一种基于石墨烯的LED外延生长方法技术

本申请提供了一种基于石墨烯的LED外延生长方法，包括：将蓝宝石衬底放入PECVD沉积腔，在温度为800～950℃，腔体压力为850～1000mTorr，射频功率为50～80W，通入600～900sccm甲烷、1000～1500sccm氢气和1000～1200sccm氩气的条件下，在蓝宝石衬底上沉积40‑60nm厚的石墨烯薄膜；将沉积石墨烯薄膜的蓝宝石衬底放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的N型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；退火处理。本发明专利技术利用PECVD方法在蓝宝石衬底上生长石墨烯薄膜作为缓冲层，能够减少材料缺陷，提高外延晶体质量，从而提升LED的光电性能。

A LED epitaxial growth method based on graphene

This application provides a growth method of LED epitaxial graphene based include sapphire substrate into the PECVD deposition chamber, at a temperature of 800 to 950 DEG C, the chamber pressure is 850 ~ 1000mTorr, the RF power is 50 ~ 80W, 600 ~ 900sccm in 1000 ~ 1500sccm of methane, hydrogen and argon from 1000 to 1200sccm under the conditions of deposition of graphene films 40 60NM thick on sapphire substrate; the sapphire substrate deposition of graphene films in MOCVD reactor, followed by growth of Si doped N type GaN layer, an active layer of a MQW type P, AlGaN type P layer and GaN layer; annealing. The present invention uses PECVD method to grow graphene film on sapphire substrate as buffer layer, which can reduce material defect, improve epitaxial crystal quality, and improve photoelectric performance of LED.

