CN108767079A - 基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led - Google Patents
基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led Download PDFInfo
- Publication number
- CN108767079A CN108767079A CN201810552223.7A CN201810552223A CN108767079A CN 108767079 A CN108767079 A CN 108767079A CN 201810552223 A CN201810552223 A CN 201810552223A CN 108767079 A CN108767079 A CN 108767079A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- sublayer
- graphene
- epitaxial structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 100
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 94
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims abstract description 42
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 8
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 2
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 1
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED，石墨烯衬底包括基底和位于基底一侧表面的石墨烯层，生长于石墨烯衬底上的缓冲层，缓冲层包括生长于石墨烯层背离基底一侧表面的缓冲子层，缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；依次叠加生长于缓冲层上的N型GaN层、有源层和P型GaN层。本发明提供的技术方案，在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电子器件技术领域，更为具体的说，涉及一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，具有体积小、颜色丰富多彩、能耗低、使用寿命长等优点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。其中，以GaN为代表的发光二极管，成本低，外延和芯片工艺相对成熟，仍然引领着前沿和热点技术。
随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的亮度更加关注，现有蓝光GaN基LED通常是在蓝宝石衬底上直接生长GaN材料，但是由于蓝宝石衬底是绝缘材料，不能直接做垂直结构，只能将其剥离，而剥离十分困难，使得制作成本较高。近几年LED研究学者研究发现通过在石墨烯衬底上生长缓冲层，能够更加容易激光剥离而做垂直结构LED。但是，在石墨烯衬底上生长LED外延结构相对比较困难，主要是石墨烯和LED外延结构之间晶格失配较大。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种基于石墨烯衬底的LED外延结构，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，所述LED外延结构包括：
生长于所述石墨烯衬底上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
以及，依次叠加生长于所述缓冲层上的N型GaN层、有源层和P型GaN层。
可选的，所述缓冲层还包括：
位于所述缓冲子层背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长的AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层。
可选的，所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
可选的，所述AlxGa1-xN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值，及x取值为不小于0.1且不大于0.4；
所述SiN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值；
以及，所述GaN层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值。
可选的，所述缓冲子层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值。
相应的，本发明还提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，所述生长方法包括：
提供一所述石墨烯衬底；
在所述石墨烯衬底上生长缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
在所述缓冲层上依次叠加生长N型GaN层、有源层和P型GaN层。
可选的，在生长完毕所述缓冲子层后，所述缓冲层的生长方法还包括：
在所述缓冲子层背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层。
可选的，所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
可选的，生长所述AlxGa1-xN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
生长所述SiN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
及，生长所述GaN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
可选的，所述缓冲子层为AlN缓冲子层时，生长所述AlN缓冲子层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值；
及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
相应的，本发明还提供了一种LED，所述LED包括上述的基于石墨烯衬底的LED外延结构。
相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：
本发明提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，所述LED外延结构包括：生长于所述石墨烯衬底上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；以及，依次叠加生长于所述缓冲层上的N型GaN层、有源层和P型GaN层。由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种LED外延结构的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种LED外延结构的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种LED外延结构的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种LED外延结构的生长方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的另一种LED外延结构的生长方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
正如背景技术所述，随着蓝光GaN基LED应用越来越广泛，人们对蓝光GaN基LED的亮度更加关注，现有蓝光GaN基LED通常是在蓝宝石衬底上直接生长GaN材料，但是由于蓝宝石衬底是绝缘材料，不能直接做垂直结构，只能将其剥离，而剥离十分困难，使得制作成本较高。近几年LED研究学者研究发现通过在石墨烯衬底上生长缓冲层，能够更加容易激光剥离而做垂直结构LED。但是，在石墨烯衬底上生长LED外延结构相对比较困难，主要是石墨烯和LED外延结构之间晶格失配较大。
