[發明專利]使用化學剝離方法的Ⅲ族氮化物基板的制備方法

有效

• 申請號: 201610008741.3
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN105702562B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 朱秦佑;白宗協;樸炯兆;李尚憲;丁鐸;金孳姢;吳和燮;鄭泰勳;金潤碩;田大祐
• 申請（專利權）人: 韓國光技術院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L29/04;H01L33/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 劉成春;王瑩

本發明具體例中公開的非極性或半極性Ⅲ族氮化物層，可用于各種電子元件的基板上，不僅可以緩解或消除現有極性Ⅲ族氮化物基板的問題，而且可以通過化學剝離方法制備。

本申請要求2010年11月8日提交的韓國專利申請10-2010-0110517的優先權；本申請是申請日為2011年11月4日、發明名稱為“使用化學剝離方法的Ⅲ族氮化物基板的制備方法”的中國專利申請No.201180047509.6的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種Ⅲ族氮化物基板的制備方法。更具體地，本發明涉及一種使用化學剝離(chemimal lift off：CLO)方法來制備非極性(non-polar)或半極性(semi-polar)Ⅲ族氮化物基板的方法。

背景技術

LED作為半導體發光元件受到廣泛關注，其利用化合物半導體的特性被應用在背景光光源、表示光源、普通光源和全彩顯示屏等中。作為這種LED材料，已知的具代表性的材料有GaN(氮化鎵，Gallium Nitride)、AlN(氮化鋁，Aluminum Nitride)、InN(氮化銦IndiumNitride)等Ⅲ-Ⅴ族氮化物半導體，上述材料因直接具有過渡型的大的能帶隙(band gap)，因此具有適合于光電子裝置的特性，例如根據氮化物組成的不同，幾乎可以獲得全波長區域的光。因此，利用這種材料的發光元件可以應用于平板顯示裝置、光通信等多種領域中。

這種裝置通常在基板上通過分子束外延(MBE)、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD，metalorganic chemical vapor deposition)、氫化物氣相外延(HVPE，hydride vaporphase epitaxy)等生長方式生長為薄膜形態。

但是，以GaN為代表的Ⅲ族氮化物為基礎的半導體通常使用c-面(c-plane)基板(例如，藍寶石基板)在(0001)面上制備元件結構，在這種情況下，向生長方向(0001)將形成自發極化(spontaneous polarization)。特別地，具有InGaN/GaN代表性量子阱結構的LED在(0001)面上生長結構的情況下，在量子阱結構中會發生因晶格失配等引起的內部應變(strain)，由此會產生壓電電場(piezoelectric fields)，從而引起量子束縛斯塔克效應(quantum-confined Stark effect；QCSE)，因此在提高內部量子效率方面存在限制。

對這種現象具體說明如下，Ⅲ族氮化物，特別是GaN及其合金(例如，InN和/或AlN的合金)在六角纖鋅礦結構(hexagonal WUrtzite structure)中最為穩定，上述結晶結構的結晶互相以120°旋轉，對于c-軸表示為均垂直的2或3個均等的基面軸(basal planeaxes)。

根據上述纖鋅礦結晶結構內的Ⅲ族元素及氮原子位置，在與c-軸垂直放置的任意的面中，只含有一種類型的原子。隨著向c-軸進行，每個面只可以含有一種類型的原子(Ⅲ族元素或氮)。此時，為了維持電荷中性，例如，對于GaN結晶，只含有氮原子的N-面(N-face)和只含有Ga原子的Ga-面(Ga-face)將位于各自的末端。其結果，Ⅲ族氮化物結晶將隨c-軸表現出極性。這種自發極化作為體積物理性質，依賴于結晶的結構及組成。由于上述特性，大部分的GaN系裝置向平行于極性c-軸的方向生長。此外，在形成異質結結構時，將產生Ⅲ族氮化物間的大的晶格常數的差異及由于具有相同c軸取向的特性而引起的應力，也會同時引起壓電極化(piezoelectric polarization)現象。

如此地，在Ⅲ族氮化物類光電子及電子元件內通常的c-面量子阱結構中，由壓電極化和自發極化現象產生的靜電場(electrostatic field)使量子阱結構的能帶結構改變，從而使電子和空穴的分布發生扭曲，將這種由電場導致的電子和空穴的空間分離稱為量子子束縛斯塔克效應，這將降低內部量子效率，并誘發發光光譜的紅移現象等。