[发明专利]一种用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造发光器件的组合衬底，尤其涉及一种用于GaN基发光器件的组合衬底。

背景技术

近年来，人们对包括发光二极管（LED）、激光二极管（LD）以及各类晶体管在内的GaN基电子器件和光电器件进行了大量研究，取得了很多成果。与采用GaAs或InP等材料制造的类似器件相比，由于GaN的宽带隙、高击穿场和高饱和速度灯优点，GaN基电子器件提供了出色的高电压、高功率、高温度和高频率操作。对于金属氧化物场效晶体管(MOSFET)、金属绝缘体场效晶体管(MISFET)、双极结晶体管(BJT)、异质结双极晶体管(HBT)等功率器件，它们利用了GaN的宽带隙、高击穿场、高导热率和高电子迁移率，得到了出色的器件性能。

但是，目前还没有工业化生长的大尺寸、大批量生产的适合氮化镓外延生长的单晶衬底，GaN材料只能外延生长在失配衬底上。目前，大多数GaN基半导体发光材料都是采用蓝宝石、SiC或Si作为衬底，由于上述衬底与GaN晶格失配较大，且热膨胀系数也不同，导致在上述衬底上生长的GaN外延层与衬底产生大量位错缺陷，形成半导体发光材料的非辐射复合中心；同时，由于应力的作用也限制了GaN外延层的厚度和面积，从而对器件性能造成极大影响，降低了发光二极管或激光二极管的发光效率，减少了寿命。

在蓝宝石、SiC或Si衬底上形成GaN基半导体器件时，需要进行GaN和AlGaN的异质外延生长，为了调节GaN和衬底之间的晶格失配并且保持相对衬底的外延关系，一般方法是在生长GaN外延层之前，衬底上先生长低温AlN或者GaN缓冲层。但是，具有低温缓冲层的衬底对于制造LED、LD和其它器件来说具有很多明显的局限性。例如无法形成垂直器件结构，浪费了晶片上的空间；另外，衬底与GaN之间较大的晶格失配，使得即使采用了低温缓冲层，在该器件内还是会产生程度很高的缺陷密度，导致器件的性能、产率和可靠性的降低。

因此，本领域希望能找到一种方式，可以在蓝宝石、SiC或Si衬底上大面积外延生长缺陷密度较低的GaN基材料，制成性能好、寿命长的半导体器件。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种加工方便、可降低位错密度和大面积生长GaN外延层的用于制造发光器件的组合衬底。

本发明的用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，包括：

蓝宝石；

在蓝宝石上有一层非晶氮化铝层，非晶氮化铝层的厚度优选为300～900nm，更优选为400～600nm；

在非晶氮化铝层上有一层单晶氮化铝薄膜，单晶氮化铝薄膜包括多个周期性排列的阵列单元，单晶氮化铝薄膜的厚度优选为20～40nm，每个阵列单元的尺寸优选为300×300nm²～1000×1000nm²，更优选为400×400nm²～500×500nm²，每个阵列单元之间的间隔优选为80～400nm，更优选150～250nm。

本发明的组合衬底即可用于直接生长GaN外延层，从而制造发光器件。本发明通过光刻工艺将非晶氮化铝层上的单晶氮化铝薄膜刻蚀成若干个尺寸很小且周期性排列的阵列单元，由于非晶态的氮化硅层具有很好的伸展性，可以有效缓解衬底与GaN外延层之间晶格不匹配所引起的应力；另外，由于用于生长GaN外延层的单晶氮化铝阵列单元的尺寸小且很薄，可以减少与GaN外延层的接触面积，避免在大面积硅薄膜上所形成的应力，并且单晶氮化铝薄膜阵列单元可屈从于GaN的晶格变化，当单晶氮化铝薄膜阵列单元上生长的GaN达到一定厚度后，会向阵列单元的四周侧向生长，最终将薄膜单元上生长的GaN连接起来，形成类似于以GaN单晶为衬底的生长模式。

因此，本发明的组合衬底具有加工方便，成本低廉的特点。同时生长的GaN外延层中位错密度非常低，可大面积生长较大厚度的GaN外延层。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的用于制造发光器件的组合衬底，下面通过具体实施方式详细描述其技术方案。

本发明的用于制造发光器件的蓝宝石组合衬底，包括三层结构，分别是蓝宝石、非晶氮化铝层和单晶氮化铝薄膜。其中

蓝宝石与本领域中制备发光器件常规使用的蓝宝石相同，此处不再赘述。