氮化镓衬底材料制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓衬底材料制造方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成图形化的掩膜层，并以所述图形化的掩膜层为掩模，刻蚀所述衬底，使所述衬底表面形成多个凹槽；形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底具有凹槽一侧的表面，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞；在所述缓冲层上形成氮化镓层；去除所述衬底和缓冲层。由于所述空洞的存在，从而降低了氮化镓层的位错密度，释放了氮化镓层中的应力，由此可形成缺陷较少的氮化镓层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光领域，特别是涉及一种。
技术介绍
发光二极管由于具有寿命长、能耗低等优点，应用于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，发光二极管在照明领域常用作发光装置。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。请参阅图1，图1是一种现有技术的发光二极管的剖面结构示意图。所述发光二极管包括衬底11、缓冲层(buffer layer) 12、N型接触层(N contact layer) 13、N型覆盖层(N active layer) 14、有源层(light emitting layers) 15>P MSimM (P active layer) 16、 P型接触层(P contact layer) 17、与所述P型接触层17连接的正电极18以及与所述N型接触层13连接的负电极19。所述发光二极管是双异质(Double Heterogeneous,DH)结构的发光二极管，其中双异质结构包括N型覆盖层14、有源层15和P型覆盖层16。所述有源层15为所述发光二极管的发光层。所述N型覆盖层14为N型掺杂氮化镓层，所述P型覆盖层16为P型掺杂氮化镓层。类似的，美国专利US 5777350也公布了一种氮化物半导体发光器件。然而，由于氮化镓体单晶很难获得，所以，目前氮化镓材料的生长主要通过在蓝宝石(Sapphire，Al2O3)衬底上进行异质外延的手段获得，最主要的外延生长技术有金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)以及卤化物气相外延(HVPE)等。但是，由于蓝宝石衬底与氮化镓外延层存在很大的晶格失配(lattice mismatch)和热胀失配，所以不可避免地会在氮化镓外延层中引入大量的位错(dislocation)，降低了器件的内量子效率。因此，有必要提供一种，以形成高质量的氮化镓衬底材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以形成缺陷少、高质量的氮化镓衬底材料。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种，包括提供一衬底；在所述衬底上形成图形化的掩膜层，并以所述图形化的掩膜层为掩模，刻蚀所述衬底， 使所述衬底表面形成多个凹槽；形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底具有凹槽一侧的表面，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞；在所述缓冲层上形成氮化镓层；去除所述衬底和缓冲层。可选的，在所述的，所述凹槽的高宽比大于或等于 1.2 I0所述凹槽的高度为1 3μπι，所述凹槽的宽度为1 2μπι，所述凹槽的长度为 1 ΙΟμπι。所述凹槽的密度大于或等于108/Cm2。可选的，在所述的，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、 硅、氧化锌、砷化镓或尖晶石。可选的，在所述的，刻蚀所述衬底形成凹槽的步骤中，刻蚀气体为三氯化硼和氯的混合物，腔室气压为10 30毫托，底板功率为200 400瓦，线圈功率为100 200瓦。可选的，在所述的，利用金属有机化合物化学气相沉积的方式在所述缓冲层上形成氮化镓层。可选的，在所述的，所述金属有机化合物化学气相沉积工艺的温度为800 1400°C，腔室压力为400 760torr。可选的，在所述，氮化镓层的厚度为100 μ m 10cm。可选的，在所述的，去除所述衬底和缓冲层的步骤包括 利用激光剥离或湿法刻蚀的方式去除衬底和部分缓冲层；以及利用研磨的方式去除剩余的缓冲层。