用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，包括以下步驟：1）在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵；2)將藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液，之后取出用離子水清洗甩干；3）將步驟2）清洗甩干后的藍(lán)寶石晶片再進(jìn)行生長(zhǎng)；4）將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應(yīng)力剝離藍(lán)寶石基片。本發(fā)明一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，使用酸性溶液，可解決螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)。
【專利說(shuō)明】用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED外延生長(zhǎng)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN通常生長(zhǎng)在藍(lán)寶石基板上，具有相對(duì)高的缺陷密度lX108_9/cm2，原因是GaN和藍(lán)寶石之間的較大的晶格失配。在LED器件特性方面，材料缺陷是一個(gè)重要的限制因素；當(dāng)發(fā)光波長(zhǎng)從藍(lán)光延伸至紫外或綠光時(shí)，該問(wèn)題變得更加嚴(yán)重。從已報(bào)道技術(shù)來(lái)看，解決該問(wèn)題的方法是外延橫向過(guò)生長(zhǎng)(ELOG, Epitaxial Lateral Over Growth)、缺陷阻擋層(DBL,Defect Blocking Laxer)和藍(lán)寶石圖形化襯底(PSS, Pattern Sapphire Substrate)。
[0003]ELOG方法使用一種氧化物圖形化的GaN模板，這可使缺陷密度降低1_2個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，缺陷減少只發(fā)生在氧化物覆蓋的區(qū)域，通常限制在3-5 μ m的區(qū)域，很難延伸至連續(xù)的大塊區(qū)域。這就限制了該技術(shù)在實(shí)際器件中的應(yīng)用。
[0004]DBL方法是在GaN外延生長(zhǎng)期間插入短時(shí)間的SiNx生長(zhǎng)，此SiNx很容易在缺陷區(qū)域生長(zhǎng)，起到屏蔽缺陷的作用；后續(xù)的GaN生長(zhǎng)缺陷降低約一個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，在缺陷處形成的SiNx本質(zhì)上具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律，所以很難控制。
[0005]PSS方法采用三維圖形陣列的藍(lán)寶石襯底，比如圓頂形狀。三維圓頂型幾何圖形起到兩個(gè)作用或目的。第一，3D圓頂促使GaN橫向生長(zhǎng)，這里的橫向生長(zhǎng)類似于之前提到的ELOG方法，并導(dǎo)致缺陷減少。第二，3D圓頂幾何圖形可大大地幫助光逃逸，從而增加總的光輸出功率。目前，該方法已成功地應(yīng)用于生產(chǎn)，但是它增加了大量的襯底費(fèi)用。
[0006]因此，如何有效的減少監(jiān)寶石上GaN外延缺陷一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，從而提聞LED的發(fā)光效率。
[0007]我司曾申請(qǐng)I項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮?201310449306.0的專利，其中采用了堿性溶液濕法腐蝕的方法解決上述問(wèn)題。GaN外延中常常存在三種位錯(cuò):刃型位錯(cuò)、螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)。堿性溶液腐蝕可解決刃型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)，但不能減輕螺型位錯(cuò)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，使用酸性溶液，可解決螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特殊之處在于:所述方法包括以下步驟:
[0010]I)在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵；
[0011]2)藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液，之后取出用離子水清洗甩干；
[0012]3)將步驟2)清洗甩干后的藍(lán)寶石晶片再進(jìn)行生長(zhǎng)；
[0013]4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應(yīng)力剝離藍(lán)寶石基片。
[0014]上述步驟2)之前還包括將步驟I)生長(zhǎng)了非摻雜氮化鎵的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用離子水清洗甩干。
[0015]上述步驟2)之后還包括將步驟2)清洗后的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用尚子水清洗甩干。
[0016]上述步驟I)的具體步驟是:
[0017]1.1)將藍(lán)寶石晶片放入MOCVD中；
[0018]1.2)調(diào)節(jié)MOCVD中溫度至500-600°C，壓力600乇，使GaN在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)30nm ；
[0019]1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100°C、壓力400乇，生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵1.2um。
[0020]上述藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液的時(shí)間是5-15分鐘，堿性溶液的溫度是300-400 0C，堿性溶液是KOH或NaOH ；
