在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法
2023-07-08 20:24:26 1
專利名稱：在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法
技術領域：
本發明屬於半導體材料製備領域，特別涉及ー種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法。
背景技術：
GaN基LED具有節能、環保、冷光源、顯色指數高、響應速度快、體積小和工作壽命長等突出優點，其作為新一代照明革命的緑色固體光源顯示出巨大的應用潛力。目前藍寶石襯底是氮化物進行異質外延生長最常用的襯底之一。由於藍寶石襯底和氮化物外延層之間存在很大晶格常數失配和熱膨脹係數差異，因此氮化物外延層中存在很大的殘餘應カ和諸多晶體缺陷，影響了材料的晶體質量，限制了器件光電性能的進ー步提聞。本發明通過對已有GaN外延層進行處理，形成低位錯密度的局域GaN納米柱，在這種納米柱結構上外延GaN材料,可有效降低外延GaN層的位錯密度,提高外延材料的晶體質量和均勻性。
發明內容
為有效降低GaN外延層的位錯密度，提高外延材料的晶體質量和均勻性，本發明的目的是提出ー種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法。本發明提供ー種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，包括如下步驟I)用鹼液或混酸腐蝕藍寶石襯底上的GaN模以形成六角微坑；2)採用ICP的方法，繼續刻蝕六角微坑，在六角微坑周圍形成GaN納米柱；3)採用MOCVD的方法，在GaN納米柱上外延GaN LED層，使GaN層與藍寶石襯底之間形成空氣柱，完成製備。其中GaN膜的厚度為2um。其中鹼液為KOH溶液，腐蝕溫度為80°C,腐蝕時間為l_2min,或者用體積比為H2SO4 H3PO4 = 3 I的混酸液，該混酸液的溫度為260°C，腐蝕時間為4-8min。其中用ICP的方法刻蝕，使GaN模板上六角微坑繼續被刻蝕掉，刻蝕深度小於GaN模的厚度，其機理在於高位錯區域刻蝕速率明顯大於低位錯區域，形成GaN納米柱。其中ICP刻蝕氣體為Cl2，起輝功率450w，刻蝕功率75w，刻蝕時間為150_250s，將六角微坑20區域繼續刻蝕掉O. 8-1. 2um。
為使審查員能進ー步了解本發明的結構、特徵及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如後，其中圖I為本發明2umGaN模板，其中10為藍寶石襯底，11為GaN膜； 圖2為本發明2um GaN模板腐蝕後的微坑，其中10為藍寶石襯底，11為GaN膜，20為GaN六角微坑；圖3為本發明經過腐蝕和刻蝕後GaN模板的表面形成六角納米柱，其中10為藍寶石襯底，11為GaN膜，30為納米柱；圖4為本發明在處理過的GaN模板上外延GaN，其中10為藍寶石襯底，40為新外延的GaN，41為空氣柱；
具體實施例方式請參閱圖I-圖4，本發明提供ー種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，包括如下步驟
步驟I :用鹼液或混酸腐蝕藍寶石襯底10上的GaN模11以形成六角微坑20 (圖
I、圖2中)，該GaN膜11的厚度為2um，所述鹼液為KOH溶液，腐蝕溫度為80°C，腐蝕時間為l_2min，或者用體積比為H2SO4 H3PO4 = 3:1的混酸液，該混酸液的溫度為260V，腐蝕時間為4-8min，形成六角微坑20 ；步驟2 :採用ICP的方法，繼續刻蝕六角微坑20，刻蝕氣體為Cl基氣體，起輝功率450w，刻蝕功率75w，刻蝕時間為150-250s，將六角微坑20區域繼續刻蝕掉O. 8-1. 2um，使六角微坑20深度増加，在六角微坑20周圍形成GaN納米柱30 (圖3中)；步驟3 :採用MOCVD的方法，在GaN納米柱30上外延GaN LED層40 (圖4中)，該外延GaN LED層40時是橫向外延，故外延的GaN LED層40不會落入各GaN納米柱30之間的間隙中，使GaN層40與藍寶石襯底10之間形成空氣柱41，然後再進行外延LED的其它エ藝。該方法可用於GaN基LED、LD、HEMT等光電器件。也可以用於III/V，II/VI其它半導體器件外延技術。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求
1.一種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法,包括如下步驟 1)用鹼液或混酸腐蝕藍寶石襯底上的GaN模以形成六角微坑； 2)採用ICP的方法，繼續刻蝕六角微坑，在六角微坑周圍形成GaN納米柱； 3)採用MOCVD的方法，在GaN納米柱上外延GaNLED層，使GaN層與藍寶石襯底之間形成空氣柱,完成製備。
2.根據權利要求I所述的在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，其中GaN膜的厚度為 2um。
3.根據權利要求I所述的在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，其中鹼液為KOH溶液，腐蝕溫度為80°C，腐蝕時間為l_2min，或者用體積比SH2SO4 H3PO4 = 3 I的混酸液，該混酸液的溫度為260°C，腐蝕時間為4-8min。
4.根據權利要求I所述的在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，其中用ICP的方法刻蝕，使GaN模板上六角微坑繼續被刻蝕掉，刻蝕深度小於GaN模的厚度，其機理在於高位錯區域刻蝕速率明顯大於低位錯區域，形成GaN納米柱。
5.根據權利要求4所述的在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，其中ICP刻蝕氣體為Cl2，起輝功率450w，刻蝕功率75w，刻蝕時間為150-250S，將六角微坑20區域繼續刻蝕掉 0. 8-1. 2um。
全文摘要
一種在低位錯GaN納米柱上外延LED的方法，包括如下步驟1)用鹼液或混酸腐蝕藍寶石襯底上的GaN模以形成六角微坑；2)採用ICP的方法，繼續刻蝕六角微坑，在六角微坑周圍形成GaN納米柱；3)採用MOCVD的方法，在GaN納米柱上外延GaN LED層，使GaN層與藍寶石襯底之間形成空氣柱，完成製備。採用本發明的方法，可有效降低GaN外延層的位錯密度，提高外延材料的晶體質量和均勻性。
文檔編號H01L33/00GK102683523SQ20121018453
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者劉喆, 吳奎, 李晉閩, 王軍喜, 閆建昌, 魏同波 申請人:中國科學院半導體研究所