基于此，本申请实施例提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图5对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。
参考图1所示，为本申请实施例提供的一种基于石墨烯衬底的LED外延结构的结构示意图，其中，所述石墨烯衬底包括基底110和位于所述基底110一侧表面的石墨烯层120，所述LED外延结构包括：
生长于所述石墨烯衬底120上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层211，所述缓冲子层211为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
以及，依次叠加生长于所述缓冲层211上的N型GaN层221、有源层222和P型GaN层223。
在本申请一实施例中，本申请提供的基底为蓝宝石基底、平基底、非极性基底、Si基底或SiC基底，对此本申请不做具体限制。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述缓冲子层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值，具体可以为2埃、5埃、7埃、10埃、15埃、18埃等，对此本申请不做具体限制。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种LED外延结构的结构示意图，其中，所述石墨烯衬底包括基底110和位于所述基底110一侧表面的石墨烯层120，所述LED外延结构包括：
生长于所述石墨烯衬底120上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层211，所述缓冲子层211为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
以及，依次叠加生长于所述缓冲层211上的N型GaN层221、有源层222和P型GaN层223。
以及，图2所示的所述缓冲层还包括：
位于所述缓冲子层211背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长的AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层212。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述AlxGa1-xN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值，及x取值为不小于0.1且不大于0.4；
所述SiN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值；
以及，所述GaN层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值。
由上述内容可知，本申请实施例提供的缓冲层还包括有周期性交替生长的AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层，其中AlxGa1-xN层能够使得外延片状结构更加平整，SiN层能够很好的掩埋位错密度产生的缺陷及改变穿通位错方向，及GaN层能够纵向生长而形成更好的成核层，为后续LED外延结构的生长提供良好的基础。
参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种LED外延结构的结构示意图，其中，为了优化LED外延结构，图3所示LED外延结构，其还包括有生长于缓冲层和N型GaN层221之间的U型GaN层230；
生长于N型GaN层221与有源层222之间的浅量子阱层240；
以及，生长于有源层222与P型GaN层之间的电子阻挡层250。
本申请实施例提供的基于石墨烯衬底的LED外延层，通过缓冲层的生长，能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
相应的，本申请实施例还提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，参考图4所示，为本申请实施例提供的一种LED外延结构的生长方法的流程图，其中，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，所述生长方法包括：
S1、提供一所述石墨烯衬底；
在提供石墨烯衬底后，优选的将石墨烯衬底放入MOCVD反应炉中进行高温烘烤，去除石墨烯衬底的表面上的残余杂质。
在所述石墨烯衬底上生长缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；即S21、在石墨烯衬底背离基底一侧表面生长缓冲子层；
S3、在所述缓冲层上依次叠加生长N型GaN层、有源层和P型GaN层。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述缓冲子层为AlN缓冲子层时，生长所述AlN缓冲子层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值；
及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
参考图5所示，为本申请实施例提供的另一种LED外延结构的生长方法的流程图，其中，在生长完毕所述缓冲子层后，所述缓冲层的生长方法还包括：
S22、在所述缓冲子层背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层。
在本申请一实施例中，本申请提供的所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
在本申请一实施例中，本申请提供的生长所述AlxGa1-xN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
生长所述SiN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
及，生长所述GaN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
进一步的，为了优化LED外延结构，本申请实施例提供的LED外延结构还可以包括生长于缓冲层和N型GaN层之间的U型GaN层；生长于N型GaN层与有源层之间的浅量子阱层；以及，生长于有源层与P型GaN层之间的电子阻挡层。结合上述优化结构和缓冲层包括缓冲子层(缓冲子层为AlN缓冲子层)和超晶格结构层，对生长方法进行具体描述：
首先提供一石墨烯衬底，而后将石墨烯衬底放入反应炉中进行高温烘烤，以去除石墨烯衬底表面的残余杂质；
而后调整生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值，以在石墨烯衬底上生长厚度范围为1埃-20埃，包括端点值的AlN缓冲子层；具体在MOCVD上先用低温低压通入Al源，然后升高温通氨气，因为氨气具有一定的腐蚀作用，同时能初步成核；
而后AlN缓冲子层上生长周期性交替生长的AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层，其中，生长AlxGa1-xN层的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值，生长厚度范围为1埃-50埃，包括端点值，初步形成的AlxGa1-xN多晶体经过高温低压形成单晶；生长SiN层的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值，生长厚度范围为1埃-50埃，包括端点值；及生长GaN层的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值，生长厚度范围为1埃-20埃，包括端点值；
调整生长温度为900摄氏度-1200摄氏度，包括端点值，且生长时间为10min-80min，包括端点值，以在超晶格结构层上生长厚度范围为1微米-10微米，包括端点值的U型GaN层；
调整生长温度为800摄氏度-1300摄氏度，包括端点值，且生长时间为10min-80min，包括端点值，以在U型GaN层上生长厚度范围为10纳米-10000纳米，包括端点值的N型GaN层；
调整生长温度为700摄氏度-1000摄氏度，包括端点值，以在N型GaN层上生长浅量子阱层；
调整生长温度为800摄氏度-1000摄氏度，包括端点值，以在浅量子阱层上生长有源层；
调整生长温度为800摄氏度-1000摄氏度，包括端点值，以在有源层上生长厚度范围为50埃-1000埃，包括端点值的电子阻挡层，电子阻挡层的材质为AlyGa1-yN；
