具有用于定向納米線生長的緩沖層的襯底制造技術

本發明專利技術提供一種襯底(1)，其具有本體層(3)和布置在所述本體層(3)上的具有小于2μm的厚度的緩沖層(4)，用于在所述緩沖層(4)的表面(5)上生長定向于同一方向上的大量納米線(2)。還提供一種納米線結構、包括所述襯底(1)的納米線發光二極管和用于制作所述納米線結構的制造方法。所述制造方法利用非外延方法來形成所述緩沖層(4)。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及基于納米線的裝置，且特定來說涉及用于納米線生長的襯底。
技術介紹
在基于納米線的裝置中，例如基于納米線的發光二極管(LED)中，大量基于納米線的結構通常在襯底上以有序陳列排列。所述襯底常常具有多種用途，即，作為用于納米線生長的模板、作為用于裝置中的納米線的載體以及電連接裝置的一側上的納米線。用于基于納米線的結構的有序陣列的生長的不同技術是已知的，其中所有結構是平行的且在同一方向上定向。舉例來說，半導體納米線可通常通過借助布置于襯底上的圖案化生長掩模的選擇性區域生長而在襯底的高質量單晶體半導體層上外延生長，如例如W02007/102781中描述。另一常用方法是所謂的VLS (蒸汽-液體-固體)技術，其中催化粒子(常常是Au)的圖案用作用以生長納米線的晶種，如US 7，335，908中描述。氮化物半導體，例如GaN、InN和AlN及其GalnN、GaAlN和GaInAlN和各種組分的組合由于其較寬且直接的帶隙而在藍、綠和UV LED以及其它光電子應用中使用。通常，這些裝置氮化物半導體在襯底上是在平面層中生長。然而，襯底與氮化物半導體之間的失配(例如晶格失配)在生長材料中引入了有害的缺陷裂縫。在現有技術中，通過使用外延襯底或具有外延緩沖層的襯底已抑制了位錯。市售的基于GaN的裝置利用藍寶石、Si或SiC襯底，其與GaN較大程度地晶格失配，且因此在襯底上外延生長幾微米厚的緩沖層以便充當應變適應層和用以在上面生長裝置的高質量外延基礎。外延緩沖層的使用的實例可見于以下文獻中。Us 6, 523, 188 B2揭示了在Si (111)襯底上由AlN制成的外延緩沖層的外延生長，之后生長GaN層以補償GaN與Si之間的較大晶格失配。外延緩沖層優選小于0.2 μ m以便獲得平坦的GaN層。US 6,818,061 B2揭示了在Si (111)襯底上具有約40nm厚度的包含AlN的薄外延緩沖層的外延生長，之后生長GaN層以補償GaN與Si之間的較大晶格失配。而且，GaN層包含具有交替的AlN和GaN層的中間層。在US 6，617，060 B2中揭示了在Si襯底與GaN層之間的由GaN合金制成的經組成分級的過渡層以及(任選地另外)大體上在其整個厚度上具有恒定組分的薄外延應變適應層可用以防止GaN層中的裂縫形成。在沒有此經組成分級的過渡層的情況下，可能不容易防止裂縫。US 7，365，374 B2揭示了在襯底上的應變吸收層的使用。應變吸收層應具有小于IOnm的厚度以使得上覆層與下伏層具有外延關系。從以上實例了解到，在現有技術方法中，緩沖層是通過外延生長方法來生長，以便形成較厚的單晶體、高質量、外延緩沖層。連同外延緩沖層上生長的GaN裝置層一起，形成具有大于3 μ m的厚度的外延層。最近，用于基于納米線的裝置的氮化物半導體的使用已受到相當大的關注，因為納米線實現了具有低缺陷密度的氮化物半導體材料的生長，如WO 2008/085129 Al中描述。然而，即使使用納米線，例如GaN的高質量氮化物半導體的生長也是使用高質量外延層作為模板來執行的。高質量的外延層的使用確保了用于納米線生長的最佳外延模板，使納米線中可能持續上升的缺陷密度最小，且實現襯底與納米線之間的低電阻。然而，根據現有技術的緩沖層由于應變而引入了襯底彎曲，其根本上更改了襯底上的熱分布。對于納米線生長，在生長期間在襯底上的高熱均勻性對于例如LED等納米線結構的制造是至關重要的。襯底彎曲的問題因襯底尺寸的增加而加劇，因此成為對較大襯底上的GaN裝置的大規模處理的障礙。緩沖層的生長是耗時的程序，且經常在緩沖層中使用厚A1N，這限制了垂直導電性。而且，對于例如LED的許多光電子裝置，襯底經常被移除，從而僅在最終裝置中留下緩沖層，進而僅較高成本的襯底材料用于生長步驟。在LED中，反射器可在發光區下方使用以從LED向外引導光。最常見的是使用金屬反射器，例如Ag鏡。布拉格反射器包括重復的外延半導體層，所述層具有不同的折射率形成。布拉格反射器受限于其在波長和入射光角度的較窄跨度上的反射率，且不適合于在較寬波長區中發光的裝置。較窄的最佳波長窗對于發射具有窄波長的光的LED來說不是問題。然而，布拉格反射器的生長是耗時的，且對于晶格失配襯底尤其具有挑戰性，因為晶體質量必須較高以制作有效的反射器。
技術實現思路
鑒于上述內容，本專利技術的一個目的是提供用于生長定向于同一方向上的大量納米線的襯底，所述襯底不需要較高成本且耗時的外延法，且實現與當今使用的襯底材料不同的襯底材料的使用。特定來說，本專利技術的一個目的是允許使用與外延生長技術通常獲得的缺陷和位錯密度相比以更高缺陷和位錯密度形成的材料。本專利技術的目的通過根據獨立權利要求中定義的襯底和方法來實現。根據本專利技術的襯底包括本體層和布置在所述本體層上的緩沖層，用于在所述緩沖層的表面上生長定向于同一方向上的大量納米線。沉積在襯底上的所述緩沖層的厚度優選小于2 y m。在用于生長納米 線的襯底的現有技術緩沖層中，應變補償緩沖層厚度在3 y m到IOym的范圍中，且使用外延法來生長以便對緩沖層提供盡可能高的晶體質量。所述襯底可用以形成包括從緩沖層突出的一個或一個以上基于納米線的結構的結構。此結構可為基于納米線的發光二極管結構，其中所述基于納米線的結構用于光產生。用于形成根據本專利技術的包括定向于同一方向上的大量納米線的結構的根據本專利技術的方法包括以下基本步驟:提供本體層；在所述本體層上沉積具有小于2 u m的厚度的緩沖層；以及在所述緩沖層上生長一個或一個以上納米線。本專利技術包含(但不限于)亞微米厚度氮化物、例如藍寶石、石英和Si等襯底上的含氧和碳的緩沖層。