根據本發明專利技術的實施例的一種方法包含提供包括施主層及應變層的外延結構。該外延結構經處理以致使該應變層松弛。該應變層的松弛致使該施主層的面內晶格常數改變。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種致使施主層的面內晶格常數改變的方法。
技術介紹
包含發光二極管(LED)、諧振腔發光二極管(RCLED)、垂直腔激光二極管(VCSEL)及邊緣發射激光器的半導體發光裝置是當前可用的最有效率的光源之一。在制造能跨越可見光譜操作的高亮度發光裝置中，當前受關注的材料系統包含III-V族半導體，尤其是也被稱為III族氮化物材料的鎵、鋁、銦以及氮的二元、三元及四元合金。典型地，III族氮化物發光裝置通過利用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、分子束外延(MBE)或其它外延技術，在藍寶石、碳化硅、III族氮化物或其它適當襯底上外延生長具有不同組分以及摻雜劑濃度的半導體層堆疊而制得。該堆疊通常包含摻雜有(例如)硅的形成在該襯底上的一個或多個η型層；在形成在該或這些η型層上的有源區中的一個或多個發光層；及摻雜有(例如)鎂的形成在該有源區上的一個或多個P型層。電接觸形成在η型區域及P型區域上。·圖I圖示出在US 2007/0072324中更詳細描述的復合生長襯底，其是以引用的方式并入本文中。襯底10包含基質襯底12、種晶層16、及將基質12接合至種晶層16的接合層14。基質襯底12對襯底10及生長在襯底10上的半導體裝置層18提供機械支撐。種晶層16是其上生長裝置層18的層，因此該種晶層16必須是可使III族氮化物晶體在其上成核的材料。如本文中所使用，“面內”晶格常數意指裝置中的半導體層的實際晶格常數，而“體”晶格常數意指給定組分的松弛、獨立的材料的晶格常數。層中的應變量被定義為I^"in-plane ^bulk I /^bulk °可根據維加德定律(Vegards law)估計三元或四元III族氮化物化合物AxByCzN的體晶格常數，其中ax，y，z =x (aM) +y (aBN) +z (aCN)，其中a意指二元化合物的體晶格常數。AlN具有3. IllA的體晶格常數，InN具有3. 544A的體晶格常數，并且GaN具有3. 1885A的體晶格常數。當圖I的復合襯底的種晶層是III族氮化物材料時，該種晶層在生長襯底上是經生長應變(strained),意味著ain_pl·不等于abulk。當種晶層16被連接至基質襯底12并自該生長襯底釋放時，若種晶層16與基質襯底12之間的連接為順從的(例如，經由接合層14)，則該種晶層16可能至少部分松弛。例如，當III族氮化物裝置是常規生長在Al2O3上時，生長在該襯底上的第一層通常為具有大約3. 19的a晶格常數的GaN緩沖層。該GaN緩沖層為生長在該緩沖層上的所有裝置層(包含通常為InGaN的發光層)設定面內晶格常數。由于InGaN具有大于GaN的體晶格常數，所以當生長在GaN緩沖層上時，該發光層經應變。在具有InGaN種晶層的復合襯底中，在松弛后，該InGaN種晶層可具有大于GaN的面內晶格常數。同樣地，該InGaN種晶層的面內晶格常數比GaN更緊密匹配于InGaN發光層的體晶格常數。生長在該InGaN種晶層上的裝置層(包含該InGaN發光層)將復制該InGaN種晶層的面內晶格常數。因此，生長在松弛的InGaN種晶層上的InGaN發光層的應變可以比生長在GaN緩沖層上的InGaN發光層小。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種有效發光的半導體發光裝置。根據本專利技術的實施例的方法包含提供包括施主層及應變層的外延結構。該外延結構經處理以致使該應變層松弛。該應變層的松弛致使該施主層的面內晶格常數改變。根據實施例的結構包括襯底及通過接合層而附接至該襯底的外延結構。