一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构及其制备方法，包括SiC衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述SiC衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述SiC衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。本发明专利技术在氮化物LED外延层与SiC衬底之制作一层或两层以上的二维衍生薄膜，使其既能保证氮化物外延层生长的顺利进行，又可以在剥离过程有助于衬底与外延层的分离，极大地简化了剥离过程，提高了良率、降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构及其制备方法，属于光电子器件制造

技术介绍
使用氮化物AlxInyGa1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1；纤锌矿晶体结构)半导体材料制作的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储、生物医药等领域展开广泛应用。上述化合物半导体可以覆盖从红外、可见到紫外光的全部光谱能量范围，而通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地定制LED器件的发射波长。从应用领域范围、市场容量来看，又以氮化物LED的应用为大宗、主流，比如，以白光LED为应用代表的半导体照明行业。制作氮化物LED时，首先在衬底上进行氮化物LED结构的外延膜层生长，然后进行芯片器件加工得到分离的器件单元，即芯片。在当前行业中，氮化物LED外延层生长的衬底主要有：蓝宝石、SiC和硅衬底。就氮化物LED外延层的晶体质量和LED器件的性能而言，SiC衬底的效果是最优的。常见的外延生长方法包括：有机金属化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等。芯片器件加工主要是使用光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电子束蒸镀(e-Beam)、磁控溅射(MS)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)等方法制作p、n型电极及介电保护层等。氮化物LED器件有正装、倒装、垂直和薄膜芯片等类型。在大电流驱动、高光能密度输出、电光转换效率、热量管理等指标上，薄膜芯片结构具有明显的优势，因而成为业界竞相开发的热点产品。然而，薄膜芯片的制作工艺却比较困难，特别是衬底剥离工艺，不仅工艺参数多，而且过程一致性也较差。以在蓝宝石衬底上制作薄膜结构LED芯片为例，目前大多采用激光剥离的方法实现氮化物LED外延层与衬底的分离，而采用激光剥离方法存在可操作性差、良率低、设备昂贵的问题。此外，激光剥离方法还不适用于SiC基LED薄膜芯片的制作，因为激光剥离的激光波长会被SiC强烈吸收，而不会被蓝宝石吸收。而采用研磨衬底的办法来实现SiC基LED薄膜芯片的方法，会带来较大的成本消耗：一方面来自于对坚硬的SiC厚膜的研磨成本，另一方面，被磨掉的衬底随即被完全消耗，不可能被再次使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种简化剥离过程，提高良率、降低成本的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，包括SiC衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述SiC衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述SiC衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。本专利技术的有益效果是：本专利技术在氮化物LED外延层与SiC衬底之制作一层或两层以上的二维衍生薄膜，使其既能保证氮化物外延层生长的顺利进行，又可以在剥离过程有助于衬底与外延层的分离，极大地简化了剥离过程，提高了良率、降低了成本。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。采用上述进一步的有益效果是，二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布，可在其上进行具有纤锌矿晶体结构的氮化物LED外延层生长；二维衍生膜为氮化物外延层与SiC衬底之间的机械剥离工艺提供了便利条件，且机械剥离下的SiC衬底经过处理后还可以反复使用。进一步，所述氮化物外延层由n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，所述n型电子注入层附着在所述二维衍生膜上，所述n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层依次相连接。进一步，所述n型电子注入层的厚度为0.1～20μm；所述有源层的厚度为1～2000nm；所述p型空穴注入层的厚度为0.05～5μm。进一步，所述n型电子注入层包括一个以上的n型子层，所述n型子层由氮化物AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述n型子层分别进行n型掺杂，且n型掺杂的掺杂浓度相同或不同，所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se和Te中的至少一种。进一步，所述有源层包括一个以上的薄膜子层，所述薄膜子层由氮化物AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述薄膜子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。进一步，所述p型空穴注入层包括一个以上的p型子层，所述p型子层由氮化物AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述p型子层分别进行p型掺杂；每个所述p型子层的p型掺杂的掺杂浓度相同或不同；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。本专利技术解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种上述使用SiC衬底的氮化物LED外延结构的制备方法如下，所述二维衍生膜的制备是通过高温退火的方法或化学气相沉积的方法或者物理气相沉积的方法直接在SiC衬底上进行生长；所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化学气相沉积(MOCVD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)或氢化物气相外延(HVPE)中的至少一种；其中，所述石墨烯是通过高温退火的方法或化学气相沉积的方法制得：所述高温退火的方法的具体步骤如下：将SiC衬底置入温度为1500～2000℃、真空度为≤10-3Pa的环境中，或者温度为1300～1800℃、压强为≥102Pa的氩气气氛的环境中，通过衬底表面硅原子的升华而实现石墨化进而得到石墨烯；所述化学气相沉积的方法的具体步骤如下：将SiC衬底置入化学气相沉积系统中，在温度为1300～1800℃条件下同时通入氩气和碳氢化合物，在SiC衬底上生成石墨烯；所述六方氮化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：在温度为1200～1800℃条件下，同时通入氨气和硼氢化合物或着单独通入硼氮氢化合物，在SiC衬底上生成所述六方氮化硼；所述三碳化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特征在于：包括SiC衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述SiC衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述SiC衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。

【技术特征摘要】
1.一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特征在于：包括SiC
衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述SiC衬底及所
述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述SiC衬底的表面上，所
述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或
两层以上的二维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、
六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。
2.根据权利要求1所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特
征在于：所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。
3.根据权利要求1或2所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，
其特征在于：所述氮化物外延层由n型电子注入层、有源层和p型空穴注入
层构成，所述n型电子注入层附着在所述二维衍生膜上，所述n型电子注入
层、有源层和p型空穴注入层依次相连接。
4.根据权利要求3所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特
征在于：所述n型电子注入层的厚度为0.1～20μm；所述有源层的厚度为1～
2000nm；所述p型空穴注入层的厚度为0.05～5μm。
5.根据权利要求4所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特
征在于：所述n型电子注入层包括一个以上的n型子层，所述n型子层由氮
化物AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述
n型子层分别进行n型掺杂，且n型掺杂的掺杂浓度相同或不同，所述n型
掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se和Te中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特
征在于：所述有源层包括一个以上的薄膜子层，所述薄膜子层由氮化物
AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述薄膜

\t子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为
Si、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、
Zn、Cd或C中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，其特
征在于：所述p型空穴注入层包括一个以上的p型子层，所述p型子层由氮
化物AlxInyGa1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述
p型子层分别进行p型掺杂；每个所述p型子层的p型掺杂的掺杂浓度相同
或不同；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。
8.一种权利要求1至7任一项所述的使用SiC衬底的氮化物LED外延
结构的制备方法，其特征在于：所述二维衍生膜的制备是通过高温退火的方
法或化学气相沉积的方法或者物理气相沉积的方法直接在SiC衬底上进行生
长；所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化学气相沉积、射频磁控溅
射、分子束外延、脉冲激光沉积或氢化物气相外延中的至少一种；其中，
所述石墨烯是通过高温退火...

【专利技术属性】
技术研发人员：马亮，胡兵，李金权，裴晓将，刘素娟，
申请(专利权)人：北京中科天顺信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11