图形化衬底技术在氮化镓基LED的应用
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摘要：GaN基LED通常是用金属有机化合物化学气相沉积（MOCVD）方法在蓝宝石衬底上生长而成。然而，由于蓝宝石和GaN之间的晶格失配高达约16%，会在GaN基外延层中形成很高的位错密度，严重影响GaN基LED的性能。
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【高工LED专稿】
【来源《高工LED-技术与应用》3月刊 张雄/崔一平】
　　随着固体照明技术的发展，三族氮化物材料由于具有稳定的物质结构且发光波长可覆盖从紫外到可见光的特点，因而受到研究者的广泛关注。
　　GaN基LED通常是用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上生长而成。然而，由于蓝宝石和GaN之间的晶格失配高达约16%，会在GaN基外延层中形成很高的位错密度，严重影响GaN基LED的性能。使用图形化的蓝宝石衬底可以缓和氮化镓基外延层中由于晶格不匹配产生的应力并且有效地降低位错密度，从而得到高质量的外延层，进而使内量子效率获得提高[1]。同时，高质量的外延层还能显着减少器件工作时的发热量，增加LED的使用寿命。更重要的是，对于传统的蓝宝石衬底氮化镓基LED而言，由于空气和外延层之间存在较大的折射率差异(nGaN=2.5，n空气=1)，容易在分界面处形成全反射，以致仅有4%的光线能从LED表面出射，而大部分的光则被限制在LED内部，最终变成热损耗，从而导致极低的光提取效率。因此，如何提高LED的光提取效率是固态照明领域中最有实际意义的研究课题之一，而图形蓝宝石衬底技术就是目前解决光提取效率低下的一种主要方法。
　　目前图形化衬底的制备技术主要有湿法和干法刻蚀两种。ICP干法刻蚀技术[2]，是先在蓝宝石衬底上涂抹一层光刻胶，利用标准的光刻工艺在光刻胶上制作图形，然后利用光刻胶做掩膜，使用BCl3等化学气体进行刻蚀，从而制得图形化蓝宝石衬底，如图1(a)所示。
　　湿法刻蚀技术[3]，是采用等离子体增强的化学气相淀积(PECVD)法在蓝宝石衬底上沉积约100纳米厚度的SiO2掩膜，利用标准的光刻技术将光刻板上的图形转移到SiO2掩膜上。然后在SiO2掩膜的保护下，使用硫酸和磷酸的混合酸溶液进行刻蚀，不同的刻蚀时间以及溶液浓度影响着蓝宝石衬底的刻蚀深度和刻蚀角度。最后，用氢氟酸溶液去除表面的SiO2掩膜，从而获得蓝宝石图形化衬底，如图1(b)所示。
　　更多内容请查阅《高工LED--技术与应用》杂志3月刊
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&本套技术资料光盘包含以下所有技术：(定价200元,货到付款,热线:)氮化镓单晶的生长方法和氮化镓单晶 摘要:本发明提供利用Na助熔剂法生长氮化镓单晶时，可以优良的生产性生长优质的氮化镓单晶的方法。通过使用至少含有钠金属的助熔剂8生长氮化镓单晶。在包含含有氮气的混合气体B的气氛下，在总压为300气压以上、2000气压以下的压力下，生长氮化镓单晶。优选气氛中的氮分压为100气压以上、2000气压以下。优选生长温度为1000℃以上、1500℃以下。 氮化镓单晶的生长方法,氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:提供一种制造106cm-2以下低错位GaN单结晶的方法，其特征是气相成长的成长表面不是平面状态，形成具有三维的小面结构，保持小面结构，通过在不埋没小面结构下进行成长，可降低错位，进行单晶体氮化镓的结晶成长。 