CN209045601U - 一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基led外延结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，包括衬底、氧化镓牺牲层、保护层、氮化镓基外延功能层；其中：所述氧化镓牺牲层介于衬底与氮化镓基外延功能层之间,所述氧化镓牺牲层上设置有一个在高氮氢比载气环境下生长的保护层。本实用新型的优点在于：采用氧化镓（Ga2O3）作为化学剥离的牺牲层，一方面氧化镓与氮化镓材料的晶格失配度较低，在氧化镓上可以成长出高品质的氮化镓基LED外延结构,另一方面氧化镓和弱酸容易发生反应而被去除（而氮化镓不会和弱酸发生反应），所以在一种有氧化镓牺牲层的氮化镓基LED外延结构中,可以利用弱酸溶液去除氧化镓牺牲层,完成衬底与氮化镓基LED外延结构层的剥离。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构。
背景技术
氮化镓（GaN）基发光二极管（LED， Light Emitting Diode）目前的衬底主流为蓝宝石衬底，但因为蓝宝石材料本身热导率差和不导电的特性，对某些LED产品的设计与制作有将蓝宝石衬底剥离的需求。如大功率LED芯片因为散热需求，需要将蓝宝石衬底剥离下来，垂直结构的LED则需要将不导电的蓝宝石衬底剥离来制备一侧电极，Micro LED则因为尺寸和转移方面的考量，需要将蓝宝石衬底剥离等。如何将氮化镓基LED的蓝宝石衬底剥离下来，要求既不损伤氮化镓基LED外延结构层，又能实现蓝宝石衬底的重复使用，一直是氮化镓基LED蓝宝石衬底剥离技术的发展方向。
目前，氮化镓基LED蓝宝石衬底剥离的方式主要有物理激光剥离和化学蚀刻牺牲层剥离。物理激光剥离衬底方式容易对氮化镓基LED外延结构层造成损伤而影响LED产品性能。化学蚀刻牺牲层剥离衬底方式则对牺牲层的选择要求比较高，如牺牲层和其上的外延层晶格匹配度不好，会对外延层的品质有重大的影响。
实用新型内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，解决了现有氮化镓基LED蓝宝石衬底剥离方式中存在对氮化镓基LED外延结构层造成损伤而影响LED产品性能，且对牺牲层的选择要求比较高的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种适用于衬底化
学剥离的氮化镓基LED外延结构包括衬底、氧化镓牺牲层、保护层、氮化镓基外延功能层；其中：所述氧化镓牺牲层介于衬底与氮化镓基外延功能层之间,所述氧化镓牺牲层上设置有一个在高氮氢比载气环境下生长的保护层。
其中，所述衬底为碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板中的一种。
其中，所述氧化镓牺牲层厚度为100nm～10um。
其中，所述保护层为在高氮氢比载气环境下生长的氮化镓基外延层，所述高氮氢比大于20，所述保护层厚度为30nm～3um。
其中，所述氮化镓基外延功能层包含有N型氮化镓基外延层、有源层、P型氮化镓基外延层，所述氮化镓基外延功能层厚度为1um～10um。
此外，所述衬底和氧化镓牺牲层之间可设有一层缓冲层,所述缓冲层为物理溅射的氮化铝薄膜或金属有机物化学气相沉积生长的氮化镓薄膜，所述缓冲层厚度为10nm～3um。
（三）有益效果
与现有技术相比，本实用新型提供了一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，具备以下有益效果：采用氧化镓作为化学剥离的牺牲层，一方面氧化镓与氮化镓材料的晶格失配度较低（氧化镓与氮化镓的晶格失配度为4.8%,明显比蓝宝石衬底与氮化镓的晶格失配度16%要好），在氧化镓上可以成长出高品质的氮化镓基LED外延结构,另一方面氧化镓和弱酸容易发生反应而被去除（而氮化镓不会和弱酸发生反应），所以在一种有氧化镓牺牲层的氮化镓基LED外延结构中,可以利用弱酸溶液去除氧化镓牺牲层,完成衬底与氮化镓基LED外延结构层的剥离，得到高品质的氮化镓基LED外延结构。
附图说明
图1 为本实用新型实施例一的结构示意图。
图2 为本实用新型实施例二的结构示意图。
附图标记：
衬底110、氧化镓牺牲层120、保护层130、氮化镓基外延功能层140；
衬底210、氧化镓牺牲层220、缓冲层221、保护层230、氮化镓基外延功能层240、N型氮化镓外延层241、有源层242、P型氮化镓外延层243。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1，如图1所示，一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构包括衬底110、氧化镓牺牲层120、保护层130、氮化镓基外延功能层140；其中：所述氧化镓牺牲层120介于衬底110与氮化镓基外延功能层140之间,所述氧化镓牺牲层120上设置有一个在高氮氢比载气环境下生长的保护层130，所述保护层130为在高氮氢比载气环境下生长的氮化镓基外延层，所述高氮氢比大于20。