該外延結構包括施主層，其中該施主層是其上可生長半導體結構的材料；應變層；及設置在該施主層與該應變層之間的松弛層。在上述的方法及結構中，可使用施主層以形成復合襯底的種晶層。該施主層可與應變層一起生長在外延結構中。當使該外延結構松弛時，該施主層及該應變層的結合應變能量(combined strain energy)可改變該施主層的面內晶格常數,使其超出可通過使僅包·含施主層的外延結構松弛而達到的面內晶格常數。可將包含發光層的半導體結構生長在該種晶層上。因為種晶層是至少部分松弛，所以生長在該種晶層上的半導體結構的發光層可具有小于生長在常規襯底上的發光層的應變。因此，生長在種晶層上的發光層可比常規發光層更有效地發光，因為生長在該種晶層上的發光層可具有較小應變。附圖說明圖I圖示出現有技術復合生長襯底。圖2圖示出包含施主層、松弛層及倔強層(mule layer)的施主結構。圖3圖示出包含施主層、兩個松弛層及倔強層的施主結構。圖4圖示出經由接合層接合至中間襯底的施主結構的部分。圖5圖示出接合至基質襯底的種晶層。圖6圖示出包含剝離層的施主結構的一部分。圖7圖示出生長在圖5中所圖示的復合襯底上的倒裝芯片半導體裝置。圖8圖示出包含帽蓋層的施主結構的一部分。具體實施例方式圖I中所圖示的種晶層16是生長在生長襯底上，并且接合至基質襯底12，接著自該生長襯底釋放并且被迫松弛。如本文中所使用，種晶層意指松弛之后的種晶層。在本文中，將在松弛之前生長在生長襯底上的種晶層稱為施主層。施主層中的應變能量E可表示為E= (O. 5) (Y) (d) e2，其中Y是施主層的模量，d是施主層的厚度，并且e是施主層中的應變。當施主層經由接合層而附接至襯底、自生長襯底被釋放、接著經由該接合層的回流焊而被迫松弛時，該應變能量會驅動施主層的松弛。如上所述，應變能量是與施主層的厚度及施主層中的應變的平方成比例。施主層的組分決定面內晶格常數以及由此的種晶層中的應變。施主層優選為盡可能厚，因為厚度增大則應變能量增大，并且增大施主層在松弛期間抵抗屈曲的硬度。在InGaN施主層的情況下，隨著厚度增大，具有所需組分的種晶層趨于產生非期望的缺陷及粗糙表面形態。例如，以大于10%的InN組分及大于數百納米的厚度生長具有足夠高質量的InGaN施主層是困難的。在本專利技術的實施例中，包含施主層的結構(在本文中稱為施主結構)包含在本文中稱為倔強層的至少一個附加層，該附加層是用以增大施主結構的厚度及應變能量。倔強層的附加可增大施主結構的應變能量，其可以增大種晶層中的松弛量。倔強層的附加也可增大施主結構的厚度，所述施主結構的厚度為施主層提供額外硬度，并且可降低或防止在松弛期間種晶層中的屈曲。圖2圖示出生長在生長襯底20 (其可為任何適當的生長襯底，諸如藍寶石、SiC或Si)上的施主結構25的一個實例。可在襯底20上首先生長可選的成核層22。成核層22可為將要在其上生長III族氮化物施主層24并且在襯底20的材料上容易地成核的材料。例如，當生長在藍寶石襯底20上時，成核層22可為GaN。在成核層22上生長施主層24。施主層24通常是InGaN層，盡管其可為例如GaN、AlInGaN、另一 III族氮化物材料或另一材料。施主層24是其上可生長高質量III族氮化物裝置層的材料。施主層24通常是經應變的。在生長在GaN成核層22上的InGaN施主層24的情況下，該InGaN施主層24經壓縮應變。施主層24是InGaN層，其在一些實施例中具有在1%與10%之間的InN組分，在一些實施例中具有在1%與5%之間的InN組分，在一 些實施例中具有在5%與8%之間的InN組分，在一些實施例中具本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A·Y·金，
申請(專利權)人：皇家飛利浦電子股份有限公司，飛利浦拉米爾德斯照明設備有限責任公司，
類型：
國別省市：
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