專利名稱：以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制作技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán) 光LED器件及其制作方法。
背景技術(shù)：
近幾年以來，低價(jià)格、清潔、對于能源利用效率大的固態(tài)光源LEDs技術(shù)受到非常 關(guān)注。LEDs由于具有低能耗和長壽命等特點(diǎn)而正在成為傳統(tǒng)光源的替代者。氮化鎵(GaN)， 由于它優(yōu)秀的發(fā)光特性而被首先使用。GaN通常被外延生長在像藍(lán)寶石、4H/6H-SiC這樣 的非同類型的襯底上，而藍(lán)寶石、4H/6H-SiC的特性卻都不是很理想。例如藍(lán)寶石襯底雖 然價(jià)格相對較低和晶圓直徑較大，但它的熱傳導(dǎo)性較低，使工作時(shí)產(chǎn)生的熱量排除困難； 另外，由于它的絕緣特性，在制作(管芯)產(chǎn)品的電接觸線路設(shè)計(jì)過程中，必須過多的使 用管芯前端面積，因此降低了管芯可以用來發(fā)光的面積，又使產(chǎn)品制作工藝復(fù)雜化。使用 4H/6H-SiC襯底，令人遺憾的是它目前的價(jià)格過于昂貴，而從現(xiàn)實(shí)情況看價(jià)格大約需要下降 到$10 20/cm2才易為市場接受；使用4H/6H-SiC襯底的另外一個(gè)不利因素是獲取一個(gè)高 質(zhì)量、大直徑的晶圓非常困難，因?yàn)樗遣捎迷挤N子晶體升華方法生長晶圓片，片子尺寸 小，兼之成晶時(shí)間長，成晶溫度也極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，進(jìn)而提供一種適應(yīng)未來固態(tài) 光源LEDs高亮度、高效技術(shù)要求且價(jià)格低廉的以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而提供的以3C-SiC_Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件是一種以 直徑為50mm 300mm的(111)晶面或(100)晶面的硅片為基礎(chǔ)襯底層，繼而通過在硅片上 設(shè)制立方碳化硅外延層形成緩沖層，在緩沖層沉積GaN形成GaN結(jié)構(gòu)層，在GaN結(jié)構(gòu)層上 粘接鍍有銀或鎂的鋁板或鎳板形成歐姆接觸，刻蝕掉硅后構(gòu)成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的LED器 件。制作該GaN藍(lán)光LED器件的方法包括下述的工藝步驟(1)根據(jù)器件要求選擇作為整個(gè)器件基礎(chǔ)襯底層的直徑為50mm 300mm的(111) 晶面或(100)晶面的η型或P型硅片；(2)通過用C3H6或C3H8將硅表面碳化的方法在基礎(chǔ)襯底層上制作一層厚度在一 到兩個(gè)原子層的超薄碳化層(Ultrathin CarbonisedFilm)，通過并行外延沉積方法在超 薄碳化層上制作一層厚度在10 20nm的η型或ρ型阻擋種子層(Barrier-Seed Layer 3C-SiC)，通過輪換外延沉積方法在阻擋種子層上外延生長出一層厚度在50nm 1 μ m的立 方碳化硅外延層(3C_SiC Epitaxial Layers)，超薄碳化層、η型或ρ型阻擋種子層和立方 碳化硅外延層形成器件的緩沖層；(3)在外延生長的立方碳化硅外延層上通過MOCVD方法外延生長出一層厚度在 1 5μπι的氮化鎵硅摻雜外延層(GaN: Si MOCVDLayers)，在氮化鎵硅摻雜外延層上通過MOCVD方法制作多層量子阱(Multi-quantum狗11)，在量子阱上通過MOCVD方法外延生長 出一層厚度在0. 1 1 μ m的氮化鋁鎵鎂摻雜外延層(AWaN:Mg MOCVDLayers)，在氮化鋁鎵 鎂摻雜外延層上通過MOCVD方法外延生長出一層厚度在0. 