[发明专利]一种垂直结构氮化物LED的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别指为了实现氮化镓基垂直结构LED外延材料的生长而设计的一种生长方法，可以结合MOCVD和HVPE并通过氮化物的自剥离来实现。

背景技术

氮化物多元系材料的光谱从0.7ev到6.2ev，可以用于带间发光，颜色覆盖从红外到紫外波长，在光电子应用方面，如蓝光、绿光、紫外光发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD)等方面具有巨大的应用前景。氮化物LED大量应用于显示器、照明、指示灯、广告牌、交通灯等，在农业中作为加速光合成光源，在医疗中作为诊断和治疗的工具；氮化物蓝紫光LD正成为统领下一代DVD存储技术的Blue Ray的核心元器件，具有广阔的市场前景。特别是近年来人们对于发光二极管应用于通用照明的预期越来越高，使得氮化物基LED的发展日益迅猛。但是要真正实现氮化物基LED的通用照明或者称为半导体照明，还必须在大幅降低氮化物LED的生产成本的同时提高氮化物LED的性能，主要是流明效率、散热性能以及寿命等方面。

目前人们公认垂直结构的氮化物LED可以具有非常好的电流扩展性能和散热性能，从而可能实现更高的流明效率和更长的寿命。现有的实现氮化物垂直结构LED的方法主要有四种：第一种是使用最广泛、性能最好的蓝宝石衬底异质外延，由于蓝宝石衬底不导电需要去除蓝宝石才能够制作垂直结构的LED，现在比较通用的办法是在异质外延后通过激光剥离除去衬底，主要问题在于激光剥离设备比较昂贵，同时剥离工艺也比较复杂，需要通过至少一次的键合工艺实现氮化物薄膜的转移，存在着成品率不高的问题；第二种是蓝宝石或者SiC等衬底上异质外延后通过机械研磨的方式除去衬底，这种方法的问题在于衬底往往硬度较大，研磨费时费工，成本较高；第三种方法就是在导电衬底上直接外延氮化物材料，比如金属衬底或者低阻的Si等衬底，其问题在于外延晶体质量差，尚无很成熟的工艺发展起来；第四种就是使用牺牲层，通过去除牺牲层实现衬底的剥离，该方法同样需要将氮化物材料转移到其它支撑衬底上去，而且横向去除衬底和外延层之间的牺牲层也大大降低了该方法的时间效率和成品率，因而并没有在实际生产中得到使用。

基于HVPE方法生长氮化物的高速率和高质量，HVPE被人们用于生长氮化物的衬底和模板。由于氮化物衬底生产效率等的问题，氮化物衬底成本居高不下，大大限制了其用于LED的可能性尤其是成本极其重要的通用照明领域。HVPE生长氮化物模板是可行的LED生长衬底之一，但是同样面临原始衬底如蓝宝石等的去除问题使得HVPE氮化物模板用于于LED生长的进展缓慢。

自剥离技术已经成功的应用于HVPE法制备氮化镓同质衬底，日立电缆使用自剥离方法获得3英寸的氮化镓衬底并且保持了很高的成品率。但是目前为止尚没有研究人员或者公司使用自剥离方法来生长垂直结构的氮化镓LED。其原因主要在于MOCVD生长的氮化物LED即使可以自剥离也由于厚度过薄而无法实现自支撑；使用HVPE厚膜模板用于LED制备的往往不具备自剥离的辅助剥离层，而是氮化物和衬底形成强键合无法自剥离。

本发明正是基于对以上方法的分析，结合HVPE高速生长氮化物、MOCVD生长精确控制LED结构以及弱键合实现的自剥离，生长可以自支撑的氮化物LED结构材料并用于垂直结构LED的制备，完全能够满足通用照明高性能、低成本和高成品率的大规模生产要求，将有助于半导体照明走向通用照明。

本发明特别适用于HVPE和MOCVD结合的设备如MOHVPE或者SHMOCVD上来实现一次性外延生长氮化镓基垂直结构LED外延材料，具有工艺路线简单，成品率高，材料性能好等优点，是实现氮化物垂直结构LED的低成本、高性能和高成品率的有效解决方案。当然也可用于HVPE和MOCVD的多次外延组合来实现相同的垂直结构LED。

发明内容

本发明的目的是提供一种垂直结构氮化物LED的制备方法，解决为实现高性能、高成品率和低成本的垂直结构氮化物LED中的剥离工艺难题，特别适合通过结合了HVPE和MOCVD的MOHVPE或者SHMOCVD设备来生长自剥离的氮化物LED外延材料来实现；当然也可以利用MOCVD和HVPE设备分别进行相关的生长最终实现相同的材料结构和器件工艺。

为达到上面的目的，本发明提供一种垂直结构氮化物LED的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一生长氮化物的衬底；