[发明专利]一种提高蓝宝石衬底氮化镓外延层均匀性的方法

说明书

技术领域

本发明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，属于光电子技术领域。

背景技术

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7.5×10^-6K^-1，GaN晶格常数0.47，热膨胀系数5.59×10^-6K^-1；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1.7和空气的折射率1.0，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。

发明内容

本发明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℃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。

本发明的技术方案如下：

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。

上述方法中步骤(1)中所述正方形图形尺寸优选10mil×10mil～30mil×30mil。

上述方法中步骤(1)中所述激光划片，划痕深度优选2μm～10μm、宽度优选0.5μm～5μm。

上述方法以实施例1的蓝宝石衬底正面划片为具体优选方案。

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。