[發明專利]生長半極性GaN厚膜的方法

有效

• 申請號: 201310750779.4
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103647008A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 羊建坤;魏同波;霍自強;張勇輝;胡強;段瑞飛;王軍喜
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

技術領域

本發明涉及半導體材料生長技術領域，尤其涉及一種生長半極性GaN厚膜的方法。

背景技術

目前，GaN基發光二極管(LED)主要生長在c面藍寶石上，由于異質節處極化不連續，引起InGaN/GaN量子阱能帶彎曲和量子限制斯達克效應QCSE)，這降低了輻射復合效率，發光峰值波長紅移，同時，隨著電流增加發光峰值波長藍移。當發光光譜從藍光向綠光發展，GaN基LED發光效率急劇降低。相對于c面GaN，半極性面GaN具有很多優點，如降低或者消除了極化電場，量子阱中應力各向異性導致光偏振，某些半極性面In并入效率提高。

半極性面GaN生長有兩種方法，一種是從體單晶GaN沿半極性面切割，襯底尺寸受梨晶大小的限制，尺寸小，成本高，難以滿足市場需求。另一種是在異質襯底上外延生長半極性GaN模板。在2005年，Baker等人首次證實了異質襯底上半極性面材料生長，他們采用HVPE法在(100)MgAl₂O₄生長出半極性面(10-1-3)和(10-1-1)GaN模板，接著，在2006年，他們在藍寶石上制備了(10-1-3)和(11-22)GaN模板。此外，Si和SiC襯底上已經證實生長半極性(11-22)和(10-1-1)模板。目前，異質外延半極性GaN主要面臨如下挑戰：1)由于是異質外延，GaN與襯底之間存在熱失配及晶格失配，外延層中產生大量的缺陷，如基面堆垛層錯(BSF，～10⁵cm^-1)及不完全位錯(PD，～10¹⁰cm^-2)；2)由于各向異性的晶體缺陷，外延膜表面形貌差。最近，研究人員積極地制備大面積高質量的模板，推動成本降低，以便與體單晶GaN競爭。橫向外延過生長是一種非常有用的技術，已經證明在外延膜“翅膀”區缺陷密度大大降低。然而，傳統的橫向外延過生長存在如下缺點：1)在掩膜制備工藝中，需要用到光刻工藝，尤其對于二次橫向外延生長，需要多次光刻和外延，其工藝復雜且成本高；2)圖形為微米級，其生長后的外延膜“窗口”區仍然存在大量位錯，難以得到大面積均勻的外延膜。

發明內容

一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本發明提供了一種生長半極性GaN厚膜的方法。

二)技術方案

本發明生長半極性GaN厚膜的方法包括：步驟A：在襯底10上外延半極性GaN模板層；步驟B，在GaN模板層上制備納米級網狀結構的TiN掩膜層；步驟C，在TiN掩膜層上制備自組裝納米球陣列掩膜層；以及步驟D，在依次沉積半極性GaN模板層、TiN掩膜層和自組裝納米球陣列掩膜層的襯底上繼續外延生長半極性GaN厚膜。

三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明生長半極性GaN厚膜的方法具有以下有益效果：

1)由于采用TiN和SiO₂納米球陣列作為掩膜，相當的二次橫向外延半極性GaN厚膜，位錯被該掩膜阻止而大大降低，有效釋放了應力，從而實現了高質量、大面積半極性GaN厚膜異質外延；

2)采用TiN和自組裝的SiO₂納米球陣列作為掩膜，避免了繁復的光刻過程，從而實現了大面積、低成本的半極性GaN厚膜異質外延。

本發明提供一種無光刻的橫向外延過生長工藝，工藝簡單，成本低，僅僅通過一次再外延生長，得到二次橫向外延的效果。由于掩膜圖形為納米級，從而能夠得到大面積均與的外延膜。另外，由于在異質界面形成很多納米空洞，從而有效的釋放了應力。

附圖說明

圖1A為根據本發明實施例生長半極性GaN厚膜方法的流程圖；

圖1B為采用本實施例方法制備的半極性GaN厚膜的剖面示意圖；

圖2為本發明制備的半極性GaN外延膜的X射線2θ-ω；

圖3為本發明制備的半極性GaN外延膜的X射線搖擺曲線；

圖4為本發明制備的半極性GaN外延膜的透射電子顯微鏡相片。

【主要元件】

10-襯底；???????????20-GaN模板層；

30-TiN掩膜層；??????40-自組裝納米球陣列掩膜層；

50-GaN厚膜。

具體實施方式