CN115832137B - 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 - Google Patents
一种led外延片、外延生长方法及led芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115832137B CN115832137B CN202310120804.4A CN202310120804A CN115832137B CN 115832137 B CN115832137 B CN 115832137B CN 202310120804 A CN202310120804 A CN 202310120804A CN 115832137 B CN115832137 B CN 115832137B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- polarity conversion
- epitaxial wafer
- led
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 140
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 84
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 84
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 64
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 58
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 40
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 abstract description 3
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 abstract description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 abstract description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 270
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 84
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 18
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 8
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- UOSXPFXWANTMIZ-UHFFFAOYSA-N cyclopenta-1,3-diene;magnesium Chemical compound [Mg].C1C=CC=C1.C1C=CC=C1 UOSXPFXWANTMIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，通过依次生长N极性转换层和图形化石墨层，其中，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近图形化石墨层的一侧为氮面，由于图形化石墨层的材料为石墨烯，石墨烯中的碳原子和N极性转换层氮面的氮原子可以根据范德瓦尔斯力结合，通过这样的方式将其应用于Micro‑LED或Mini‑LED中，可以更轻松地实现与衬底的剥离，另外，在部分子石墨烯块的中心位置开设有通孔，该通孔用于将N极性转换层部分裸露，目的在于在通孔处形成晶种，便于后续生长的GaN材料可以更好的在石墨烯表面沉积。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，由于其体积小、亮度高、能耗低等特点，吸引了越来越多研究者的注意。
其中，GaN材料由于其具有热产生效率低，抗辐射，击穿电压高，电子饱和漂移速度大，和介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压电子器件领域、发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）等方面，成为当前研究的热点。
随着第三代显示的发展，Micro-LED由于其优异的电流饱和密度、更高的量子效率以及高可靠性，已经成为目前技术的热点，在显示，VLC通讯等方面被广泛研究。Micro-LED具有优异性能，但是，目前桎梏其发展的关键点在于，Micro-LED中的GaN材料存在高密度位错、工作速度慢、散热性能不良、高集成和互联难度大、巨量转移良率低以及衬底剥离难等问题。直到石墨烯的发现，给解决GaN材料的这些问题带来了新的思路，由于石墨具有优异的光学、电学、机械等特性，正好与氮化镓形成互补，为氮化镓开拓了更广阔的应用。石墨烯是具有高强度、高导电性、高透过率的最薄“超级材料”，石墨烯与氮化镓结合起来使用，不仅可以为石墨烯提供载体，还可以解决氮化镓自身诸多方面不足的问题，未来将会使两者拥有非常广阔的应用前景，因此研究石墨烯与氮化镓材料复合系统的性质具有重要的探索价值。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，旨在解决现有技术中，Micro-LED或Mini-LED中采用GaN材料而导致衬底剥离难度大的问题。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片，包括N极性转换层和沉积于所述N极性转换层上的图形化石墨层，其中，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近所述图形化石墨层的一侧为氮面，所述图形化石墨层的材料为石墨烯，所述图形化石墨层由若干六边形的子石墨烯块构成，且在部分所述子石墨烯块的中心位置开设有通孔，所述通孔用于将所述N极性转换层部分裸露。
