一種使用二維衍生膜的氮化物led外延片結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種使用二維衍生膜的氮化物LED外延片結構，屬于光電子器件制造技術領域。
【背景技術】
[0002]使用氮化物AlxInyGa1TyN(O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;纖鋅礦晶體結構)半導體材料制作的發光二極管LED以其節能、環保、長壽命等優點逐漸在電子顯示屏、景觀照明、礦燈、路燈、液晶顯示器背光源、普通照明、光盤信息存儲、生物醫藥等領域展開廣泛應用。上述化合物半導體可以覆蓋從紅外、可見到紫外光的全部光譜能量范圍，而通過控制氮化物合金的陽離子組分可以準確地定制LED器件的發射波長。從應用領域范圍、市場容量來看，又以氮化物LED的應用為大宗、主流，比如，以白光LED為應用代表的半導體照明行業。
[0003]制作氮化物LED時，首先在襯底上進行氮化物LED結構的外延膜層生長，然后進行芯片器件加工得到分離的器件單元，即芯片。在當前行業中，氮化物LED外延層生長的襯底主要有:三氧化二鋁、SiC、氮化鎵、氮化鋁和硅襯底。
[0004]常見的外延生長方法包括:有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)、氫化物氣相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等。芯片器件加工主要是使用光刻、反應離子刻蝕(RIE)、電子束蒸鍍(e-Beam)、磁控濺射(MS)、等離子增強化學氣相沉積(PECVD)等方法制作ρ、η型電極及介電保護層等。
[0005]氮化物LED器件有正裝、倒裝、垂直和薄膜芯片等類型。在大電流驅動、高光能密度輸出、電光轉換效率、熱量管理等指標上，薄膜芯片結構具有明顯的優勢，因而成為業界競相開發的熱點產品。然而，薄膜芯片的制作工藝卻比較困難，特別是襯底剝離工藝，不僅工藝參數多，而且過程一致性也較差。以在藍寶石襯底上制作薄膜結構LED芯片為例，目前大多采用激光剝離的方法實現氮化物LED外延層與襯底的分離，而采用激光剝離方法存在可操作性差、良率低、設備昂貴的問題。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種簡化剝離過程，提高良率、降低成本的使用二維衍生膜的氮化物LED外延片結構。
[0007]本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下:一種使用二維衍生膜的氮化物LED外延片結構，包括初始襯底、二維衍生膜及氮化物外延層，所述二維衍生膜位于所述初始襯底及所述氮化物外延層之間，且所述二維衍生膜附著在所述初始襯底的表面上，所述氮化物外延層附著在所述二維衍生膜上；其中，所述二維衍生膜由一層或兩層以上的二維納米片層組成。
[0008]本實用新型的有益效果是:
[0009]本實用新型在氮化物LED外延層與初始襯底之制作一層或兩層以上的二維衍生薄膜，使其既能保證氮化物外延層生長的順利進行，又可以在剝離工藝過程中有助于初始襯底與外延層的分離，極大地簡化了剝離過程，提高了良率、降低了成本。
[0010]采用本實用新型所述的二維衍生膜進行氮化物LED外延層生長時，可以獲得較高晶體質量的外延層；同時，在制作氮化物LED器件的工藝過程中可以有效地采用機械剝離方式實現初始襯底和氮化物外延層之間的剝離。并且，剝離后的初始襯底經處理后還可以反復使用。
[0011]二維衍生膜由一層或兩層以上的二維納米片層組成。二維納米片層由二維納米片材料制成，所述二維納米片材料包括石墨稀、娃稀、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一種或兩種以上的組合。
[0012]所述初始襯底的材質為硅、三氧化二鋁、氮化鎵、氮化鋁、氮化硼、鍺、二氧化硅、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅、氧化鎵、尖晶石、鋁酸鋰、鋁鎂酸鈧、鎵酸鋰、鋁鎂酸鈧、鈮酸鋰、硼化鋯或硼化鉿中的至少一種。
[0013]在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0014]進一步，所述氮化物外延層由從下到上依次疊加的緩沖層、η型電子注入層、有源層和P型空穴注入層構成，且所述緩沖層附著在所述二維衍生膜上。
[0015]進一步，所述二維衍生膜的原子呈六角蜂窩狀排布。
[0016]采用上述進一步的有益效果是，二維衍生膜的原子呈六角蜂窩狀排布，可在其上進行具有纖鋅礦晶體結構的氮化物LED外延層生長；二維衍生膜為氮化物外延層與初始襯底之間的機械剝離工藝提供了便利條件，且機械剝離下的初始襯底經過處理后還可以反復使用。
[0017]進一步，所述緩沖層包括至少一個緩沖層子層，所述緩沖層子層由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一種構成，其中，O彡x, y ^ l，x+y ( I ;每個所述緩沖層子層分別進行η型摻雜、ρ型摻雜或非摻雜；所述η型摻雜中摻雜的元素為S 1、Sn、S、Se或Te中的至少一種；所述P型摻雜中摻雜的元素為Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一種。
