一种外延片制造技术

本申请公开了一种外延片，该外延片包括衬底以及生长于衬底上的三维应力调制模板、第三基础层和有源层，有源层包括量子阱层，三维应力调制模板包括层叠设置的第一基础层和第二基础层，三维应力调制模板做有朝背离衬底的方向凸起的多个凸起结构加工，处理后再外延生长第三基础层，第二基础层与第三基础层材料相同或相近，且第三基础层与量子阱层随形生长于多个凸起结构上，外延片具有一厚度方向以及在垂直于厚度方向的参考平面内彼此垂直设置的第一参考方向和第二参考方向，多个凸起结构至少沿第一参考方向排布，且凸起结构彼此间隔断开，能够避免出现应力释放导致的相分离、In析出问题，改善晶体质量并提升发光效率。改善晶体质量并提升发光效率。改善晶体质量并提升发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种外延片


[0001]本申请涉及半导体器件
，特别是涉及一种外延片。

技术介绍

[0002]LED(Light Emitting Diode，发光二极管)芯片为半导体晶片，是LED的核心组件。GaN基LED芯片包括在衬底上生长的GaN基的外延片、以及在外延片上制作的电极。其中，外延片主要包括N型层、MQW(Multiple Quantum Well，多量子阱)层和P型层。
[0003]其中，对于长波长的LED来说，高In组分含量使得MQW层与生长外延片的衬底之间存在严重的晶格失配，造成相分离及In析出的问题，致使晶体质量下降，非辐射复合效率大幅增加，影响发光效率。具体地，长波长及超长波长的LED芯片通常是建立在大失配结构的基础上，该LED芯片中的MQW层容易发生应力释放，而应力释放会伴随大量缺陷产生，进而严重影响LED器件的发光效率。
[0004]现有技术中为避免大失配体系下的应力释放，通常采用纳米线或纳米柱等三维结构，但其具有牺牲较大区域发光面积、存在较强极化场效应、工艺实现难度大、重复性稳定性差以及量产可行性很低等问题。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种外延片，能够避免出现应力释放导致的相分离、In析出问题，改善晶体质量并提升发光效率，该外延片包括包括衬底以及生长于衬底上的三维应力调制模板、第三基础层和有源层，有源层包括量子阱层，三维应力调制模板包括层叠设置的第一基础层和第二基础层，三维应力调制模板设置有朝背离衬底的方向凸起的多个凸起结构，第三基础层与量子阱层随形生长于多个凸起结构上，外延片具有一厚度方向以及在垂直于厚度方向的参考平面内彼此垂直设置的第一参考方向和第二参考方向，多个凸起结构至少沿第一参考方向排布，且凸起结构彼此间隔断开。
[0006]可选地，第一基础层包括单层/多层的n
‑
GaN或(n
‑
GaN+u
‑
GaN)5层。
[0007]可选地，第二基础层包括n
‑
GaN或单层/多层InGaN或单层/多层InN及其复合结构，第二基础层与第三基础层材料相同或相近。
[0008]可选地，量子阱层至少在第一参考方向上连续覆盖多个凸起结构，
[0009]以使得在量子阱层对多个凸起结构的覆盖区域内，量子阱层沿厚度方向0的高度随着沿第一参考方向的位置变化呈起伏状设置。
[0010]可选地，随着沿第一参考方向的位置变化，多个凸起结构的高度分别呈阶梯式变化和/或连续变化。
[0011]可选地，每个凸起结构包括在厚度方向具有高度差且在第一参考方
[0012]向上彼此错开的多个台阶面以及连接于相邻两个台阶面之间的连接面，5连接面沿厚度方向延伸，或者相对于厚度方向倾斜设置，台阶面为平面或起伏面。
[0013]可选地，第一基础层包括至少一层n
‑
GaN层。
[0014]可选地，第一基础层还包括至少一层u
‑
GaN层。
[0015]可选地，多个凸起结构沿第一参考方向连续设置或间隔设置，并且0沿第一参考方向相邻设置的两个凸起结构在厚度方向上的最高点在第一参考方向上的最短间隔距离介于0.01μm和200μm之间。
[0016]可选地，多个凸起结构沿第一参考方向或/和第二参考方向间隔设置。
[0017]可选地，外延片进一步包括设置于相邻的两个凸起结构的间隔区域内的间隔介质层，间隔介质层的材料包括二氧化硅或氮化硅。
[0018]5可选地，同一凸起结构在厚度方向上的最高点和最低点在厚度方向上的间隔距离介于0.1μm和10μm之间；
[0019]同一凸起结构在第一参考方向上的两侧最低点在第一参考方向上的最短间隔距离介于0.01μm和200μm之间。
[0020]可选地，各凸起结构分别沿第二参考方向连续设置，多个凸起结构沿第一参考方向和第二参考方向呈阵列状排布，沿第二参考方向相邻设置的两个凸起结构在厚度方向上的最高点在第二参考方向上的最短间隔距离介于0.01μm和200μm之间。
[0021]可选地，多个凸起结构在厚度方向的最高点相同，并沿着第一参考方向或/和第二参考方向周期性变化。
[0022]可选地，连接面相对于厚度方向的倾角范围为0
°
至50
°
，包括0
°
，10
°
，30
°
以及45
°
。