优选地，所述LED外延片包括衬底、第一缓冲层、三维GaN层、二维GaN层、第二缓冲层、N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层；所述第一缓冲层、所述三维GaN层、所述二维GaN层、所述N极性转换层、所述图形化石墨层、所述第二缓冲层、所述N型GaN层、所述多量子阱层以及所述P型GaN层依次外延生长在所述衬底上。
优选地，所述图形化石墨层的层数为1~10层。
优选地，所述通孔的直径为1~50nm。
优选地，处于所述图形化石墨层最外圈的所有所述通孔的连线为一六边形，其中，所述六边形的边长为，a表示为石墨烯的晶格常数，n表示为图形化石墨层的圈数，n∈[1，100]。
优选地，所述图形化石墨层的厚度为1~50nm。
根据本发明实施例当中的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述的LED外延片，所述外延生长方法包括：生长N极性转换层，其中，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近所述图形化石墨层的一侧为氮面；在所述N极性转换层上制备图形化石墨层，其中，首先在所述N极性转换层上沉积石墨烯，以得到石墨烯层，并利用掩膜，在所述石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到所述图形化石墨层，所述通孔用于使所述N极性转换层部分裸露。
优选地，所述外延生长方法还包括：提供一生长所需的衬底；在所述衬底上依次外延生长第一缓冲层、三维GaN层、二维GaN层、N极性转换层、图形化石墨层、第二缓冲层、N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层。
优选地，所述生长N极性转换层的步骤中，在所述二维GaN层生长平整之后，通入NH3，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括上述的LED外延片。
与现有技术相比：通过依次生长N极性转换层和图形化石墨层，其中，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近图形化石墨层的一侧为氮面，由于图形化石墨层的材料为石墨烯，石墨烯中的碳原子和N极性转换层氮面的氮原子可以根据范德瓦尔斯力结合，通过这样的方式将其应用于Micro-LED或Mini-LED中，可以更轻松地实现与衬底的剥离，另外，在部分子石墨烯块的中心位置开设有通孔，该通孔用于将N极性转换层部分裸露，目的在于在通孔处形成晶种，便于后续生长的GaN材料可以更好的在石墨烯表面沉积。
附图说明
图1为本发明实施例一当中的LED外延片的结构示意图；图2为本发明实施例一中的图形化石墨层的某一视角的结构示意图；图3为本发明实施例二当中的LED外延片的外延生长方法的实现流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1，图1为本发明实施例一中的LED外延片的结构示意图，图2为本发明实施例一中的图形化石墨层的某一视角的结构示意图，其中，LED外延片包括衬底1、以及在衬底1上依次外延生长的第一缓冲层2、三维GaN层3、二维GaN层4、N极性转换层5、图形化石墨层6、第二缓冲层7、N型GaN层8、多量子阱层9以及P型GaN层10。
在本实施例当中，衬底1可以为蓝宝石衬底、蓝宝石平片衬底、SiC衬底以及硅基衬底等，第一缓冲层2和第二缓冲层7的材料可以是GaN、AlGaN、AlN中的一种，具体的，N极性转换层5的材料为GaN，且靠近图形化石墨层的一侧为氮面，图形化石墨层6的材料为石墨烯，图形化石墨层6由若干六边形的子石墨烯块构成，且在部分子石墨烯块的中心位置开设有通孔，通孔用于将N极性转换层5部分裸露。
需要说明的是，图形化石墨层6的厚度为1nm~50nm，例如为5nm、15nm、25nm等；图形化石墨层6的层数为1~10层，例如为1层、2层、5层等，其中，图形化石墨层6的层数越多，图形化石墨层6表面越容易褶皱突起；通孔的直径为1nm~50nm，例如为5nm、15nm、25nm等，另外，处于图形化石墨层6最外圈的所有通孔的连线为一六边形，其中，六边形的边长为，a表示为石墨烯的晶格常数，n表示为图形化石墨层6的圈数，n∈[1，100]，如图2所示，该图形化石墨层6的圈数为2，则处于图形化石墨层6最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为/>，可以发现，该图形化石墨层6的内圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为/>，在本实施例当中，处于图形化石墨层6最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长越长，则说明图形化石墨层6上的六边形纳米图形密度越稀疏。
实施例二
请参阅图3，所示为本发明实施例二提出的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的LED外延片，所述方法具体包括步骤S201至步骤S211。
步骤S201，提供一生长所需的蓝宝石衬底。
其中，使用图形化蓝宝石作为衬底，石墨盘作为载盘，在MOCVD（MetalOrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）设备中，以三甲基镓TMGa、三乙基镓TEGa为Ga源、氨气NH3为N源，H2、N2为载气，掺杂源分别是硅烷SiH4、三甲基铝TMAl和二茂镁CP2Mg进行衬底生长。
步骤S202，对蓝宝石衬底进行氢化处理。
