无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备方法和衬底放置装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105845798A(43)申请公布日2016.08.10(21)申请号201510023297.8(22)申请日2015.01.16(71)申请人北京大学地址100871北京市海淀区颐和园路5号申请人北京燕园中镓半导体工程研发中心有限公司(72)发明人吴洁君程玉田于彤军韩彤张国义(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360代理人苏爱华(51)Int.Cl.H01L33/30(2010.01)H01L33/00(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备方法和衬底放置装置(57)摘要本发明公布一种无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备方法和衬底放置装置，将双面抛光的衬底直立于衬底放置装置置于反应室内，双面同时外延生长Ⅲ族氮化物薄膜或微结构形成缓冲层，再双面同时生长厚膜Ⅲ族氮化物，并保证蓝宝石Al面一侧外延厚度稍大于O面一侧外延层厚度。衬底放置装置为多片式石墨架，包括基底、孔洞、滚轮和卡槽，实现衬底旋转，保证生长膜厚的均一性。本发明抑制了翘曲并改善了晶体质量，获得的复合衬底可作为Ⅲ族氮化物准同质外延衬底，用于制备相关光电子器件。本方法充分利用反应室空间、降低生产成本、工艺简单易控，且可选不同衬底、运用多种设备生长多种厚膜Ⅲ族氮化物衬底。CN105845798ACN105845798A权利要求书1/1页1.一种无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备方法，其步骤包括：1)将双面衬底直立于衬底放置装置并置于反应室内；所述衬底放置装置为石墨架；2)在上述衬底两侧通过外延生长方法生成Ⅲ族氮化物薄膜或微结构，形成缓冲层；3)在上述衬底上通过外延生长方法继续双面生长，形成双面厚膜Ⅲ族氮化物；4)将上述双面厚膜Ⅲ族氮化物材料经化学或机械抛光，形成厚膜Ⅲ族氮化物衬底。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述衬底为多片双面抛光的蓝宝石衬底、碳化硅衬底、GaN衬底、Si衬底或LiAlO2衬底。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述衬底为蓝宝石衬底，步骤1)放置于所述石墨架上时，使蓝宝石衬底的Al面一侧朝所述石墨架基底的圆盘边缘方向。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ⅲ族氮化物为GaN、InGaN、AlGaN、AlN或InN。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)所述外延生长方法包括：金属有机化学气相沉积法、氢气物气相外延法和分子束外延法中的一种或者多种的组合。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述外延生长步骤具体为：先通过金属有机化学气相沉积法或分子束外延法生长Ⅲ族氮化物薄膜，再利用氢气物气相外延法快速生长Ⅲ族氮化物厚膜。7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述缓冲层的厚度为2微米-6微米；所述厚膜Ⅲ族氮化物的厚度在8微米-30微米。8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将步骤4)制备的厚膜Ⅲ族氮化物衬底作为Ⅲ族氮化物准同质外延衬底用于制备准同质外延器件。9.一种权利要求1所述制备方法使用的衬底放置装置，其特征在于，所述衬底放置装置为多片式石墨架，用于将衬底双面直立于所述石墨架上，所述石墨架包括基底、孔洞和卡槽；石墨架通过孔洞插入一直杆使得石墨架可围绕所述直杆水平旋转；基底为圆盘形，基底上围绕盘心均匀分布多对卡槽；每对卡槽的两瓣为带有凹槽的圆弧形，两瓣凹槽的凹面相对，每片衬底通过一对卡槽双面直立于所述石墨架上。10.如权利要求9所述的衬底放置装置，其特征在于，所述石墨架圆盘形的基底上镶嵌有多个滚轮，每个滚轮对应安放在每对卡槽的两瓣中间，通过滚轮的转动使得双面直立于所述卡槽上的衬底围绕中心轴向旋转。2CN105845798A说明书1/6页无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备方法和衬底放置装置技术领域[0001]本发明属于光电子器件的制备领域，涉及一种高效的无翘曲Ⅲ族氮化物复合衬底的制备技术。背景技术[0002]Ⅲ族氮化物半导体以其寿命长、节能、环保、色彩丰富、安全及稳定等优点，逐渐发展成为新一代照明光源。然而，由于GaN基LED主要采用蓝宝石衬底，它与GaN之间存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配现象，因此随着外延层厚度的增加，应力逐渐积累，进而导致模板产生翘曲，这对下一步的器件制备造成了较大困难。[0003]在材料生长方面：由于翘曲的存在，在HVPE厚膜模板上进行量子阱生长过程中，样品中间区域与石墨舟之间的距离被拉大，因此相对于样品边缘具有较低的生长温度，也就是说会导致衬底表面温度的分布。相对应的，中心区域相对于边缘由于温度更低，更容易导致In的并入，因此使得波长相对更长，这就使得样品的波长分布不均匀。另外，样品翘曲