一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法技术

本发明专利技术提供了一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，包括生长石墨烯层的过程，具体是：步骤1、处理衬底；步骤2、在衬底上生长低温氮化物缓冲层以及在低温氮化物缓冲层上形成不规则小岛，所述低温氮化物缓冲层包括氮化镓、氮化铝或氮化铝镓中的至少一种；步骤3、生长非掺杂氮化镓层；步骤4、生长包含石墨烯层的掺杂硅的N型氮化镓层；步骤5、生长发光层；步骤6、生长包含石墨烯层的掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层；步骤7、生长掺杂镁的P型氮化镓层；步骤8、在温度为650～680℃的条件下保温20～30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。本发明专利技术所述的外延生长方法能够有效的改善发光二极管的电流扩展情况。

An epitaxial growth method for improving the current expansion ability of nitride LED

【技术实现步骤摘要】
一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法
本专利技术涉及LED
，具体涉及一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法。
技术介绍
发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。传统的LED在工作的时候，p层和n层电流分布不均匀，尤其在大电流密度(35A/cm2以上)注入的情况下，电流集边效应明显，电流集中的地方更容易出现发光效率下降现象，也更容易产生击穿短路等问题，从而降低LED器件的发光效率、抗静电能力和使用寿命。目前，针对氮化物LED的电流扩展问题，人们提出了很多解决办法，比如在LED结构中加入AlGaN或InGaN插入层等，然而，电流扩展效果不够理想，还需进一步改善氮化物LED的电流扩展性能。综上所述，急需一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，解决现有LED发光效率低下及容易产生击穿短路等问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，具体技术方案如下：一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，包括生长石墨烯层的过程，具体是：步骤1、处理衬底；步骤2、在衬底上生长低温氮化物缓冲层以及在低温氮化物缓冲层上形成不规则小岛，所述低温氮化物缓冲层包括氮化镓、氮化铝或氮化铝镓中的至少一种；步骤3、生长非掺杂氮化镓层；步骤4、生长包含石墨烯层的掺杂硅的N型氮化镓层；步骤5、生长发光层；步骤6、生长包含石墨烯层的掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层；步骤7、生长掺杂镁的P型氮化镓层；步骤8、在温度为650～680℃的条件下保温20～30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。优选的，所述步骤4还包括以下步骤：步骤4.1、生长掺杂硅的第一N型氮化镓层；步骤4.2、单独制备石墨烯层；步骤4.3、在石墨烯层的表面覆盖PMMA；步骤4.4、将石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上；步骤4.5、在石墨烯层上继续生长掺杂硅的第二N型氮化镓层。优选的，在所述步骤4中，步骤4.1、生长掺杂硅的第一N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃以及通入流量为30000～60000sccm的氨气、200～400sccm的三甲基镓、100～130L/min的氢气和20～50sccm的硅烷的条件下，生长厚度为0.1～2μm掺杂硅的第一N型氮化镓层，硅掺杂浓度5×1018～1×1019atoms/cm3；步骤4.2、单独制备石墨烯层，具体是：采用化学气相沉积法，以甲烷为碳源，以铜箔为基底，将铜箔置于石英管中，石英管置于电阻炉中，密封石英管，升温至930～1100℃并保持60～100min，通入流量为150～200mL/min的氩气并保持10～30min，对铜箔进行高温预热处理，通入流量为10～20mL/min的甲烷，生长石墨烯层，生长时间为10～50min，反应完毕，关闭甲烷，并将铜箔移到电阻炉口，得到生长在铜箔上的石墨烯层，所述石墨烯层的层数为1～5层；步骤4.3、在石墨烯层的表面覆盖PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，具体是：首先，将生长有石墨烯层的铜箔平展固定在晶圆片上，其次，将晶圆片放入匀胶机中，控制转速为4000～5000r/min，在石墨烯层表面匀上PMMA胶层，然后取出晶圆片置于100～120℃条件下烘烤10～15min，将匀胶后的铜箔放入质量分数为15～40％的三氯化铁溶液中浸泡4～5h，经去离子水漂洗至少3次，获得表面覆盖PMMA的石墨烯层；步骤4.4、将石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上，具体是：将表面覆盖PMMA的石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上自然风干，再浸入丙酮溶液15～20min除去PMMA胶层，最后，浸入乙醇溶液5～10min，取出晾干，得到生长在第一N型氮化镓层上的石墨烯层；步骤4.5、在石墨烯层上继续生长掺杂硅的第二N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000℃-1200℃以及通入流量为30000～60000sccm的氨气、200～400sccm的三甲基镓、100～130L/min的氢气和20～50sccm的硅烷的条件下，在步骤4.4的石墨烯层上生长厚度为1～3μm掺杂硅的第二N型氮化镓层，硅掺杂浓度5×1018～1×1019atoms/cm3。优选的，所述步骤6还包括以下步骤：步骤6.1、生长掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层，具体是：在反应腔压力为200～400mbar，温度为900～950℃以及通入流量为50000～70000sccm的氨气、30～60sccm的三甲基镓、100～130L/min的氢气、100～130sccm的三甲基铝和1000～1800sccm的二茂镁的条件下，生长厚度为50～100nm的掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层，铝掺杂浓度为1×1020～3×1020atoms/cm3，镁掺杂浓度1×1019～1×1020atoms/cm3；步骤6.2、在P型氮化铝镓层上生长石墨烯层，具体是：采用步骤4.2和步骤4.3所述的方法获得表面覆盖PMMA的石墨烯层，将表面覆盖PMMA的石墨烯层转移至P型氮化铝镓层上自然风干，再浸入丙酮溶液15～20min除去PMMA胶层，最后，浸入乙醇溶液5～10min，取出晾干，得到生长在P型氮化铝镓层上的石墨烯层。优选的，所述步骤1具体是：在反应腔压力为100～300mbar、温度为1000～1100℃以及通入流量为100～130L/min的氢气的条件下，处理衬底8～10min。优选的，所述步骤2具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为500～600℃以及通入流量为10000～20000sccm的氨气、50～100sccm的三甲基镓和100～130L/min的氢气的条件下，在所述衬底上生长厚度为20～40nm的低温氮化物缓冲层氮化镓；在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000～1100℃以及通入流量为30000～40000sccm的氨气和100～130L/min的氢气的条件下，保持温度300～500s，在低温氮化物缓冲层氮化镓上形成不规则小岛。优选的，所述步骤3具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃以及通入流量为30000～40000sccm的氨气、200～400sccm的三甲基镓和100～130L/min的氢气的条件下，生长厚度为2～4μm的非掺杂氮化镓层。优选的，所述步骤5具体是：在反应腔压力为300～400mbar、温度为700～750℃以及通入流量为50000～70000sccm的氨气、20～40sccm的三甲基镓、1500～2000sccm的三甲基铟和100～130L/min的氮气的条件下，生长厚度为2.5～3.5nm掺杂铟的InxGa(1-x)N层，其中x＝0.20～0.25，发光波长为450～455nm；接着升高温度至750℃-85本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，其特征在于，包括生长石墨烯层的过程，具体是：/n步骤1、处理衬底；/n步骤2、在衬底上生长低温氮化物缓冲层以及在低温氮化物缓冲层上形成不规则小岛，所述低温氮化物缓冲层包括氮化镓、氮化铝或氮化铝镓中的至少一种；/n步骤3、生长非掺杂氮化镓层；/n步骤4、生长包含石墨烯层的掺杂硅的N型氮化镓层；/n步骤5、生长发光层；/n步骤6、生长包含石墨烯层的掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层；/n步骤7、生长掺杂镁的P型氮化镓层；/n步骤8、在温度为650～680℃的条件下保温20～30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高氮化物LED电流扩展能力的外延生长方法，其特征在于，包括生长石墨烯层的过程，具体是：
步骤1、处理衬底；
步骤2、在衬底上生长低温氮化物缓冲层以及在低温氮化物缓冲层上形成不规则小岛，所述低温氮化物缓冲层包括氮化镓、氮化铝或氮化铝镓中的至少一种；
步骤3、生长非掺杂氮化镓层；
步骤4、生长包含石墨烯层的掺杂硅的N型氮化镓层；
步骤5、生长发光层；
步骤6、生长包含石墨烯层的掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层；
步骤7、生长掺杂镁的P型氮化镓层；
步骤8、在温度为650～680℃的条件下保温20～30min，关闭加热系统和给气系统，随炉冷却。


2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：
步骤4.1、生长掺杂硅的第一N型氮化镓层；
步骤4.2、单独制备石墨烯层；
步骤4.3、在石墨烯层的表面覆盖PMMA；
步骤4.4、将石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上；
步骤4.5、在石墨烯层上继续生长掺杂硅的第二N型氮化镓层。


3.根据权利要求2所述的外延生长方法，其特征在于，在所述步骤4中，
步骤4.1、生长掺杂硅的第一N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000～1200℃以及通入流量为30000～60000sccm的氨气、200～400sccm的三甲基镓、100～130L/min的氢气和20～50sccm的硅烷的条件下，生长厚度为0.1～2μm掺杂硅的第一N型氮化镓层，硅掺杂浓度5×1018～1×1019atoms/cm3；
步骤4.2、单独制备石墨烯层，具体是：采用化学气相沉积法，以甲烷为碳源，以铜箔为基底，将铜箔置于石英管中，石英管置于电阻炉中，密封石英管，升温至930～1100℃并保持60～100min，通入流量为150～200mL/min的氩气并保持10～30min，对铜箔进行高温预热处理，通入流量为10～20mL/min的甲烷，生长石墨烯层，生长时间为10～50min，反应完毕，关闭甲烷，并将铜箔移到电阻炉口，得到生长在铜箔上的石墨烯层，所述石墨烯层的层数为1～5层；
步骤4.3、在石墨烯层的表面覆盖PMMA，具体是：首先，将生长有石墨烯层的铜箔平展固定在晶圆片上，其次，将晶圆片放入匀胶机中，控制转速为4000～5000r/min，在石墨烯层表面匀上PMMA胶层，然后取出晶圆片置于100～120℃条件下烘烤10～15min，将匀胶后的铜箔放入质量分数为15～40％的三氯化铁溶液中浸泡4～5h，经去离子水漂洗至少3次，获得表面覆盖PMMA的石墨烯层；
步骤4.4、将石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上，具体是：将表面覆盖PMMA的石墨烯层转移至第一N型氮化镓层上自然风干，再浸入丙酮溶液15～20min除去PMMA胶层，最后，浸入乙醇溶液5～10min，取出晾干，得到生长在第一N型氮化镓层上的石墨烯层；
步骤4.5、在石墨烯层上继续生长掺杂硅的第二N型氮化镓层，具体是：在反应腔压力为300～600mbar、温度为1000℃-1200℃以及通入流量为30000～60000sccm的氨气、200～400sccm的三甲基镓、100～130L/min的氢气和20～50sccm的硅烷的条件下，在步骤4.4的石墨烯层上生长厚度为1～3μm掺杂硅的第二N型氮化镓层，硅掺杂浓度5×1018～1×1019atoms/cm3。


4.根据权利要求3所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤6包括以下步骤：
步骤6.1、生长掺杂铝和镁的P型氮化铝镓层，具体是：...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁萌，刘志强，伊晓燕，苗振林，周佐华，季辉，王良臣，王军喜，李晋闽，
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