在本实施例当中，氢化处理的时间为1min，目的在于去除蓝宝石衬底表面的杂质。
步骤S203，通入TMGa源和Al源，生长第一缓冲层。
在本实施例当中，第一缓冲层为AlGaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm。
步骤S204，通入TMGa源，生长三维GaN层。
在本实施例当中，三维GaN层的生长温度为1020℃，生长厚度为1.5μm。
步骤S205，通入TMGa源，生长二维GaN层。
在本实施例当中，二维GaN层的生长温度为1120℃，生长厚度为2μm。
步骤S206，关闭TMGa源，持续通入NH3，生长N极性转换层。
在本实施例当中，在二维GaN层生长平整之后，通入NH330s，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上，完成N极性面转化，可以理解的，N极性转换层为Ga层和N层依次层叠而成，而N极性转换层中远离二维GaN层的为N层。
步骤S207，在N极性转换层上制备图形化石墨层。
在本实施例当中，将步骤S206制备得到的外延片放入PECVD（PlasmaEnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）设备中，通过等离子体使CH4变为石墨烯，以得到石墨烯层，其中，控制设备运行时间，使单层石墨烯沉积于外延片上，并利用掩膜，在石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到图形化石墨层，通孔用于使N极性转换层部分裸露，具体的，通孔的深度为5nm，通孔的直径为5nm，处于图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为，即该图形化石墨层的圈数为10，a为石墨烯的晶格常数。
步骤S208，生长第二缓冲层。
在本实施例当中，将制备好图形化石墨层的外延片放入MOCVD设备中，通入TMGa源，第二缓冲层为GaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm，需要说明的是，第二缓冲层的生长温度范围为500~1000℃，生长厚度范围为5~100nm。
步骤S209，生长N型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、SiH4、NH3、H2、N2，N型GaN层的生长厚度为2000nm，生长温度为1070℃，通入SiH4的浓度为8E18/cm3。
步骤S210，生长多量子阱层。
在本实施例当中，多量子阱层可以为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其中，通入TEGa、TMIn、NH3、H2、N2，需要说明的是，在生长多量子阱层时，不通H2，生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，多量子阱层的生长温度为770℃，多量子垒层的生长温度为880℃。
步骤S211，生长P型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、CP2Mg、NH3、H2、N2，P型GaN层的生长厚度为400nm，生长温度为950℃，其中，Mg的浓度为2E19/cm3。
需要说明的是，由上述方法制备得到的含有图形化石墨层的外延层，由于图形化石墨层的材料为石墨烯，石墨烯中的碳原子和N极性转换层氮面的氮原子可以根据范德瓦尔斯力结合，通过这样的方式将其应用于Micro-LED或Mini-LED中，可以更轻松地实现与衬底的剥离，而在图形化石墨层处对外延片进行剥离，在剥离后，与传统的外延结构相比，没有三维和二维的GaN 层，可以实现超薄的LED结构，以满足不同应用对不同厚度的需求，同时，由于剥离后的外延层厚度很薄，可以很好地散热，大大提升LED性能。
实施例三
本发明实施例三提出的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的LED外延片，所述方法具体包括步骤S301至步骤S311。
步骤S301，提供一生长所需的蓝宝石衬底。
其中，使用图形化蓝宝石作为衬底，石墨盘作为载盘，在MOCVD（MetalOrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）设备中，以三甲基镓TMGa、三乙基镓TEGa为Ga源、氨气NH3为N源，H2、N2为载气，掺杂源分别是硅烷SiH4、三甲基铝TMAl和二茂镁CP2Mg进行衬底生长。
步骤S302，对蓝宝石衬底进行氢化处理。
在本实施例当中，氢化处理的时间为1min，目的在于去除蓝宝石衬底表面的杂质。
步骤S303，通入TMGa源和Al源，生长第一缓冲层。
在本实施例当中，第一缓冲层为AlGaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm。
步骤S304，通入TMGa源，生长三维GaN层。
在本实施例当中，三维GaN层的生长温度为1020℃，生长厚度为1.5μm。
步骤S305，通入TMGa源，生长二维GaN层。
在本实施例当中，二维GaN层的生长温度为1120℃，生长厚度为2μm。
步骤S306，关闭TMGa源，持续通入NH3，生长N极性转换层。
在本实施例当中，在二维GaN层生长平整之后，通入NH330s，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上，完成N极性面转化，可以理解的，N极性转换层为Ga层和N层依次层叠而成，而N极性转换层中远离二维GaN层的为N层。
步骤S307，在N极性转换层上制备图形化石墨层。
