[发明专利]一种用湿法腐蚀减少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，尤其涉及一种用湿法腐蚀减少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方法是在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本质上具有统计规律，所以很难控制。

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，本发明提出了一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，降低GaN的缺陷密度，进一步提高LED亮度。

本发明的技术解决方案是：一种用湿法腐蚀减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)在蓝宝石晶片上生长非掺杂氮化镓；

2)将步骤1)生长了非掺杂氮化镓的蓝宝石晶片放入熔融的碱性溶液，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再进行生长；

4)将GaN基键合在硅基板上，利用高温晶格失配应力剥离蓝宝石基片。

上述步骤1)的具体步骤是：

1.1)将蓝宝石晶片放入MOCVD中；

1.2)调节MOCVD中温度至500-600℃，压力600乇，使GaN在蓝宝石晶片上生长30nm；

1.3)将MOCVD中温度升高至1000-1100℃、压力400乇，生长非掺杂氮化镓1.2um。

上述步骤2)中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是5-15分钟，KOH溶液的温度是300-400℃。

上述步骤3)具体步骤是：将蓝宝石晶片重新放入MOCVD腔室中生长，依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓。

上述依次生长非掺杂氮化镓、掺硅氮化镓、多量子阱和掺镁氮化镓的具体参数是：气压400乇、温度1050℃、通入气体为三甲基镓和氨气，生成1.5-2.5um非掺杂氮化镓；气压300乇、温度1050℃、通入气体三甲基镓、氨气和N型掺杂源硅烷，生成2-3um掺硅氮化镓；气压200乇、温度950℃、通入气体为三甲基镓、氨气和P型掺杂源二茂镁，生成0.3um掺镁氮化镓；(多量子阱的参数:10对铟镓氮(InGaN 3nm)/氮化镓(GaN 12nm),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、三乙基镓、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)中碱性溶液是KOH或NaOH。

上述步骤2)中蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是10分钟，KOH溶液的温度是350℃。

本发明提出一种通过GaN/蓝宝石界面刻蚀降低GaN缺陷密度的方法---U-GaN生长结束后，进行湿法腐蚀(磷酸+硫酸溶液或KOH湿法腐蚀)；透过GaN缺陷蚀刻至GaN/蓝宝石界面，并沿着界面蚀刻，紧接着晶圆再次进入外延设备重新进行GaN外延生长---U-GaN，从而填满U-GaN表面；