低缺陷氮化物半導體薄膜及其生長方法技術

本發明專利技術涉及低缺陷氮化物半導體薄膜及其生長方法。依據本發明專利技術，低缺陷密度氮化物半導體薄膜的制備可通過在襯底上形成溝槽，在襯底整個表面上順序形成緩沖層和第一氮化物半導體薄膜，蝕刻第一氮化物半導體薄膜的高缺陷密度區域，然后橫向生長第二氮化物半導體薄膜，從而得到高結晶氮化物半導體薄膜。因此，本發明專利技術的優點在于，可以制備高效率、大功率和高可靠性的光學設備或電子設備，且通過利用獲得的高結晶氮化物半導體薄膜，也可獲得高通過量。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及。具體而言，本專利技術涉及，其中具有低缺陷密度的氮化物半導體薄膜可通過下述過程獲得，在襯底上形成溝槽，在襯底整個表面上順序形成緩沖層和第一氮化物半導體薄膜，蝕刻第一氮化物半導體薄膜的高缺陷密度區域，然后橫向生長第二氮化物半導體薄膜。
技術介紹
通常，氮化物半導體薄膜廣泛應用于能夠通過寬帶隙(band gap)在短波帶(short wavelength region)發光的光學設備，且對高溫、高頻和大功率電子設備的應用的研究已經活躍地進行。這些氮化物半導體薄膜生長在藍寶石襯底上，而藍寶石襯底在高溫下通常是穩定的。然而，由于氮化物半導體薄膜和藍寶石襯底在熱膨脹系數和晶格常數方面存在著顯著的差異，所以存在諸如擊穿電勢頻繁出現的問題。為了減少藍寶石襯底和氮化物半導體薄膜中的缺陷，近來采用了這樣一種工藝，即，在藍寶石襯底上形成AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)層、SiN層或先前層疊置其上的分層膜作為緩沖層，并在緩沖層上生長氮化物半導體薄膜。如上所述，如果氮化物半導體薄膜生長到緩沖層上，那么生長的氮化物半導體薄膜就具有108至109cm-2的擊穿電勢密度，從而其缺陷密度可以被降低。此外，在制造藍-紫激光二極管或大功率、高效率、高可靠性發光二極管方面，降低缺陷密度是必要的。為降低擊穿電勢，一般采用1)在藍寶石襯底上形成圖形來調整縱向和橫向生長的方法；2)使氮化物半導體薄膜生長到藍寶石襯底上，在氮化物半導體薄膜上生長特定形狀的絕緣膜，然后再生長氮化物半導體薄膜的橫向外延附生(LEO，Lateral Epitaxial Overgrowth)方法；3)使氮化物半導體薄膜生長到藍寶石襯底上，蝕刻氮化物半導體薄膜為特定形狀，然后再生長氮化物半導體薄膜的Pendeo外延附生(Pendeo epitaxial growth)等方法。圖1a至1e表示根據現有技術利用具有掩模圖形形成其上的藍寶石襯底生長氮化物半導體薄膜的過程。參見附圖，首先在藍寶石襯底10上生長絕緣掩模圖形11，以便使藍寶石襯底可以規則間隔暴露(圖1a)。然后，通過絕緣掩模圖形11暴露的藍寶石襯底10的區域被以預定的深度d蝕刻(圖1b)。隨后，如圖1c所示，如果去掉絕緣掩模圖形11，就完成了溝槽10a以規則間隔形成其上的藍寶石襯底的制作。接下來，在藍寶石襯底10的整個上表面上生長緩沖層12(圖1d)。最后，在緩沖層12的上表面上生長氮化物半導體薄膜13(圖1e)。此時，在藍寶石襯底10的側面生長的氮化物半導體薄膜擊穿電勢13A耗散，從而降低了形成有圖形的藍寶石襯底處的缺陷密度。近來，利用上述掩模圖形形成其上的藍寶石襯底生長氮化物半導體薄膜的方法已被用于大功率、高效率發光二極管的制造。圖2a至2c表示根據現有技術通過橫向外延附生(LEO)技術生長氮化物半導體薄膜的過程。參見附圖，在藍寶石襯底20上形成第一氮化物半導體薄膜21，并在藍寶石襯底21上形成絕緣掩模圖形22，使藍寶石襯底21可以規則間隔暴露(圖2a)。然后，在通過絕緣掩模圖形22選擇性暴露的第一氮化物半導體薄膜21的區域上生長第二氮化物半導體薄膜23(圖2b)。這里，在第一氮化物半導體薄膜21的暴露區域上生長的第二氮化物半導體薄膜23在絕緣掩模圖形22上相交并進一步生長。如圖2c所示，在絕緣掩模圖形22上生長的第二氮化物半導體薄膜23中的缺陷被降低。圖3a至3c表示根據現有技術通過Pendeo外延附生方法生長氮化物半導體薄膜的過程。參見附圖，在藍寶石襯底30上生長第一氮化物半導體薄膜31(圖3a)。將生長的第一氮化物半導體薄膜31蝕刻成周期性條形圖形31a(圖3b)，第二氮化物半導體薄膜32利用周期性條形圖形31a在藍寶石襯底30上橫向生長(圖3c)。因此，橫向生長的第二氮化物半導體薄膜的擊穿電勢密度32A被降低。如上所述，按照常規降低氮化物半導體中缺陷的方法，位于形成圖形的區域上或從形成絕緣圖形的區域橫向生長的氮化物半導體薄膜中的缺陷被降低，而那些位于沒有圖形或絕緣層圖形形成的區域中的缺陷則保持。因此，存在整個晶體特性的不能獲得改善的問題。也就是說，雖然缺陷密度整體上降低了，但是缺陷密度局部或高或低的區域周期性地存在。
技術實現思路
本專利技術的構思是要解決前述問題。因此，本專利技術的一個目的是提供一種，其中，低缺陷密度氮化物半導體薄膜是通過在具有溝槽形成其上的襯底上順序生長緩沖層和第一氮化物半導體薄膜，蝕刻第一氮化物半導體薄膜的高缺陷密度區域，將低缺陷密度區域形成為周期性條形圖形，然后利用該圖形橫向生長第二氮化物半導體薄膜而得到。本專利技術的另一個目的是提供一種，其中，第二低缺陷密度氮化物半導體薄膜可通過利用第一低缺陷密度氮化物半導體薄膜形成第二氮化物半導體薄膜，從而使第二氮化物半導體薄膜可以低缺陷被保持的狀態生長，以及通過利用橫向外延附生(LEO)方法將絕緣掩模圖形所在的區域形成為氮化物半導體薄膜而整體得到。根據實現上述目的的本專利技術的第一種方案，提供一種生長低缺陷氮化物半導體薄膜的方法，包括第一步，在具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露；第四步，蝕刻通過具有掩模圖形暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域，形成第一氮化物半導體薄膜的突起的周期性條形圖形，并且從第一氮化物半導體薄膜去除絕緣掩模圖形；以及第五步，利用氮化物半導體薄膜圖形橫向生長第二氮化物半導體薄膜。