[0021]上述藍(lán)寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時(shí)間是10分鐘，KOH溶液的溫度是350°C。
[0022]上述步驟2)中藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液的時(shí)間是10 — 60分鐘，酸性溶液的溫度是 100—300°C。
[0023]上述步驟2 )中酸性溶液是H3PO4。
[0024]上述步驟3)具體步驟是:將藍(lán)寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長(zhǎng)，依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵；所述依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵的具體參數(shù)是:氣壓400乇、溫度1050°C、通入氣體為三甲基鎵和氨氣，生成1.5-2.5um非摻雜氮化鎵；氣壓300乇、溫度1050°C、通入氣體三甲基鎵、氨氣和N型摻雜源硅烷，生成2-3um摻硅氮化鎵；氣壓200乇、溫度950°C、通入氣體為三甲基鎵、氨氣和P型摻雜源二茂鎂，生成0.3um摻鎂氮化鎵；多量子阱的參數(shù):10對(duì)銦鎵氮(InGaN3nm) /氮化鎵(GaN12nm)，每對(duì)的厚度為15nm;銦鎵氮的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度760°C、通入氣體三甲基銦、三乙基鎵、氨氣，生成3nm銦鎵氮；氮化鎵的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度865 °C、通入氣體三乙基鎵、氨氣，生成12nm氮化鎵。
[0025]上述步驟2)中藍(lán)寶石晶片放入H3PO4溶液的時(shí)間是15分鐘，H3PO4溶液的溫度是200。。。
[0026]本發(fā)明提出一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，通過(guò)GaN/藍(lán)寶石界面刻蝕降低GaN缺陷密度的方法U-GaN生長(zhǎng)結(jié)束后，進(jìn)行濕法腐蝕(磷酸+硫酸溶液或KOH濕法腐蝕)；透過(guò)GaN缺陷蝕刻至GaN/藍(lán)寶石界面，并沿著界面蝕刻，緊接著晶圓再次進(jìn)入外延設(shè)備重新進(jìn)行GaN外延生長(zhǎng)U-GaN,從而填滿U-GaN表面；
[0027]被刻蝕的通道，重新生長(zhǎng)的GaN會(huì)直接在刻蝕過(guò)的GaN上生長(zhǎng)GaN，而不會(huì)在藍(lán)寶石上生長(zhǎng)。這樣GaN部分應(yīng)力被釋放，重新生長(zhǎng)的GaN會(huì)有較低的缺陷密度，此製程會(huì)在藍(lán)寶石界面的GaN處留下倒金字塔結(jié)構(gòu)，該倒金字塔結(jié)構(gòu)可以增加光提取效率。用此方法生長(zhǎng)的GaN外延優(yōu)點(diǎn):1)缺陷降低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)(從IOVcm2 — 108-107/cm2);2)GaN和藍(lán)寶石基板之間的晶格失配應(yīng)力大大減少；3)增加外延電致光功率(EL-L0P@20mA) ；4)利用倒裝技術(shù)可剝離藍(lán)寶石基片，進(jìn)行二次外延生長(zhǎng)。
[0028]使用酸性溶液，可解決螺型位錯(cuò)和混合位錯(cuò)。結(jié)合堿性和酸性溶液同時(shí)腐蝕后，可同時(shí)降低三種類型的位錯(cuò)密度，提高GaN的晶體質(zhì)量，最終提升LED的亮度。同時(shí)本發(fā)明與使用堿性溶液相比，由于物料價(jià)格和使用溫度的降低，則使成本明顯降低，可以較快的進(jìn)行批量生產(chǎn)；其次實(shí)驗(yàn)操作會(huì)更簡(jiǎn)單及腐蝕效果會(huì)更好控制?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
[0030]圖2—圖5是本發(fā)明的方法示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0031]參見(jiàn)圖1一圖5，本發(fā)明提供一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，包括以下步驟:
[0032]I)在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵；具體步驟是:
[0033]1.1)將藍(lán)寶石晶片放入MOCVD中；
[0034]1.2)調(diào)節(jié)MOCVD中溫度至500-600°C，壓力600乇，使GaN在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)30nm ；
[0035]1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100°C、壓力400乇，生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵1.2um。
[0036]2)_將藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液，之后取出用離子水清洗甩干；藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液的時(shí)間是10 — 60分鐘，酸性溶液的溫度是100— 300°C。酸性溶液是Η3Ρ04。藍(lán)寶石晶片放入H3PO4溶液的時(shí)間是15分鐘，H3PO4溶液的溫度是200°C。
[0037]3)將步驟2)清洗甩干后的藍(lán)寶石晶片再進(jìn)行生長(zhǎng)；具體步驟是:將藍(lán)寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長(zhǎng)，依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵；所述依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵的具體參數(shù)是:氣壓400乇、溫度1050°C、通入氣體為三甲基鎵和氨氣，生成1.5-2.5um非摻雜氮化鎵；氣壓300乇、溫度1050°C、通入氣體三甲基鎵、氨氣和N型摻雜源硅烷，生成2-3um摻硅氮化鎵；氣壓200乇、溫度950°C、通入氣體為三甲基鎵、氨氣和P型摻雜源二茂鎂，生成0.3um摻鎂氮化鎵；多量子阱的參數(shù):10對(duì)銦鎵氮(InGaN3nm) /氮化鎵(GaN12nm)，每對(duì)的厚度為15nm;銦鎵氮的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度760°C、通入氣體三甲基銦、三乙基鎵、氨氣，生成3nm銦鎵氮；氮化鎵的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度865°C、通入氣體三乙基鎵、氨氣，生成12nm氮化鎵。
[0038]4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應(yīng)力剝離藍(lán)寶石基片。
[0039]步驟2)之前還包括將步驟I)生長(zhǎng)了非摻雜氮化鎵的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用離子水清洗甩干。該步驟也可以放在步驟2)之后進(jìn)行；
[0040]藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液的時(shí)間是5-15分鐘，堿性溶液的溫度是300-4000C，堿性溶液是KOH或NaOH ;最好是藍(lán)寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時(shí)間是10分鐘，KOH溶液的溫度是350°C。
【權(quán)利要求】
1.用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 1)在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵； 2)將藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液，之后取出用離子水清洗甩干； 3)將步驟2)清洗甩干后的藍(lán)寶石晶片再進(jìn)行生長(zhǎng)； 4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應(yīng)力剝離藍(lán)寶石基片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟2)之前還包括將步驟I)生長(zhǎng)了非摻雜氮化鎵的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用離子水清洗甩干。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟2)之后還包括將步驟2)清洗后的藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用離子水清洗甩干。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟I)的具體步驟是: 1.1)將藍(lán)寶石晶片放入MOCVD中； 1.2)調(diào)節(jié)MOCVD中溫度至500-600°C，壓力600乇，使GaN在藍(lán)寶石晶片上生長(zhǎng)30nm ； 1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100°C、壓力400乇，生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵1.2um。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述藍(lán)寶石晶片放入熔融的堿性溶液的時(shí)間是5-15分鐘，堿性溶液的溫度是300-400°C，堿性溶液是KOH或NaOH。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述藍(lán)寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時(shí)間是10分鐘，KOH溶液的溫度是350°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟2)中藍(lán)寶石晶片放入酸性溶液的時(shí)間是10 — 60分鐘，酸性溶液的溫度是100— 300°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟2)中酸性溶液是H3PO4。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟3)具體步驟是:將藍(lán)寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長(zhǎng)，依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵；所述依次生長(zhǎng)非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵的具體參數(shù)是:氣壓400乇、溫度1050°C、通入氣體為三甲基鎵和氨氣，生成1.5-2.5um非摻雜氮化鎵；氣壓300乇、溫度1050°C、通入氣體三甲基鎵、氨氣和N型摻雜源硅烷，生成2-3um摻硅氮化鎵；氣壓200乇、溫度950°C、通入氣體為三甲基鎵、氨氣和P型摻雜源二茂鎂，生成0.3um摻鎂氮化鎵；多量子阱的參數(shù):10對(duì)銦鎵氮(InGaN3nm) /氮化鎵(GaN12nm)，每對(duì)的厚度為15nm;銦鎵氮的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度760°C、通入氣體三甲基銦、三乙基鎵、氨氣，生成3nm銦鎵氮；氮化鎵的生長(zhǎng)條件為:氣壓300乇、溫度865°C、通入氣體三乙基鎵、氨氣，生成12nm氮化鎵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步驟2)中藍(lán)寶石晶片放入H3PO4溶液的時(shí)間是15分鐘，H3PO4溶液的溫度是200°C。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103887379SQ201410123683
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】胡丹, 繆炳有, 張汝京, 黃宏嘉 申請(qǐng)人:西安神光皓瑞光電科技有限公司