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一种通过 缺陷 钝化减少GaN外延缺陷的方法

阅读：505发布：2020-06-27

专利汇可以提供一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提出了一种通过缺陷钝化减少GaN 外延缺陷的方法，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。本发明的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。，下面是一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一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。
2.根据权利要求1所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤1）中的氮化镓是未掺杂氮化镓或n型氮化镓。
3.根据权利要求2所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤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。
4.根据权利要求3所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤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℃。
5.根据权利要求4所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤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)。
6.根据权利要求5所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤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。
7.根据权利要求6所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤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。
8.根据权利要求6所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤2）中强碱溶液是KOH或NaOH。
9.根据权利要求8所述的通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法，其特征在于：所述步骤2）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400℃。

说明书全文

一种通过缺陷 钝化减少GaN外延缺陷的方法

技术领域

[0001] 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

[0002] GaN通常生长在蓝宝石基板上，具有相对高的缺陷密度1x108-9/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）。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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

[0007] 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。

[0008] 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：

[0009] 1）在蓝宝石晶片放入MOCVD中生长氮化镓；

[0010] 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；

[0011] 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；

[0012] 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；

[0013] 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。

[0014] 上述步骤1）中的氮化镓是未掺杂氮化镓或n型氮化镓。

[0015] 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。

[0016] 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℃。

[0017] 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)。

[0018] 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。

[0019] 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。

[0020] 上述步骤2）中强碱溶液是KOH或NaOH。

[0021] 上述步骤2）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400℃。

[0022] 本发明提出一种通过选择性缺陷钝化降低GaN缺陷密度的方法。使用化学刻蚀在缺陷点选择性地制造刻蚀坑，此刻蚀坑后续被SiOx钝化。钝化是用PECVD生长SiOx并研磨后完成的。GaN在这种衬底上生长会大大降低缺陷密度（1-2个数量级）。缺陷钝化工艺可通过自形成坑和旋涂来进一步改进。利用该方法制作的芯片优点:1)外延缺陷降低2个9 2 7 2
数量级(从10/cm →10/cm)；2)LED芯片光输出功率（LOP）增加了45%。
附图说明

[0023] 图1—图5是本发明的原理示意图；

具体实施方式

[0024] 本发明提出了一种通过缺陷钝化减少GaN外延缺陷的方法：

[0025] 1）n-GaN外延生长：用MOCVD在蓝宝石平片上生长2-3um的氮化镓；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；

[0026] 2）湿法腐蚀n-GaN：蓝宝石晶片放入熔融的KOH溶液的时间是，KOH溶液的温度是将蓝宝石晶片从MOCVD机台取出，放入380-420℃，优选400℃熔融的强碱溶液腐蚀8-12分钟；优选10分钟（有缺陷处被腐蚀），然后用去离子水冲洗干净；其他强碱性溶液也可以，如KOH、NaOH；此步骤的作用是腐蚀n-GaN表面的缺陷，使之形成腐蚀坑，为后续的SiO2填充做准备。填充SiO2的目的是在后续的GaN生长过程中减少缺陷。

[0027] 3）SiO2淀积：将腐蚀后的晶片放入PECVD设备，生长1um厚的SiO2；压力2乇、温度350℃、功率80瓦的条件下，通入硅烷（SiH4）、笑气（N2O）和氮气；硅烷流量50sccm(标况毫升每分)、笑气流量156sccm、氮气流量2000sccm。

[0028] 4）SiO2CMP：将晶片从PECVD设备取出，放入CMP设备进行研磨，除去GaN未被蚀坑平面上的SiO2，并清洗干净,這些平面将作为后续外延生长,蚀坑中的SiO2則会留下以阻挡缺陷成长；研磨的具体参数是：压力2.66psi(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；

[0029] 5）MQW生长：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，以便完成LED结构层生长。至此，外延生长完成，后续进入芯片制作。n型氮化镓生长条件：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n型氮化镓；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。

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