根據實現上述目的的本專利技術的第二種方案，提供一種生長低缺陷氮化物半導體薄膜的方法，包括第一步，在具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽；第四步，利用絕緣掩模圖形，在通過絕緣掩模圖形暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域上橫向生長第二氮化物半導體薄膜。根據實現上述目的的本專利技術的第三種方案，提供一種生長低缺陷氮化物半導體薄膜的方法，包括第一步，在條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露；第四步，蝕刻通過絕緣掩模圖形暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域，形成第一氮化物半導體薄膜圖形，并且從第一氮化物半導體薄膜除去絕緣掩模圖形；第五步，利用氮化物半導體薄膜圖形橫向生長第二氮化物半導體薄膜。根據實現上述目的的本專利技術的第四種方案，提供一種生長低缺陷氮化物半導體薄膜的方法，包括第一步，在具有溝槽的襯底的整個表面形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在溝槽形成的襯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低缺陷氮化物半導體薄膜的生長方法，包括：第一步，在具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝 槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露；第四步，蝕刻通過絕緣掩模圖形被暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域，形成第一氮化物半導體薄膜的突起周期性條形圖形，并且 從第一氮化物半導體薄膜除去絕緣掩模圖形；以及第五步，利用氮化物半導體薄膜圖形橫向生長第二氮化物半導體薄膜。

【技術特征摘要】
KR 2003-12-31 10-2003-01012831.一種低缺陷氮化物半導體薄膜的生長方法，包括第一步，在具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露；第四步，蝕刻通過絕緣掩模圖形被暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域，形成第一氮化物半導體薄膜的突起周期性條形圖形，并且從第一氮化物半導體薄膜除去絕緣掩模圖形；以及第五步，利用氮化物半導體薄膜圖形橫向生長第二氮化物半導體薄膜。2.一種低缺陷氮化物半導體薄膜的生長方法，包括第一步，在具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第一氮化物半導體薄膜上形成絕緣掩模圖形，以使在條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被暴露，而在沒有條形溝槽形成的襯底區域上生長的第一氮化物半導體薄膜被遮蔽；以及第四步，利用絕緣掩模圖形，在通過絕緣掩模圖形暴露的第一氮化物半導體薄膜的區域上橫向生長第二氮化物半導體薄膜。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中具有條形溝槽周期性形成其上的襯底的制備過程為在襯底上形成絕緣掩模圖形，使襯底以規則間隔(d2)暴露；以預定深度(d3)蝕刻通過絕緣掩模圖形暴露的襯底；以及從襯底去除絕緣掩模圖形。4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，其中所述間隔(d2)在0.1至15.0μm的范圍內。5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，其中所述蝕刻襯底深度在0.1至10.0μm的范圍內。6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，其中所述襯底的制備材料選自包括碳化硅(SiC)、藍寶石、砷化鎵(GaAs)和氮化鎵(GaN)的種類。7.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中所述緩沖層由AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)層、SiN層以及各層疊置其上的分層膜制成。8.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中在第二步之后，第一氮化物半導體薄膜在沒有條形溝槽形成的區域上具有較高缺陷密度，而在有條形溝槽形成的區域上具有較低缺陷密度。9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，其中絕緣掩模圖形使第一氮化物半導體薄膜的低缺陷密度區域被遮蔽以及第一氮化物半導體薄膜的高缺陷密度區域被暴露。10.一種低缺陷氮化物半導體薄膜的生長方法，包括第一步，在條形溝槽周期性形成其上的襯底的整個表面上形成緩沖層；第二步，在緩沖層上生長第一氮化物半導體薄膜；第三步，在第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：辛宗彥，
申請(專利權)人：LG電子有限公司，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]