调整生长温度为800摄氏度-1200摄氏度，包括端点值，以在电子阻挡层上生长厚度范围为1000埃-5000埃，包括端点值的P型GaN层，其中，Mg掺杂源的浓度为5x1017～1x1023cm3，最终得到LED外延结构。
在上述任意一实施例中，本申请提供的超晶格结构层为多周期的超晶格结构时，AlxGa1-xN层厚度可以固定不变，或者，AlxGa1-xN层的厚度可以逐渐增厚，或者，AlxGa1-xN层的厚度可以逐渐减薄；以及，AlxGa1-xN层中Al组分x可以固定不变或逐渐减小；以及，GaN层厚度可以固定不变，或者，GaN层的厚度可以逐渐增厚，或者，GaN层的厚度可以逐渐减薄。
相应的，本申请实施例还提供了一种LED，所述LED包括上述的基于石墨烯衬底的LED外延结构。
可选的，本申请实施例提供的LED外延结构为蓝光GaN基LED外延结构。以及，LED外延结构还可以应用于功率型器件、LED垂直结构中，对此本申请不做具体限制。
本申请实施例提供了一种基于石墨烯衬底的LED外延结构及生长方法和LED，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，所述LED外延结构包括：生长于所述石墨烯衬底上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；以及，依次叠加生长于所述缓冲层上的N型GaN层、有源层和P型GaN层。由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过在石墨烯衬底上生长LED外延结构的缓冲层，进而降低LED外延结构和石墨烯衬底之间的晶格失配，及降低石墨烯衬底和LED外延结构之间的应力，进而能够制备高晶体质量的LED外延结构，进而有效降低极化电场，降低能带的弯曲，增加电子与空穴的复合效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种基于石墨烯衬底的LED外延结构，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，其特征在于，所述LED外延结构包括：
生长于所述石墨烯衬底上的缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
以及，依次叠加生长于所述缓冲层上的N型GaN层、有源层和P型GaN层。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构，其特征在于，所述缓冲层还包括：
位于所述缓冲子层背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长的AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层。
3.根据权利要求2所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构，其特征在于，所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
4.根据权利要求2所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构，其特征在于，所述AlxGa1-xN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值，及x取值为不小于0.1且不大于0.4；
所述SiN层的厚度范围为1埃-50埃，包括端点值；
以及，所述GaN层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构，其特征在于，所述缓冲子层的厚度范围为1埃-20埃，包括端点值。
6.一种基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，所述石墨烯衬底包括基底和位于所述基底一侧表面的石墨烯层，其特征在于，所述生长方法包括：
提供一所述石墨烯衬底；
在所述石墨烯衬底上生长缓冲层，其中，所述缓冲层包括生长于所述石墨烯层背离所述基底一侧表面的缓冲子层，所述缓冲子层为AlN缓冲子层、GaN缓冲子层、InGaN缓冲子层或AlGaInN缓冲子层；
在所述缓冲层上依次叠加生长N型GaN层、有源层和P型GaN层。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，其特征在于，在生长完毕所述缓冲子层后，所述缓冲层的生长方法还包括：
在所述缓冲子层背离所述基底一侧表面、且周期性交替生长AlxGa1-xN层/SiN层/GaN层的超晶格结构层。
8.根据权利要求7所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述超晶格结构层的生长周期为1-10，包括端点值。
9.根据权利要求7所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，其特征在于，生长所述AlxGa1-xN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
生长所述SiN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值；
及，生长所述GaN层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值，及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
10.根据权利要求6所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构的生长方法，其特征在于，所述缓冲子层为AlN缓冲子层时，生长所述AlN缓冲子层时的生长温度为700摄氏度-900摄氏度，包括端点值；
及生长压力为50mbar-600mbar，包括端点值。
11.一种LED，其特征在于，所述LED包括权利要求1～5任意一项所述的基于石墨烯衬底的LED外延结构。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810552223.7A CN108767079B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810552223.7A CN108767079B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108767079A true CN108767079A (zh) | 2018-11-06 |
| CN108767079B CN108767079B (zh) | 2020-05-22 |
Family
ID=64001457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810552223.7A Active CN108767079B (zh) | 2018-05-31 | 2018-05-31 | 基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108767079B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109904286A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
| WO2020192558A1 (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 王晓靁 | RGB全彩InGaN基LED及其制备方法 |
| CN111816741A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法 |
| CN114361302A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-04-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法 |
| CN115810697A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-17 | 江西兆驰半导体有限公司 | 硅基紫外led外延结构及其制备方法、紫外led |
| CN116581210A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-11 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104409590A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延结构及其生长方法 |