氮化镓单晶的生长方法,氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:提供一种制造106cm-2以下低错位GaN单结晶的方法，其特征是气相成长的成长表面不是平面状态，形成具有三维的小面结构，保持小面结构，通过在不埋没小面结构下进行成长，可降低错位，进行单晶体氮化镓的结晶成长。 氮化镓单晶衬底及其制造方法 摘要:本发明提供一种ｎ型的ＧａＮ衬底。使原料气中含有氧，在ＧａＡｓ衬底上使ＧａＮ外延生长，然后将ＧａＡｓ衬底除去，获得具有与氧浓度成正比的ｎ型载流子的ｎ型ＧａＮ的独立膜。 一种氮化镓单晶的热液生长方法 摘要:本发明涉及一种氮化镓单晶的生长方法。本发明通过在高压釜的内腔壁上加附惰性材料衬里，并利用控温系统提供一个温场，从而在氨热中生长出氮化镓单晶。本发明的温度和压力都不太高（温度为400－600℃，压力为巴）、设备简单、成本低廉而高效，氮化镓产率高，便于工业化批量生产GaN单晶材料。生长出的氮化镓单晶的直径大于20μm，长度为毫米量级，具有很大的实用价值。 氮化镓单晶膜的制造方法 摘要:一种氮化镓单晶膜的制造方法，在传统的衬底、氮化镓缓冲层的基础上，将衬底加热到900－1100℃，生长一层富镓的第二氮化镓缓冲层，再在该缓冲层上生长所需的氮化镓晶体叠层。本发明工艺简单，生长的缓冲层结晶性能好，并具有大量的氮空位来弛豫衬底各氮化镓晶体之间的应力，可使生长于该缓冲层之上的氮化镓叠层具有良好的结晶品质，且不会产生裂纹。 制备氮化镓单晶薄膜的方法 摘要:本发明涉及一种在异质衬底上大失配外延生长GaN单晶薄膜的方法。该方法用异质材料或蓝宝石材料做衬底，在化学气相沉积生长装置中首先将氢气通入反应室中，然后加热衬底至1200℃；10分钟后衬底降温，用氨气与由氢气携带的三甲基镓通入反应室，并保持氨气流量为毫升/分钟，三甲基镓流量为1-10毫升/分钟，以生长GaN或AlN成核层；成核层在原位进行退火处理；退火后，保持衬底温度在700℃-1300℃下，将三甲基镓通入反应室以生长1nm-500nm厚的GaN；然后降低V/III摩尔比至＞0.5和＜2之间，继续生长GaN层至厚度在1nm-10000nm。该方法抑制了晶体缺陷的产生，使GaN单晶薄膜在生长的初期和后期都处在优化的生长条件下，从而大大地提高了晶体质量和光电特性。 一种制备氮化镓单晶衬底的方法 摘要:本发明提供一种制备GaN单晶衬底的方法，属于光电材料和器件领域。该方法包括：在蓝宝石等异质衬底上利用MOCVD或MBE等技术生长高质量GaN薄膜作为后续生长的模板，厚度在10μm之内；在GaN模板上制备一柔性的弱键和层；采用常规的HVPE方法在GaN模板上快速生长GaN单晶厚膜；由于减少了GaN和衬底之间的应力效应，可以获得低位错密度的GaN外延层，防止厚膜产生裂纹，获得高质量GaN材料，当GaN单晶厚膜厚度为0.1.毫米以上时，在降温过程中使得GaN单晶厚膜能够从GaN模板上自动分离，获得GaN单晶厚膜。本发明利用一种弱连接的方式，提高晶体质量，使GaN单晶厚膜和异质衬底之间自动分离，直接获得GaN单晶衬底。 氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:本发明涉及一种具有降低了位错密度的III-V族化合物半导体单晶的外延基板的制造方法，其特征在于，在制造具有作为由通式InxGayAlzN(式中x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的III-V族化合物半导体单晶，降低了位错密度的III-V族化合物半导体单晶的外延基板时，具有第一工序和第二工序，其中所述第一工序，使用具有多个突起状形状的该 III-V族化合物半导体单晶，用由与该III-V族化合物半导体异种材料制成的掩模覆盖得仅使该结晶端部附近形成开口部分；所述第二工序，以该开口部分的III-V族化合物半导体单晶作为种晶，使该III-V族化合物半导体单晶沿着横向生长；能够制造位错密度小、弯曲少的氮化物系III-V族化合物半导体单晶的自立基板。 