[发明专利]一种低应力的氮化镓外延层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低应力的氮化镓外延层制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

近年来，半导体发光二极管受到人们的广泛关注，它具有体积小、效率高、寿命长等优点。氮化镓半导体材料的迅猛发展使得高亮度发光二极管实现了从绿光到近紫外产品的商品化。目前，普通绿色至紫外范围的发光二极管广泛应用于交通信号灯、全色显示、液晶屏幕背光板、汽车仪表及内装灯等。近些年来，紫外发光二极管进入市场，主要用于生物粒子的探测(如吸收范围在260-340nm的细菌芽孢的探测)、空气和水的纯化、医疗和诊断等。与一般的发光二极管相比，紫外发光二极管对材料的质量要求更高。

由于氮化镓材料与目前主流的衬底材料(蓝宝石、碳化硅、硅等)具有较大的晶格失配度，在进行外延生长后，外延层不但有较大密度的位错，而且还有一定的应力。氮化镓材料中应力的存在会导致发光二极管的有源区产生压电极化，使电子与空穴的波函数发生分离，降低发光二极管的发光效率。另外，应力的存在会使晶片在生长过程和温度变化过程中极易发生翘曲，翘曲过大时会导致外延薄膜的开裂，直接导致器件报废。

降低氮化镓外延材料中的应力可以提高氮化镓基发光二极管的效率和成品率，一些相关单位也申请了相关的专利技术：中国专利CN101140867提供了一种基于AL2O3衬底的GAN薄膜的生长方法，通过在氮化镓材料生长时插入一层氮化铝插层，有效地释放氮化镓中的应力，从而解决蓝宝石衬底上外延氮化镓薄膜的应力问题；中国专利CN101488548提供了一种高IN组分多INGAN/GAN量子阱结构的LED，该专利公开了一种降低应力的方法，在生长多量子阱有源区之前先生长释放应力的铟镓氮/氮化镓超晶格结构，这种超晶格结构不但能释放有源区的应力，还可以提高晶体质量；中国专利CN101702422公开了一种在图形衬底上生长氮化物薄膜外延层的方法，文中提到的方法是通过改变外延生长条件来控制应力，这样做法对应力的可控程度较小，且结构复杂。上述专利都是通过在外延结构中加入特殊的应力释放结构，进而改善应力，但是这些外延结构只能在氮化镓外延层生长之后来降低其应力对有源区的影响，却不能从根本上降低氮化镓生长时产生的应力。而且，在发光二极管结构中加入这些复杂的结构，不利于生产工艺的稳定性与重复性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种低应力的氮化镓材料制备方法，以使氮化镓材料在此种衬底上生长时可以受到较低的应力，从根本上降低氮化镓生长时产生的应力。

发明概述

本发明是直接对衬底材料进行处理，使氮化镓材料在此种衬底上生长时可以受到较低的应力。由于对衬底材料进行了处理，相应的在该种衬底上进行的外延生长初期条件也进行优化。

术语说明：

1、MOCVD：金属有机物化学气相沉积；

2、LED：发光二极管。

3、六次对称性排列：指图形排列中存在一个六次旋转轴，图形绕此轴每旋转60°都会与旋转前的图形重合。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种低应力的氮化镓外延层制备方法，步骤如下：

1)采用干法刻蚀对衬底的正面或者背面进行刻蚀，刻蚀的深度为1μm-100μm，刻蚀图案为正方形或圆形，其边长或直径的尺寸范围为0.2mm-5mm，图案之间的间距为1μm-10μm。

2)用硫酸或者硫酸/磷酸混合溶液对刻蚀处理过的衬底进行腐蚀，常温下腐蚀时间为1min-30min，或者在50-200℃下腐蚀时间为1min-10min。此步骤的目的是去除步骤1)所述刻蚀所产生的蚀痕和杂质物。

3)将步骤2)处理过的衬底，用去离子水进行清洗，并甩干。此处也可以采用烘干或者晾干的方式，但是为了避免产生水痕，优选使用甩干。

4)在步骤3)处理过的衬底的正面上采用MOCVD法生长氮化镓外延层。

当在衬底背面进行刻蚀时，虽然仍在正面生长氮化镓外延层，但是背面刻蚀图形的出现使衬底在外延生长时更佳容易实时改变翘曲，从而降低外延层的应力。

根据本发明，优选的方案如下：

步骤1)中所述的干法刻蚀是指激光划片刻蚀或者金刚刀刻蚀。

步骤1)中所述的图案为圆形，图案排列为平行对齐排列或六次对称性排列。

步骤1)中所述的图案为正方形，图案排列为平行对齐排列。

步骤2)中所述的硫酸为质量分数为98％的硫酸；所述硫酸/磷酸的混合溶液为：质量分数为85％的磷酸和98％的硫酸按照体积比1∶10-10∶1的比例混合。