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的LED外延生长方法
本专利技术属于LED
，具体涉及一种基于石墨烯的LED外延生长方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种固体照明，由于LED具有体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大。蓝宝石是现阶段工业生长GaN基LED的最普遍的衬底材料。受制于蓝宝石衬底与GaN之间的晶格失配，需要通过生长各类缓冲层的手段降低GaN基LED器件中的晶格缺陷密度。传统LED外延层的生长方法为：处理衬底，生长低温缓冲层GaN、生长3DGaN层、生长2DGaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长掺Mg的P型GaN层、降温冷却。上述传统的外延技术中在蓝宝石(Al2O3)基板上生长GaN材料，因为Al2O3材料和GaN材料存在着较大的晶格失配，带来的影响是GaN材料位错密度高达109根/cm2，影响了GaNLED芯片发光效率的提高；而且存在衬底导热差、吸光严重、难剥离等缺点。目前控制位错密度的主要方法是低温生长一层薄GaN作缓冲层，然后在此基础上进行GaN的3D生长和2D生长，最后形成比较平整GaN层。以下提供一种传统的LED外延生长方法：1、在温度为900℃-1100℃，反应腔压力为100-200mbar，通入50-100L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5min-10min；2、生长低温缓冲GaN层；3、生长2μm-3μm的3DGaN层。4、生长2μm-3μm的2DGaN层。5、生长掺杂Si的N型GaN层；6、周期性生长有源层MQW；7、生长50nm-100nm的P型AlGaN层；8、生长100nm-300nm的Mg掺杂的P型GaN层；9、在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N2的条件，保温20min-30min，随炉冷却。虽然传统缓冲层技术已经成能够在一定程度上降低Al2O3材料和GaN材料存之间的晶格失配，在一定程度上提升了GaN基LED发光器件的发光效率，但采用传统缓冲层，无论是缓冲层与蓝宝石衬底之间还是缓冲层与N型GaN层之间，仍然存在大量的缺陷。因此，提供一种基于石墨烯的LED外延生长方法，进一步减少材料缺陷，是本
亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
，采用传统缓冲层后，缓冲层与蓝宝石衬底之间和缓冲层与N型GaN层之间，仍然存在大量的缺陷的问题，本专利技术公开了一种基于石墨烯的LED外延生长方法，能够进一步减少材料缺陷，从而提升LED的亮度。为解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种基于石墨烯的LED外延生长方法，包括：将蓝宝石衬底放入抽真空的PECVD沉积腔中，在温度为800～950℃，腔体压力为850～1000mTorr，射频功率为50～80W，通入600～900sccm甲烷、1000～1500sccm氢气和1000～1200sccm氩气的条件下，在所述蓝宝石衬底上沉积40-60nm厚的石墨烯薄膜；将沉积所述石墨烯薄膜的所述蓝宝石衬底放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的N型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N2的条件下，保温20-30min，随炉冷却。进一步地，在温度为1000℃-1100℃，反应腔压力为150-300mbar，通入50-90L/min的H2、40-60L/min的NH3、200-300sccm的TMGa、20-50sccm的SiH4的条件下，生长2μm-4μm厚的掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。进一步地，在温度为900℃-1100℃，反应腔压力为100-200mbar，通入50-100L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5min-10min。进一步地，所述有源层MQW，包括：交替生长的InxGa(1-x)N阱层和GaN垒层，交替周期控制在10-15个。进一步地，在温度为700℃-750℃，反应腔压力为300mbar-400mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、10-50sccm的TMGa、1000-2000sccm的TMIn的条件下，生长厚度为3nm-4nm的所述InxGa(1-x)N阱层，其中，x＝0.15-0.25，In掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3。进一步地，在温度为800℃-850℃，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、10-50sccm的TMGa的条件下，生长厚度为10nm-15nm的所述GaN垒层。进一步地，在温度为850-950℃，反应腔压力为200r-400mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、50-100sccm的TMGa的条件下，生长Mg掺杂的所述P型AlGaN层。进一步地，Mg掺杂的所述P型AlGaN层的厚度为50nm-100nm；其中，Al掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3；Mg掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。进一步地，在高温度为950℃-1000℃，反应腔压力为200-600mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、50-100sccm的TMGa的条件下，生长掺杂Mg的所述P型GaN层。进一步地，掺杂Mg的所述P型GaN层的厚度为100nm-300nm，其中，Mg掺杂的浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。与现有技术相比，本申请所述的基于石墨烯的LED外延生长方法，达到了如下效果：本专利技术提供的基于石墨烯的LED外延生长方法，通过利用PECVD方法(等离子体增强化学的气相沉积法)在蓝宝石衬底上生长均匀高质量的石墨烯来作为缓冲层，由于石墨烯表面不含化学悬挂键，从原理上完全避免晶格适配引起的缺陷，能够解决衬底晶格失配诱发缺陷的异质外延生长难题，减少材料缺陷，提高外延晶体质量，从而提升LED的光电性能。另外，由于采用石墨烯缓冲层替代了传统方法的生长低温缓冲层GaN、生长3DGaN层、生长2DGaN层，MOCVD生长时间缩短大约40分钟，提高生产效率10％以上。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为采用实施例1中的基于石墨烯的LED外延生长方法制备的LED外延的结构示意图；图2为实施例1中的基于石墨烯的LED外延生长方法的流程图；图3为实施例2中的基于石墨烯的LED外延生长方法制备的LED外延的结构示意图；图4为实施例2中的基于石墨烯的LED外延生长方法的流程图；图5为现有技术中的传统的LED外延生长方法制备的LED外延结构示意图；图6为现有技术中的传统的LED外延生长方法的流程图。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，包括：将蓝宝石衬底放入抽真空的PECVD沉积腔中，在温度为800～950℃，腔体压力为850～1000mTorr，射频功率为50～80W，通入600～900sccm甲烷、1000～1500sccm氢气和1000～1200sccm氩气的条件下，在所述蓝宝石衬底上沉积40‑60nm厚的石墨烯薄膜；将沉积所述石墨烯薄膜的所述蓝宝石衬底放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的N型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；在温度为700℃‑800℃，通入100L/min‑150L/min的N2的条件下，保温20‑30min，随炉冷却。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，包括：将蓝宝石衬底放入抽真空的PECVD沉积腔中，在温度为800～950℃，腔体压力为850～1000mTorr，射频功率为50～80W，通入600～900sccm甲烷、1000～1500sccm氢气和1000～1200sccm氩气的条件下，在所述蓝宝石衬底上沉积40-60nm厚的石墨烯薄膜；将沉积所述石墨烯薄膜的所述蓝宝石衬底放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的N型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N2的条件下，保温20-30min，随炉冷却。2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为1000℃-1100℃，反应腔压力为150-300mbar，通入50-90L/min的H2、40-60L/min的NH3、200-300sccm的TMGa、20-50sccm的SiH4的条件下，生长2μm-4μm厚的掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为900℃-1100℃，反应腔压力为100-200mbar，通入50-100L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5min-10min。4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，所述有源层MQW，包括：交替生长的InxGa(1-x)N阱层和GaN垒层，交替周期控制在10-15个。5.根据权利要求4所述的基于石墨烯的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为700℃-750℃，反应腔压力为300mbar-400mbar，通入50-90L/min的N2、40-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43