【技术实现步骤摘要】
本申请涉及半导体，尤其是指一种复合衬底及led外延片。
技术介绍
1、氮化镓(gan)作为第三代半导体材料，具有高禁带宽度、高临界击穿电场、高载流子饱和迁移速度以及高热导率和直接带隙等特点，在高温、高频、大功率微电子器件领域具有很大的应用前景。gan基发光二极管(light-emitting diode，led)具有寿命长、能耗低、体积小、可靠性高等优点，已成为目前最有前景的照明光源，是先导照明技术的一个重要趋势，但是依然存在发光强度和效率低的问题，因此，进一步提高led的发光强度和光效是led照明技术发展的目标。
2、目前gan基半导体材料金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapordeposition，mocvd)外延都是异质衬底上生长的外延技术，相比蓝宝石、碳化硅等异质衬底，虽然硅基可以降低成本，但是衬底与gan之间巨大的晶格常数和热失配会产生位错，这些位错在器件工作时表现为非辐射复合中心而影响器件效率，同时引起漏电流增大而使器件迅速老化，影响器件的工作效率和寿命，制约了led高端照明显示领域的应用。因此，如何提高衬底上gan外延层的晶体质量成为行业研究热点，这对于提高led发光效率、改善漏电和静电放电(electro-static discharge，esd)性能至关重要，对于led市场推广和应用具有重要意义。
3、综上所述，如何提高衬底上gan外延层的晶体质量，从而提高led的发光效率、改善漏电和esd性能是目前需要解决的问题。
技术
1、为此，本申请所要解决的技术问题在于克服现有技术中衬底上gan外延层晶体质量较低，导致led的发光效率、漏电性能和esd性能较低的问题。
2、为解决上述技术问题，本申请提供了一种复合衬底，包括：
3、衬底；
4、复合缓冲层，设置在所述衬底一侧，所述复合缓冲层包括层叠设置的第一复合缓冲子层、第二复合缓冲子层和图形结构层；
5、所述图形结构层包括阵列设置的多个第一图形结构、分别覆盖每个第一图形结构的多个第二图形结构以及设置在相邻第二图形结构之间的多个第三图形结构；
6、其中，所述第一图形结构的折射率大于所述第二图形结构的折射率。
7、本申请中，利用第一复合缓冲子层对衬底进行钝化，屏蔽了衬底表面的缺陷电荷，利用第二复合缓冲子层防止衬底表面和第一复合缓冲子层中的杂质原子扩散至其他层，提高了外延片的漏电性能；另外，本申请在第二复合缓冲子层上阵列设置折射率较高的第一图形结构以释放底层应力，又通过折射率较低的第二图形结构实现发光层射向衬底方向的光线反射，提高了外延片的正向出光效率；除此之外，设置在相邻第二图形结构之间的第三图形结构不仅可以使得第二复合缓冲子层表面的位错充分转向，将位错限定在缓冲层界面附近，降低外延片的应力，提高外延层的晶体质量，从而提高外延片的漏电性能，再者，第三图形结构具有更小的纳米级尺寸，通过单位面积内的图形尺寸减小可以更有效地增加光线全反射，提高外延片正向出光，进一步提高外延片的发光效率和亮度。
8、在本申请的一个实施例中，所述第一图形结构为半球形结构，所述第二图形结构与其覆盖的所述第一图形结构组成半椭球结构，所述第三图形结构为纳米图形结构；所述半球形结构的直径等于所述半椭球结构的短轴直径。
9、本申请中，半球形结构的第一图形结构相比其他结构可以提供球形侧壁，表面平滑度较高，可以延迟缓冲层工艺合并过程并提高器件的性能和可靠性；第二图形结构与其覆盖的第一图形结构组成半椭球结构能够利用球形侧壁提高第二图形结构对于发光层射向衬底方向的光线反射，从而提高外延片的发光亮度和均匀性；另外，纳米图形结构的第三图形结构可以对第二复合缓冲子层进行表面粗化，从而提高led的光提取效率。
10、在本申请的一个实施例中，所述第一复合缓冲子层、所述第一图形结构和所述第二图形结构均为sio2；所述第二复合缓冲子层和所述第三图形结构均为al2o3。
11、本申请中，第一复合缓冲子层中的si-o价键匹配能够有效饱和衬底表面悬挂键，从而降低衬底表面的缺陷密度，降低了衬底表面的缺陷电荷，并且sio2的折射率能够更好地实现底层应力释放和光线反射；另外，利用al2o3作为第二复合缓冲子层为外延片缓冲层提供成核基础，降低了生长过程中晶格失配带来的应力，提高了外延层的晶体质量。
