[發(fā)明專利]一種自支撐GaN基發(fā)光二極管的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010573130.6
• 申請(qǐng)日: 2010-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN102097548A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉志鎮(zhèn);張昊翔;吳科偉;江忠永;黃靖云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州士蘭明芯科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/02;C23C16/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種自支撐GaN基發(fā)光二極管的制備方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

GaN基發(fā)光二極管在照明、顯示、科研等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和商業(yè)價(jià)值。傳統(tǒng)的GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般以藍(lán)寶石片201作為襯底，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在襯底上自下而上依次生長(zhǎng)GaN或者AlN緩沖層202、非摻雜GaN過(guò)渡層203、n型GaN外延層204、GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層205，p型GaN外延層206和電流擴(kuò)散層207，并在電流擴(kuò)散層207上鍍p型GaN接觸電極208，在n型GaN外延層204上并列于GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層205鍍n型GaN接觸電極209。

由于藍(lán)寶石襯底在晶體結(jié)構(gòu)、熱導(dǎo)率與GaN具有較大差距，容易產(chǎn)生晶格失配和熱應(yīng)力失配，同時(shí)由于藍(lán)寶石絕緣絕熱性能良好，不利于制作大功率發(fā)光器件。器件制作完成后藍(lán)寶石襯底必須被切割，從而完成后續(xù)的封裝器件工藝，導(dǎo)致藍(lán)寶石襯底無(wú)法重復(fù)利用。綜上所述，單純的藍(lán)寶石襯底已經(jīng)不能滿足高性能大功率GaN基發(fā)光二極管的制備要求。

毫無(wú)疑問(wèn)，GaN單晶是制備GaN基發(fā)光器件的最佳襯底。然而GaN單晶片直徑很小而且價(jià)格昂貴。ZnO與GaN在晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)等方面具有很多相似的性質(zhì)，尤為重要的是兩者均為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，具有相同的堆垛順序，同時(shí)晶格失配和熱失配很小，所以ZnO可以作為GaN基薄膜生長(zhǎng)的模板。由于相對(duì)于GaN，ZnO原料豐富，價(jià)格低廉，易于腐蝕，結(jié)合現(xiàn)有藍(lán)寶石襯底制備GaN基發(fā)光器件的工藝，可以方便的實(shí)現(xiàn)GaN基薄膜與襯底的剝離，從而制備散熱良好的大功率高亮度器件。

實(shí)現(xiàn)上述構(gòu)想在技術(shù)上需要解決兩個(gè)重要問(wèn)題：第一，對(duì)于工業(yè)化生產(chǎn)，ZnO單晶價(jià)格過(guò)高；第二，在GaN外延層生長(zhǎng)溫度和氨氣氛圍中，ZnO層容易被腐蝕而影響后續(xù)生長(zhǎng)薄膜的晶體質(zhì)量。所以采用ZnO單晶襯底或者常用的金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積參數(shù)不適合生長(zhǎng)以ZnO為過(guò)渡層的GaN基發(fā)光二極管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種自支撐GaN基發(fā)光二極管的制備方法，改善發(fā)光器件的散熱，易于獲得大功率、高亮度的發(fā)光器件，并能有效的降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的自支撐的GaN基發(fā)光二極管的制備方法，該自支撐的GaN基發(fā)光二極管在GaN抗腐蝕層上自下而上依次有GaN或者AlN緩沖層、非摻雜GaN過(guò)渡層、n型GaN外延層、GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層，p型GaN外延層和電流擴(kuò)散層，并在電流擴(kuò)散層上鍍p型GaN接觸電極，在n型GaN外延層上并列于GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層鍍n型GaN接觸電極，其制備采用的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法，步驟如下：

1)將經(jīng)過(guò)清洗的藍(lán)寶石襯底裝入金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積裝置反應(yīng)室，抽真空，在250-400℃，有機(jī)鋅源流量5-100sccm，純氧氣流量為10-200sccm，氣壓為0.01-150Torr，生長(zhǎng)厚度為0.1-1微米的ZnO緩沖層；

2)將步驟1)制品在700-800℃原位退火10-30分鐘，然后于400-600℃，有機(jī)鋅源流量5-100sccm，純氧氣流量為10-200sccm，氣壓為0.01-150Torr，在ZnO緩沖層上生長(zhǎng)厚度為0.5-30微米的ZnO外延層；

3)在600-800℃，有機(jī)鎵源流量為5-100sccm，純氨氣的流量為100-2000sccm，氣壓為10-200Torr，在ZnO外延層上生長(zhǎng)厚度為0.1-1微米的GaN抗腐蝕層；

4)在上述的藍(lán)寶石、ZnO緩沖層、ZnO外延層以及GaN抗腐蝕層構(gòu)成的復(fù)合襯底上，依次生長(zhǎng)GaN或者AlN緩沖層、非摻雜GaN過(guò)渡層、n型GaN外延層、GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層，p型GaN外延層和電流擴(kuò)散層，并在電流擴(kuò)散層上鍍p型GaN接觸電極，在n型GaN外延層上并列于GaN/InGaN多量子阱發(fā)光層鍍n型GaN接觸電極；

5)采用酸液化學(xué)腐蝕法，將藍(lán)寶石襯底、ZnO緩沖層和ZnO外延層與GaN抗腐蝕層剝離，獲得自支撐的GaN基發(fā)光二極管。

上述酸液化學(xué)腐蝕所用的酸液為pH≥4的硝酸、磷酸或者氫氟酸。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種以ZnO單晶薄膜為過(guò)渡層制作GaN基發(fā)光二極管，通過(guò)剝離襯底獲得自支撐的GaN基發(fā)光二極管，可以顯著改善散熱，獲得大功率、高亮度的發(fā)光器件，同時(shí)藍(lán)寶石片可以回收重復(fù)使用。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝兼容性好，不但能顯著提高器件的性能，而且有利于降低生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是目前常見(jiàn)的制備GaN基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖；