一種使用二維衍生膜的氮化物led外延片結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種使用二維衍生膜的氮化物L(fēng)ED外延片結(jié)構(gòu)，屬于光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]使用氮化物AlxInyGa1TyN(O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu))半導(dǎo)體材料制作的發(fā)光二極管LED以其節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)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(pán)信息存儲(chǔ)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域展開(kāi)廣泛應(yīng)用。上述化合物半導(dǎo)體可以覆蓋從紅外、可見(jiàn)到紫外光的全部光譜能量范圍，而通過(guò)控制氮化物合金的陽(yáng)離子組分可以準(zhǔn)確地定制LED器件的發(fā)射波長(zhǎng)。從應(yīng)用領(lǐng)域范圍、市場(chǎng)容量來(lái)看，又以氮化物L(fēng)ED的應(yīng)用為大宗、主流，比如，以白光LED為應(yīng)用代表的半導(dǎo)體照明行業(yè)。
[0003]制作氮化物L(fēng)ED時(shí)，首先在襯底上進(jìn)行氮化物L(fēng)ED結(jié)構(gòu)的外延膜層生長(zhǎng)，然后進(jìn)行芯片器件加工得到分離的器件單元，即芯片。在當(dāng)前行業(yè)中，氮化物L(fēng)ED外延層生長(zhǎng)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(jiàn)的外延生長(zhǎng)方法包括:有機(jī)金屬化學(xué)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(yīng)離子刻蝕(RIE)、電子束蒸鍍(e-Beam)、磁控濺射(MS)、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等方法制作ρ、η型電極及介電保護(hù)層等。
[0005]氮化物L(fēng)ED器件有正裝、倒裝、垂直和薄膜芯片等類(lèi)型。在大電流驅(qū)動(dòng)、高光能密度輸出、電光轉(zhuǎn)換效率、熱量管理等指標(biāo)上，薄膜芯片結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而成為業(yè)界競(jìng)相開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)產(chǎn)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(shù)多，而且過(guò)程一致性也較差。以在藍(lán)寶石襯底上制作薄膜結(jié)構(gòu)LED芯片為例，目前大多采用激光剝離的方法實(shí)現(xiàn)氮化物L(fēng)ED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(shè)備昂貴的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種簡(jiǎn)化剝離過(guò)程，提高良率、降低成本的使用二維衍生膜的氮化物L(fēng)ED外延片結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種使用二維衍生膜的氮化物L(fēng)ED外延片結(jié)構(gòu)，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(shí)用新型的有益效果是:
[0009]本實(shí)用新型在氮化物L(fēng)ED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(zhǎng)的順利進(jìn)行，又可以在剝離工藝過(guò)程中有助于初始襯底與外延層的分離，極大地簡(jiǎn)化了剝離過(guò)程，提高了良率、降低了成本。
[0010]采用本實(shí)用新型所述的二維衍生膜進(jìn)行氮化物L(fēng)ED外延層生長(zhǎng)時(shí)，可以獲得較高晶體質(zhì)量的外延層；同時(shí)，在制作氮化物L(fēng)ED器件的工藝過(guò)程中可以有效地采用機(jī)械剝離方式實(shí)現(xiàn)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(jīng)處理后還可以反復(fù)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(zhì)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(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。
[0014]進(jìn)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(gòu)成，且所述緩沖層附著在所述二維衍生膜上。
[0015]進(jìn)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(jìn)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(jìn)行具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的氮化物L(fēng)ED外延層生長(zhǎng)；二維衍生膜為氮化物外延層與初始襯底之間的機(jī)械剝離工藝提供了便利條件，且機(jī)械剝離下的初始襯底經(jīng)過(guò)處理后還可以反復(fù)使用。
[0017]進(jìn)一步，所述緩沖層包括至少一個(gè)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(gòu)成，其中，O彡x, y ^ l，x+y ( I ;每個(gè)所述緩沖層子層分別進(jìn)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(jìn)一步，所述η型電子注入層包括一個(gè)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(gòu)成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;每個(gè)所述η型子層分別進(jìn)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(jìn)一步，所述有源層包括一個(gè)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(gòu)成，其中，O彡x, y彡I ；x+y ( I ;每個(gè)所述薄膜子層分別進(jìn)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(jìn)一步，所述ρ型空穴注入層包括一個(gè)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(gòu)成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;每個(gè)所述P型子層分別進(jìn)行P型摻雜；每個(gè)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(jìn)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L(fēng)ED外延片結(jié)構(gòu)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(guò)高溫退火方法、化學(xué)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(zhuǎn)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(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、脈沖濺射沉積(PSD)、遠(yuǎn)程等離子化學(xué)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(jìn)行石墨烯外延生長(zhǎng)的方法包括兩種方法，具體如下:
[0027]第一種方法，將SiC襯底進(jìn)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(huán)境中，或者溫度為1300?1800°C、壓強(qiáng)為多12Pa的氬氣氣氛的環(huán)境中，通過(guò)襯底表面硅原子的升華而實(shí)現(xiàn)石墨化進(jìn)而得到石墨?。?br>[0028]第二種方法:在SiC襯底上進(jìn)行碳?xì)浠衔锏幕瘜W(xué)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(xué)氣相沉積系統(tǒng)中，在溫度為1300?1800°C條件下同時(shí)通入氬氣和碳?xì)浠衔?，在SiC襯底上生成石墨烯；
[0029]所述在SiC襯底上通過(guò)化學(xué)氣相沉積方法制備硅烯的具體步驟如下:通過(guò)物理加熱或?yàn)R射方法使硅單質(zhì)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(guò)化學(xué)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(shí)通入氨氣和硼氫化合物，或著單獨(dú)通入硼氮?dú)浠衔?，在SiC襯底上生成所述六方氮化硼；
[0031]所述在SiC襯底上通過(guò)化學(xué)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(shí)通入碳?xì)浠衔锖团饸浠衔?，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(zhuǎn)移方法，具體步驟如下:首先，在生長(zhǎng)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(jī)械剝離下來(lái)；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(xué)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L(fēng)ED外延片結(jié)構(gòu)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(xué)氣相沉積的方法或物理氣相沉積的方法生長(zhǎng)后再通過(guò)轉(zhuǎn)移過(guò)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(jī)金屬化