一种提高蓝宝石衬底氮化镓外延层均匀性的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高蓝宝石衬底氮化镓外延层均匀性的方法，主要是采用激光在蓝宝石衬底正面或背面激光划片，划出0.1mil×0.1mil～100mil×100mil的正方形图形，然后利用光刻在正方形区域内做出圆形图形，直径2μm～3μm，制备出蓝宝石图形衬底，再通过MOCVD生长GaN-LED，该方法减少GaN生长过程中产生的应力，提高了生长的均匀性。另外，此方法生长完GaN-LED后，制备出管芯可以直接裂片，减少一步划片裂片工艺，节省工艺制备时间，提高效率。激光划出的槽面可以增加管芯出光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高蓝宝石图形衬底上生长GaN外延层均匀性的方法，属于光电子

技术介绍
对于GaN基发光二极管(GaN-LED)来说，衬底材料的翘曲问题以及生长外延层的均匀性是广大人们关注的对象；目前常用衬底材料有蓝宝石、Si、SiC。通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上，蓝宝石衬底有许多的优点首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，适合高温生长环境中；第三，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。因此，大多都以蓝宝石作为衬底制备GaN基LED。但使 用蓝宝石作为衬底也存在一些问题，由于晶格失配和热应力失配，衬底本身翘曲比较明显，生长GaN后外延层易裂，影响芯片的制作，给后续的器件加工造成困难。针对蓝宝石衬底的晶格失配和热应力失配问题，目前多采用蓝宝石图形衬底技术(PSS)，一方面PSS可以解决由于蓝宝石与GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配，以a面为例，蓝宝石衬底晶格常数3. 18，热膨胀系数7. 5 X KT6IT1, GaN晶格常数O. 47，热膨胀系数5. 59 X ΙΟ^Γ1 ;同时PSS微型图形结构改变了 GaN的生长过程，能够抑制缺陷向外延表面延伸，降低了外延的缺陷密度。另一方面，外延GaN与蓝宝石衬底的折射率和空气的折射率存在差距，GaN材料的折射率2. 4高于蓝宝石衬底折射率I. 7和空气的折射率I. 0，从GaN有源区发出的光到达蓝宝石衬底，当入射角大于临界角时，即发生全反射，经GaN材料传播，到GaN与空气的界面，GaN折射率也大于空气的折射率，当入射角大于临界角时，同样会发生全反射现象，这样多次全反射导致GaN有源区发出的光在蓝宝石和空气之间经过多次折射而被材料吸收，降低了光的提取效率，PSS图形结构改变了有源区发出光的传播路线，减小了入射角，减少全反射的机会，增加出光机会，使更多的光经PSS结构作用反射出来，提高了光提取效率。虽然PSS技术提高了光提取效率，但是却没有减少生长过程中产生的应力，生长外延层的均匀性并未能因此有所提高。中国专利文件CN1294649公开了一种湿法腐蚀蓝宝石图形衬底的方法，包括在蓝宝石C面上蒸镀二氧化硅掩膜层，通过光刻技术刻成条形，然后腐蚀液湿法腐蚀该衬底，最后去除掩膜，得到蓝宝石图形衬底。采用直接形成图形的衬底生长外延层，生长GaN基时，穿透位错方向由垂直转为水平，从而减小GaN基外延层位错密度，提高外延层晶体质量。但是该方法不能事先释放应力，GaN生长过程中产生较大的应力，使之翘曲，生长后外延片的均匀性也比较差。此外，使用湿法刻蚀得到二氧化硅的掩膜图形，由于立体感(尺寸)很小，湿法腐蚀的方法很难控制图形的尺寸，而干法刻蚀的成本很高，不利于批量化生产。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种提高蓝宝石平板衬底或图形衬底氮化镓外延层均匀性的方法。术语解释MOCVD :金属有机物气相沉积。GaN-LED GaN 基发光二极管。PSS 图形Patterned sapphire substrate 蓝宝石图形衬底。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。本领域常用硫酸与磷酸的混合溶液，在250-300°C 进行腐蚀。干法刻蚀使用ICP (感应耦合等离子体刻蚀)进行刻蚀。本专利技术的技术方案如下，包括以下步骤(I)利用激光划片机对蓝宝石衬底进行激光划片，用激光在蓝宝石衬底正面或者背面上划出O. ImilXO. Imil IOOmil X IOOmil的正方形图形，制得蓝宝石平板衬底。