| CN104409319A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-11 | 苏州新纳晶光电有限公司 | 一种石墨烯基底上生长高质量GaN缓冲层的制备方法 |
| CN104409580A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 无锡格菲电子薄膜科技有限公司 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| CN106299059A (zh) * | 2015-05-20 | 2017-01-04 | 南通同方半导体有限公司 | 一种可提高内量子效率带电子阻挡层的led外延结构 |
| CN106653971A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-10 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN107195737A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
-
2018
- 2018-05-31 CN CN201810552223.7A patent/CN108767079B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104409319A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-03-11 | 苏州新纳晶光电有限公司 | 一种石墨烯基底上生长高质量GaN缓冲层的制备方法 |
| CN104409590A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led外延结构及其生长方法 |
| CN104409580A (zh) * | 2014-11-12 | 2015-03-11 | 无锡格菲电子薄膜科技有限公司 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
| CN106299059A (zh) * | 2015-05-20 | 2017-01-04 | 南通同方半导体有限公司 | 一种可提高内量子效率带电子阻挡层的led外延结构 |
| CN106653971A (zh) * | 2016-11-26 | 2017-05-10 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN107195737A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109904286A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-06-18 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
| CN109904286B (zh) * | 2019-01-18 | 2021-08-06 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管的外延片及其制备方法 |
| WO2020192558A1 (zh) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 王晓靁 | RGB全彩InGaN基LED及其制备方法 |
| CN111816741A (zh) * | 2020-07-07 | 2020-10-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于范德华外延的GaN基单片集成白光LED及其制备方法 |
| CN114361302A (zh) * | 2022-03-17 | 2022-04-15 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法 |
| CN114361302B (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-17 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法 |
| CN115810697A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-03-17 | 江西兆驰半导体有限公司 | 硅基紫外led外延结构及其制备方法、紫外led |
| CN116581210A (zh) * | 2023-07-10 | 2023-08-11 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
| CN116581210B (zh) * | 2023-07-10 | 2023-09-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108767079B (zh) | 2020-05-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108767079A (zh) | 基于石墨烯衬底的led外延结构及生长方法和led | |
| JP3968566B2 (ja) | 窒化物半導体結晶の製造方法及び窒化物半導体ウエハ並びに窒化物半導体デバイス | |
| CN101834248B (zh) | 氮化镓系发光二极管 | |
| CN102326266B (zh) | 发光二极管元件及其制造方法 | |
| CN103515495B (zh) | 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法 | |
| JP2007106665A (ja) | 格子パラメータを変化させる元素を含有する窒化ガリウムデバイス基板 | |
| CN103531683B (zh) | 一种氮化镓发光二极管及其制备方法 | |
| CN102185056A (zh) | 提高电子注入效率的氮化镓基发光二极管 | |
| CN111009602B (zh) | 具有2d材料中介层的外延基板及制备方法和制作组件 | |
| TWI362769B (en) | Light emitting device and fabrication method therefor | |
| JP3795771B2 (ja) | Ｅｌｏ用ｉｉｉ族窒化物半導体基板 | |
| KR101178505B1 (ko) | 반도체 기판과 이의 제조 방법 | |
| CN101931036B (zh) | 一种氮化镓系发光二极管 | |
| CN115036400A (zh) | 一种微发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| US20140353685A1 (en) | Semi-Polar III-Nitride Films and Materials and Method for Making the Same | |
| JP4907476B2 (ja) | 窒化物半導体単結晶 | |
| WO2024056041A1 (zh) | 一种外延芯片结构 | |
| Wu et al. | High quality AlN film assisted by graphene/sputtered AlN buffer layer for deep-ultraviolet-LED | |
| JP4960621B2 (ja) | 窒化物半導体成長基板及びその製造方法 | |
| CN109560174A (zh) | 一种led外延结构及其制备方法 | |
| CN108767080A (zh) | 基于AlN衬底的LED外延结构及生长方法和LED | |
| CN105633232B (zh) | 一种具有GaN缓冲层衬底的GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| JPH08306958A (ja) | 半導体装置 | |
| KR100834698B1 (ko) | 질화 갈륨 박막 형성 방법 및 이 방법에 의해 제조된 질화갈륨 박막 기판 | |
| JP2005251922A (ja) | 半導体発光素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |