[發明專利]一種襯底結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201710890752.3
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107742664A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 鄧游
• 申請（專利權）人: 寶雞圭彬光電設備有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 羅磊

技術領域

本發明屬于電子元器件技術領域，具體涉及一種襯底結構，本發明還涉及該襯底結構的制備方法。

背景技術

在制作GaN基LED芯片時，主要是將InGaN、GaN等材料和器件的外延層結構生長在藍寶石、SiC、Si等襯底上。藍寶石有許多優點，例如：首先，藍寶石襯底的生產技術成熟、成本低、晶體質量較好；其次，藍寶石的穩定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的機械強度高，易于處理和清洗。但使用藍寶石作為GaN基LED外延襯底也存在一些問題，例如晶格失配、熱膨脹系數失配以及折射率失配等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種襯底結構，能夠降低襯底與外延材料的晶格失配率。

本發明還提供了上述襯底結構的制備方法。

本發明所采用的第一種技術方案是：一種襯底結構，包括襯底、外延層、電流擴展層和電極，外延層置于襯底之上，電流擴展層置于外延層之上，電極置于電流擴展層之上。

本發明第一種技術方案的特點還在于，

襯底材料為鎂鋁尖晶石。

外延層材料為氮化鎵。

本發明所采用的第二種技術方案是：一種襯底結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：在襯底上生長外延層；

步驟2：在外延層上生長電流擴展層；

步驟3：在電流擴展層上覆電極。

本發明第二種技術方案的特點還在于，

步驟1中，利用氣相外延、液相外延或固相外延的方法在襯底上生長外延層，外延層的厚度在1～10微米之間。

步驟2中，利用氣相外延、液相外延或固相外延的方法在外延層上生長電流擴展層，電流擴展層的厚度在30～300納米之間。

步驟3中，電極的厚度在500～600納米之間。

本發明的有益效果是：本發明一種襯底結構，通過采用鎂鋁尖晶石作為襯底材料，由于鎂鋁尖晶石晶體具有良好的晶格匹配和熱膨脹匹配，與氮化鎵晶格的失配率較藍寶石大大降低；且具有優良的熱穩定性和化學穩定性，以及良好的機械力學性能等優點，可以使得最終制得的光電器件具有更低的位錯密度和更好的折射率匹配，可以在不增大光電器件尺寸的前提下有效提高出光效率，更適合推廣應用。

附圖說明

圖1是本發明一種襯底結構的結構示意圖。

圖中，1.襯底，2.外延層，3.電流擴展層，4.電極。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明提供了一種襯底結構，如圖1所示，包括鎂鋁尖晶石襯底1、氮化鎵外延層2、電流擴展層3和電極4，外延層2置于襯底1之上，電流擴展層3置于外延層2之上，電極4置于電流擴展層3之上。

上述襯底結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：利用氣相外延、液相外延或固相外延的方法在襯底1上生長外延層2，外延層2的厚度在1～10微米之間；

步驟2：利用氣相外延、液相外延或固相外延的方法在外延層2上生長電流擴展層3，電流擴展層3的厚度在30～300納米之間；

步驟3：在電流擴展層3上覆電極4，電極4的厚度在500～600納米之間。

本發明基于的原理是：

鋁酸鎂晶體是高熔點(2130℃)、高硬度(莫氏8級)的晶體材料，屬面心立方晶系，空間群為Fd3m，晶格常數為0.8085nm；同時，鋁酸鎂晶體是優良的傳聲介質材料，在微波段的聲衰減低，用鋁酸鎂晶體制作的微波延遲線插入損耗小。鋁酸鎂晶體與Si的晶格匹配性能好，其膨脹系數也與Si相近，因而外延Si膜的形變扭曲小，制作的大規模超高速集成電路速度比用藍寶石制作的速度要快。由于鋁酸鎂晶體具有良好的晶格匹配和熱膨脹匹配，鋁酸鎂晶體與氮化鎵晶格的失配率為9％，具有優良的熱穩定性和化學穩定性，以及良好的機械力學性能等優點，可在MgAl₂O₄基片上成功地外延出高質量的GaN膜，并且研制藍光LED和LD；MgAl₂O₄晶體用作InN的外延襯底材料時，MgAl₂O₄晶體與InN晶格的失配率為15％，晶格匹配性能要大大優于藍寶石，藍寶石與InN晶格的失配率高達25％。而且，如果位于頂層氧原子層下面的鎂原子占據有效的配位晶格位置，以及氧格位，那么這樣可以有希望將晶格失配率進一步降低至7％，這個數字要遠遠低于藍寶石。

通過上述方式，本發明一種襯底結構通過采用鎂鋁尖晶石作為襯底材料，由于鎂鋁尖晶石晶體具有良好的晶格匹配和熱膨脹匹配，與氮化鎵晶格的失配率較藍寶石大大降低；且具有優良的熱穩定性和化學穩定性，以及良好的機械力學性能等優點，可以使得最終制得的光電器件具有更低的位錯密度和更好的折射率匹配，可以在不增大光電器件尺寸的前提下有效提高出光效率，更適合推廣應用。