[发明专利]用于生长半导体装置的复合生长衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种致使施主层的面内晶格常数改变的方法。

背景技术

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n型层；在形成在该或这些n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n型区域及p型区域上。

图1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|a_in-plane -a_bulk|/a_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A_xB_yC_zN的体晶格常数，其中a_x,y,z =x(a_AN)+y(a_BN)+z(a_CN)，其中a意指二元化合物的体晶格常数。AlN具有3.111?的体晶格常数，InN具有3.544?的体晶格常数，并且GaN具有3.1885?的体晶格常数。

当图1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a_in-plane不等于a_bulk。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。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效发光的半导体发光装置。

根据本发明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。