一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法
【专利摘要】本发明提出了一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，包括以下步骤：1）在蓝宝石晶片放入MOCVD中生长氮化镓；2)将步骤1）生长了氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱溶液，氮化镓被KOH溶液腐蚀，表面产生锯齿状蚀坑，之后取出用去离子水清洗甩干；3)将步骤2）清洗甩干后的蓝宝石晶片放入PECVD设备再进行生长,用等离子体淀积法生长1um厚的SiO2；4）对步骤3）的蓝宝石晶片进行研磨，除去氮化镓未被蚀坑平面上的SiO2，并清洗干净；5）将研磨后的蓝宝石晶片用MOCVD继续依次生长n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓，完成LED结构层生长。本发明的一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，大大降低缺陷密度。
【专利说明】一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED外延生长【技术领域】,尤其涉及一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]GaN通常生长在蓝宝石基板上，具有相对高的缺陷密度lX108_9/cm2，原因是GaN和蓝宝石之间的较大的晶格失配。在LED器件特性方面，材料缺陷是ー个重要的限制因素；当发光波长从蓝光延伸至紫外或绿光时，该问题变得更加严重。从已报道技术来看，解决该问题的方法是外延横向过生长(ELOG, Epitaxial Lateral Over Growth)、缺陷阻挡层(DBL,Defect Blocking Layer)和蓝宝石图形化衬底(PSS, Pattern Sapphire Substrate)。
[0003]ELOG方法使用ー种氧化物图形化的GaN模板，这可使缺陷密度降低1_2个数量级。然而，缺陷减少只发生在氧化物覆盖的区域，通常限制在3-5 u m的区域，很难延伸至连续的大块区域。这就限制了该技术在实际器件中的应用。
[0004]DBL是在GaN外延生长期间插入短时间的SiNx生长，此SiNx很容易在缺陷区域生长，起到屏蔽缺陷的作用；后续的GaN生长缺陷降低约ー个数量级。然而，在缺陷处形成的SiNx本质上具有随机特性，难以控制。
[0005]PSS方法采用三维图形阵列的蓝宝石衬底，比如圆顶形状。三维圆顶型几何图形起到两个作用或目的。第一，3D圆顶促使GaN横向生长，这里的横向生长类似于之前提到的ELOG方法，并导致缺陷減少。第二，3D圆顶几何图形可大大地帮助光逃逸，从而增加总的光输出功率。目前，该方法已成功地应用于生产，但是它增加了大量的衬底费用。
[0006]因此，如何有效的减少监宝石上GaN外延缺陷一直是业界关注的焦点，从而提闻LED的发光效率。
【发明内容】
[0007]为了解决【背景技术】中所存在的技术问题，本发明提出了一种通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，大大降低缺陷密度。
[0008]本发明的技术解决方案是:一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0009]I)在蓝宝石晶片放入MOCVD中生长氮化镓；
[0010]2)将步骤I)生长了氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱溶液，氮化镓被KOH溶液腐蚀，表面产生锯齿状蚀坑，之后取出用去离子水清洗甩干；
[0011]3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片放入PECVD设备再进行生长，用等离子体淀积法生长Ium厚的SiO2 ；
[0012]4)对步骤3)的蓝宝石晶片进行研磨，除去氮化镓未被蚀坑平面上的SiO2,井清洗干净;
[0013]5)将研磨后的蓝宝石晶片用MOCVD继续依次生长n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓，完成LED结构层生长。
[0014]上述步骤I)中的氮化镓是未掺杂氮化镓或n型氮化镓。
[0015]上述步骤I)氮化镓生成的具体步骤是=MOCVD中通入气体源，包括有机源Ga、氨气(NH3)和掺杂源硅烷(SiH4)，温度1050°C，气压200-600Torr ;氮化镓生长2_3um。
[0016]上述步骤2)中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是8-12分钟，KOH溶液的温度是 380-420°C。
[0017]上述步骤3)中生长Ium厚的SiO2的具体步骤是:在压カ2乇、温度350°C、功率80瓦的条件下，通入硅烷、笑气和氮气；硅烷流量50sCCm(标况毫升每分)、笑气流量156sccm(标况晕升姆分)、氮气流量2000sccm(标况晕升姆分)。
[0018]上述步骤4)中是通过CMP设备对蓝宝石晶片进行研磨，研磨的具体參数是:压カ
2.66磅/平方英寸、转速80转/分、采用研磨液为含SiO2颗粒的碱性溶液。
[0019]上述步骤5)中氮化镓生长条件:温度1050°C、压カ300乇、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3微米氮化镓；p型氮化镓生长条件:温度950°C、压カ200乇、通入气体三甲基镓、氨气和P型掺杂源ニ茂镁，生成100纳米p型氮化镓。多量子阱生长条件:10对铟镓氮(InGaN3nm) /氮化镓(GaN12nm)，每对的厚度为15nm;铟镓氮的生长条件为:气压300乇、温度760°C、通入气体三甲基铟、ニこ基镓、氨气，生成3nm铟镓氮；氮化镓的生长条件为:气压300乇、温度865°C、通入气体三こ基镓、氨气，生成12nm氮化镓。
[0020]上述步骤2)中强碱溶液是KOH或NaOH。
[0021]上述步骤2)蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是10分钟，KOH溶液的温度是 400°C。
[0022]本发明提出一种通过选择性缺陷钝化降低GaN缺陷密度的方法。使用化学刻蚀在缺陷点选择性地制造刻蚀坑，此刻蚀坑后续被SiOx钝化。钝化是用PECVD生长SiOx并研磨后完成的。GaN在这种衬底上生长会大大降低缺陷密度(1-2个数量级)。缺陷钝化工艺可通过自形成坑和旋涂来进一歩改进。利用该方法制作的芯片优点:1)外延缺陷降低2个数量级(从IOVcm2 — IOVcm2) ；2)LED芯片光输出功率(LOP)増加了 45%。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1一图5是本发明的原理不意图；
【具体实施方式】
