[發明專利]一種氮化鎵圖形襯底的制備方法

在審

• 申請號: 201310203777.3
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN104218132A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 傅華;吳思;蔡金;王輝;王懷兵
• 申請（專利權）人: 蘇州新納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種可提高LED發光效率與光取出效率的氮化鎵圖形襯底的方法，屬于半導體技術領域。?

背景技術

GaN材料是第三代半導體材料。當前，進一步降低LED制造成本，提高LED的發光效率與光取出效率，是LED產業面臨的主要挑戰之一。?

目前，用于GaN生長最普通的襯底是藍寶石襯底，即三氧化二鋁晶體，其優點是化學穩定性好、不吸收可見光、價格適中、制造技術相對成熟。為了提高LED的發光效率，人們通常采用圖形襯底技術，通過在藍寶石襯底表面制備具有細微結構的圖形，然后在這種圖形化的襯底表面進行LED材料外延。?

通常PSS襯底的制作方法如下：藍寶石襯底上制作圖形化掩膜，刻蝕藍寶石，去掉掩膜，得到圖形化的藍寶石襯底。?

由于藍寶石襯底比較堅硬，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，制作過程對設備和工藝要求很高。由于藍寶石的Al-O鍵鍵能較大，刻蝕困難，一般刻蝕速率只能達到60nm/min，而且圖形形貌較難控制，整片圖形做好一致性、均勻性都有一定難度。而GaN刻蝕速率能達到120nm/min。?

而且，在外延生長過程中，PSS蒙古包側壁上n面和r面不可避免地有核島產生，這些成核島在合并的過程中會導致新的位錯出現，而且由于底部區域GaN側向生長模式，必然導致底部平面地區產生的位錯會向側壁方向彎轉，位錯向側壁轉向會使得PSS頂部附近容易形成位錯簇，位錯簇使得漏電通道得到較大的擴展，進而器件極易發生漏電擊穿。?

如中國專利200910010921中揭示了一種氮化鎵基LED外延片及其生長方法，通過生長非摻雜GaN層，減少外延層的位錯密度。但外延片的出光效率并沒有大幅度的提高。?

發明內容

本發明的目的解決上述技術問題，提出一種LED圖形襯底的制備方法。?

本發明的目的，將通過以下技術方案得以實現：?

一種氮化鎵圖形襯底的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、采用氣相外延生長技術，在氣相外延生長反應室里將襯底進行熱處理，降溫；

步驟二、在襯底上生長一層非晶氮化鎵緩沖層；

步驟三、退火，使襯底表面形成多晶氮化鎵緩沖層；

步驟四、在結晶的氮化物成核層上生長非故意摻雜氮化鎵層；

步驟五、在非故意摻雜氮化鎵層生長N型氮化鎵層；

步驟六、在N型氮化鎵層上進行圖形刻蝕；

其中，所述襯底材料為藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅中的一種。

優選地，所述步驟六中的圖形刻蝕是將圖形轉移至N型氮化鎵層后，通過傳統光刻工藝或納米壓印方法進行圖形刻蝕。?

優選地，刻蝕的圖形為圓形、圓柱、三角錐、子彈頭、多邊形等，圖形尺寸為130nm-4um。?

本發明的有益效果主要體現在：?相對現有技術中在藍寶石襯底上進行刻蝕，N型氮化鎵刻蝕容易，刻蝕速度快，生產效率高，而且可以得到不同形貌、尺寸的圖案，工藝過程容易控制；；在N-GaN結構上進行外延生長，避免了晶格失配現象，降低外延層中的位錯密度，避免了器件發生漏電擊穿現象；圖形化結構接近有源層，能更有效反射從有源區發射的光子，大大提高了光提取效率。?

附圖說明

圖1是本發明的LED外延片平面結構示意圖。?

具體實施方式

本發明揭示了一種氮化鎵圖形襯底的制備方法，以下結合圖1具體介紹整個過程，包括如下步驟：?

步驟一、將襯底放入氣相外延生長反應室，在H₂環境中，1100℃-1200℃條件下，對其進行高溫凈化處理。所述襯底1材料為藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅中的一種。

步驟二、在襯底1上生長一層非晶氮化物成核層：氮化物成核層的生長溫度為510℃—570℃，生長壓力為400?mbar—800mbar，厚度為20?nm—50nm。?

步驟三、在溫度1050-1150℃條件下，將低溫生長的非晶緩沖層通過高溫形成多晶氮化鎵緩沖層。?

步驟四、在溫度1000℃-1200℃，生長壓力為200?mbar—800mbar條件下，生長1um-4um厚度的非故意摻雜氮化鎵層2。?

步驟五、在溫度1100℃—1200℃，生長壓力100-700mbar條件下，在非故意摻雜氮化鎵層2上生長厚度為2—4um?N型氮化鎵層3；?

步驟六、將生長有N型氮化鎵層3的襯底取出，利用光刻或壓印的方法形成目標周期性圖形；