[發明專利]用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法

有效

• 申請號: 201410123683.X
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103887379B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 胡丹;繆炳有;張汝京;黃宏嘉
• 申請（專利權）人: 西安神光皓瑞光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 倪金榮

技術領域

本發明涉及LED外延生長技術領域，尤其涉及一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法。

背景技術

GaN通常生長在藍寶石基板上，具有相對高的缺陷密度1x10^8-9/cm²，原因是GaN和藍寶石之間的較大的晶格失配。在LED器件特性方面，材料缺陷是一個重要的限制因素；當發光波長從藍光延伸至紫外或綠光時，該問題變得更加嚴重。從已報道技術來看，解決該問題的方法是外延橫向過生長(ELOG，Epitaxial Lateral Over Growth)、缺陷阻擋層(DBL，Defect Blocking Layer)和藍寶石圖形化襯底(PSS，Pattern Sapphire Substrate)。

ELOG方法使用一種氧化物圖形化的GaN模板，這可使缺陷密度降低1-2個數量級。然而，缺陷減少只發生在氧化物覆蓋的區域，通常限制在3-5μm的區域，很難延伸至連續的大塊區域。這就限制了該技術在實際器件中的應用。

DBL方法是在GaN外延生長期間插入短時間的SiNx生長，此SiNx很容易在缺陷區域生長，起到屏蔽缺陷的作用；后續的GaN生長缺陷降低約一個數量級。然而，在缺陷處形成的SiNx本質上具有統計規律，所以很難控制。

PSS方法采用三維圖形陣列的藍寶石襯底，比如圓頂形狀。三維圓頂型幾何圖形起到兩個作用或目的。第一，3D圓頂促使GaN橫向生長，這里的橫向生長類似于之前提到的ELOG方法，并導致缺陷減少。第二，3D圓頂幾何圖形可大大地幫助光逃逸，從而增加總的光輸出功率。目前，該方法已成功地應用于生產，但是它增加了大量的襯底費用。

因此,如何有效的減少藍寶石上GaN外延缺陷一直是業界關注的焦點,從而提高LED的發光效率。

我司曾申請1項申請號為：201310449306.0的專利，其中采用了堿性溶液濕法腐蝕的方法解決上述問題。GaN外延中常常存在三種位錯：刃型位錯、螺型位錯和混合位錯。堿性溶液腐蝕可解決刃型位錯和混合位錯，但不能減輕螺型位錯。

發明內容

為了解決背景技術中所存在的技術問題，本發明提出了一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，使用酸性溶液，可解決螺型位錯和混合位錯。

本發明的技術解決方案是：一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特殊之處在于：所述方法包括以下步驟：

1)在藍寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵；

2)藍寶石晶片放入酸性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干；

3)將步驟2)清洗甩干后的藍寶石晶片再進行生長；

4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片。

上述步驟2)之前還包括將步驟1)生長了非摻雜氮化鎵的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干。

上述步驟2)之后還包括將步驟2)清洗后的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干。

上述步驟1)的具體步驟是：

1.1)將藍寶石晶片放入MOCVD中；

1.2)調節MOCVD中溫度至500-600℃，壓力600乇，使GaN在藍寶石晶片上生長30nm；

1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100℃、壓力400乇，生長非摻雜氮化鎵1.2um。

上述藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液的時間是5-15分鐘，堿性溶液的溫度是300-400℃，堿性溶液是KOH或NaOH；

上述藍寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時間是10分鐘，KOH溶液的溫度是350℃。

上述步驟2)中藍寶石晶片放入酸性溶液的時間是10—60分鐘，酸性溶液的溫度是100—300℃。

上述步驟2)中酸性溶液是H₃PO₄。