[0024]本发明提出了一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法:
[0025]Dn-GaN外延生长:用MOCVD在蓝宝石平片上生长2_3um的氮化镓；氮化镓生成的具体步骤是=MOCVD中通入气体源，包括有机源Ga、氨气(NH3)和掺杂源硅烷(SiH4)，温度?1050°C，气压 200-600Torr ;氮化镓生长 2_3um ；
[0026]2)湿法腐蚀n-GaN:蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是，KOH溶液的温度是将蓝宝石晶片从MOCVD机台取出，放入380-420°C，优选400°C熔融的强碱溶液腐蚀8_12分钟；优选10分钟(有缺陷处被腐蚀)，然后用去离子水冲洗干净；其他强碱性溶液也可以，如K0H,NaOH ;此步骤的作用是腐蚀n_GaN表面的缺陷，使之形成腐蚀坑，为后续的SiO2填充做准备。填充SiO2的目的是在后续的GaN生长过程中減少缺陷。[0027]3) SiO2淀积:将腐蚀后的晶片放入PECVD设备，生长Ium厚的SiO2 ;压力2乇、温度350°C、功率80瓦的条件下，通入硅烷(SiH4)、笑气(N2O)和氮气；硅烷流量50sccm(标况毫升姆分)、笑气流量156sccm、氮气流量2000sccm。
[0028]4)Si02CMP:将晶片从PECVD设备取出，放入CMP设备进行研磨，除去GaN未被蚀坑平面上的SiO2，井清洗干净，這些平面将作为后续外延生长，蚀坑中的SiO2則会留下以阻挡缺陷成长；研磨的具体參数是:压カ2.66psi (磅/平方英寸)、转速80转/分、采用研磨液为含SiO2颗粒的碱性溶液；
[0029]5)MQff生长:研磨后的蓝宝石晶片用MOCVD继续依次生长n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓，以便完成LED结构层生长。至此，外延生长完成，后续进入芯片制作。n型氮化镓生长条件:温度1050°C、压カ300乇、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3微米n型氮化镓；p型氮化镓生长条件:温度950°C、压カ200乇、通入气体三甲基镓、氨气和P型掺杂源ニ茂镁，生成100纳米p型氮化镓。多量子阱生长条件:10对铟镓氮(InGaN3nm)/氮化镓(GaN12nm)，每对的厚度为15nm ;铟镓氮的生长条件为:气压300乇、温度760°C、通入气体三甲基铟、ニこ基镓、氨气，生成3nm铟镓氮；氮化镓的生长条件为:气压300乇、温度865°C、通入气体三こ基镓、氨气，生成12nm氮化镓。
【权利要求】
1.一种通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在干:所述方法包括以下步骤: 1)在蓝宝石晶片放入MOCVD中生长氮化镓； 2)将步骤I)生长了氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱溶液，氮化镓被KOH溶液腐蚀，表面产生锯齿状蚀坑，之后取出用去离子水清洗甩干； 3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片放入PECVD设备再进行生长，用等离子体淀积法生长Ium厚的SiO2 ； 4)对步骤3)的蓝宝石晶片进行研磨，除去氮化镓未被蚀坑平面上的SiO2,井清洗干净; 5)将研磨后的蓝宝石晶片用MOCVD继续依次生长n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓，完成LED结构层生长。
2.根据权利要求1所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤I)中的氮化镓是未掺杂氮化镓或n型氮化镓。
3.根据权利要求2所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤I)氮化镓生成的具体步骤是=MOCVD中通入气体源，包括有机源Ga、氨气(NH3)和掺杂源硅烷(SiH4)，温度1050°C，气压 200-600Torr ;氮化镓生长2_3um。
4.根据权利要求3所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤2)中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是8-12分钟，KOH溶液的温度是380-420 °C。
5.根据权利要求4所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)中生长Ium厚的SiO2的具体步骤是:在压カ2乇、温度350°C、功率80瓦的条件下，通入硅烷、笑气和氮气；硅烷流量50sccm(标况毫升姆分)、笑气流量156sccm(标况毫升姆分)、氮气流量2000sccm(标况毫升姆分)。
6.根据权利要求5所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤4)中是通过CMP设备对蓝宝石晶片进行研磨，研磨的具体參数是:压カ2.66磅/平方英寸、转速80转/分、采用研磨液为含SiO2颗粒的碱性溶液。
7.根据权利要求6所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤5)中氮化镓生长条件--温度1050°C、压カ300乇、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3微米氮化镓；p型氮化镓生长条件:温度950°C、压カ200乇、通入气体三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成100纳米p型氮化镓。多量子阱生长条件:10对铟镓氮(InGaN3nm)/氮化镓(GaN12nm)，每对的厚度为15nm;铟镓氮的生长条件为:气压300乇、温度760°C、通入气体三甲基铟、二乙基镓、氨气，生成3nm铟镓氮；氮化镓的生长条件为:气压300乇、温度865°C、通入气体三乙基镓、氨气，生成12nm氮化镓。
8.根据权利要求6所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤2)中强碱溶液是KOH或NaOH。
9.根据权利要求8所述的通过缺陷钝化減少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤2)蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是10分钟，KOH溶液的温度是400°C。
【文档编号】H01L21/322GK103560079SQ201310438891
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】张汝京, 邓觉为, 黄宏嘉, 缪炳有, 梁金刚 申请人:西安神光皓瑞光电科技有限公司