[0023]可选地，台阶面与连接面设置有打孔微结构或者凸起微结构。
[0024]可选地，凸起结构在第一参考方向或/和第二参考方向的投影包括矩形、三角形以及梯形的至少一种。
[0025]可选地，凸起结构在第一参考方向或第二参考方向的投影为多个矩形、三角形、梯形的组合形状。
[0026]可选地，台阶面上设置有微坑，微坑的深度或半径为0.1μm至2μm。
[0027]区别于现有技术，本申请通过在衬底生长三维应力调制模板、第二基础层和有源层，三维应力调制模板包括层叠设置的第一基础层和第二基础层，并且三维应力调制模板做有朝背离衬底的方向凸起的多个凸起结构加工，多个凸起结构至少沿第一参考方向排布，且凸起结构彼此间隔断开，由于第三基础层与量子阱层随形生长于多个凸起结构上，通过图形化带来的小面积生长，有利于巨幅增加有源层的临界厚度，实现可控制应力调制，能够避免出现应力释放导致的相分离、In析出问题，改善晶体质量并提升发光效率；同时，量子阱层随形生长于多个凸起结构上，区别于纳米柱或纳米线仅在部分发光区域的设置方式，能够在不牺牲发光面积的前提下，保留或增大原有发光面积，能够进一步提升发光效率。
[0028]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他
的附图。
[0030]图1是本申请外延片一实施例的第一结构示意图；
[0031]图2是本申请三维调制模板一实施例的结构示意图；
[0032]图3是本申请凸起结构第一实施例的结构示意图；
[0033]图4是本申请凸起结构第二实施例的结构示意图；
[0034]图5是本申请凸起结构第三实施例的结构示意图；
[0035]图6是图5沿
Ⅰ‑Ⅰ
方向的剖面示意图；
[0036]图7是本申请凸起结构第四实施例的结构示意图；
[0037]图8是本申请凸起结构第五实施例的结构示意图；
[0038]图9是本申请凸起结构第六实施例的结构示意图；
[0039]图10是本申请凸起结构第七实施例的结构示意图；
[0040]图11是本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延片，其特征在于，所述外延片包括衬底以及生长于所述衬底上的三维应力调制模板、第三基础层和有源层，所述有源层包括量子阱层，所述三维应力调制模板包括层叠设置的第一基础层和第二基础层，所述三维应力调制模板设置有朝背离衬底的方向凸起的多个凸起结构，所述第三基础层与所述量子阱层随形生长于所述多个凸起结构上，所述外延片具有一厚度方向以及在垂直于所述厚度方向的参考平面内彼此垂直设置的第一参考方向和第二参考方向，所述多个凸起结构至少沿所述第一参考方向排布，且所述凸起结构彼此间隔断开。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一基础层包括单层/多层的n
‑
GaN或(n
‑
GaN+u
‑
GaN)层。3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第二基础层包括n
‑
GaN或单层/多层InGaN或单层/多层InN及其复合结构，所述第二基础层与所述第三基础层材料相同或相近。4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述量子阱层至少在所述第一参考方向上连续覆盖所述多个凸起结构，以使得在所述量子阱层对所述多个凸起结构的覆盖区域内，所述量子阱层沿所述厚度方向的高度随着沿所述第一参考方向的位置变化呈起伏状设置。5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，随着沿所述第一参考方向的位置变化，所述多个凸起结构的高度分别呈阶梯式变化和/或连续变化。6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，每个所述凸起结构包括在所述厚度方向具有高度差且在所述第一参考方向上彼此错开的多个台阶面以及连接于相邻两个所述台阶面之间的连接面，所述连接面沿所述厚度方向延伸，或者相对于所述厚度方向倾斜设置，所述台阶面为平面或起伏面。7.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述第一基础层包括至少一层n
‑
GaN层。8.根据权利要求6所述的外延片，其特征在于，所述第一基础层还包括至少一层u
‑
GaN层。9.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多个凸起结构沿所述第一参考方向连续设置或间隔设置，并且沿所述第一参考方向相邻设置的两个所述凸起结构在所述厚度方向上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春辉，何婧婷，杜彦浩，孙伟，杨安丽，聂大伟，钟增梁，
申请(专利权)人：纳微朗科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：