CN107742664A - 一种衬底结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种衬底结构，包括衬底、外延层、电流扩展层和电极，外延层置于衬底之上，电流扩展层置于外延层之上，电极置于电流扩展层之上。本发明还公开了该衬底结构的制备方法。本发明一种衬底结构通过采用镁铝尖晶石作为衬底材料，由于镁铝尖晶石晶体具有良好的晶格匹配和热膨胀匹配，与氮化镓晶格的失配率较蓝宝石大大降低；且具有优良的热稳定性和化学稳定性，以及良好的机械力学性能等优点，可以使得最终制得的光电器件具有更低的位错密度和更好的折射率匹配，可以在不增大光电器件尺寸的前提下有效提高出光效率，更适合推广应用。
Description
技术领域
本发明属于电子元器件技术领域，具体涉及一种衬底结构，本发明还涉及该衬底结构的制备方法。
背景技术
在制作GaN基LED芯片时，主要是将InGaN、GaN等材料和器件的外延层结构生长在蓝宝石、SiC、Si等衬底上。蓝宝石有许多优点，例如：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、成本低、晶体质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。但使用蓝宝石作为GaN基LED外延衬底也存在一些问题，例如晶格失配、热膨胀系数失配以及折射率失配等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种衬底结构，能够降低衬底与外延材料的晶格失配率。
本发明还提供了上述衬底结构的制备方法。
本发明所采用的第一种技术方案是：一种衬底结构，包括衬底、外延层、电流扩展层和电极，外延层置于衬底之上，电流扩展层置于外延层之上，电极置于电流扩展层之上。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
衬底材料为镁铝尖晶石。
外延层材料为氮化镓。
本发明所采用的第二种技术方案是：一种衬底结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在衬底上生长外延层；
步骤2：在外延层上生长电流扩展层；
步骤3：在电流扩展层上覆电极。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
步骤1中，利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在衬底上生长外延层，外延层的厚度在1～10微米之间。
步骤2中，利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在外延层上生长电流扩展层，电流扩展层的厚度在30～300纳米之间。
步骤3中，电极的厚度在500～600纳米之间。
本发明的有益效果是：本发明一种衬底结构，通过采用镁铝尖晶石作为衬底材料，由于镁铝尖晶石晶体具有良好的晶格匹配和热膨胀匹配，与氮化镓晶格的失配率较蓝宝石大大降低；且具有优良的热稳定性和化学稳定性，以及良好的机械力学性能等优点，可以使得最终制得的光电器件具有更低的位错密度和更好的折射率匹配，可以在不增大光电器件尺寸的前提下有效提高出光效率，更适合推广应用。
附图说明
图1是本发明一种衬底结构的结构示意图。
图中，1.衬底，2.外延层，3.电流扩展层，4.电极。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种衬底结构，如图1所示，包括镁铝尖晶石衬底1、氮化镓外延层2、电流扩展层3和电极4，外延层2置于衬底1之上，电流扩展层3置于外延层2之上，电极4置于电流扩展层3之上。
上述衬底结构的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在衬底1上生长外延层2，外延层2的厚度在1～10微米之间；
步骤2：利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在外延层2上生长电流扩展层3，电流扩展层3的厚度在30～300纳米之间；
步骤3：在电流扩展层3上覆电极4，电极4的厚度在500～600纳米之间。
本发明基于的原理是：
铝酸镁晶体是高熔点(2130℃)、高硬度(莫氏8级)的晶体材料，属面心立方晶系，空间群为Fd3m，晶格常数为0.8085nm；同时，铝酸镁晶体是优良的传声介质材料，在微波段的声衰减低，用铝酸镁晶体制作的微波延迟线插入损耗小。铝酸镁晶体与Si的晶格匹配性能好，其膨胀系数也与Si相近，因而外延Si膜的形变扭曲小，制作的大规模超高速集成电路速度比用蓝宝石制作的速度要快。由于铝酸镁晶体具有良好的晶格匹配和热膨胀匹配，铝酸镁晶体与氮化镓晶格的失配率为9％，具有优良的热稳定性和化学稳定性，以及良好的机械力学性能等优点，可在MgAl2O4基片上成功地外延出高质量的GaN膜，并且研制蓝光LED和LD；MgAl2O4晶体用作InN的外延衬底材料时，MgAl2O4晶体与InN晶格的失配率为15％，晶格匹配性能要大大优于蓝宝石，蓝宝石与InN晶格的失配率高达25％。而且，如果位于顶层氧原子层下面的镁原子占据有效的配位晶格位置，以及氧格位，那么这样可以有希望将晶格失配率进一步降低至7％，这个数字要远远低于蓝宝石。
通过上述方式，本发明一种衬底结构通过采用镁铝尖晶石作为衬底材料，由于镁铝尖晶石晶体具有良好的晶格匹配和热膨胀匹配，与氮化镓晶格的失配率较蓝宝石大大降低；且具有优良的热稳定性和化学稳定性，以及良好的机械力学性能等优点，可以使得最终制得的光电器件具有更低的位错密度和更好的折射率匹配，可以在不增大光电器件尺寸的前提下有效提高出光效率，更适合推广应用。
Claims (7)
1.一种衬底结构，其特征在于，包括衬底(1)、外延层(2)、电流扩展层(3)和电极(4)，外延层(2)置于衬底(1)之上，电流扩展层(3)置于外延层(2)之上，电极(4)置于电流扩展层(3)之上。
2.如权利要求1所述的一种衬底结构，其特征在于，所述衬底(1)材料为镁铝尖晶石。
3.如权利要求1所述的一种衬底结构，其特征在于，所述外延层(2)材料为氮化镓。
4.如权利要求1所述的一种衬底结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在衬底(1)上生长外延层(2)；
步骤2：在外延层(2)上生长电流扩展层(3)；
步骤3：在电流扩展层(3)上覆电极(4)。
5.如权利要求4所述的一种衬底结构的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在衬底(1)上生长外延层(2)，外延层(2)的厚度在1～10微米之间。
6.如权利要求4所述的一种衬底结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，利用气相外延、液相外延或固相外延的方法在外延层(2)上生长电流扩展层(3)，电流扩展层(3)的厚度在30～300纳米之间。
7.如权利要求4所述的一种衬底结构的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，电极(4)的厚度在500～600纳米之间。
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