根据本发明专利技术的实施例的一种方法包含提供包括施主层及应变层的外延结构。该外延结构经处理以致使该应变层松弛。该应变层的松弛致使该施主层的面内晶格常数改变。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种致使施主层的面内晶格常数改变的方法。
技术介绍
包含发光二极管(LED)、谐振腔发光二极管(RCLED)、垂直腔激光二极管(VCSEL)及边缘发射激光器的半导体发光装置是当前可用的最有效率的光源之一。在制造能跨越可见光谱操作的高亮度发光装置中，当前受关注的材料系统包含III-V族半导体，尤其是也被称为III族氮化物材料的镓、铝、铟以及氮的二元、三元及四元合金。典型地，III族氮化物发光装置通过利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技术，在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物或其它适当衬底上外延生长具有不同组分以及掺杂剂浓度的半导体层堆叠而制得。该堆叠通常包含掺杂有(例如)硅的形成在该衬底上的一个或多个η型层；在形成在该或这些η型层上的有源区中的一个或多个发光层；及掺杂有(例如)镁的形成在该有源区上的一个或多个P型层。电接触形成在η型区域及P型区域上。·图I图示出在US 2007/0072324中更详细描述的复合生长衬底，其是以引用的方式并入本文中。衬底10包含基质衬底12、种晶层16、及将基质12接合至种晶层16的接合层14。基质衬底12对衬底10及生长在衬底10上的半导体装置层18提供机械支撑。种晶层16是其上生长装置层18的层，因此该种晶层16必须是可使III族氮化物晶体在其上成核的材料。如本文中所使用，“面内”晶格常数意指装置中的半导体层的实际晶格常数，而“体”晶格常数意指给定组分的松弛、独立的材料的晶格常数。层中的应变量被定义为I^"in-plane ^bulk I /^bulk °可根据维加德定律(Vegards law)估计三元或四元III族氮化物化合物AxByCzN的体晶格常数，其中ax，y，z =x (aM) +y (aBN) +z (aCN)，其中a意指二元化合物的体晶格常数。AlN具有3. IllA的体晶格常数，InN具有3. 544A的体晶格常数，并且GaN具有3. 1885A的体晶格常数。当图I的复合衬底的种晶层是III族氮化物材料时，该种晶层在生长衬底上是经生长应变(strained),意味着ain_pl·不等于abulk。当种晶层16被连接至基质衬底12并自该生长衬底释放时，若种晶层16与基质衬底12之间的连接为顺从的(例如，经由接合层14)，则该种晶层16可能至少部分松弛。例如，当III族氮化物装置是常规生长在Al2O3上时，生长在该衬底上的第一层通常为具有大约3. 19的a晶格常数的GaN缓冲层。该GaN缓冲层为生长在该缓冲层上的所有装置层(包含通常为InGaN的发光层)设定面内晶格常数。由于InGaN具有大于GaN的体晶格常数，所以当生长在GaN缓冲层上时，该发光层经应变。在具有InGaN种晶层的复合衬底中，在松弛后，该InGaN种晶层可具有大于GaN的面内晶格常数。同样地，该InGaN种晶层的面内晶格常数比GaN更紧密匹配于InGaN发光层的体晶格常数。生长在该InGaN种晶层上的装置层(包含该InGaN发光层)将复制该InGaN种晶层的面内晶格常数。因此，生长在松弛的InGaN种晶层上的InGaN发光层的应变可以比生长在GaN缓冲层上的InGaN发光层小。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有效发光的半导体发光装置。根据本专利技术的实施例的方法包含提供包括施主层及应变层的外延结构。该外延结构经处理以致使该应变层松弛。该应变层的松弛致使该施主层的面内晶格常数改变。根据实施例的结构包括衬底及通过接合层而附接至该衬底的外延结构。