一种利用熔盐法生长氮化镓单晶的方法 摘要:本发明涉及利用熔盐法生长氮化镓单晶的方法。本发明通过选择对氮化镓有一定溶解度的助熔剂，即锂单质或含锂化合物，与原料按一定比例混合，即可在较低温度（680—900℃）及常压（0．5—10个大气压）下按常规方法（如缓慢降温法）进行GaN单晶的生长。本发明设备简单、原料价廉，成本低，可进行大规模生产。降低氮化镓单晶膜与异质基底间应力的方法 摘要:本发明提供一种降低GaN单晶膜与异质基底间应力的方法，属于光电材料和器件领域。该方法包括：在蓝宝石等异质基底上生长GaN薄膜，采用激光透过蓝宝石等异质衬底，辐照生长在基底上的GaN薄膜，在GaN薄膜底部获得预分解态层，实现了释放GaN膜层中的应力应变，降低GaN膜与异质基底间应力的目的。本发明缓解由于应力而导致的GaN单晶开裂问题，可导致更高晶体质量的材料生长。 制备氮化镓单晶薄膜材料的装置及方法 摘要:本发明公开了一种制备氮化镓单晶薄膜材料的装置及方法。装置为真空室(1)两端分别连通氮气管(2)、氯化氢气管(3)、氨气管(4)和排气管(8)，室内置有内置反应腔(14)的源区(5)和内置旋转支撑架(7)的生长区(6)，反应腔(14)中置有金属镓(13)；方法为将覆有氮化铝膜和氮化镓膜的衬底置于支撑架上，并使真空室处于氮气氛后将源区和生长区的温度升至500～550℃下2.5～3小时，再向真空室通入氨气和氮气，并将源区的温度升至850～900℃、生长区的温度升至℃后，在继续通入氮气和氨气的同时，先由氯化氢气管加入氮气，再由其加入氯化氢气，并使支撑架旋转，而制得氮化镓单晶薄膜材料。它制得的氮化镓单晶薄膜材料的品质极高。 采用自剥离用于生产氮化镓单晶衬底的方法 摘要:本发明涉及一种用于生产氮化镓单晶衬底的方法，包括(a)在由具有比氮化镓更小热膨胀系数的材料制成的平坦基础衬底上生长氮化镓膜并冷却氮化镓膜以使基础衬底和氮化镓膜向上凸起弯曲，并在氮化镓膜中产生裂纹；(b)在位于向上凸起的基础衬底上的产生裂纹的氮化镓膜上生长氮化镓单晶层；以及(c)冷却具有长成的氮化镓单晶层的所得产品以使向上凸起的所得产品变平或使向上凸起的所得产品向下凸起弯曲并同时使基础衬底和氮化镓单晶层在插入其间的产生裂纹的氮化镓膜处相互自剥离。 往氮化镓结晶掺杂氧的方法和掺杂氧的n型氮化镓单晶基板 摘要:本发明提供一种可以收取氧作为n型掺杂剂的氮化镓单晶的成长方法。该法采用在表面(上面)具有C面以外的面的种晶，在供给含镓原料、氮原料和掺杂必要的含氧的原料气的同时，保持C面以外的表面，使氮化镓结晶进行气相成长，通过该表面，在氮化镓结晶中掺杂氧。或者，使用表面上具有C面的种晶，在供给镓原料、氮原料和掺杂必需的含氧原料气的同时，使产生C面以外的小平面，在保住该小平面的同时使氮化镓结晶以c轴方向进行气相成长，通过小平面，在氮化镓结晶中掺杂氧。 一种采用新型助熔剂熔盐法生长氮化镓单晶的方法 摘要:本发明公开了采用熔盐法生长氮化镓单晶的方法，通过选择碱土金属氮化物如氮化钙、氮化钡或氮化锶作为助熔剂，生长氮化镓单晶体。本发明首先采用纯碱土金属和纯氮气，在流动的氮气气氛下合成碱土金属氮化物，然后以合成的碱土金属氮化物与金属镓作为原料，在氮气气氛下加热到一定温度，以常规方法包括缓慢降温法、温度梯度法或坩埚旋转法进行2-10天的晶体生长，即可获得毫米级的氮化镓晶体。采用本方法，在温度低至700℃的常压下进行GaN单晶生长，显著提高方向的生长速度，并且在一定程度上抑制自发结晶，从而生长出较大尺寸的、具有实用价值的GaN单晶。本发明成本低廉、设备简单、易于推广、可进行大规模工业生产。 往氮化镓结晶掺杂氧的方法和掺杂氧的n型氮化镓单晶基板 摘要:本发明提供一种可以收取氧作为n型掺杂剂的氮化镓单晶的成长方法。该法采用在表面(上面)具有C面以外的面的种晶，在供给含镓原料、氮原料和掺杂必要的含氧的原料气的同时，保持C面以外的表面，使氮化镓结晶进行气相成长，通过该表面，在氮化镓结晶中掺杂氧。