一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法技术

本发明专利技术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，之后取出用去离子水清洗甩干；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。本发明专利技术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。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法
本专利技术涉及LED外延生长
，尤其涉及一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法。
技术介绍
GaN通常生长在蓝宝石基板上，具有相对高的缺陷密度1x108-9/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，EpitaxialLateralOverGrowth)、缺陷阻挡层(DBL，DefectBlockingLayer)和蓝宝石图形化衬底(PSS，PatternSapphireSubstrate)。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3-5μm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。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。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。因此,如何有效的减少蓝宝石上GaN外延缺陷一直是业界关注的焦点,从而提高LED的发光效率。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本专利技术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。本专利技术的技术解决方案是：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：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，之后取出用去离子水清洗甩干；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。上述步骤1)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℃，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℃、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um。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℃。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。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℃、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℃、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℃、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℃、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℃、通入气体三乙基镓、氨气，生成12nm氮化镓。)上述步骤2)中碱性溶液是KOH或NaOH。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℃。本专利技术提出一种通过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---U-GaN，从而填满U-GaN表面；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109/cm2→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-LOP@20mA)；4)利用倒装技术可剥离蓝宝石基片，进行二次外延生长。附图说明图1是本专利技术的原理示意图；图2—图4是本专利技术的方法示意图；具体实施方式本专利技术提供一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，1)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℃)GaN作为缓冲层(LT-GaN)，参见图2；1.1)将蓝宝石晶片放入MOCVD中；1.2)调节MOCVD中温度至500-600℃，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℃、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um；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；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℃，优选350℃，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。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℃、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℃、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℃、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℃、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℃、通入气体三乙基镓、氨气，生成12nm氮化镓。)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。本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，之后取出用去离子水清洗甩干；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。

【技术特征摘要】
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，之后取出用去离子水清洗甩干；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1)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℃，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℃、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℃。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝京，邓觉为，黄宏嘉，缪炳有，梁金刚，
申请(专利权)人：西安神光皓瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61