一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，包括步驟：1）于生長(zhǎng)襯底表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層；2）于緩沖層表面形成SiO2層；3）于SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口的掩膜層；4）藉由各該孔狀窗口對(duì)SiO2層進(jìn)行刻蝕，于SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)下方的緩沖層。本發(fā)明先制備一層含有六角晶格結(jié)構(gòu)的BN材料層或AlN層或AlxGa1-xN層，作為發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層，然后通過ICP刻蝕工藝于SiO2層中制備出間隔排列的多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)。所述緩沖層和具有孔狀結(jié)構(gòu)的SiO2層既能保證生長(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。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)。
【專利說明】一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法
【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氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法。
【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)光二極管生長(zhǎng)質(zhì)量、并且能提聞發(fā)光二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氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，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)明提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(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；
[0009]2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；[0010]3)于所述SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口的掩膜層；
[0011]4)藉由各該孔狀窗口對(duì)所述SiO2層進(jìn)行刻蝕，于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)下方的緩沖層。
[0012]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述生長(zhǎng)襯底的材料為藍(lán)寶石、SiC, Si及ZnO的一種。
[0013]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層的厚度為50~400埃。
[0014]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述緩沖層為采用低溫化學(xué)氣相沉積法所制備的低溫AlxGahN層，O ^X^0.5，制備的溫度范圍為450~7000C ο
[0015]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(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層的主要晶向?yàn)?0001)取向；或所述緩沖層為BN材料層。
[0016]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟
2)采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述緩沖層表面形成SiO2層，所述SiO2層的厚度為 0.2 ~2 μ m。
[0017]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)。
[0018]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)呈矩形陣列或六角陣列排列。
[0019]作為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述孔狀結(jié)構(gòu)的孔徑為0.8~5 μ m,各該孔狀結(jié)構(gòu)的間距為0.8~5 μ m。
[0020]如上所述，本發(fā)明提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:1)提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層；2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；3)于所述SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口的掩膜層；4)藉由各該孔狀窗口對(duì)所述SiO2層進(jìn)行刻蝕，于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)下方的緩沖層。本發(fā)明先制備一層含有六角晶格結(jié)構(gòu)的BN材料層或AlN層或AlxGahN層，作為發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層，然后通過ICP刻蝕工藝于SiO2層中制備出間隔排列的多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)。所述緩沖層和具有孔狀結(jié)構(gòu)的SiO2層既能保證生長(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。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)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1~圖2顯示為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法步驟I)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3顯示為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法步驟2)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4~圖5顯示為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法步驟3)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0024]圖6~圖8顯示為本發(fā)明的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法步驟4)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]元件標(biāo)號(hào)說明
[0026]101 生長(zhǎng)襯底
[0027]102 緩沖層
[0028]103 SiO2 層
[0029]104 掩膜層
[0030]105 孔狀窗口
[0031]106 孔狀結(jié)構(gòu)
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0033]請(qǐng)參閱圖1~圖8。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0034]實(shí)施例1
[0035]如圖1~圖7所示，本實(shí)施例提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包括以下步驟:
[0036]如圖1~圖2所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一生長(zhǎng)襯底101，于所述生長(zhǎng)襯底101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102。
[0037]作為示例，所述生長(zhǎng)襯底101的材料為藍(lán)寶石、SiC, Si及ZnO的一種。在本實(shí)施例中，所述生長(zhǎng)襯底101為平片型藍(lán)寶石襯底，其表面為平直面。所述緩沖層102為采用低溫化學(xué)氣相沉積法所制備的低溫AlxGa^xN層(0<X<0.5),優(yōu)選為低溫AlxGa^xN層(O≤X≤0.2)，制備的溫度范圍為450~700 0C ο在本實(shí)施例中，所述低溫AlxGa^N層(O≤X≤0.5)的制備溫度為500°C，所述低溫AlxGa1J層(O≤X≤0.5)為低溫GaN層或Al。.1GaQ.9N 層等。
[0038]作為示例，所述緩沖層102的厚度為50~400埃。在本實(shí)施例中，所述緩沖層102的厚度為200埃。當(dāng)然，此處所列舉的厚度范圍為最優(yōu)選的范圍，在其它的實(shí)施例中，所述緩沖層102的厚度可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，并不限定于此。
[0039]由于所述低溫AlxGahN層制備的溫度較低，所需制備的厚度較小，在保證后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)(尤其是GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu))成核生長(zhǎng)的同時(shí)，可以有效地降低生產(chǎn)成本。
[0040]如圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，于所述緩沖層102表面形成SiO2層103。
[0041]在本實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述緩沖層102表面形成5102層103。當(dāng)然，在其它的實(shí)施例中，所述5102層103可以采用預(yù)期的一切制備方法進(jìn)行制備，并不限定于此處所列舉的一種。[0042]作為示例，所述的SiO2層103的厚度為0.2?3μπι。在本實(shí)施例中，所述SiO2層103的厚度為Iym0
[0043]如圖4?圖5所示，最后進(jìn)行步驟3)，于所述SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口 105的掩膜層104。
[0044]作為示例，所述掩膜層104為光刻膠層。具體地，先于所述SiO2層形成一層光刻膠層，然后采用曝光工藝于所述光刻膠層中形成多個(gè)間隔排列的孔狀窗口 105，在本實(shí)施例中，所述多個(gè)孔狀窗口 105呈矩形陣列排列。
[0045]如圖6?圖7所示，最后進(jìn)行步驟4)，藉由各該孔狀窗口 105對(duì)所述SiO2層進(jìn)行刻蝕，于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)106，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)106下方的緩沖層。
[0046]作為示例，采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法于所述3102層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)106，如圖7所示，所述多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)106呈矩形陣列排列，其中，所述孔狀結(jié)構(gòu)106的孔徑為
0.8?5μπι，各該孔狀結(jié)構(gòu)106的間距為0.8?5 μ m，在本實(shí)施例中，所述孔狀結(jié)構(gòu)106的孔徑為4 μ m,各該孔狀結(jié)構(gòu)106的間距為2 μ m。
[0047]由于SiOJA折射率一般為1.3?1.4，相比于藍(lán)寶石襯底101有較大的降低，因此，可以有效提高GaN基發(fā)光二極管的出光率。
[0048]實(shí)施例2
[0049]如圖1?圖6及圖8所示，本實(shí)施例提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其基本步驟如實(shí)施例1，其中:
[0050]所述緩沖層102為采用濺射法所制備的AlN層，所述AlN層的晶向或者主要晶向?yàn)?0001)取向。相比于低溫AlxGahN層，濺射法制備AlN層的好處是厚度可控性強(qiáng)、晶向取向度較高，同時(shí)也有利于發(fā)光外延結(jié)構(gòu)(尤其是GaN基發(fā)光外延結(jié)構(gòu))的成核生長(zhǎng)。
[0051]作為本實(shí)施例的另一方案，所述緩沖層102為采用濺射等方法制備的BN材料層。
[0052]如圖8所示，在本實(shí)施例中，所述多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)106呈六角陣列排列。
[0053]如上所述，本發(fā)明提供一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，所述制造方法包括以下步驟:1)提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層；2)于所述緩沖層表面形成SiO2層；3)于所述SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口的掩膜層；4)藉由各該孔狀窗口對(duì)所述SiO2層進(jìn)行刻蝕，于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)下方的緩沖層。本發(fā)明先制備一層含有六角晶格結(jié)構(gòu)的BN材料層或AlN層或AlxGahN層，作為發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層，然后通過ICP刻蝕工藝于SiO2層中制備出間隔排列的多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)。所述緩沖層和具有孔狀結(jié)構(gòu)的SiO2層既能保證生長(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。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)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0054]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，至少包括以下步驟: 1)提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底表面形成用于后續(xù)發(fā)光外延結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的緩沖層； 2)于所述緩沖層表面形成SiO2層； 3)于所述SiO2層表面形成具有多個(gè)間隔排列的孔狀窗口的掩膜層； 4)藉由各該孔狀窗口對(duì)所述SiO2層進(jìn)行刻蝕，于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)，并露出各該孔狀結(jié)構(gòu)下方的緩沖層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:所述生長(zhǎng)襯底的材料為藍(lán)寶石、SiC, Si及ZnO的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:所述緩沖層的厚度為50~400埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于: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。。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于: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；或所述緩沖層為BN材料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法于所述緩沖層表面形成SiO2層，所述的SiO2層的厚度為0.2 ~3 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:采用感應(yīng)耦合等離子體刻蝕法于所述SiO2層中形成多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:所述多個(gè)孔狀結(jié)構(gòu)呈矩形陣列或六角陣列排列。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氮化物生長(zhǎng)的復(fù)合襯底結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于:所述孔狀結(jié)構(gòu)的孔徑為0.8~5 μ m,各該孔狀結(jié)構(gòu)的間距為0.8~5 μ m。
【文檔編號(hào)】H01L33/12GK103840041SQ201310643634
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】袁根如, 郝茂盛, 邢志剛, 李振毅, 陳耀 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司