緩沖層可包含反射器部分，且緩沖層可橫向導電以便與納米線裝置電子集成。本專利技術進一步教示與先前的用于納米線的緩沖層相比，如何制造具有大大減少的彎曲的大面積晶片。此處以曲率表達，其中測得的晶片曲率小于SOknT1、優選小于^knT1,在一些實施例中，曲率小于30km \優選小于20km、納米線的固有一維特征使得可合理地推斷納米線的生長在其它襯底材料或較低質量的襯底上也應當是可能的。雖然這可能尚未經證實，但例如在WO 2004/004927 A2中已展示納米線具有比在平面模式中生長的具有相同組分的結構高得多的適應高晶格失配軸向變化的能力，且不會引入晶體缺陷。由于本專利技術，可使用具有較低晶體質量的緩沖層且甚至使用多晶緩沖層。緩沖層的性質可劃分為裝置增強性質和生長實現性質。取決于裝置的最終用途和最終配置，例如導熱性、CTE、透明度、折射率、吸收性和導電性等參數是重要的。生長實現性質是對所使用生長溫度的耐熱性、襯底對多個納米線提供一般方向的能力、襯底的由應變引起的彎曲，以及在襯底上使NW材料成核的可能性。已展示基于氮化物的II1-V半導體可能在包括N、0或C的許多材料上成核。然而，成核步驟本身無法總是以定向受約束的方式來進行，因此通常將此步驟保持盡可能簡短是方便的。傳統上，裝置的用于平面和選擇性生長的基于氮化物的半導體裝置的緩沖層較厚、經外延生長、常常在多個步驟中生長、包括多種II1-N材料，這全都是為了增加裝置性能。裝置質量已直接依賴于襯底的晶體質量。因而襯底材料選擇也已限于SiC、Si和A1203的高晶體材料的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.24 SE 1050700-21.一種襯底(I)，其具有本體層(3)和布置在所述本體層(3)上的緩沖層(4)，用于在所述緩沖層(4)的表面(5)上生長定向于一個且同一個方向上的大量納米線(2)，其中所述緩沖層(4)具有小于2 μ m的厚度。2.根據權利要求1所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)具有0.2μπι到2μπι的厚度。3.根據權利要求1或2所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)包括多個子層(4a、4b、4c)。4.根據權利要求1到3中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上由半導體材料制成。5.根據權利要求4所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上包括基于氮化物的II1-V半導體材料。6.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上由金屬或金屬合金制成。7.根據前述權利要求中任 一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上由絕緣體制成。8.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上由石墨烯制成。9.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上由TiN制成。10.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)和所述子層中的一者或一者以上各自是使用選自以下各項的群組的沉積技術來沉積:LPCVD、APCVD、PECVD、ALD、PVD、MOVPE 或 HVPE。11.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上充當所輻射光的反射器。12.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上具有高于l0./cm2的缺陷或位錯密度。13.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層(4a、4b、4c)中的一者或一者以上是外延生長的，但具有高于l0./cm2的缺陷或位錯密度。14.根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述本體層(3)是Si(IOO)。15.根據權利要求1到13中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述本體層(3)是Si(Ill)。16.根據權利要求1到15中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述至少最外子層(4c)具有與所述本體層(3)不同的定向。17.根據權利要求1到 15中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層保留所述本體層(3)的定向。18.根據權利要求1到15中任一權利要求所述的襯底(I)，其中所述緩沖層(4)或所述子層中的至少一者是多晶的。19.根據權利要求1到18中任一權利要求所述的襯底(I),其中所述襯底包括由多個子層形成的多個堆疊的布拉格反射器(Bragg reflector),每一布拉格反射器反射單獨的發光波長。20.根據權利要求1到19中任一權利要求所述的襯底(I)，其展現小于50km—1、優選小于40km-1的晶片曲率。21.根據權利要求1到197中任一權利要求所述的襯底(I)，其展現小于SOkm'優選小于20km 1的晶片曲率。22.一種結構，其包括根據前述權利要求中任一權利要求所述的襯底和在所述緩沖層(4)的所述表面(5)上生長的一個或一個以上納米結構(2)。23.根據權利要求22所述的結構，其中所述納米結構(2)包括GaN。24.根據權利要求22或23所述的結構，其中所述結構包括多個納米結構(1)，所述多個納米結構(I)是...

【專利技術屬性】
技術研發人員：約納斯·奧爾松，
申請(專利權)人：GLO公司，
類型：
國別省市：