一种用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制造发光器件的组合衬底，其包括：蓝宝石；在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300～900nm；在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20～40nm，每个阵列单元的尺寸优选为300×300nm2～1000×1000nm2，每个阵列单元之间的间隔优选为80～400nm。本发明专利技术的组合衬底具有加工方便，成本低廉的特点。同时生长的GaN外延层中位错密度非常低，可大面积生长较大厚度的GaN外延层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于制造发光器件的组合衬底，尤其涉及一种用于GaN基发光器件的组合衬底。
技术介绍
近年来，人们对包括发光二极管(LED)、激光二极管(LD)以及各类晶体管在内的 GaN基电子器件和光电器件进行了大量研究，取得了很多成果。与采用GaAs或InP等材料制造的类似器件相比，由于GaN的宽带隙、高击穿场和高饱和速度灯优点，GaN基电子器件提供了出色的高电压、高功率、高温度和高频率操作。对于金属氧化物场效晶体管(MOSFET)、 金属绝缘体场效晶体管(MISFET)、双极结晶体管(BJT)、异质结双极晶体管(HBT)等功率器件，它们利用了 GaN的宽带隙、高击穿场、高导热率和高电子迁移率，得到了出色的器件性倉泛。但是，目前还没有工业化生长的大尺寸、大批量生产的适合氮化镓外延生长的单晶衬底，GaN材料只能外延生长在失配衬底上。目前，大多数GaN基半导体发光材料都是采用蓝宝石、SiC或Si作为衬底，由于上述衬底与GaN晶格失配较大，且热膨胀系数也不同， 导致在上述衬底上生长的GaN外延层与衬底产生大量位错缺陷，形成半导体发光材料的非辐射复合中心；同时，由于应力的作用也限制了 GaN外延层的厚度和面积，从而对器件性能造成极大影响，降低了发光二极管或激光二极管的发光效率，减少了寿命。在蓝宝石、SiC或Si衬底上形成GaN基半导体器件时，需要进行GaN和AlGaN的异质外延生长，为了调节GaN和衬底之间的晶格失配并且保持相对衬底的外延关系，一般方法是在生长GaN外延层之前，衬底上先生长低温AlN或者GaN缓冲层。但是，具有低温缓冲层的衬底对于制造LED、LD和其它器件来说具有很多明显的局限性。例如无法形成垂直器件结构，浪费了晶片上的空间；另外，衬底与GaN之间较大的晶格失配，使得即使采用了低温缓冲层，在该器件内还是会产生程度很高的缺陷密度，导致器件的性能、产率和可靠性的降低。因此，本领域希望能找到一种方式，可以在蓝宝石、SiC或Si衬底上大面积外延生长缺陷密度较低的GaN基材料，制成性能好、寿命长的半导体器件。
技术实现思路
为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种加工方便、可降低位错密度和大面积生长GaN外延层的用于制造发光器件的组合衬底。本专利技术的用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，包括蓝宝石；在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300 900nm，更优选为400 600nm ；在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20 40nm，每个阵列单元的尺寸优选为 300X 300nm2 1000X lOOOnm2，更优选为 400X400nm2 500X 500nm2，每个阵列单元之间的间隔优选为80 400nm，更优选150 250nm。本专利技术的组合衬底即可用于直接生长GaN外延层，从而制造发光器件。本专利技术通过光刻工艺将非晶氮化铝层上的单晶氮化铝薄膜刻蚀成若干个尺寸很小且周期性排列的阵列单元，由于非晶态的氮化硅层具有很好的伸展性，可以有效缓解衬底与GaN外延层之间晶格不匹配所引起的应力；另外，由于用于生长GaN外延层的单晶氮化铝阵列单元的尺寸小且很薄，可以减少与GaN外延层的接触面积，避免在大面积硅薄膜上所形成的应力，并且单晶氮化铝薄膜阵列单元可屈从于GaN的晶格变化，当单晶氮化铝薄膜阵列单元上生长的GaN达到一定厚度后，会向阵列单元的四周侧向生长，最终将薄膜单元上生长的GaN连接起来，形成类似于以GaN单晶为衬底的生长模式。因此，本专利技术的组合衬底具有加工方便，成本低廉的特点。同时生长的GaN外延层中位错密度非常低，可大面积生长较大厚度的GaN外延层。具体实施方式为了使本领域技术人员更清楚地理解本专利技术的用于制造发光器件的组合衬底，下面通过具体实施方式详细描述其技术方案。本专利技术的用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，包括三层结构，分别是蓝宝石、非晶氮化铝层和单晶氮化铝薄膜。其中蓝宝石与本领域中制备发光器件常规使用的蓝宝石相同，此处不再赘述。在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300 900nm，更优选400 600nm。由于非晶态的氮化硅层具有很好的伸展性，因此该非晶氮化铝层可以有效缓解衬底与GaN外延层之间晶格不匹配所引起的应力，从而提高器件稳定性和寿命。在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20 40nm。每个单晶氮化招薄膜阵列单元的尺寸优选为300X300nm2 1000 X IOOOnm2,更优选为 400X400nm2 500X500nm2。每个单晶氮化铝薄膜阵列单元之间的间隔优选为80 400nm，更优选150 250nm。另外，单晶氮化铝薄膜阵列单元的间隔以小于或等于所要生长GaN外延层厚度为佳。在本专利技术的组合衬底即可用于直接生长GaN外延层，从而制造发光器件。由于通过光刻工艺将很薄的单晶氮化铝薄膜刻蚀成若干个尺寸很小且周期性排列的阵列单元，从而可以减少与GaN外延层的接触面积，避免在大面积硅薄膜上所形成的应力，并且单晶氮化铝薄膜阵列单元可屈从于GaN的晶格变化，当单晶氮化铝薄膜阵列单元上生长的GaN达到一定厚度后，会向阵列单元的四周侧向生长，最终将薄膜单元上生长的GaN连接起来，形成类似于以GaN单晶为衬底的生长模式。因此，本专利技术的组合衬底具有加工方便，成本低廉的特点。同时生长的GaN外延层中位错密度非常低，可大面积生长较大厚度的GaN外延层。以上实施例仅为了说明本专利技术的思想及特点，其并不用于限定本专利技术，本领域技术人员可以根据本专利技术所揭示的精神对其做出各种变型或组合，仍纳入本专利技术的保护范围内。权利要求1.一种用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，其特征在干， 该组合衬底包括 蓝宝石； 在蓝宝石上有ー层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300 900nm ； 在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20 40nm，每个阵列单元的尺寸优选为300 X 300nm2 1000 X lOOOnm2，每个阵列单元之间的间隔优选为80 400nm。2.如权利要求I所述的组合衬底，其特征在于，所述非晶氮化铝层的厚度优选为400 600nmo3.如权利要求I所述的组合衬底，其特征在干，所述每个阵列单元的尺寸优选为400 X 400nm2 500 X 500nm。4.如权利要求I所述的组合衬底，其特征在于，所述每个阵列单元之间的间隔优选为150 250nmo全文摘要本专利技术公开了一种用于制造发光器件的组合衬底，其包括蓝宝石；在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300～900nm；在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20～40nm，每个阵列单元的尺寸优选为300×300nm2～1000×1000nm2，每个阵列单元之间的间隔优选为80～400nm。本专利技术的组合衬底具有加工方便，成本低廉的特点。同时生长的GaN外延层中位错密度非常低，可大面积生长较大厚度的GaN外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，其特征在于，该组合衬底包括：蓝宝石；在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300～900nm；在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20～40nm，每个阵列单元的尺寸优选为300×300nm2～1000×1000nm2，每个阵列单元之间的间隔优选为80～400nm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虞浩辉，周宇杭，
申请(专利权)人：江苏威纳德照明科技有限公司，
类型：发明
国别省市：