空穴注入层、所述空穴扩展层以及所述GaN空穴供应层填充。
28.一种外延结构的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上方形成GaN电子供应层；
在所述GaN电子供应层上方形成多量子阱层，包括交替堆叠的多个垒层与多个阱层；以及
在所述多量子阱层上方形成GaN...
【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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