[發(fā)明專利]一種LED用大尺寸氮化鎵半導體片的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710572699.2
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107464867B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 陳慶;曾軍堂;陳兵
• 申請（專利權）人: 上海盛麗光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L33/00;H01L33/20
• 代理公司: 上海浙晟知識產權代理事務所(普通合伙) 31345
• 代理人: 楊小雙

本發(fā)明提出一種LED用大尺寸氮化鎵半導體片的制備方法，采用二氧化硅氣凝膠和氧化鋁作為原料，制備大面積的氮化鎵襯底，首先將二氧化硅氣凝膠與氧化鋁共混，得到氧化鋁?二氧化硅氣凝膠復合溶膠，再經過涂布過程，旋涂在普通玻璃表面，再通過燒結工藝形成復合襯底材料，然后沉積生長大尺寸氮化鎵半導體。由于二氧化硅氣凝膠的可伸縮性、耐高溫性、可剝離性，使得得到氮化鎵尺寸大、晶格完整、無缺陷。而且該方法制備的襯底可以重復使用，成本低，過程簡單，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產。

技術領域

本發(fā)明涉及發(fā)光材料制備領域，具體涉及一種LED用大尺寸氮化鎵半導體片的制備方法。

背景技術

發(fā)光二極管是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。這種發(fā)光二極管最大的特點在于：無須暖燈時間、反應速度很快(約在10^-9秒)、體積小、用電省、污染低、適合量產，具高可靠度，容易配合應用上的需要制成極小或數組式的組件，適用范圍頗廣，在顯示、汽車、照明燈領域應用極廣。已形成上游外延材料、中游芯片制造、下游器件封裝等規(guī)模化生產。

GaN 材料屬于直接躍遷型寬禁帶半導體材料，寬直接帶隙為3 .4eV，同時也是一種極穩(wěn)定的、堅硬的高熔點材料，具有電子飽和速率高、介電系數小、導熱性能好和抗輻射強度高等優(yōu)良性能，是制作發(fā)光二極管 ( LED )、激光二極管 ( LD ) 和高溫大功率集成電路的理想材料。

因為GaN 的融點高, 所以很難采用熔融的液體GaN 制備體單晶材料, 即使采用了高溫、高壓技術, 也只能制備出針狀或小尺寸的片狀GaN 晶體。目前，為了得到大尺寸氮化鎵，需要通過在襯底上生長。但需要襯底具有和GaN 的晶格常數接近匹配，常用的有藍寶石、碳化硅和硅。雖然這些材料各自具有足夠接近GaN的晶格常數以使得能外延生長，但晶格不匹配的程度導致在GaN膜中形成限制發(fā)光的缺陷。隨著納米技術的發(fā)展，聚合物與納米材料的復合成為材料增強改性研究領域的一大熱點。通過物理和機械方法在高分子聚合物中加入納米材料，以達到使材料成本下降，成型加工性能或最終使用性能得到改善，或使材料盡在表面以及電、磁、光、熱、聲、燃燒等方面賦予獨特功能等效果。

在GaN材料的生長襯底材料制備領域中，中國專利申請?zhí)?00910046376.5公開了一種厚膜氮化鎵與襯底藍寶石自剝離的實現方法,其特征在于采用了帶有鈍化層超大納米孔徑GaN作為厚膜的模板。在生長厚膜GaN之前,在(0001)面藍寶石襯底上,沉積一層GaN薄膜,然后在其上蒸發(fā)一層金屬AL,再采用電化學的方法生成多孔狀陽極氧化鋁(AAO),然后將其刻蝕成多孔狀,接著往多孔GaN孔中沉積一層介質SiO₂或SiN_X薄層,這樣就在GaN模板上得到了帶有鈍化層超大納米孔徑的結構,經過清洗后,最后把這個多孔襯底置于HVPE反應腔內生長GaN厚膜。但是這種多孔襯底，GaN層與基片之間存在強的結合力，不利于GaN材料從襯底上剝離，而且氧化鋁多孔模板管壁非常脆弱，容易斷裂，增加GaN材料的內部的缺陷密度。

中國專利申請?zhí)?01510959527.1公開了一種生長氮化鎵晶體的復合襯底及其制備方法。該復合襯底材料由摻雜藍寶石基底和覆蓋在摻雜藍寶石基底上的導電層組成，其中摻雜藍寶石基底由石墨烯和稀土金屬摻雜藍寶石組成，導電層是含有高熔點金屬或合金的薄片，通過真空處理使導電層與摻雜藍寶石基底鍵合在一起，冷卻即得生長氮化鎵晶體的復合襯底。但是，這種復合襯底由于高熔點金屬與藍寶石襯底的結合存在應力，容易導致金屬表面由于壓應力導致的屈曲，在環(huán)境下這樣的缺陷會擴大，導致器件失效。