[0018]進一步，所述η型電子注入層包括一個以上的η型子層，所述η型子層由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一種構成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;每個所述η型子層分別進行η型摻雜，且η型摻雜的摻雜濃度相同或不同，所述η型摻雜中摻雜的元素為S1、Sn、S、Se和Te中的至少一種。
[0019]進一步，所述有源層包括一個以上的薄膜子層，所述薄膜子層由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一種構成，其中，O彡x, y彡I ；x+y ( I ;每個所述薄膜子層分別進行η型摻雜、ρ型摻雜或非摻雜；所述η型摻雜中摻雜的元素為S 1、Sn、S、Se或Te中的至少一種；所述P型摻雜中摻雜的元素為Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一種。
[0020]進一步，所述ρ型空穴注入層包括一個以上的ρ型子層，所述P型子層由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一種構成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;每個所述P型子層分別進行P型摻雜；每個所述P型子層的P型摻雜的摻雜濃度相同或不同；所述P型摻雜中摻雜的元素為Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一種。
[0021]進一步，所述緩沖層的厚度為0.001?10 μπι ;所述η型電子注入層的厚度為
0.1?20 μπι ;所述有源層的厚度為I?2000nm;所述P型空穴注入層的厚度為0.05?5 μ m0
[0022]上述使用二維衍生膜的氮化物LED外延片結構的制備方法，具體步驟如下:
[0023]所述二維衍生膜的制備是通過高溫退火方法、化學氣相沉積方法或者物理氣相沉積的方法在S iC襯底上制備出石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼膜層后再轉移到初始襯底上；
[0024]所述氮化物外延層的制備方法包括有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)、脈沖濺射沉積(PSD)、遠程等離子化學氣相沉積(RPCVD)、射頻磁控濺射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脈沖激光沉積(PLD)或氫化物氣相外延(HVPE)中的至少一種；
[0025]其中，
[0026]所述在SiC襯底上進行石墨烯外延生長的方法包括兩種方法，具體如下:
[0027]第一種方法，將SiC襯底進行石墨化退火處理制備石墨烯，具體步驟如下:將SiC襯底置入溫度為1500?2000°C、真空度為彡KT3Pa的環境中，或者溫度為1300?1800°C、壓強為多12Pa的氬氣氣氛的環境中，通過襯底表面硅原子的升華而實現石墨化進而得到石墨稀；
[0028]第二種方法:在SiC襯底上進行碳氫化合物的化學氣相沉積方法制備石墨烯，具體步驟如下:將SiC襯底置入化學氣相沉積系統中，在溫度為1300?1800°C條件下同時通入氬氣和碳氫化合物，在SiC襯底上生成石墨烯；
[0029]所述在SiC襯底上通過化學氣相沉積方法制備硅烯的具體步驟如下:通過物理加熱或濺射方法使硅單質中的原子升華、氣化，使其沉積在SiC襯底表面，形成硅烯。
[0030]所述在SiC襯底上通過化學氣相沉積方法制備六方氮化硼的具體步驟如下:在溫度為1200?1800°C條件下，同時通入氨氣和硼氫化合物，或著單獨通入硼氮氫化合物，在SiC襯底上生成所述六方氮化硼；
[0031]所述在SiC襯底上通過化學氣相沉積方法制備三碳化硼的具體步驟如下:在溫度為1200?1800°C的條件下，同時通入碳氫化合物和硼氫化合物，在SiC襯底上生成所述三碳化硼；
[0032]所述石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼的二維衍生膜的轉移方法，具體步驟如下:首先，在生長完二維衍生膜的SiC襯底上蒸鍍至少一層金屬鎳薄膜；然后，使用粘膠膜緊貼在金屬鎳薄膜上，并將二維衍生膜和金屬鎳薄膜一起機械剝離下來；之后，將二維衍生膜壓合在初始襯底上；最后，使用加熱方法去掉粘膠膜，并使用FeC13溶液等化學試劑溶解或腐蝕掉金屬鎳薄膜。
[0033]上述的使用二維衍生膜的氮化物LED外延片結構的另一制備方法如下:
[0034]所述二維衍生膜的制備是在金屬襯底上使用化學氣相沉積的方法或物理氣相沉積的方法生長后再通過轉移過程附著到初始襯底的表面；
[0035]所述氮化物外延層的制備方法包括有機金屬化