一種用于Ⅲ-Ⅴ族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，將成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動(dòng)傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級(jí)換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來(lái)幾年光電子領(lǐng)域最重要的制高點(diǎn)之一。發(fā)光二極管是由II1-V族化合物，如GaAs (砷化鎵)、GaP (磷化鎵)、GaAsP (磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的1-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
[0003]現(xiàn)有的發(fā)光二極管一般采用藍(lán)寶石作為制備襯底，為了提高發(fā)光二極管的出光效率，會(huì)于藍(lán)寶石襯底表面制備出周期排列的多個(gè)凸起結(jié)構(gòu)，然后再制備GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。然而，具有凸起結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石襯底，直接進(jìn)行GaN發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的沉積往往會(huì)帶來(lái)巨大的晶體缺陷，嚴(yán)重影響發(fā)光二極管的亮度，因此，現(xiàn)有的一種制備過(guò)程是，先于1100°C左右對(duì)具有凸起結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石襯底表面進(jìn)行H2還原處理，然后通入反應(yīng)源，采用低溫化學(xué)氣相沉積法于藍(lán)寶石襯底表面沉積一層低溫GaN層，接著停止反應(yīng)源的通入，并升溫至1050°C左右使該層低溫GaN層在藍(lán)寶石襯底表面的平臺(tái)上進(jìn)行重組，形成GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的成核位置，最后開(kāi)始沉積GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，完成后續(xù)發(fā)光二極管的制備。
[0004]對(duì)于以上的發(fā)光二極管制備方法，需要多步才能形成GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的成核位置，工藝復(fù)雜，成本較高，而且，藍(lán)寶石襯底的折射率較高，為1.8左右，即使于其表面形成凸起結(jié)構(gòu)，對(duì)發(fā)光二極管的出光率的提升也有很大的限制。
[0005]因此，提供一種可以有效提聞GaN基發(fā)光_■極管生長(zhǎng)質(zhì)量、并且能提聞發(fā)光_■極管出光率的制備方法實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)及其制造方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管生長(zhǎng)質(zhì)量及出光率低等問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括以下步驟:
[0008]I)提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底中定義出多個(gè)圖形單元，并于所述多個(gè)圖形單元間形成V型溝槽；
[0009]2)于各該圖形單元表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層；
[0010]3)于各該緩沖層表面形成S12層；
[0011]4)通過(guò)光刻工藝于各該S12層的中部區(qū)域刻蝕出間隔排列的多個(gè)S12凸起，且露出各該S12凸起之間的緩沖層，并保留所述緩沖層周側(cè)區(qū)域的S12周側(cè)層。
[0012]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層的厚度為50?400埃。
[0013]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為采用化學(xué)氣相沉積法所制備的AlxGahN層，O ^ 0.5，制備的溫度范圍為450 ?700。。。
[0014]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的晶向?yàn)?0001)取向。
[0015]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為BN材料層。
[0016]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于各該緩沖層表面形成S12層，所述S12層的厚度為0.2?3μπι。
[0017]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述多個(gè)S12凸起呈周期性間隔排列，S12凸起的寬度為I?4 μ m，間距為0.5?2 μ m。
[0018]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述S12周側(cè)層的寬度為10?30 μ m。
[0019]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)所述的S12凸起為S12包狀凸起、S12圓錐狀凸起或S12金字塔狀凸起。
[0020]進(jìn)一步地，步驟4)包括以下步驟:
[0021]4-1)于各該S12層表面形成光刻膠層，通過(guò)曝光工藝將各該光刻膠層的中部區(qū)域制作成間隔排列的多個(gè)光刻膠塊；
[0022]4-2)通過(guò)加熱回流工藝使所述多個(gè)光刻膠塊回流成多個(gè)包狀光刻膠塊；
[0023]4-3)采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法將各該包狀光刻膠塊的形狀轉(zhuǎn)移至所述S12層，形成多個(gè)S12包狀凸起，且露出各該S12包狀凸起之間的緩沖層，用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)，并保留所述緩沖層周側(cè)區(qū)域的S12周側(cè)層。
[0024]本發(fā)明還提供一種用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)，至少包括:
[0025]生長(zhǎng)襯底，所述生長(zhǎng)襯底被多個(gè)V型溝槽隔成多個(gè)圖形單元；
[0026]用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層，結(jié)合于各該圖形單元表面；以及
[0027]S12層，包括間隔排列于各該緩沖層中部區(qū)域的多個(gè)S12凸起，以及位于各該緩沖層周側(cè)區(qū)域的S12周側(cè)層。
[0028]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層的厚度為50?400埃。
[0029]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為(0001)晶向的AlN層;或AlxGa^N層，其中，O彡X彡0.5 ;或BN材料層。
[0030]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述多個(gè)S12凸起呈周期性間隔排列，S12凸起的寬度為I?4μπι，間距為0.5?2μπι，所述S12凸起的高度為0.2?3 μ m。
[0031]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述S12凸起為S12包狀凸起、S12圓錐狀凸起或S12金字塔狀凸起。
[0032]作為本發(fā)明的用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述S12周側(cè)層的寬度為10?30 μ m。
[0033]如上所述，本發(fā)明提供一種用于II1- V族氮化物生長(zhǎng)的襯底結(jié)構(gòu)及其制造方法，所述制造方法包括步驟:1)提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底中定義出多個(gè)圖形單元，并于所述多個(gè)圖形單元間形成V型溝槽；2)于各該圖形單元表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層；3)于各該緩沖層表面形成S12層；4)通過(guò)光刻工藝于各該S12層的中部區(qū)域刻蝕出間隔排列的多個(gè)S12凸起，且露出各該S12凸起之間的緩沖層，并保留所述緩沖層周側(cè)區(qū)域的S12周側(cè)層。本發(fā)明先采用V型溝槽隔出多個(gè)圖形單元，有利于在后續(xù)的裂片等工藝中保證發(fā)光二極管的質(zhì)量，然后制備一層含有六角晶格結(jié)構(gòu)的用于發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層，并通過(guò)光刻膠的加熱回流工藝和ICP刻蝕工藝制備出周期性排列的包狀S12凸起以及S12周側(cè)層，所述包狀S12凸起既能保證生長(zhǎng)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量，又能提高發(fā)光二極管的出光效率，所述S12周側(cè)層能限制發(fā)光外延結(jié)構(gòu)在所述V型溝槽附近的垂直生長(zhǎng)，提高發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的晶體質(zhì)量。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，有利于降低制造成本，適用于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1顯示為本發(fā)明的用于II1-