[發明專利]一種用于提高外延質量的圖形化襯底的制備方法

在審

• 申請號: 201410267085.X
• 申請日: 2014-06-16
• 公開（公告）號: CN104051583A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 韓沈丹;繆炳有;黃宏嘉;張汝京
• 申請（專利權）人: 西安神光安瑞光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本發明屬于LED襯底材料的制備技術領域，主要涉及一種圖形化襯底的制備方法。

背景技術

GaN半導體由于其在高效率固體照明中的應用受到了業界的廣泛關注。GaN通常是在異質襯底上通過MOCVD技術生長而成。由于Al₂O₃與GaN存在較大的晶格失配，常規的解決方案是先在Al₂O₃襯底上生長一層低溫GaN緩沖層，后經高溫退火后再繼續生長高溫GaN外延層，從而減小晶格間的不匹配程度。因此，Al₂O₃仍然成為目前生長GaN的最佳襯底。

低溫緩沖層的GaN晶體質量很大程度上決定了隨后高溫外延層的晶體質量；為了獲得更好的外延質量，通常會通過濕法腐蝕或干法刻蝕手段在Al₂O₃襯底表面制備微米級或納米級的三維圖形陣列，從而提高外延層晶體質量，同時提高出光效率，這種圖形化Al₂O₃襯底已被廣泛用于GaN基LED生產。如圖1所示，傳統的圖形化Al₂O₃襯底制備流程，采用勻膠、曝光、顯影以及ICP等工藝，可制備出具有特定形狀、尺寸的圖形化Al₂O₃襯底。

不過，在制備PSS階段和生長外延階段仍存在種種挑戰：由于Al₂O₃材料硬度高，化學穩定性好，因此不論是濕法刻蝕還是干法刻蝕，圖形化過程都非常困難；此外，GaN外延在PSS襯底上比在光滑襯底表面生長更加困難，且最初的低溫GaN緩沖層只會在PSS襯底的平面部分生長，而非整個表面，生長完GaN緩沖層后還需要一步高溫退火工藝才能消除位錯，因此外延生長窗口很窄。

本發明針對以上問題提出一種新型圖形化襯底制備過程：在長有AlN籽晶層的Al₂O₃襯底上制備圖形化的Si0₂。本技術可以大幅度的簡化干法刻蝕制備圖形化Al₂O₃襯底，提供較寬的外延生長窗口，并且返工操作簡單、成本低，滿足了當前大規模生產的需要。

發明內容

本發明提出一種長有AlN籽晶層形成圖形化Si0₂的襯底結構及其制備方法，一方面通過異質外延使GaN生長時產生橫向生長，另一方面通過AlN籽晶層為GaN外延生長提供良好的磊晶基礎，從而減少缺陷,提高外延晶體質量。

該圖形化襯底的制備方法，主要包括以下步驟：

1)在拋光后的Al₂O₃襯底表面使用磁控濺射手段沉積一層AlN薄膜，作為后續GaN生長的籽晶層；

2)在AlN薄膜層上采用PECVD技術生長一層Si0₂薄膜；

3)在Si0₂薄膜上旋涂一層正性光刻膠(PR)，通過步進式光刻機對其曝光，顯影后得到柱型光刻膠掩膜；

4)對Si0₂薄膜進行濕法腐蝕，腐蝕速率控制在200-300nm/min之間，Si0₂薄膜在光刻膠掩膜的保護下被腐蝕形成圖形陣列，直至腐蝕部位露出AlN表層；

5)剝除光刻膠，最終得到AlN籽晶層上具有Si0₂圖形陣列的Al₂O₃襯底；

6)清洗樣片后直接生長GaN外延層。

基于上述方案，本發明還進一步作如下優化限定和改進：

步驟1)沉積AlN薄膜的厚度為20-100nm，步驟2)生長Si0₂薄膜的厚度為1.0-2.0μm。

步驟2)旋涂正性光刻膠的厚度為1.5-3.0μm；顯影后得到柱型光刻膠掩膜，底徑為1.0-5.0μm，圖形間距為0.3-2.0μm。

步驟4)進行濕法腐蝕所采用的用緩沖氧化物刻蝕液(BOE)的主要成分為HF和NH₄F，兩者配比(體積比)HF:NH₄F＝1:6。

步驟5)剝除光刻膠所采用的剝離液為硫酸、雙氧水混合溶液(SPM)，兩者配比(體積比)H₂SO₄(質量分數濃度98％):H₂O₂(質量分數濃度30％)為3:1-4:1。