复合SiAl插入层结构及其制备方法和应用与流程

本发明特别涉及一种复合si/al插入层结构及其制备方法和应用，属于半导体器件。

背景技术：

1、micro-led是由微米级半导体发光单元阵列组成，micro-led的发展被认为是世界上发展最快的显示技术之一，因其具有尺寸小、分辨率高、能耗低、可靠性高等优点，它在可见光通信应用、大型平板显示、虚拟现实及可穿戴显示、电视和照明、光遗传学和神经界面的光源等各个领域中应用广泛。

2、尽管发展前景光明，但micro-led仍面临一些技术问题需要解决以实现大规模商业化。目前对于iii族氮化物micro-led而言，通常采用标准光刻和干法刻蚀相结合的方式进行制备。然而，在干法刻蚀外延结构的过程中会不可避免地对micro-led芯片造成表面损伤，增大了表面非辐射复合速率，使内量子效率降低，从而降低了芯片的外量子效率。由于micro-led尺寸很小，相比大尺寸led芯片具有更大的表面积-体积比，因此干法刻蚀导致的表面损伤对芯片光电性能的降低影响更为明显，严重影响其发光效率；另外，随着半导体照明与显示等市场发展，衬底需求越来越转向更大尺寸，而大尺寸衬底上外延层中残留的应力而导致的翘曲问题也是外延技术难以克服的难题，尤其对micro-led对外延片高均匀性要求提出更大的挑战，这也是micro-led实现技术飞跃和产业化应用的关键。

3、因此，如何在大尺寸衬底上实现micro-led外延片制备对于加速micro-led产业化应用具有意义重大，且仍是业界亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种复合si/al插入层结构及其制备方法和应用，从而克服现有技术中的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明的第一个方面提供了一种复合si/al插入层结构，其包括：sin膜层、aln填充层和aln膜层，所述aln填充层间隔分布在所述sin膜层内，所述aln膜层层叠设置在所述sin膜层、所述aln填充层上；以及，所述sin膜层内还设置有多个aln微结构，所述aln膜层内还设置有多个sin微结构。

4、本发明的第二个方面提供了一种复合si/al插入层结构的制备方法，包括：

5、提供富si原子的sin膜层，所述sin膜层的选定表面具有多个纳米孔结构；

6、在所述纳米孔结构内生长aln，形成；

7、在所述sin膜层的选定表面形成al层，所述al层还覆盖所述，从而形成复合si/al插入层结构前体；

8、在具有氮源的环境下对所述复合si/al插入层结构前体进行热处理，使所述al层中的部分al原子与所述sin膜层中富余的si原子发生互溶扩散，并使所述复合si/al插入层结构前体内的al原子及si原子分别与所述n源提供的n原子结合形成aln及sin，其中，热处理形成的aln的一部分aln层叠在sin膜层形成aln膜层，另一部分aln分布在sin膜层内部并形成多个aln微结构，热处理形成的sin分布在aln膜层内部并形成多个sin微结构，从而形成复合si/al插入层结构。

9、本发明的第三个方面提供了一种量子阱结构，包括沿选定方向依次层叠设置的至少一量子阱层和至少一量子垒层，所述量子垒层包括沿所述选定方向层叠设置的至少两个垒层以及至少一复合插入层，其中至少一个所述复合插入层设置在相邻两个所述垒层之间，所述复合插入层包括所述复合si/al插入层结构。

10、本发明的第四个方面提供了一种外延片，所述外延片包括所述量子阱结构。

11、与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明克服了大尺寸micro-led外延量子阱生长均匀性差的问题，适用于大尺寸长波发射，极大地提高了micro-led外延片的亮度和发光效率。

技术特征：

1.一种复合si/al插入层结构，其特征在于，包括：sin膜层、aln填充层和aln膜层，所述aln填充层间隔分布在所述sin膜层内，所述a1n膜层层叠设置在所述sin膜层、所述a1n填充层上；

2.根据权利要求1所述复合si/al插入层结构，其特征在于：所述sin膜层内具有多个纳米孔结构，所述a1n填充层设置在所述纳米孔结构内；

3.根据权利要求1所述复合si/a1插入层结构，其特征在于：所述aln微结构与所述a1n膜层是一体的；和/或，所述sin微结构与所述sin膜层是一体的；

4.一种复合si/al插入层结构的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述复合si/al插入层结构的制备方法，其特征在于：所述aln填充层的表面与所述sin膜层的选定表面齐平；

6.根据权利要求4所述复合si/a1插入层结构的制备方法，其特征在于，具体包括：

7.一种量子阱结构，包括沿选定方向依次层叠设置的至少一量子阱层和至少一量子垒层，其特征在于，所述量子垒层包括沿所述选定方向层叠设置的至少两个垒层以及至少一复合插入层，其中至少一个所述复合插入层设置在相邻两个所述垒层之间，所述复合插入层包括权利要求1-3中任一项所述复合si/al插入层结构。

8.根据权利要求7所述量子阱结构，其特征在于：所述复合插入层包括沿所述选定方向周期性重复层叠的多个所述复合si/al插入层结构；

9.一种外延片，其特征在于，包括：权利要求4-8中任一项所述量子阱结构。

10.根据权利要求9所述外延片，其特征在于：所述外延片包括micro-led外延片。

技术总结
本发明公开了一种复合Si/Al插入层结构及其制备方法和应用。复合Si/Al插入层结构包括：其包括：SiN膜层、AlN填充层和AlN膜层，所述AlN填充层间隔分布在所述SiN膜层内，所述AlN膜层层叠设置在所述SiN膜层、所述AlN填充层上；以及，所述SiN膜层内还设置有多个A1N微结构，所述AlN膜层内还设置有多个SiN微结构。本发明克服了大尺寸Micro‑LED外延量子阱生长均匀性差的问题，适用于大尺寸长波发射，极大地提高了Micro‑LED外延片的亮度和发光效率。

技术研发人员：闫其昂,王国斌
受保护的技术使用者：江苏第三代半导体研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5