[发明专利]氮化镓衬底材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光领域，特别是涉及一种氮化镓衬底材料的制造方法。

背景技术

发光二极管由于具有寿命长、能耗低等优点，应用于各种领域，尤其随着其照明性能指标日益大幅提高，发光二极管在照明领域常用作发光装置。其中，以氮化镓(GaN)为代表的III-V族化合物半导体由于具有带隙宽、发光效率高、电子饱和漂移速度高、化学性质稳定等特点，在高亮度光电子器件领域有着巨大的应用潜力，引起了人们的广泛关注。

请参阅图1，图1是一种现有技术的发光二极管的剖面结构示意图。所述发光二极管包括衬底11、缓冲层(buffer layer)12、N型接触层(N contact layer)13、N型覆盖层(N active layer)14、有源层(light emitting layers)15、P型覆盖层(P active layer)16、P型接触层(P contact layer)17、与所述P型接触层17连接的正电极18以及与所述N型接触层13连接的负电极19。所述发光二极管是双异质(Double Heterogeneous，DH)结构的发光二极管，其中双异质结构包括：N型覆盖层14、有源层15和P型覆盖层16。所述有源层15为所述发光二极管的发光层。所述N型覆盖层14为N型掺杂氮化镓层，所述P型覆盖层16为P型掺杂氮化镓层。类似的，美国专利US 5777350也公布了一种氮化物半导体发光器件。

然而，由于氮化镓体单晶很难获得，所以，目前氮化镓材料的生长主要通过在蓝宝石(Sapphire，Al₂O₃)衬底上进行异质外延的手段获得，最主要的外延生长技术有金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)以及卤化物气相外延(HVPE)等。但是，由于蓝宝石衬底与氮化镓外延层存在很大的晶格失配(lattice mismatch)和热胀失配，所以不可避免地会在氮化镓外延层中引入大量的位错(dislocation)，降低了器件的内量子效率。

因此，有必要提供一种氮化镓衬底材料的制造方法，以形成高质量的氮化镓衬底材料。

发明内容

本发明提供一种氮化镓衬底材料的制造方法，以形成缺陷少、高质量的氮化镓衬底材料。

为解决上述技术问题，本发明提供一种氮化镓衬底材料的制造方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成第一缓冲层；刻蚀所述第一缓冲层，使所述第一缓冲层表面形成多个凹槽；形成第二缓冲层，所述第二缓冲层覆盖所述第一缓冲层具有凹槽一侧的表面，使得所述凹槽内的第二缓冲层中形成有空洞；在所述第二缓冲层上形成氮化镓层；去除所述衬底、第一缓冲层和第二缓冲层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，所述凹槽的高宽比大于或等于1.2∶1。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，采用无掩膜感应耦合等离子反应刻蚀的方式刻蚀所述第一缓冲层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，刻蚀所述第一缓冲层的步骤中，刻蚀气体为三氯化硼和氯的混合物，腔室气压为5～100mTorr，底板功率为200～400W，线圈功率为100～200W。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，利用金属有机化合物化学气相沉积的方式在所述衬底上形成第一缓冲层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，形成第一缓冲层的步骤中，腔室压力为100～600Torr，温度为500～800℃。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，利用金属有机化合物化学气相沉积的方式形成第二缓冲层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，形成第二缓冲层的步骤中，腔室压力为100～1000mTorr，温度为800～1000℃。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，利用金属有机化合物化学气相沉积的方式形成所述氮化镓层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，形成所述氮化镓层的步骤中，腔室压力为400～760Torr，温度为800～1400℃。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、砷化镓或尖晶石。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，去除所述衬底、第一缓冲层和第二缓冲层的步骤包括：利用激光剥离或湿法刻蚀的方式去除所述衬底；以及利用研磨的方式去除第一缓冲层和第二缓冲层。

可选的，在所述的氮化镓衬底材料的制造方法中，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液体为硫酸和磷酸的混合液。