本实施例中，一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构的生长方法具体包括如下步骤：
步骤一，氧化镓牺牲层120生长：a.将蓝宝石衬底110传入PVD溅射腔内，通入Ar、O2，开启脉冲直流电源，溅射镓金属靶材，在衬底110上形成非充分氧化结晶的氧化镓薄膜，溅射薄膜厚度500nm；b.将溅镀完的产片送入高温真空炉，高温炉通入O2，1000℃温度下，获得充分氧化结晶的氧化镓薄膜；
步骤二，保护层130生长：将产片传送到MOCVD腔，通入TMGa、NH3、N2，在1000℃温度下，沉积500nm厚的氮化镓保护层130；
步骤三，氮化镓基外延功能层140生长：调整外延工艺参数,选择通入TMGa、TEGa、TMAl、TMIn、Cp2Mg、NH3、N2、H2、SiH4，在700~1100℃温度下,于保护层上成长氮化镓基外延功能层140。
实施例2，如图2所示，一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构包括衬底210、氧化镓牺牲层220、缓冲层221、保护层230、氮化镓基外延功能层240；其中：所述氧化镓牺牲层220介于衬底与氮化镓基外延功能层240之间,所述氧化镓牺牲层220上设置有一个在高氮氢比载气环境下生长的保护层230，所述氮化镓基外延功能层240包含有N型氮化镓外延层241、有源层242、P型氮化镓外延层243，所述衬底210和氧化镓牺牲层220之间设有一层缓冲层221,所述缓冲层221为物理溅射的氮化铝薄膜或金属有机物化学气相沉积生长的氮化镓薄膜。
本实施例中，一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构的生长方法具体包括如下步骤：
步骤一，缓冲层221生长：将作为外延衬底的蓝宝石衬底传入第一MOCVD腔，通入TMGa、NH3、H2，在1100℃温度下，沉积2um厚的氮化镓作为缓冲层221；
步骤二，氧化镓牺牲层220生长：将产片传入第二MOCVD腔，通入TEGa、O2、Ar，在500℃温度下，沉积500nm厚的氧化镓牺牲层220；
步骤三，保护层230生长：将产片传送回第一MOCVD腔，通入TMGa、NH3、N2，在1000℃温度下，沉积500nm厚的氮化镓保护层230。
步骤四，氮化镓基外延功能层240生长：调整外延工艺参数,选择通入TMGa、TEGa、TMAl、TMIn、Cp2Mg、NH3、N2、H2、SiH4，在700~1100℃温度下,于保护层230上成长氮化镓基外延功能层240，其中氮化镓基外延功能层240依序包含有N型氮化镓外延层241、有源层242、P型氮化镓外延层243。
本实用新型中，选用氧化镓材料作为衬底与氮化镓基外延功能层化学剥离的牺牲层，因为弱酸溶液很容易化学蚀刻去除氧化镓牺牲层而不损伤氮化镓基外延功能层，可以完成衬底与氮化镓基外延功能层的剥离，且氧化镓与氮化镓的晶格失配度较低，在氧化镓牺牲层上容易生长出高品质的氮化镓基外延功能层,得到高品质的氮化镓基LED外延结构。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，包括衬底、氧化镓牺牲层、保护层、氮化镓基外延功能层；其特征在于：所述氧化镓牺牲层介于衬底与氮化镓基外延功能层之间,所述氧化镓牺牲层上设置有一个在高氮氢比载气环境下生长的保护层。
2.根据权利要求1所述的一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述衬底为碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述氧化镓牺牲层厚度为100nm～10um。
4.根据权利要求1所述的一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述保护层为在高氮氢比载气环境下生长的氮化镓基外延层，所述高氮氢比大于20，所述保护层厚度为30nm～3um。
5.根据权利要求1所述的一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述氮化镓基外延功能层包含有N型氮化镓基外延层、有源层、P型氮化镓基外延层，所述氮化镓基外延功能层厚度为1um～10um。
6.根据权利要求1所述的一种适用于衬底化学剥离的氮化镓基LED外延结构，其特征在于：所述衬底和氧化镓牺牲层之间可设有一层缓冲层,所述缓冲层为物理溅射的氮化铝薄膜或金属有机物化学气相沉积生长的氮化镓薄膜，所述缓冲层厚度为10nm～3um。
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| WO2022120825A1 (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-16 | 华为技术有限公司 | 外延衬底及其制备方法、半导体晶圆 |
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