一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法技術

本發明專利技術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)在藍寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵；2)將步驟1)生長了非摻雜氮化鎵的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干；3)將步驟2)清洗甩干后的藍寶石晶片再進行生長；4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片。本發明專利技術的一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，降低GaN的缺陷密度，進一步提高LED亮度。

Method for reducing epitaxial defects of GaN by wet etching

The invention provides a method for reducing GaN epitaxial defects by wet etching, which comprises the following steps: 1) the growth of non doped Gan on sapphire wafer; 2) step 1) alkaline solution of non doped Gan sapphire wafer into the melt growth, then removed with deionized water washing and drying; 3) will step 2) sapphire wafer cleaning and drying after further growth; 4) GaN bonded on the silicon substrate by high temperature, lattice mismatch stress stripping sapphire substrate. A method for reducing epitaxial defects in GaN by wet etching reduces the defect density of the GaN and further enhances the brightness of the LED.

【技術實現步驟摘要】
一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法
本專利技術涉及LED外延生長
，尤其涉及一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法。
技術介紹
GaN通常生長在藍寶石基板上，具有相對高的缺陷密度1x108-9/cm2，原因是GaN和藍寶石之間的較大的晶格失配。在LED器件特性方面，材料缺陷是一個重要的限制因素；當發光波長從藍光延伸至紫外或綠光時，該問題變得更加嚴重。從已報道技術來看，解決該問題的方法是外延橫向過生長(ELOG，EpitaxialLateralOverGrowth)、缺陷阻擋層(DBL，DefectBlockingLayer)和藍寶石圖形化襯底(PSS，PatternSapphireSubstrate)。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個數量級。然而，缺陷減少只發生在氧化物覆蓋的區域，通常限制在3-5μm的區域，很難延伸至連續的大塊區域。這就限制了該技術在實際器件中的應用。DBL方法是在GaN外延生長期間插入短時間的SiNx生長，此SiNx很容易在缺陷區域生長，起到屏蔽缺陷的作用；后續的GaN生長缺陷降低約一個數量級。然而，在缺陷處形成的SiNx本質上具有統計規律，所以很難控制。PSS方法采用三維圖形陣列的藍寶石襯底，比如圓頂形狀。三維圓頂型幾何圖形起到兩個作用或目的。第一，3D圓頂促使GaN橫向生長，這里的橫向生長類似于之前提到的ELOG方法，并導致缺陷減少。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，該方法已成功地應用于生產，但是它增加了大量的襯底費用。因此,如何有效的減少藍寶石上GaN外延缺陷一直是業界關注的焦點,從而提高LED的發光效率。
技術實現思路
為了解決
技術介紹
中所存在的技術問題，本專利技術提出了一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，降低GaN的缺陷密度，進一步提高LED亮度。本專利技術的技術解決方案是：一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：1)在藍寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵；2)將步驟1)生長了非摻雜氮化鎵的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干；3)將步驟2)清洗甩干后的藍寶石晶片再進行生長；4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片。上述步驟1)的具體步驟是：1.1)將藍寶石晶片放入MOCVD中；1.2)調節MOCVD中溫度至500-600℃，壓力600乇，使GaN在藍寶石晶片上生長30nm；1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100℃、壓力400乇，生長非摻雜氮化鎵1.2um。上述步驟2)中藍寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時間是5-15分鐘，KOH溶液的溫度是300-400℃。上述步驟3)具體步驟是：將藍寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長，依次生長非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵。上述依次生長非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵的具體參數是：氣壓400乇、溫度1050℃、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℃、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℃、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:10對銦鎵氮(InGaN3nm)/氮化鎵(GaN12nm),每對的厚度為15nm；銦鎵氮的生長條件為：氣壓300乇、溫度760℃、通入氣體三甲基銦、三乙基鎵、氨氣，生成3nm銦鎵氮；氮化鎵的生長條件為：氣壓300乇、溫度865℃、通入氣體三乙基鎵、氨氣，生成12nm氮化鎵。)上述步驟2)中堿性溶液是KOH或NaOH。上述步驟2)中藍寶石晶片放入熔融的KOH溶液的時間是10分鐘，KOH溶液的溫度是350℃。本專利技術提出一種通過GaN/藍寶石界面刻蝕降低GaN缺陷密度的方法---U-GaN生長結束后，進行濕法腐蝕(磷酸+硫酸溶液或KOH濕法腐蝕)；透過GaN缺陷蝕刻至GaN/藍寶石界面，并沿著界面蝕刻，緊接著晶圓再次進入外延設備重新進行GaN外延生長---U-GaN，從而填滿U-GaN表面；被刻蝕的通道，重新生長的GaN會直接在刻蝕過的GaN上生長GaN，而不會在藍寶石上生長。這樣GaN部分應力被釋放，重新生長的GaN會有較低的缺陷密度，此製程會在藍寶石界面的GaN處留下倒金字塔結構，該倒金字塔結構可以增加光提取效率。用此方法生長的GaN外延優點：1)缺陷降低1-2個數量級(從109/cm2→108-107/cm2)；2)GaN和藍寶石基板之間的晶格失配應力大大減少；3)增加外延電致光功率(EL-LOP@20mA)；4)利用倒裝技術可剝離藍寶石基片，進行二次外延生長。附圖說明圖1是本專利技術的原理示意圖；圖2—圖4是本專利技術的方法示意圖；具體實施方式本專利技術提供一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，1)生長U-GaN(非摻雜氮化鎵)：在2寸藍寶石平片上用MOCVD生長30nm的低溫(550℃)GaN作為緩沖層(LT-GaN)，參見圖2；1.1)將藍寶石晶片放入MOCVD中；1.2)調節MOCVD中溫度至500-600℃，壓力600乇，使GaN在藍寶石晶片上生長30nm；1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100℃、壓力400乇，生長非摻雜氮化鎵1.2um；2)界面濕法腐蝕：將生長了U-GaN的藍寶石晶片放入熔融的強堿溶液；強堿溶液可以是KOH溶液，時間是5-15分鐘，優選10分鐘，溫度300-400℃，優選350℃，并用去離子水清洗甩干，如圖3所示；其他強堿性溶液也可以，如NaOH；此步驟的作用通過腐蝕U-GaN(非摻雜氮化鎵)表面的缺陷，使藍寶石界面處的氮化鎵也被KOH腐蝕，從而在界面處氮化鎵形成倒金字塔形狀。其目的是在U-GaN表面形成腐蝕孔、在界面處形成倒金字塔形狀。3)LED結構層生長：將腐蝕后的U-GaN藍寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長，依次生長非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵，如圖4所示；依次生長非摻雜氮化鎵、摻硅氮化鎵、多量子阱和摻鎂氮化鎵的具體參數是：氣壓400乇、溫度1050℃、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℃、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℃、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:10對銦鎵氮(InGaN3nm)/氮化鎵(GaN12nm),每對的厚度為15nm；銦鎵氮的生長條件為：氣壓300乇、溫度760℃、通入氣體三甲基銦、三乙基鎵、氨氣，生成3nm銦鎵氮；氮化鎵的生長條件為：氣壓300乇、溫度865℃、通入氣體三乙基鎵、氨氣，生成12nm氮化鎵。)4)藍寶石倒裝剝離：利用倒裝技術(高溫金屬鍵合工藝)將GaN基鍵合在硅基板上，并利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片，可進行二次GaN生長，如圖5所示。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：1)在藍寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵；2)將步驟1)生長了非摻雜氮化鎵的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干；3)將步驟2)清洗甩干后的藍寶石晶片再進行生長；4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片。

【技術特征摘要】
1.一種用濕法腐蝕減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：1)在藍寶石晶片上生長非摻雜氮化鎵；2)將步驟1)生長了非摻雜氮化鎵的藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液，之后取出用去離子水清洗甩干；3)將步驟2)清洗甩干后的藍寶石晶片再進行生長；4)將GaN基鍵合在硅基板上，利用高溫晶格失配應力剝離藍寶石基片。2.根據權利要求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1)的具體步驟是：1.1)將藍寶石晶片放入MOCVD中；1.2)調節MOCVD中溫度至500-600℃，壓力600乇，使GaN在藍寶石晶片上生長30nm；1.3)將MOCVD中溫度升高至1000-1100℃、壓力400乇，生長非摻雜氮化鎵1.2um。3.根據權利要求2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)中藍寶石晶片放入熔融的堿性溶液的時間是5-15分鐘，KOH溶液的溫度是300-400℃。4.根據權利要求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3)具體步驟是：將藍寶石晶片重新放入MOCVD腔室中生長，依次生長非摻雜氮化鎵、摻硅...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張汝京，鄧覺為，黃宏嘉，繆炳有，梁金剛，
申請(專利權)人：西安神光皓瑞光電科技有限公司，
類型：發明
國別省市：陜西,61