(2)在所得蓝宝石平板衬底上采用MOCVD法生长GaN外延层。用于制备LED。上述方法中步骤(I)中所述正方形图形尺寸优选IOmil X IOmil 30mil X30mil。上述方法中步骤⑴中所述激光划片，划痕深度优选2μπι ΙΟμπκ宽度优选O. 5 μ m 5 μ m0上述方法以实施例I的蓝宝石衬底正面划片为具体优选方案。，包括以下步骤I)利用激光划片机对蓝宝石衬底进行激光划片，用激光在蓝宝石衬底正面或者背面上划出O. ImilXO. Imil IOOmil X IOOmil的正方形图形，制得蓝宝石平板衬底。2)在步骤I)蓝宝石平板衬底正面上，蒸镀一层IOOnm 500nm的SiN或SiO2掩膜；如图2。在掩膜层上涂一层光刻胶，利用光刻胶将光刻板设计的图形，转移到O. ImilXO. Imil IOOmil X IOOmil的正方形图形区域掩膜层上，显影后，剥离掉光刻胶上的掩膜，保留图形上的掩膜，用去离子水清洗，形成规则的掩膜图形，如图3 ；3)将步骤2)制得的衬底进行刻蚀，得到有掩膜层的蓝宝石图形衬底；再利用氢氟酸溶液腐蚀去除掩膜，冲洗、甩干，得到激光划片过的蓝宝石图形衬底；在该激光划片过的蓝宝石图形衬底上采用MOCVD法生长GaN外延层，用于制备LED。正面激光划片制备的蓝宝石图形衬底如图4所示；背面激光划片制备的蓝宝石图形衬底，如图5所示。上述方法中步骤I)中所述激光划片，划痕深度2μπι ΙΟμπκ宽度O. 5μπι 3 μ m0上述方法中步骤I)中所述正方形图形尺寸优选IOmilX IOmil 30milX30mil。上述方法中步骤2)中所述掩膜图形为圆形，直径为2μπι 3μπι。上述方法中步骤3)中所述的清洗是先分别在丙酮、乙醇中各超声lOmin，再用去离子水冲洗。上述方法中步骤2)中所述的刻蚀按现有技术，湿法刻蚀或干法刻蚀均可。上述方法以实施例2、4为具体优选方案。在上述激光划片过的蓝宝石平板衬底或图形衬底上用MOCVD法生长GaN外延层，由于激光划片将蓝宝石衬底应力释放，减少生长过程中产生的应力，提高GaN外延层的均匀性。本专利技术的特点及优良效果如下I、本专利技术将蓝宝石衬底用激光划片，所得的蓝宝石平板衬底可以直接用于MOCVD法生长GaN外延层，由于激光划片能将应力先释放，GaN生长过程中产生张应力，将衬底向外拉伸，从而减小衬底翘曲度。2、本专利技术将蓝宝石衬底首先用激光将其划出正方形图形，然后通过蓝宝石图形衬底技术制备出例如圆形图形，然后再生长GaN外延层，由于蓝宝石衬底大多数是凹面的，向下翘曲，激光划片划过后，将应力先释放，然后生长GaN，GaN生长过程中产生张应力，将衬底向外拉伸，从而减小翘曲度。从而解决了蓝宝石生长GaN晶格失配，产生应力较大，外延层容易裂以及均匀性较差的问题。3、本专利技术的方法蓝宝石衬底生长的GaN用于制备LED，可以在制成管芯后原片上直接裂片，减少后续工艺中的一步裂片工序，节省时间，激光划片过产生的斜面，可以增加管芯出光。 附图说明图I是通过激光划片制备出的蓝宝石衬底的俯视图。图中横、竖直线为激光划痕。图2是在激光划片正方形图形区域内作出PSS图形的示意图。仅以一个小方格中的图形示意，是正面看激光划片区域中的PSS图形。图3是正面激光划片后制作图形衬底掩膜。图4是正面激光划片后制作出的图形衬底。图5是背面激光划片后在正面按照划片后区域内制作图形衬底。正面刻蚀图形对应着背面激光划槽的区域。其中，I、蓝宝石衬底，2、光刻胶(掩膜图形)，3、Si02薄膜，4、蓝宝石图形衬底(PSS图形)。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术做经一步说明。实施例中使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高蓝宝石衬底氮化镓外延层均匀性的方法，包括以下步骤：(1)利用激光划片机对蓝宝石衬底进行激光划片，用激光在蓝宝石衬底正面或者背面上划出0.1mil×0.1mil～100mil×100mil的正方形图形，制得蓝宝石平板衬底；(2)在所得蓝宝石平板衬底上采用MOCVD法生长GaN外延层，用于制备LED。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵慧慧，徐现刚，曲爽，王成新，李树强，
申请(专利权)人：山东华光光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：