[發明專利]氮化物底層及其制作方法

有效

• 申請號: 201610024968.7
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105489723B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 陳圣昌;林文禹;張潔;鄧和清;徐宸科
• 申請（專利權）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22;H01L33/00;H01L33/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種氮化物底層的制作方法，采用PVD濺射AlN層時同時摻少量非Al物質以形成分解溫度低于AlN的氮化物，然后進行高溫下退火，經過退火后的AlN層不再是平整表面，而是在微觀上呈現高低起伏，在這種表面上繼續采用MOCVD生長AlGaN能通過三維到二維之間的模式轉換釋放應力，從而改善AlN裂紋。

技術領域

本發明涉及半導體制備領域，具體為一種可以改善表面裂紋的氮化物底層結構及其制作方法。

背景技術

深紫外AlGaN發光二極管在殺菌消毒、醫療、生化檢測、高密度信息存儲、白光照明和保密通信等領域具有巨大的潛在應用價值和前景，受到越來越多研究人員和機構的重視。然而AlGaN與常用襯底之間失配很大，導致當前深紫外LED的發光效率普遍較低，使用AlN作為緩沖層，獲得高晶體質量無裂紋的AlN薄膜，成為提高深紫外LED的發光效率關鍵技術。

越來越多的試驗結果證實，在藍寶石襯底上使用濺射式(Sputter) AlN 材料作為進一步生長氮化物薄膜的緩沖層，可以得到高品質的底層材料，并且對于發光二極管的光輸出功率有較大的提升。例如，在藍寶石襯底上濺射AlN層作為緩沖層，再采用MOCVD生長AlN薄膜于該濺射式AlN緩沖層上，可以大幅降低XRD (102) 衍射半波寬。然而，濺射式 AlN緩沖層表面非常平整，不會形成不連續的薄膜表面，無法提供應力釋放的路徑，導致表面裂紋嚴重。

發明內容

為了解決氮化物薄膜生長在濺射式AlN緩沖層上會出現表面裂紋嚴重的問題，本發明提供了一種氮化物底層的制作方法，采用PVD濺射AlN層時同時摻少量Ga、In等非Al物質，以形成分解溫度低于AlN的氮化物，鍍完AlN后進行高溫下退火，經過退火后的AlN層不再是平整表面，而是在微觀上呈現高低起伏，在這種表面上繼續采用MOCVD生長AlGaN能通過三維到二維之間的模式轉換釋放應力，從而改善AlN裂紋。

本發明的技術方案為：氮化物底層的制作方法，包括步驟：1）提供襯底；2）在所述襯底的表面上濺射AlN層：在濺射過程中加入Al源的同時摻入非Al物質，從而形成分解溫度低于AlN的氮化物；3）對所述AlN層進行退火處理，形成粗糙的表面；4）采用MOCVD 法在所述AlN 層表面沉積Al_xGa_1-xN層（0 ≤x≤1）。

進一步地，所述非Al物質在退火過程中脫附，形成粗糙的表面。

優選地，所述步驟2）中的非Al物質為In、Ga或其組合。

優選地，所述摻入的非Al物質的不超過Al源的10%。

優選地，所述步驟3）的預設溫度為600~2000℃。

優選地，所述步驟4）中采用MOCVD生長的Al_xGa_1-xN層在所述粗糙表面上通過三維到二維之間的模式轉換釋放應力。

本發明同時提供了一種發光二極管制作方法，包括步驟：1）提供襯底；2）在所述襯底的表面上濺射AlN層：在濺射過程中加入Al源的同時摻入非Al物質，從而形成分解溫度低于AlN的氮化物；3）對所述AlN層進行退火處理，形成粗糙的表面；4）采用MOCVD 法在所述AlN 層表面沉積AlxGa1-xN層（0 ≤x≤1）；5）在所述AlxGa1-xN層上沉積n型氮化物層、有源層和p型氮化物層。

優選地，所述有源層的發光波長為365nm~210nm。

前述方法制備獲得的氮化物底層結構可應用于發光二極管，特別是深紫外發光二極管。采用前述制作方法可以獲得高晶格質量且無裂紋的AlN底層，然后再進行各外延材料層的生長，從而獲得高發光效率的發光二極管。