或者，使用表面上具有C面的种晶，在供给镓原料、氮原料和掺杂必需的含氧原料气的同时，使产生C面以外的小平面，在保住该小平面的同时使氮化镓结晶以c轴方向进行气相成长，通过小平面，在氮化镓结晶中掺杂氧。 自支撑氮化镓单晶衬底及其制造方法以及氮化物半导体元件的制造方法 摘要:本发明提供一种自支撑氮化镓单晶衬底及其制造方法以及氮化物半导体元件的制造方法，能够通过与衬底支架的贴紧度良好，且减少GaN自支撑衬底的翘曲来提高氮化物半导体元件的合格品成品率。使用正面(Ga面)(2)被镜面研磨且反面(N面)(3)的算术平均粗糙度Ra通过磨光后的蚀刻处理成为1μm或以上、10μm或以下(与气相生长装置的衬底支架进行面接触的粗糙度)的GaN自支撑衬底(1)，根据气相生长法制造氮化物半导体元件。氮化镓单晶的生长方法和氮化镓单晶 摘要:本发明提供利用Na助熔剂法生长氮化镓单晶时，可以优良的生产性生长优质的氮化镓单晶的方法。通过使用至少含有钠金属的助熔剂8生长氮化镓单晶。在包含含有氮气的混合气体B的气氛下，在总压为300气压以上、2000气压以下的压力下，生长氮化镓单晶。优选气氛中的氮分压为100气压以上、2000气压以下。优选生长温度为1000℃以上、1500℃以下。 氮化镓单晶的生长方法,氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:提供一种制造106cm-2以下低错位GaN单结晶的方法，其特征是气相成长的成长表面不是平面状态，形成具有三维的小面结构，保持小面结构，通过在不埋没小面结构下进行成长，可降低错位，进行单晶体氮化镓的结晶成长。 氮化镓单晶的生长方法,氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:提供一种制造106cm-2以下低错位GaN单结晶的方法，其特征是气相成长的成长表面不是平面状态，形成具有三维的小面结构，保持小面结构，通过在不埋没小面结构下进行成长，可降低错位，进行单晶体氮化镓的结晶成长。 氮化镓单晶衬底及其制造方法 摘要:本发明提供一种ｎ型的ＧａＮ衬底。使原料气中含有氧，在ＧａＡｓ衬底上使ＧａＮ外延生长，然后将ＧａＡｓ衬底除去，获得具有与氧浓度成正比的ｎ型载流子的ｎ型ＧａＮ的独立膜。 一种氮化镓单晶的热液生长方法 摘要:本发明涉及一种氮化镓单晶的生长方法。本发明通过在高压釜的内腔壁上加附惰性材料衬里，并利用控温系统提供一个温场，从而在氨热中生长出氮化镓单晶。本发明的温度和压力都不太高（温度为400－600℃，压力为巴）、设备简单、成本低廉而高效，氮化镓产率高，便于工业化批量生产GaN单晶材料。生长出的氮化镓单晶的直径大于20μm，长度为毫米量级，具有很大的实用价值。 氮化镓单晶膜的制造方法 摘要:一种氮化镓单晶膜的制造方法，在传统的衬底、氮化镓缓冲层的基础上，将衬底加热到900－1100℃，生长一层富镓的第二氮化镓缓冲层，再在该缓冲层上生长所需的氮化镓晶体叠层。本发明工艺简单，生长的缓冲层结晶性能好，并具有大量的氮空位来弛豫衬底各氮化镓晶体之间的应力，可使生长于该缓冲层之上的氮化镓叠层具有良好的结晶品质，且不会产生裂纹。 制备氮化镓单晶薄膜的方法 摘要:本发明涉及一种在异质衬底上大失配外延生长GaN单晶薄膜的方法。该方法用异质材料或蓝宝石材料做衬底，在化学气相沉积生长装置中首先将氢气通入反应室中，然后加热衬底至1200℃；10分钟后衬底降温，用氨气与由氢气携带的三甲基镓通入反应室，并保持氨气流量为毫升/分钟，三甲基镓流量为1-10毫升/分钟，以生长GaN或AlN成核层；成核层在原位进行退火处理；退火后，保持衬底温度在700℃-1300℃下，将三甲基镓通入反应室以生长1nm-500nm厚的GaN；然后降低V/III摩尔比至＞0.5和＜2之间，继续生长GaN层至厚度在1nm-10000nm。