一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法
【专利摘要】本发明提出了一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法，能够减少图形化衬底上空白区域的位错，提高了图形化衬底外延晶体的整体质量。该方法首先在图形化衬底上生长第一外延层，然后对图形化衬底上对应图形位置的外延进行保护，对于未保护区域进行刻蚀处理，然后清洗掉保护层；在刻蚀后的第一外延层基底上继续外延生长第二外延层，直到长成为不同的氮化镓柱体相互连接形成表面平整的一体结构，在原有未保护区域则形成空隙结构。
【专利说明】一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体材料制备设计领域，具体涉及一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法。
【背景技术】
[0002]在目前的的氮化镓系列材料外延工艺中，蓝宝石/硅和碳化硅衬底是普遍采用的衬底材料，但是由于氮化镓材料和衬底材料之间存在着极大的晶格失配和热失配致使生长的外延材料存在着位错等缺陷和内应力。材料存在的位错等缺陷和内应力则导致了器件大的漏电流和低的输出效率。为此大量的研究机构对提升氮化镓异质外延进行了系统的研究，研究结果表明，对衬底的图形化处理可以明显改善晶体质量和提高器件效率。
[0003]相对于普通衬底，在图形化衬底上生长氮化镓外延层一方面可以有效减少氮化镓外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命；另一方面有源区发出的光，经氮化镓和衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。综合这两方面的原因，使图形化上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。与普通衬底相比亮度可以有30% -50%的提升。
[0004]但是图形化衬底对外延质量的提升效果仅存在于图形化衬底对应的区域，而对于图形化衬底上的空白区域即需要外延成核的区域仍然存在着较多的位错降低了晶体质量，这已成为制约晶体质量进一步提高的重要因素。
[0005]本发明的主要目的就在于在第一外延层生长之后对图形化衬底上的空白区域即需要外延成核的区域进行处理，把包含位错较多的区域在成核外延之后去除掉，再利用原有的图形化衬底上面高质量的外延层作为基础进行二次生长。如此大大的降低了位错的密度，而且由于在第一外延层处理留下了较多的空隙有利于氮化镓材料和衬底之间的应力释放和形成空间全反射界面有利于出光效率的提升。
【发明内容】
[0006]本发明提出了一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法，能够减少图形化衬底上空白区域的位错，提闻了图形化衬底外延晶体的整体质量。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法，主要包括以下步骤:
[0009]I)在图形化衬底上生长第一外延层，第一外延层整体厚度高于衬底图形0.1-2 u m ；
[0010]2)对图形化衬底上对应图形位置的外延进行保护，对于未保护区域进行刻蚀处理，然后清洗掉保护层；
[0011 ] 3)在刻蚀后的第一外延层基底上继续外延生长第二外延层，直到长成为不同的氮化镓柱体相互连接形成表面平整的一体结构，在原有未保护区域则形成空隙结构；[0012]4)在此平整化的第二外延材料基础上进行后续的外延生长。
[0013]基于上述基本方案，本发明还做如下优化限定:
[0014]上述图形化衬底的材料为硅、碳化硅，蓝宝石或者氮化镓。
[0015]上述第一外延层的材料为氮化镓、氮化镓铝、氮化镓铟铝的一种或其任意组合。
[0016]步骤2)中所述图形化衬底上对应图形位置是图形自身幅面60%-150%的正投影区域。
[0017]步骤2)中对于未保护区域进行刻蚀处理的刻蚀深度至对应的图形化衬底位置结束为佳；实际刻蚀深度也可以为第一外延层基底上任意深度。
[0018]上述第二外延层的材料为氮化镓、氮化镓铝、氮化镓铟铝的一种或其任意组合，材料与第一外延层可以相同也可以不同。
[0019]步骤4)进行后续的外延生长采用的材料为氮化镓、氮化铟、氮化镓铟、氮化镓铝、氮化镓铟铝中的一种或其任意组合。
[0020]本发明具有以下优点:
[0021]本发明对传统的图形衬底外延技术进行了优化处理，保留了原有图形化衬底外延工艺降低位错提高晶体质量和提高出光效率的优势，同时把仅存的位错形成机制破坏而最大限度的降低了位错形成。填补了目前图形化衬底仅对于图形化对应区域晶体质量提升而不能对全部外延区域晶体质量提升的技术空白，使整体材料的晶体质量得到了全面的有效提升。本技术工艺操作简单，仅需要增加一次刻蚀处理的成本就可以对20% -70%面积的无图形区域晶体质量大幅度改善，最大可能的保证了器件的性能和延长器件寿命。经过实际的实验模拟证明，经过此工艺刻蚀形成的空隙区域也可以增加光线的全反射而提升出光效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为在图形化衬底上生长第一外延层(与传统的图形衬底外延相同)。
[0023]图2为对第一外延层未保护区域进行刻蚀处理的示意图。
[0024]图3为对第一外延层未保护区域进行刻蚀处理后的形貌。
[0025]图4为继续外延生长第二外延层后的整体结构。
【具体实施方式】
[0026]本发明在图形化的衬底材料上生长第一外延层，第一外延层整体厚度高于衬底图形0.1-2 μ m;外延生长时的成核中心为衬底上没有图形的空白区域，在成核区域存在着较多地晶体缺陷，位错密度较高。而对于图形上对应的区域位错密度则较低，晶体质量较高。对图形衬底上对应图形位置的外延进行保护，对未保护区域即对应外延成核区域进行光亥IJ，刻蚀深度为到衬底位置结束，然后清洗掉保护层；在刻蚀后的第一外延层基底上继续外延生长第二外延层，直到长成为不同的氮化镓柱体相互连接形成平整的一体结构，在原有无图形区域则形成空隙结构；继续在此平整化的第二外延材料基础上继续外延生长其他的功能结构层。
[0027]如图1所示:第一步，在图形化的蓝宝石(A1203)衬底上先外延生长一层氮化镓，氮化镓材料整体厚度高于衬底图形高度(即超出图形最高点)0.1-2 μ m。[0028]如图2、图3所示，第二步，对衬底上对应图形位置进行保护，而对无图形的空白区域进行刻蚀，沿光阻掩模板光刻氮化镓材料，一直刻蚀到衬底位置结束；把原有的高位错成核区去除掉，然后清洗掉刻蚀保护层。
[0029]如图4所示，第三步，在刻蚀后的氮化镓基底上继续外延生长，直到长成为不同的氮化镓柱体相互连接形成整体结构，在原有的成核位错区域则形成为空隙。
[0030]之后，可以在此高质量的氮化镓材料基础上继续外延生长其他的功能结构。
【权利要求】
1.一种提高图形化衬底外延晶体质量的方法，主要包括以下步骤: 1)在图形化衬底上生长第一外延层，第一外延层整体厚度高于衬底图形0.1-2μπι； 2)对图形化衬底上对应图形位置的外延进行保护，对于未保护区域进行刻蚀处理，然后清洗掉保护层； 3)在刻蚀后的第一外延层基底上继续外延生长第二外延层，直到长成为不同的氮化镓柱体相互连接形成表面平整的一体结构，在原有未保护区域则形成空隙结构； 4)在此平整化的第二外延材料基础上进行后续的外延生长。
2.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:所述图形化衬底的材料为硅、碳化硅，蓝宝石或者氮化镓。
3.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:所述第一外延层的材料为氮化镓、氮化镓铝、氮化镓铟铝的一种或其任意组合。
4.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:步骤2)中所述图形化衬底上对应图形位置是图形自身幅面60%-150%的正投影区域。
5.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:步骤2)中对于未保护区域进行刻蚀处理的刻蚀深度至对应的图形化衬底位置结束。
6.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:所述第二外延层的材料为氮化镓、氮化镓铝、氮化镓铟铝的一种或其任意组合。
7.根据权利要求1所述的提高图形化衬底外延晶体质量的方法，其特征在于:步骤4)进行后续的外延生长采用的材料为氮化镓、氮化铟、氮化镓铟、氮化镓铝、氮化镓铟铝中的一种或其任意组合。
【文档编号】H01L33/00GK103996600SQ201410205354
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】李淼 申请人:西安神光皓瑞光电科技有限公司