[发明专利]在低位错GaN纳米柱上外延LED的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制备领域，特别涉及一种在低位错GaN纳米柱上外延LED的方法。

背景技术

GaN基LED具有节能、环保、冷光源、显色指数高、响应速度快、体积小和工作寿命长等突出优点，其作为新一代照明革命的绿色固体光源显示出巨大的应用潜力。

目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质外延生长最常用的衬底之一。由于蓝宝石衬底和氮化物外延层之间存在很大晶格常数失配和热膨胀系数差异，因此氮化物外延层中存在很大的残余应力和诸多晶体缺陷，影响了材料的晶体质量，限制了器件光电性能的进一步提高。

本发明通过对已有GaN外延层进行处理，形成低位错密度的局域GaN纳米柱，在这种纳米柱结构上外延GaN材料，可有效降低外延GaN层的位错密度，提高外延材料的晶体质量和均匀性。

发明内容

为有效降低GaN外延层的位错密度，提高外延材料的晶体质量和均匀性，本发明的目的是提出一种在低位错GaN纳米柱上外延LED的方法。

本发明提供一种在低位错GaN纳米柱上外延LED的方法，包括如下步骤：

1)用碱液或混酸腐蚀蓝宝石衬底上的GaN模以形成六角微坑；

2)采用ICP的方法，继续刻蚀六角微坑，在六角微坑周围形成GaN纳米柱；

3)采用MOCVD的方法，在GaN纳米柱上外延GaN LED层，使GaN层与蓝宝石衬底之间形成空气柱，完成制备。

其中GaN膜的厚度为2um。

其中碱液为KOH溶液，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为1-2min，或者用体积比为H₂SO₄∶H₃PO₄＝3∶1的混酸液，该混酸液的温度为260℃，腐蚀时间为4-8min。

其中用ICP的方法刻蚀，使GaN模板上六角微坑继续被刻蚀掉，刻蚀深度小于GaN模的厚度，其机理在于高位错区域刻蚀速率明显大于低位错区域，形成GaN纳米柱。

其中ICP刻蚀气体为Cl₂，起辉功率450w，刻蚀功率75w，刻蚀时间为150-250s，将六角微坑20区域继续刻蚀掉0.8-1.2um。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1为本发明2umGaN模板，其中10为蓝宝石衬底，11为GaN膜；

图2为本发明2um GaN模板腐蚀后的微坑，其中10为蓝宝石衬底，11为GaN膜，20为GaN六角微坑；

图3为本发明经过腐蚀和刻蚀后GaN模板的表面形成六角纳米柱，其中10为蓝宝石衬底，11为GaN膜，30为纳米柱；

图4为本发明在处理过的GaN模板上外延GaN，其中10为蓝宝石衬底，40为新外延的GaN，41为空气柱；

具体实施方式

请参阅图1-图4，本发明提供一种在低位错GaN纳米柱上外延LED的方法，包括如下步骤：

步骤1：用碱液或混酸腐蚀蓝宝石衬底10上的GaN模11以形成六角微坑20(图1、图2中)，该GaN膜11的厚度为2um，所述碱液为KOH溶液，腐蚀温度为80℃，腐蚀时间为1-2min，或者用体积比为H₂SO₄∶H₃PO₄＝3∶1的混酸液，该混酸液的温度为260℃，腐蚀时间为4-8min，形成六角微坑20；

步骤2：采用ICP的方法，继续刻蚀六角微坑20，刻蚀气体为Cl基气体，起辉功率450w，刻蚀功率75w，刻蚀时间为150-250s，将六角微坑20区域继续刻蚀掉0.8-1.2um，使六角微坑20深度增加，在六角微坑20周围形成GaN纳米柱30(图3中)；

步骤3：采用MOCVD的方法，在GaN纳米柱30上外延GaN LED层40(图4中)，该外延GaN LED层40时是横向外延，故外延的GaN LED层40不会落入各GaN纳米柱30之间的间隙中，使GaN层40与蓝宝石衬底10之间形成空气柱41，然后再进行外延LED的其它工艺。

该方法可用于GaN基LED、LD、HEMT等光电器件。也可以用于III/V，II/VI其它半导体器件外延技术。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。