[發明專利]一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法

有效

• 申請號: 201310642519.5
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103840051A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 袁根如;郝茂盛;邢志剛;李振毅;陳耀
• 申請（專利權）人: 上海藍光科技有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及半導體照明領域，特別是涉及一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法。

背景技術

半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節能、環保、安全等顯著優點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應用領域正在迅速擴大，正帶動傳統照明、顯示等行業的升級換代，其經濟效益和社會效益巨大。正因如此，半導體照明被普遍看作是21世紀最具發展前景的新興產業之一，也是未來幾年光電子領域最重要的制高點之一。發光二極管是由III-V族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子（少子）一部分與多數載流子（多子）復合而發光。

現有的發光二極管一般采用藍寶石作為制備襯底，為了提高發光二極管的出光效率，會于藍寶石襯底表面制備出周期排列的多個凸起結構，然后再制備GaN基發光外延結構。然而，具有凸起結構的藍寶石襯底，直接進行GaN發光外延結構的沉積往往會帶來巨大的晶體缺陷，嚴重影響發光二極管的亮度，因此，現有的一種制備過程是，先于1100℃左右對具有凸起結構的藍寶石襯底表面進行H₂還原處理，然后通入反應源，采用低溫化學氣相沉積法于藍寶石襯底表面沉積一層低溫GaN層，接著停止反應源的通入，并升溫至1050℃左右使該層低溫GaN層在藍寶石襯底表面的平臺上進行重組，形成GaN基發光外延結構的成核位置，最后開始沉積GaN基發光外延結構，完成后續發光二極管的制備。

對于以上的發光二極管制備方法，需要多步才能形成GaN基發光外延結構的成核位置，工藝復雜，成本較高，而且，藍寶石襯底的折射率較高，為1.8左右，即使于其表面形成凸起結構，對發光二極管的出光率的提升也有很大的限制。

因此，提供一種可以有效提高GaN基發光二極管生長質量、并且能提高發光二極管出光率的制備方法實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法，用于解決現有技術中發光二極管生長質量及出光率低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法，至少包括以下步驟：

1）提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層；

2）于所述緩沖層表面形成SiO₂層；

3）采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO₂層刻蝕出間隔排列的多個SiO₂凸起，且多個SiO₂凸起之間保留預設厚度的SiO₂底層；

4）采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO₂底層，直至露出各該SiO₂凸起之間的緩沖層。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述生長襯底的材料為藍寶石、SiC、Si及ZnO的一種。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的的一種優選方案，所述緩沖層的厚度為50～400埃。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為采用低溫化學氣相沉積法所制備的低溫Al_xGa_1-xN層，0≤X≤0.5，制備的溫度范圍為450～700℃。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的主要晶向為（0001）取向。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為BN材料層。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，步驟2）采用等離子體增強化學氣相沉積法于所述緩沖層表面形成SiO₂層，所述SiO₂層的厚度為0.2～2μm。

作為本發明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述多個SiO₂凸起呈周期性間隔排列，SiO₂凸起的寬度為1～4μm，間距為0.5～3μm。