该外延结构包括施主层，其中该施主层是其上可生长半导体结构的材料；应变层；及设置在该施主层与该应变层之间的松弛层。在上述的方法及结构中，可使用施主层以形成复合衬底的种晶层。该施主层可与应变层一起生长在外延结构中。当使该外延结构松弛时，该施主层及该应变层的结合应变能量(combined strain energy)可改变该施主层的面内晶格常数,使其超出可通过使仅包·含施主层的外延结构松弛而达到的面内晶格常数。可将包含发光层的半导体结构生长在该种晶层上。因为种晶层是至少部分松弛，所以生长在该种晶层上的半导体结构的发光层可具有小于生长在常规衬底上的发光层的应变。因此，生长在种晶层上的发光层可比常规发光层更有效地发光，因为生长在该种晶层上的发光层可具有较小应变。附图说明图I图示出现有技术复合生长衬底。图2图示出包含施主层、松弛层及倔强层(mule layer)的施主结构。图3图示出包含施主层、两个松弛层及倔强层的施主结构。图4图示出经由接合层接合至中间衬底的施主结构的部分。图5图示出接合至基质衬底的种晶层。图6图示出包含剥离层的施主结构的一部分。图7图示出生长在图5中所图示的复合衬底上的倒装芯片半导体装置。图8图示出包含帽盖层的施主结构的一部分。具体实施例方式图I中所图示的种晶层16是生长在生长衬底上，并且接合至基质衬底12，接着自该生长衬底释放并且被迫松弛。如本文中所使用，种晶层意指松弛之后的种晶层。在本文中，将在松弛之前生长在生长衬底上的种晶层称为施主层。施主层中的应变能量E可表示为E= (O. 5) (Y) (d) e2，其中Y是施主层的模量，d是施主层的厚度，并且e是施主层中的应变。当施主层经由接合层而附接至衬底、自生长衬底被释放、接着经由该接合层的回流焊而被迫松弛时，该应变能量会驱动施主层的松弛。如上所述，应变能量是与施主层的厚度及施主层中的应变的平方成比例。施主层的组分决定面内晶格常数以及由此的种晶层中的应变。施主层优选为尽可能厚，因为厚度增大则应变能量增大，并且增大施主层在松弛期间抵抗屈曲的硬度。在InGaN施主层的情况下，随着厚度增大，具有所需组分的种晶层趋于产生非期望的缺陷及粗糙表面形态。例如，以大于10%的InN组分及大于数百纳米的厚度生长具有足够高质量的InGaN施主层是困难的。在本专利技术的实施例中，包含施主层的结构(在本文中称为施主结构)包含在本文中称为倔强层的至少一个附加层，该附加层是用以增大施主结构的厚度及应变能量。倔强层的附加可增大施主结构的应变能量，其可以增大种晶层中的松弛量。倔强层的附加也可增大施主结构的厚度，所述施主结构的厚度为施主层提供额外硬度，并且可降低或防止在松弛期间种晶层中的屈曲。图2图示出生长在生长衬底20 (其可为任何适当的生长衬底，诸如蓝宝石、SiC或Si)上的施主结构25的一个实例。可在衬底20上首先生长可选的成核层22。成核层22可为将要在其上生长III族氮化物施主层24并且在衬底20的材料上容易地成核的材料。例如，当生长在蓝宝石衬底20上时，成核层22可为GaN。在成核层22上生长施主层24。施主层24通常是InGaN层，尽管其可为例如GaN、AlInGaN、另一 III族氮化物材料或另一材料。施主层24是其上可生长高质量III族氮化物装置层的材料。施主层24通常是经应变的。在生长在GaN成核层22上的InGaN施主层24的情况下，该InGaN施主层24经压缩应变。施主层24是InGaN层，其在一些实施例中具有在1%与10%之间的InN组分，在一些实施例中具有在1%与5%之间的InN组分，在一 些实施例中具有在5%与8%之间的InN组分，在一些实施例中具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·Y·金，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司，
类型：
国别省市：
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