该方法抑制了晶体缺陷的产生，使GaN单晶薄膜在生长的初期和后期都处在优化的生长条件下，从而大大地提高了晶体质量和光电特性。 一种制备氮化镓单晶衬底的方法 摘要:本发明提供一种制备GaN单晶衬底的方法，属于光电材料和器件领域。该方法包括：在蓝宝石等异质衬底上利用MOCVD或MBE等技术生长高质量GaN薄膜作为后续生长的模板，厚度在10μm之内；在GaN模板上制备一柔性的弱键和层；采用常规的HVPE方法在GaN模板上快速生长GaN单晶厚膜；由于减少了GaN和衬底之间的应力效应，可以获得低位错密度的GaN外延层，防止厚膜产生裂纹，获得高质量GaN材料，当GaN单晶厚膜厚度为0.1.毫米以上时，在降温过程中使得GaN单晶厚膜能够从GaN模板上自动分离，获得GaN单晶厚膜。本发明利用一种弱连接的方式，提高晶体质量，使GaN单晶厚膜和异质衬底之间自动分离，直接获得GaN单晶衬底。 氮化镓单晶基板及其制造方法 摘要:本发明涉及一种具有降低了位错密度的III-V族化合物半导体单晶的外延基板的制造方法，其特征在于，在制造具有作为由通式InxGayAlzN(式中x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的III-V族化合物半导体单晶，降低了位错密度的III-V族化合物半导体单晶的外延基板时，具有第一工序和第二工序，其中所述第一工序，使用具有多个突起状形状的该 III-V族化合物半导体单晶，用由与该III-V族化合物半导体异种材料制成的掩模覆盖得仅使该结晶端部附近形成开口部分；所述第二工序，以该开口部分的III-V族化合物半导体单晶作为种晶，使该III-V族化合物半导体单晶沿着横向生长；能够制造位错密度小、弯曲少的氮化物系III-V族化合物半导体单晶的自立基板。 一种利用熔盐法生长氮化镓单晶的方法 摘要:本发明涉及利用熔盐法生长氮化镓单晶的方法。本发明通过选择对氮化镓有一定溶解度的助熔剂，即锂单质或含锂化合物，与原料按一定比例混合，即可在较低温度（680—900℃）及常压（0．5—10个大气压）下按常规方法（如缓慢降温法）进行GaN单晶的生长。本发明设备简单、原料价廉，成本低，可进行大规模生产。
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半导体所“氮化镓基LED用蓝宝石图形衬底关键技术研究”项目通过验收
　　3月14日，由中国科学院半导体研究所承担的北京市科委“氮化镓基LED用蓝宝石图形衬底关键技术研究”项目顺利通过北京市科委组织专家组验收。专家们一致认为：项目的实施有利于提高半导体照明行业自主创新能力和产业竞争力，对推动北京市乃至全国半导体照明行业上游关键材料的发展具有重要的意义。　　在北京市科委和北京市新材料中心的组织协调下，多位专家组成验收组对该项目进行了全面详实的验收考核，专家组成员有：北京工业大学教授沈光地、北京交通大学教授徐征、中国科学院物理研究所研究员顾长志、中国科学院微电子研究所研究员、国家纳米科学中心研究员江潮、清华大学研究员李群庆、北京大学微电子学系教授王金延。期间验收组认真听取了由半导体所项目负责人、所长助理杨富华研究员和集成中心高级工程师樊中朝所做的项目和课题研究报告、用户使用、测试和经费审计报告，验收组成员亲自现场考察了月产能5000片的PSS中试工艺线。通过审议指标和现场考察，验收组充分讨论并一致同意项目通过验收。　　参加项目验收的还有：北京市科委新材料处主管工程师关璐、北京新材料发展中心高级项目主管谢潜思、科研管理与质量控制处处长鉴海防、科研管理与质量控制处主管钟鑫、集成中心副主任王晓东研究员、照明中心副主任伊晓燕研究员、集成中心季安研究员以及相关工艺技术人员。
02/14 07:51
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