[发明专利]一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED外延生长技术领域，尤其涉及一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法。

背景技术

GaN通常生长在蓝宝石基板上，具有相对高的缺陷密度1x10^8-9/cm²，原因是GaN和蓝宝石之间的较大的晶格失配。在LED器件特性方面，材料缺陷是一个重要的限制因素；当发光波长从蓝光延伸至紫外或绿光时，该问题变得更加严重。从已报道技术来看，解决该问题的方法是外延横向过生长（ELOG，Epitaxial Lateral Over Growth）、缺陷阻挡层(DBL，Defect Blocking Layer)和蓝宝石图形化衬底（PSS，Pattern Sapphire Substrate）。

ELOG方法使用一种氧化物图形化的GaN模板，这可使缺陷密度降低1-2个数量级。然而，缺陷减少只发生在氧化物覆盖的区域，通常限制在3-5μm的区域，很难延伸至连续的大块区域。这就限制了该技术在实际器件中的应用。

DBL是在GaN外延生长期间插入短时间的SiNx生长，此SiNx很容易在缺陷区域生长，起到屏蔽缺陷的作用；后续的GaN生长缺陷降低约一个数量级。然而，在缺陷处形成的SiNx本质上具有随机特性，难以控制。

PSS方法采用三维图形阵列的蓝宝石衬底，比如圆顶形状。三维圆顶型几何图形起到两个作用或目的。第一，3D圆顶促使GaN横向生长，这里的横向生长类似于之前提到的ELOG方法，并导致缺陷减少。第二，3D圆顶几何图形可大大地帮助光逃逸，从而增加总的光输出功率。目前，该方法已成功地应用于生产，但是它增加了大量的衬底费用。

因此，如何有效的减少蓝宝石上GaN外延缺陷一直是业界关注的焦点,从而提高LED的发光效率。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，大大降低缺陷密度。

本发明的技术解决方案是：一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1）在蓝宝石晶片放入MOCVD中生长氮化镓；

2)将步骤1）生长了氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱溶液，氮化镓被KOH溶液腐蚀，表面产生锯齿状蚀坑，之后取出用去离子水清洗甩干；

3)将步骤2）清洗甩干后的蓝宝石晶片放入PECVD设备再进行生长,用等离子体淀积法生长1um厚的SiO₂；

4）对步骤3）的蓝宝石晶片进行研磨，除去氮化镓未被蚀坑平面上的SiO₂，并清洗干净；

5）将研磨后的蓝宝石晶片用MOCVD继续依次生长n型氮化镓、多量子阱、p型氮化镓，完成LED结构层生长。

上述步骤1）中的氮化镓是未掺杂氮化镓或n型氮化镓。

上述步骤1）氮化镓生成的具体步骤是：MOCVD中通入气体源，包括有机源Ga、氨气（NH₃）和掺杂源硅烷（SiH₄），温度1050℃，气压200-600Torr；氮化镓生长2-3um。

上述步骤2）中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是8-12分钟，KOH溶液的温度是380-420℃。

上述步骤3）中生长1um厚的SiO₂的具体步骤是：在压力2乇、温度350℃、功率80瓦的条件下，通入硅烷、笑气和氮气；硅烷流量50sccm(标况毫升每分)、笑气流量156sccm(标况毫升每分)、氮气流量2000sccm(标况毫升每分)。

上述步骤4）中是通过CMP设备对蓝宝石晶片进行研磨，研磨的具体参数是：压力2.66磅/平方英寸、转速80转/分、采用研磨液为含SiO₂颗粒的碱性溶液。

上述步骤5）中氮化镓生长条件：温度1050℃、压力300乇、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3微米氮化镓；p型氮化镓生长条件：温度950℃、压力200乇、通入气体三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成100纳米p型氮化镓。多量子阱生长条件：10对铟镓氮(InGaN3nm）/氮化镓(GaN12nm),每对的厚度为15nm;铟镓氮的生长条件为：气压300乇、温度760℃、通入气体三甲基铟、二乙基镓、氨气，生成3nm铟镓氮；氮化镓的生长条件为：气压300乇、温度865℃、通入气体三乙基镓、氨气，生成12nm氮化镓。

上述步骤2）中强碱溶液是KOH或NaOH。