[发明专利]一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明领域，特别是涉及一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-V族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

现有的发光二极管一般采用蓝宝石作为制备衬底，为了提高发光二极管的出光效率，会于蓝宝石衬底表面制备出周期排列的多个凸起结构，然后再制备GaN基发光外延结构。然而，具有凸起结构的蓝宝石衬底，直接进行GaN发光外延结构的沉积往往会带来巨大的晶体缺陷，严重影响发光二极管的亮度，因此，现有的一种制备过程是，先于1100℃左右对具有凸起结构的蓝宝石衬底表面进行H₂还原处理，然后通入反应源，采用低温化学气相沉积法于蓝宝石衬底表面沉积一层低温GaN层，接着停止反应源的通入，并升温至1050℃左右使该层低温GaN层在蓝宝石衬底表面的平台上进行重组，形成GaN基发光外延结构的成核位置，最后开始沉积GaN基发光外延结构，完成后续发光二极管的制备。

对于以上的发光二极管制备方法，需要多步才能形成GaN基发光外延结构的成核位置，工艺复杂，成本较高，而且，蓝宝石衬底的折射率较高，为1.8左右，即使于其表面形成凸起结构，对发光二极管的出光率的提升也有很大的限制。

因此，提供一种可以有效提高GaN基发光二极管生长质量、并且能提高发光二极管出光率的制备方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法，用于解决现有技术中发光二极管生长质量及出光率低等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法，至少包括以下步骤：

1）提供一生长衬底，于所述生长衬底表面形成用于后续发光外延结构生长的缓冲层；

2）于所述缓冲层表面形成SiO₂层；

3）采用感应耦合等离子体刻蚀工艺将所述SiO₂层刻蚀出间隔排列的多个SiO₂凸起，且多个SiO₂凸起之间保留预设厚度的SiO₂底层；

4）采用湿法腐蚀工艺腐蚀所述SiO₂底层，直至露出各该SiO₂凸起之间的缓冲层。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，所述生长衬底的材料为蓝宝石、SiC、Si及ZnO的一种。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的的一种优选方案，所述缓冲层的厚度为50～400埃。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，所述缓冲层为采用低温化学气相沉积法所制备的低温Al_xGa_1-xN层，0≤X≤0.5，制备的温度范围为450～700℃。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，所述缓冲层为采用溅射法所制备的AlN层，所述AlN层的主要晶向为（0001）取向。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，所述缓冲层为BN材料层。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，步骤2）采用等离子体增强化学气相沉积法于所述缓冲层表面形成SiO₂层，所述SiO₂层的厚度为0.2～2μm。

作为本发明的用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生长的衬底结构的制造方法的一种优选方案，所述多个SiO₂凸起呈周期性间隔排列，SiO₂凸起的宽度为1～4μm，间距为0.5～3μm。