与现有技术相比，本专利技术在衬底邻近所述缓冲层的一侧表面形成有多个凹槽，在所述衬底上形成缓冲层时，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞，后续形成的氮化镓层中的位错被吸收(dislocation trapping)，从而降低了氮化镓层的位错密度(dislocation density)，释放了氮化镓层中的应力，由此可形成缺陷较少、高质量的氮化镓层。附图说明图1是一种现有技术的发光二极管的剖面结构示意图。图2是本专利技术的的流程图。图3到图8是本专利技术的的各步骤示意图。图9是本专利技术的凹槽的俯视图。图10是本专利技术的形成空洞步骤的放大示意图。 具体实施例方式本专利技术的核心思想在于，提供一种，通过在衬底邻近所述缓冲层的一侧表面形成多个凹槽，在所述衬底上形成缓冲层时，可使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞，由于所述空洞的存在，后续形成的氮化镓层中的位错被吸收，从而降低了氮化镓层的位错密度，释放了氮化镓层中的应力，由此可形成缺陷较少的氮化镓层。请参阅图2，其为本专利技术的的流程图。所述包括以下步骤步骤SlO 提供一衬底；步骤S20 在所述衬底上形成图形化的掩膜层，并以所述图形化的掩膜层为掩模， 刻蚀所述衬底，使所述衬底表面形成多个凹槽；步骤S30 形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底具有凹槽一侧的表面，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞；步骤S40 在所述缓冲层上形成氮化镓层；步骤S50 去除所述衬底和缓冲层。下面结合图3到图8，详细说明本专利技术的。如图3所示，首先，提供一衬底100。所述衬底100的材料可以为蓝宝石、碳化硅 (SiC)、硅、氧化锌(ZnO)、砷化镓(GaAs)、尖晶石(MgAL2O4)，以及晶格常数接近氮化物半导体的单晶氮化物。优选的，所述衬底为蓝宝石衬底或者硅衬底。如图4所示，接着，在所述衬底100上形成图形化的掩膜层100a，所述图形化的掩膜层IOOa例如为图形化的光刻胶层，可利用曝光显影等现有技术图形化光刻胶层形成，在此不再赘述。 如图5所示，然后，以所述图形化的掩膜层IOOa为掩模，刻蚀所述衬底100，在所述衬底100的表面形成多个凹槽101。在刻蚀过程中，刻蚀气体例如为三氯化硼(BCl3)和氯 (Cl2)的混合物，Cl2的流量为10 100SCCm，BCl3的流量为5 50sCCm，腔室气压为10到 30毫托，底板功率为200到400瓦，线圈功率为100到200瓦。当然，上述数值仅为本专利技术的较佳实施例，并不用于限定本专利技术。优选地，如图5和图9所示，所述凹槽101的高宽比大于或等于1.2 1，所述凹槽101的高度H为1 3μπι，所述凹槽101的宽度W为1 2μπι，所述凹槽101的长度L 为1 10 μ m。所述凹槽101的密度大于或等于108/Cm2，每个凹槽101内可形成有一个空洞111，相应的，空洞111的密度也大于或等于108/em2，外延层线性位错的密度至少可以降低至IOVem2以下。如图6所示，在所述衬底100上形成凹槽101之后，在所述衬底100具有凹槽101 的一侧表面形成缓冲层110，所述缓冲层110可以采用现有技术的制造方法形成，如采用金属有机化合物化学气相沉积的方法形成。当所述衬底100为蓝宝石衬底时，所述缓冲层110 为低温条件下生长的氮化镓层；当所述衬底100为硅衬底时，所述缓冲层110为氮化铝层。 结合图10所示，由于沉积工艺的特性所致，在形成所述缓冲层110的过程中，凹槽中心位置无法完全填充到(凹槽侧壁附近相对容易覆盖上缓冲层)，随着缓冲层的逐步沉积，其中心形成了空洞而顶部逐渐趋于平缓，直至最终形成了顶部平滑而中心位置具有空洞的缓冲层。优选地，所述衬底上方的缓冲层的厚度T为2 5 μ m。如图7所示，形成所述缓冲层110之后，在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氮化镓衬底材料制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成图形化的掩膜层，并以所述图形化的掩膜层为掩模，刻蚀所述衬底，使所述衬底表面形成多个凹槽；形成缓冲层，所述缓冲层覆盖所述衬底具有凹槽一侧的表面，使得所述沟槽内的缓冲层中形成有空洞；在所述缓冲层上形成氮化镓层；去除所述衬底和缓冲层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张汝京，
申请(专利权)人：西安神光安瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87