一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長的襯底結構的制造方法，所述制造方法包括以下步驟：1）于生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層；2）于所述緩沖層表面形成SiO2層；3）采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO2層刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起，且多個SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層；4）采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層，直至露出各該SiO2凸起之間的緩沖層。本發明先制備一層含有六角晶格結構的BN材料層或AlN層或AlxGa1-xN層，作為發光外延結構生長的緩沖層，通過兩步刻蝕的方法制備SiO2凸起，可以很好的保護各該SiO2凸起下方的緩沖層。所述緩沖層和SiO2凸起既能保證生長發光外延結構的晶體質量，又能提高發光二極管的出光效率。
【專利說明】—種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體照明領域，特別是涉及一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法。
【背景技術】
[0002]半導體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節能、環保、安全等顯著優點，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應用領域正在迅速擴大，正帶動傳統照明、顯示等行業的升級換代，其經濟效益和社會效益巨大。正因如此，半導體照明被普遍看作是21世紀最具發展前景的新興產業之一，也是未來幾年光電子領域最重要的制高點之一。發光二極管是由II1-V族化合物，如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導體制成的，其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的1-N特性，即正向導通，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特性。在正向電壓下，電子由N區注入P區，空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光。
[0003]現有的發光二極管一般采用藍寶石作為制備襯底，為了提高發光二極管的出光效率，會于藍寶石襯底表面制備出周期排列的多個凸起結構，然后再制備GaN基發光外延結構。然而，具有凸起結構的藍寶石襯底，直接進行GaN發光外延結構的沉積往往會帶來巨大的晶體缺陷，嚴重影響發光二極管的亮度，因此，現有的一種制備過程是，先于1100°C左右對具有凸起結構的藍寶石襯底表面進行H2還原處理，然后通入反應源，采用低溫化學氣相沉積法于藍寶石襯底表面沉積一層低溫GaN層，接著停止反應源的通入，并升溫至1050°C左右使該層低溫GaN層在 藍寶石襯底表面的平臺上進行重組，形成GaN基發光外延結構的成核位置，最后開始沉積GaN基發光外延結構，完成后續發光二極管的制備。
[0004]對于以上的發光二極管制備方法，需要多步才能形成GaN基發光外延結構的成核位置，工藝復雜，成本較高，而且，藍寶石襯底的折射率較高，為1.8左右，即使于其表面形成凸起結構，對發光二極管的出光率的提升也有很大的限制。
[0005]因此，提供一種可以有效提聞GaN基發光二極管生長質量、并且能提聞發光二極管出光率的制備方法實屬必要。
【發明內容】
[0006]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，用于解決現有技術中發光二極管生長質量及出光率低等問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，至少包括以下步驟:
[0008]I)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層；[0009]2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；
[0010]3)采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO2層刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起，且多個SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層；
[0011]4)采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層，直至露出各該SiO2凸起之間的緩沖層。
[0012]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述生長襯底的材料為藍寶石、SiC, Si及ZnO的一種。
[0013]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的的一種優選方案，所述緩沖層的厚度為50~400埃。
[0014]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為采用低溫化學氣相沉積法所制備的低溫AlxGahN層，O ^ 0.5，制備的溫度范圍為450~700°C。
[0015]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的主要晶向為(0001)取向。
[0016]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述緩沖層為BN材料層。 [0017]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，步驟2)采用等離子體增強化學氣相沉積法于所述緩沖層表面形成SiO2層，所述SiO2層的厚度為0.2~2μπι。
[0018]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述多個SiO2凸起呈周期性間隔排列，SiO2凸起的寬度為I~4 μ m，間距為0.5~3 μ m。
[0019]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述SiO2凸起為SiO2包狀凸起、SiO2圓錐狀凸起或SiO2金字塔狀凸起。
[0020]作為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法的一種優選方案，所述SiO2底層的厚度為不大于50nm。
[0021]如上所述，本發明提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:1)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層；2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；3)采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO2層刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起，且多個SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層；4)采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層，直至露出各該SiO2凸起之間的緩沖層。本發明先制備一層含有六角晶格結構的BN材料層或AlN層或AlxGa^xN層,作為發光外延結構生長的緩沖層，然后通過ICP刻蝕工藝制備出周期性排列的SiO2凸起，并保留SiO2凸起之間的SiO2底層，最后采用濕法腐蝕工藝去除所述SiO2底層，通過兩步刻蝕的方法，可以很好的保護各該SiO2凸起下方的緩沖層。所述緩沖層和SiO2凸起既能保證生長發光外延結構的晶體質量，又能提高發光二極管的出光效率。本發明工藝簡單，有利于降低制造成本，適用于工業生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1~圖2顯示為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法步驟I)所呈現的結構示意圖。[0023]圖3顯示為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法步驟2)所呈現的結構示意圖。
[0024]圖4~圖7顯示為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法步驟
3)所呈現的結構示意圖。
[0025]圖8顯示為本發明的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法步驟4)所呈現的結構示意圖。
[0026]元件標號說明
[0027]101生長襯底
[0028]102緩沖層
[0029]103 SiO2 層
[0030]104光刻膠層
[0031]105光刻膠塊
[0032]106包狀的光刻膠塊
[0033]107 SiO2 凸起
[0034]108 SiO2 底層
【具體實施方式】
[0035]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0036]請參閱圖1~圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0037]實施例1
[0038]如圖1~圖7所示，本實施例提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，至少包括以下步驟:
[0039]如圖1~圖2所示，首先進行步驟1)，提供一生長襯底101，于所述生長襯底101表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層102。
[0040]作為示例，所述生長襯底101的材料為藍寶石、SiC, Si及ZnO的一種。在本實施例中，所述生長襯底101為平片型藍寶石襯底，其表面為平直面。所述緩沖層102為采用低溫化學氣相沉積法所制備的低溫AlxGa^xN層(0<X<0.5),優選為低溫AlxGa^xN層(O≤X≤0.2)，制備的溫度范圍為450~700 0C ο在本實施例中，所述低溫AlxGa^N層(O≤X≤0.5)的制備溫度為500°C，所述低溫AlxGa1J層(O≤X≤0.5)為低溫GaN層或Al。.1GaQ.9N 層等。
[0041]作為示例，所述緩沖層102的厚度為50~400埃。在本實施例中，所述緩沖層102的厚度為200埃。當然，此處所列舉的厚度范圍為最優選的范圍，在其它的實施例中，所述緩沖層102的厚度可以根據實際需求進行選擇，并不限定于此。[0042]由于所述低溫AlxGahN層制備的溫度較低，所需制備的厚度較小，在保證后續發光外延結構(尤其是GaN基發光外延結構)成核生長的同時，可以有效地降低生產成本。
[0043]如圖3所示，然后進行步驟2)，于所述緩沖層102表面形成SiO2層103。
[0044]在本實施例中，采用等離子體增強化學氣相沉積法于所述緩沖層102表面形成5102層103。當然，在其它的實施例中，所述5102層103可以采用預期的一切制備方法進行制備，并不限定于此處所列舉的一種。
[0045]作為示例，所述的SiO2層103的厚度為0.2?3μπι。在本實施例中，所述SiO2層103的厚度為Iym0
[0046]如圖4?圖7所示，最后進行步驟3)，采用感應耦合等離子體刻蝕將所述SiO2層103刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起107，且多個SiO2凸起107之間保留預設厚度的SiO2底層108。
[0047]作為示例，所述多個SiO2凸起107呈周期性間隔排列，SiO2凸起107的寬度為I?4 μ m，間距為0.5?2 μ m。在本實施例中，所述SiO2凸起107的周期為3 μ m，寬度為2 μ m，間距為I μ m。
[0048]作為示例，所述SiO2底層108的厚度為不大于50nm，在本實施例中，所述SiO2底層108的厚度為30nm，該厚度的SiO2底層108可以起到保護所述緩沖層102不會因ICP刻蝕工藝刻蝕速度過快而造成損傷，又可以通過濕法腐蝕工藝比較迅速的去除。
[0049]作為示例，所述的SiO2凸起107為SiO2包狀凸起。表面較平緩的SiO2包狀凸起可以有效提高后續發光外延結構(尤其是GaN基發光外延結構)的生長質量。當然，在其它的實施例中，所述SiO2凸起107也可以為SiO2圓錐狀凸起、SiO2金字塔狀凸起等，并不限定于此。
[0050]具體地，步驟3)包括以下步驟:
[0051 ] 如圖4?圖5所示，首先進行步驟3-1 )，于所述SiO2層103表面形成光刻膠層104，通過曝光工藝將所述光刻膠層104制作成間隔排列的多個光刻膠塊105。在本實施例中，所述多個光刻膠塊105為長方體狀。
[0052]如圖6所示，然后進行步驟3-2)，通過加熱回流工藝使所述多個光刻膠塊105回流成多個包狀的光刻膠塊106。
[0053]如圖7所示，最后進行步驟3-3)，采用感應耦合等離子體刻蝕法將各該包狀的光刻膠塊106的形狀轉移至所述SiO2層103，形成多個SiO2包狀凸起，且多個包狀SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層108。當然，通過不同的工藝可以制作出不同的光刻膠形狀，如圓錐狀、金字塔狀等，以此為掩膜層可制備出SiO2圓錐狀凸起、SiO2金字塔狀凸起等。
[0054]由于SiO2的折射率一般為1.3?1.4，相比于藍寶石襯底101有較大的降低，因此，可以有效提高GaN基發光二極管的出光率。
[0055]如圖8所示，最后進行步驟4)，采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層108，直至露出各該SiO2凸起108之間的緩沖層102。
[0056]在本實施例中，采用BOE溶液作為腐蝕液，對所述SiO2底層108進行腐蝕，直至露出各該SiO2凸起108之間的緩沖層102，用于后續GaN基發光外延結構的生長。
[0057]本實施例通過兩側刻蝕形成所述SiO2凸起，通過設定合適的SiO2底層108厚度，可以很好的保護所述緩沖層102，使其不會因ICP刻蝕工藝刻蝕速度過快而造成損傷，又可以通過濕法腐蝕工藝比較迅速的去除，保證制造工藝的效率。
[0058]實施例2
[0059]如圖1~圖8所示，本實施例提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其基本步驟如實施例1，其中，所述緩沖層102為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的晶向或者主要晶向為(0001)取向。相比于低溫AlxGahN層，濺射法制備AlN層的好處是厚度可控性強、晶向取向度較高，同時也有利于發光外延結構(尤其是GaN基發光外延結構)的成核生長。
[0060]作為另一個實施方案，如圖1~圖8所示，所述緩沖層102也可以為采用濺射等方法制備BN材料層。
[0061]如上所述，本發明提供一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:1)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層；2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；3)采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO2層刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起，且多個SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層；4)采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層，直至露出各該SiO2凸起之間的緩沖層。本發明先制備一層含有六角晶格結構的BN材料層或AlN層或AlxGa^xN層,作為發光外延結構生長的緩沖層，然后通過ICP刻蝕工藝制備出周期性排列的SiO2凸起，并保留SiO2凸起之間的SiO2底層，最后采用濕法腐蝕工藝去除所述SiO2底層，通過兩步刻蝕的方法，可以很好的保護各該SiO2凸起下方的緩沖層。所述緩沖層和SiO2凸起既能保證生長發光外延結構的晶體質量，又能提高發光二極管的出光效率。本發明工藝簡單，有利于降低制造成本，適用于工業生產。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0062]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 1)提供一生長襯底，于所述生長襯底表面形成用于后續發光外延結構生長的緩沖層； 2)于所述緩沖層表面形成SiO2層； 3)采用感應耦合等離子體刻蝕工藝將所述SiO2層刻蝕出間隔排列的多個SiO2凸起，且多個SiO2凸起之間保留預設厚度的SiO2底層； 4)采用濕法腐蝕工藝腐蝕所述SiO2底層，直至露出各該SiO2凸起之間的緩沖層。
2.根據權利要求1所述的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述生長襯底的材料為藍寶石、SiC, Si及ZnO的一種。
3.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述緩沖層的厚度為50~400埃。
4.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述緩沖層為采用化學氣相沉積法所制備的AlxGahN層，O ^ 0.5，制備的溫度范圍為450~7000C ο
5.根據權利要求1所述的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述緩沖層為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的晶向為(0001)取向。
6.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述緩沖層為BN材料層。
7.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:步驟2)采用等離子體增強化學氣相沉積法于所述緩沖層表面形成SiO2層，所述的SiO2層的厚度為0.2~3 μ m。
8.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述多個SiO2凸起呈周期性間隔排列，SiO2凸起的寬度為I~4μπι，間距為0.5~2 μ m0
9.根據權利要求1所述的用于II1- V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述SiO2凸起為SiO2包狀凸起、SiO2圓錐狀凸起或SiO2金字塔狀凸起。
10.根據權利要求1所述的用于II1-V族氮化物生長的襯底結構的制造方法，其特征在于:所述SiO2底層的厚度為不大于50nm。
【文檔編號】H01L33/20GK103840051SQ201310642519
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月3日 優先權日:2013年12月3日
【發明者】袁根如, 郝茂盛, 邢志剛, 李振毅, 陳耀 申請人:上海藍光科技有限公司