12、在本申请的一个实施例中，所述第一复合缓冲子层的折射率大于1.47；所述第一图形结构的折射率为1.45～1.47；所述第二图形结构的折射率小于1.45。
13、本申请中，由于较高折射率下的膜层结构比较疏松，因此，通过折射率较高的第一图形结构释放底层应力；而第二图形结构在折射率较低的条件下，能够提高发光层射向衬底方向的光线反射，从而提高外延片的亮度。
14、在本申请的一个实施例中，所述第一复合缓冲子层的厚度为5～30nm；所述第二复合缓冲子层的厚度为20～50nm；所述第一图形结构的底部宽度为50～1000nm，厚度为100～1000nm；所述第二图形结构的厚度为20～200nm；所述第三图形结构的尺寸为50～500nm。
15、本申请中，通过设置5～30nm的第一复合缓冲子层减少衬底表面的缺陷电荷，减少了位错现象，提高了外延层质量；又通过设置20～50nm的第二复合缓冲子层避免第一复合缓冲子层和衬底表面的杂质扩散，提高了外延片的漏电性能；另外，100～1000nm的第一图形结构能够充分缓解底层应力，从而提高外延片的结构稳定性。
16、本申请还提供了一种led外延片，包括：
17、上述的复合衬底；
18、外延层，设置在所述复合衬底的复合缓冲层远离衬底的一侧，所述外延层包括层叠设置的缓冲层、电子提供层、发光层、空穴提供层。
19、本申请中，利用上述的复合衬底制备的led外延片，能够提高外延层的晶体质量，降低位错向发光层的延伸，提高了外延片的发光亮度，改善了外延片的漏电性能。
20、在本申请的一个实施例中，所述发光层包括至少两个发光结构，所有所述发光结构沿着竖直向上的方向层叠设置，所述发光结构包括层叠设置的量子阱层和量子垒层。
21、本申请中，通过设置至少包括两个发光结构的发光层，能够增加外延片的发光效率，并且，各个发光结构之间相互补充和支持，能够提高外延片的使用寿命和性能。
22、在本申请的一个实施例中，所述发光结构的数量为2～10。
23、本申请中，将发光结构的数量设置为2～10，不仅有效提高了外延片的发光效率和使用寿命，还兼顾了外延片的尺寸。
24、在本申请的一个实施例中，所述缓冲层的厚度为1～5μm；所述电子提供层的厚度为1～10μm，所述电子提供层的掺杂剂为si，掺杂浓度为1×1018cm-3～8×1018cm-3；所述量子阱层的厚度为1～6nm；所述量子垒层的厚度为6～25nm；所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合衬底，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的复合衬底，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
6.一种LED外延片，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述发光层包括至少两个发光结构，所有所述发光结构沿着竖直向上的方向层叠设置，所述发光结构包括层叠设置的量子阱层和量子垒层。
8.根据权利要求7所述的LED外延片，其特征在于，所述发光结构的数量为2～10。
9.根据权利要求7所述的LED外延片，其特征在于，
10.根据权利要求6所述的LED外延片，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种复合衬底，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的复合衬底，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，
6.一种led外延片，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的l...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫其昂，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：
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