1 2 μ m的氮化鎵鎂摻雜外延 層(GaN:Mg MOCVD Layers)，通過濺射或電鍍方法在氮化鎵鎂摻雜外延層上覆設(shè)一層與鍍 銀或鎂的鋁板或鎳板(Al(Ni)sheet with Ag (Mg) Plating)，鋁板或鎳板與GaN結(jié)構(gòu)層粘接 形成歐姆接觸；利用3C-SiC作為阻擋層，用硅的刻蝕液(含氟化氫和硝酸的各向同性刻蝕 液)把硅去掉，刻蝕掉硅后，在3C-SiC上鍍透明電極，在透明電極上濺射金或鎳等其它金屬 并刻蝕成電極圖案，利用鋁板或鎳板作為支撐形成LED ；(4)由基礎(chǔ)襯底層、緩沖層和GaN結(jié)構(gòu)層形成以3C_SiC_Si為襯底的GaN藍(lán)光LED 器件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用Si為襯底以及3C-SiC為緩沖層的多層加工LEDs的 處理技術(shù)，沉積GaN在大直徑(達(dá)到300mm)的3C_SiC/Si襯底上，制作出高亮度、高效率的 LEDs基本單元。這種新的技術(shù)使LEDs晶片的直徑得到增加，最大可到12時(shí)，大大地降低了 LED芯片材料的生產(chǎn)成本和加工費(fèi)用，既可有效地得到高質(zhì)量的GaN沉積層，又可作為極為 化學(xué)穩(wěn)定的阻擋層刻蝕硅，或者為將來進(jìn)一步提供和硅集成提供便利，為LED管芯的改革、 光的提取以及高溫的消除創(chuàng)造了機(jī)會。


圖1是本發(fā)明所述器件的整體結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2 圖11是為以3C-SiC_Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件制作方法的工藝流程 圖，其中圖2為在(111)晶面或(100)晶面的η型或ρ型硅片上制作超薄碳化層步驟的示 意圖；圖3為在超薄碳化層上制作阻擋種子層步驟的示意圖；圖4為在阻擋種子層上制作立方碳化硅外延層步驟的示意圖；圖5為在立方碳化硅外延層上外延生長出的氮化鎵硅摻雜外延層步驟的示意圖；圖6為在氮化鎵硅摻雜外延層上制作多層量子阱并在量子阱上外延生長氮化鋁 鎵鎂摻雜外延層步驟的示意圖；圖7為在氮化鋁鎵鎂摻雜外延層上外延生長氮化鎵鎂摻雜外延層步驟的示意圖；圖8為在氮化鎵鎂摻雜外延層上覆設(shè)鍍銀或鎂的鋁板或鎳板步驟的示意圖；圖9為用硅的刻蝕液去除硅步驟的示意圖；圖10為在3C_SiC上鍍透明電極ITO步驟的示意圖；圖11為在ITO上濺射金或其他金屬并刻蝕成電極圖案步驟的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制作方法做進(jìn)一步說明。參見附圖，本發(fā)明所述的以3C-SiC_Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件自下而上包括 基礎(chǔ)襯底層、緩沖層和GaN結(jié)構(gòu)層，其中基礎(chǔ)襯底層采用直徑50mm 300mm的硅片，緩沖層 為在硅片上外延生長的立方碳化硅外延層，GaN結(jié)構(gòu)層為外延生長在緩沖層上的GaN沉積層。用于制作該GaN藍(lán)光LED器件的方法的一個(gè)具體制作實(shí)施例如下所述。該實(shí)施例 為制作基于六英寸硅片的GaN藍(lán)光LED器件的工藝步驟。第一步，選擇(111)晶面的六英寸η型硅片作為基礎(chǔ)襯底層；第二步，在750°C至950°C溫度溫度環(huán)境內(nèi)，通過用丙烯(C3H6)將硅表面碳化的 方法從而在上述硅片表面形成厚度為兩個(gè)原子層的超薄碳化層(Ultrathin Carbonised Film)；第三步，在1000°C溫度下，通過并行外延沉積方法在超薄碳化層上沉積一層厚度 在 15nm 的 η 型阻擋種子層(Barrier-Seed Layer3C_SiC)；第四步，在1000°C溫度下，通過輪換外延沉積方法在η型阻擋種子層上外延生長 出一層厚度為Iym的立方碳化硅外延層(3C-SiCEpitaXial Layers)；上述的超薄碳化層、 η型阻擋種子層和立方碳化硅外延層形成器件的緩沖層；第五步，在1000°C溫度下，在外延生長的立方碳化硅外延層上通過常規(guī)MOCVD方 法外延生長出一層厚度為3μπι的氮化鎵硅摻雜外延層(GaN:Si MOCVD Layers)；第六步，在外延生長的立方碳化硅外延層上，在750°C溫度下，通過常規(guī)MOCVD 方法在氮化鎵硅摻雜外延層上制作五層量子阱(FivePeriod Multi-quantum狗11)，在 量子阱上通過常規(guī)MOCVD方法外延生長出一層厚度為0. 2 μ m的氮化鋁鎵鎂摻雜外延層 (AlGaN:MgM0CVD Layers)；第七步，在90(TC溫度下，通過常規(guī)MOCVD方法在氮化鋁鎵鎂摻雜外延層上外延生 長出Iym鎂摻雜氮化鎵沉積層(GaN:Mg MOCVDLayers)；第八步，利用3C_SiC作為阻擋層，利用鋁板或鎳板上作為支撐，用硅的刻蝕液把 硅去掉，所用的硅的刻蝕液為含氟化氫和硝酸的各向同性刻蝕液，例如用Microchemicals 公司的AFN 549產(chǎn)品；第九步，在超薄碳化層上鍍IOOnm透明電極(ΙΤ0 =Indium TinOxide氧化銦錫)， 再在透明電極上濺射金并形成電極圖案；第十步，在鋁板或鎳板一端引出電極，在電極圖案另一端也引出電極，制成以 3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件。
