一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法
【专利摘要】本发明提出了一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，包括以下步骤：1）在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓；2）将步骤1）生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液，之后取出用离子水清洗甩干；3）将步骤2）清洗甩干后的蓝宝石晶片再进行生长；4）将GaN基键合在硅基板上，利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。本发明的一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，降低GaN的缺陷密度，进一步提高LED亮度。
【专利说明】—种用湿法腐蚀减少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】，尤其涉及一种用湿法腐蚀减少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，材料缺陷是一个重要的限制因素；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方法使用一种氧化物图形化的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 μ 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方法是在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生长缺陷降低约一个数量级。然而，在缺陷处形成的SiNx本质上具有统计规律，所以很难控制。
[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，并导致缺陷减少。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，本发明提出了一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，降低GaN的缺陷密度，进一步提高LED亮度。
[0008]本发明的技术解决方案是:一种用湿法腐蚀减少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)在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓；
[0010]2)将步骤I)生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液，之后取出用离子水清洗甩干；
[0011]3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片再进行生长；
[0012]4)将GaN基键合在硅基板上，利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。
[0013]上述步骤I)的具体步骤是:
[0014]1.1)将蓝宝石晶片放入MOCVD中；
[0015]1.2)调节MOCVD中温度至500-600°C，压力600乇，使GaN在蓝宝石晶片上生长30nm ；
[0016]1.3)将MOCVD中温度升高至1000-1100°C、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um。
[0017]上述步骤2)中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是5-15分钟，KOH溶液的温度是 300-400°C。
[0018]上述步骤3)具体步骤是:将蓝宝石晶片重新放入MOCVD腔室中生长，依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓。
[0019]上述依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓的具体参数是:气压400乇、温度1050°C、通入气体为三甲基镓和氨气，生成1.5-2.5um非掺杂氮化镓；气压300乇、温度1050°C、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3um掺硅氮化镓；气压200乇、温度950°C、通入气体为三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成0.3um掺镁氮化镓；(多量子阱的参数: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、三乙基镓、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。)
[0020]上述步骤2)中碱性溶液是KOH或NaOH。
[0021]上述步骤2)中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350°C。
[0022]本发明提出一种通过GaN/蓝宝石界面刻蚀降低GaN缺陷密度的方法U-GaN生长结束后，进行湿法腐蚀(磷酸+硫酸溶液或KOH湿法腐蚀);透过GaN缺陷蚀刻至GaN/蓝宝石界面，并沿着界面蚀刻，紧接着晶圆再次进入外延设备重新进行GaN外延生长一-U-GaN，从而填满U-GaN表面；
[0023]被刻蚀的通道，重新生长的GaN會直接在刻蚀過的GaN上生长GaN，而不會在蓝宝石上生长。这样GaN部分应力被释放，重新生长的GaN會有較低的缺陷密度，此製程會在蓝宝石界面的GaN处留下倒金字塔結構，该倒金字塔結構可以增加光提取效率。用此方法生长的GaN外延优点:1)缺陷降低1-2个数量级(从IOVcm2 — 108-107/cm2) ；2) GaN和蓝宝石基板之間的晶格失配应力大大减少；3)增加外延电致光功率(EL-L0P@20mA) ；4)利用倒装技术可剥离蓝宝石基片，进行二次外延生长。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明的原理示意图；
[0025]图2—图5是本发明的方法示意图；
【具体实施方式】
[0026]本发明提供一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，
[0027]I)生长U-GaN(非掺杂氮化镓):在2寸蓝宝石平片上用MOCVD生长30nm的低温(550°C)GaN作为缓冲层(LT-GaN)，参见图2 ；
[0028]1.1)将蓝宝石晶片放入MOCVD中；
[0029]1.2)调节MOCVD中温度至500-600°C，压力600乇，使GaN在蓝宝石晶片上生长30nm ；
[0030]1.3)将MOCVD中温度升高至1000-1100°C、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um ；[0031]2)界面湿法腐蚀:将生长了 U-GaN的蓝宝石晶片放入熔融的强碱溶液；
[0032]强碱溶液可以是KOH溶液，时间是5-15分钟，优选10分钟，温度300_400°C，优选350°C，并用去离子水清洗甩干，如图3所示；其他强碱性溶液也可以，如NaOH;此步骤的作用通过腐蚀U-GaN (非掺杂氮化镓)表面的缺陷，使蓝宝石界面处的氮化镓也被KOH腐蚀，从而在界面处氮化镓形成倒金字塔形状。其目的是在U-GaN表面形成腐蚀孔、在界面处形成倒金字塔形状。
[0033]3) LED结构层生长:将腐蚀后的U-GaN蓝宝石晶片重新放入MOCVD腔室中生长，依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓，如图4所示；依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓的具体参数是:气压400乇、温度1050°C、通入气体为三甲基镓和氨气，生成1.5-2.5um非掺杂氮化镓；气压300乇、温度1050°C、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3um掺硅氮化镓；气压200乇、温度950°C、通入气体为三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成0.3um掺镁氮化镓；(多量子阱的参数: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、三乙基镓、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。)
[0034]4)蓝宝石倒装剥离:利用倒装技术(高温金属键合工艺)将GaN基键合在硅基板上，并利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片，可进行二次GaN生长，如图5所示。
【权利要求】
1.一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1)在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓； 2)将步骤I)生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液，之后取出用离子水清洗甩干； 3)将步骤2)清洗甩干后的蓝宝石晶片再进行生长； 4)将GaN基键合在硅基板上，利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。
2.根据权利要求1所述的用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤I)的具体步骤是: 1.1)将蓝宝石晶片放入MOCVD中； 1.2)调节MOCVD中温度至500-600°C，压力600乇，使GaN在蓝宝石晶片上生长30nm ； 1.3)将MOCVD中温度升高至1000-1100°C、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um。
3.根据权利要求2所述的用湿法腐蚀减少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碱性溶液的时间是5-15分钟，KOH溶液的温度是300-400 V。
4.根据权利要求3所述的用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤3)具体步骤是:将蓝宝石晶片重新放入MOCVD腔室中生长，依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓。
5.根据权利要求4所述的用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓的具体参数是:气压400乇、温度1050°C、通入气体为三甲基镓和氨气，生成1.5-2.5um非掺杂氮化镓；气压300乇、温度1050°C、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3um掺硅氮化镓；气压200乇、温度950°C、通入气体为三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成0.3um掺镁氮化镓；(多量子阱的参数: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、三乙基镓、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。
6.根据权利要求1所述的用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于:所述步骤2)中碱性溶液是KOH或NaOH。
7.根据权利要求1所述的用湿法腐蚀减少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10分钟，KOH溶液的温度是350°C。
【文档编号】H01L33/00GK103872190SQ201310449306
【公开日】2014年6月18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