權(quán)利要求
1.一種以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件，自下而上包括基礎(chǔ)襯底層、緩沖層和 GaN結(jié)構(gòu)層，其特征在于它是以直徑為50mm 300mm的(111)晶面或(100)晶面的硅片為 基礎(chǔ)襯底層，繼而通過在硅片上設(shè)制立方碳化硅外延層形成緩沖層，在緩沖層沉積GaN形 成GaN結(jié)構(gòu)層，在GaN結(jié)構(gòu)層上粘接鍍有銀或鎂的鋁板或鎳板形成歐姆接觸，刻蝕掉硅后構(gòu) 成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的LED器件。
2.一種制作以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件的方法，其特征在于包括下述的 工藝步驟(1)根據(jù)器件要求選擇作為整個(gè)器件基礎(chǔ)襯底層的直徑為50mm 300mm的(111)晶面 或(100)晶面的η型或ρ型硅片；(2)通過用C3H6或C3H8將硅表面碳化的方法在基礎(chǔ)襯底層上制作一層厚度在一到兩個(gè) 原子層的超薄碳化層，通過并行外延沉積方法在超薄碳化層上制作一層厚度在10 20nm 的η型或P型阻擋種子層，通過輪換外延沉積方法在阻擋種子層上外延生長出一層厚度在 50nm 1 μ m的立方碳化硅外延層，超薄碳化層、η型或ρ型阻擋種子層和立方碳化硅外延 層形成器件的緩沖層；(3)在外延生長的立方碳化硅外延層上通過MOCVD方法外延生長出一層厚度在1 5 μ m的氮化鎵硅摻雜外延層，在氮化鎵硅摻雜外延層上通過MOCVD方法制作多層量子阱， 在量子阱上通過MOCVD方法外延生長出一層厚度在0. 1 1 μ m的氮化鋁鎵鎂摻雜外延層， 在氮化鋁鎵鎂摻雜外延層上通過MOCVD方法外延生長出一層厚度在0. 1 2μπι的氮化鎵 鎂摻雜外延層，通過濺射或電鍍方法在氮化鎵鎂摻雜外延層上覆設(shè)一層與鍍銀或鎂的鋁板 或鎳板，鋁板或鎳板與GaN結(jié)構(gòu)層粘接形成歐姆接觸；利用3C-SiC作為阻擋層，用硅的刻蝕 液把硅去掉，刻蝕掉硅后，在3C-SiC上鍍透明電極，在透明電極上濺射金或鎳并刻蝕成電 極圖案，利用鋁板或鎳板作為支撐形成LED ；(4)由基礎(chǔ)襯底層、緩沖層和GaN結(jié)構(gòu)層形成以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以3C-SiC-Si為襯底的GaN藍(lán)光LED器件，其制作方法是首先以硅片為基礎(chǔ)襯底層，再通過在硅片上制作由超薄碳化層、阻擋種子層和立方碳化硅外延層形成的器件的緩沖層，繼而在緩沖層沉積GaN形成GaN結(jié)構(gòu)層，之后在GaN結(jié)構(gòu)層上粘接鍍有銀或鎂的鋁板或鎳板形成歐姆接觸，刻蝕掉硅后最終構(gòu)成的具有自支撐結(jié)構(gòu)的GaN藍(lán)光LED器件。本發(fā)明技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用使LEDs晶片的直徑得到增加(最大可到12時(shí))，大大地降低了LED芯片材料的生產(chǎn)成本和加工費(fèi)用，既可有效地得到高質(zhì)量的GaN沉積層，又可作為極為化學(xué)穩(wěn)定的阻擋層刻蝕硅，也為LED管芯的改革、光的提取以及高溫應(yīng)力的消除創(chuàng)造了機(jī)會。
文檔編號H01L33/12GK102064256SQ20101058833
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者徐現(xiàn)剛, 韓吉?jiǎng)?申請人:徐現(xiàn)剛, 韓吉?jiǎng)?br>