在本实施例当中，将步骤S306制备得到的外延片放入PECVD（Plasma EnhancedChemicalVapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）设备中，通过等离子体使CH4变为石墨烯，以得到石墨烯层，其中，控制设备运行时间，使2层石墨烯沉积于外延片上，并利用掩膜，在石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到图形化石墨层，通孔用于使N极性转换层部分裸露，具体的，通孔的深度为10nm，通孔的直径为5nm，处于图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为，即该图形化石墨层的圈数为10，a为石墨烯的晶格常数。
步骤S308，生长第二缓冲层。
在本实施例当中，将制备好图形化石墨层的外延片放入MOCVD设备中，通入TMGa源，第二缓冲层为GaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm，需要说明的是，第二缓冲层的生长温度范围为500~1000℃，生长厚度范围为5~100nm。
步骤S309，生长N型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、SiH4、NH3、H2、N2，N型GaN层的生长厚度为2000nm，生长温度为1070℃，通入SiH4的浓度为8E18/cm3。
步骤S310，生长多量子阱层。
在本实施例当中，多量子阱层可以为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其中，通入TEGa、TMIn、NH3、H2、N2，需要说明的是，在生长多量子阱层时，不通H2，生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，多量子阱层的生长温度为770℃，多量子垒层的生长温度为880℃。
步骤S311，生长P型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、CP2Mg、NH3、H2、N2，P型GaN层的生长厚度为400nm，生长温度为950℃，其中，Mg的浓度为2E19/cm3。
需要说明的是，本实施例的外延生长方法与实施例二中的区别在于，沉积的石墨烯的层数不同，即最终得到的图形化石墨层的厚度不同，其中，石墨烯层数越多表面越容易褶皱突起，也越容易剥离，但不利于后续的外延层的外延生长。
实施例四
本发明实施例四提出的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的LED外延片，所述方法具体包括步骤S401至步骤S411。
步骤S401，提供一生长所需的蓝宝石衬底。
其中，使用图形化蓝宝石作为衬底，石墨盘作为载盘，在MOCVD（MetalOrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）设备中，以三甲基镓TMGa、三乙基镓TEGa为Ga源、氨气NH3为N源，H2、N2为载气，掺杂源分别是硅烷SiH4、三甲基铝TMAl和二茂镁CP2Mg进行衬底生长。
步骤S402，对蓝宝石衬底进行氢化处理。
在本实施例当中，氢化处理的时间为1min，目的在于去除蓝宝石衬底表面的杂质。
步骤S403，通入TMGa源和Al源，生长第一缓冲层。
在本实施例当中，第一缓冲层为AlGaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm。
步骤S404，通入TMGa源，生长三维GaN层。
在本实施例当中，三维GaN层的生长温度为1020℃，生长厚度为1.5μm。
步骤S405，通入TMGa源，生长二维GaN层。
在本实施例当中，二维GaN层的生长温度为1120℃，生长厚度为2μm。
步骤S406，关闭TMGa源，持续通入NH3，生长N极性转换层。
在本实施例当中，在二维GaN层生长平整之后，通入NH330s，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上，完成N极性面转化，可以理解的，N极性转换层为Ga层和N层依次层叠而成，而N极性转换层中远离二维GaN层的为N层。
步骤S407，在N极性转换层上制备图形化石墨层。
在本实施例当中，将步骤S406制备得到的外延片放入PECVD（PlasmaEnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）设备中，通过等离子体使CH4变为石墨烯，以得到石墨烯层，其中，控制设备运行时间，使2层石墨烯沉积于外延片上，并利用掩膜，在石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到图形化石墨层，通孔用于使N极性转换层部分裸露，具体的，通孔的深度为10nm，通孔的直径为5nm，处于图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为，即该图形化石墨层的圈数为20，a为石墨烯的晶格常数。
步骤S408，生长第二缓冲层。
在本实施例当中，将制备好图形化石墨层的外延片放入MOCVD设备中，通入TMGa源，第二缓冲层为GaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm，需要说明的是，第二缓冲层的生长温度范围为500~1000℃，生长厚度范围为5~100nm。
步骤S409，生长N型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、SiH4、NH3、H2、N2，N型GaN层的生长厚度为2000nm，生长温度为1070℃，通入SiH4的浓度为8E18/cm3。
步骤S410，生长多量子阱层。
在本实施例当中，多量子阱层可以为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其中，通入TEGa、TMIn、NH3、H2、N2，需要说明的是，在生长多量子阱层时，不通H2，生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，多量子阱层的生长温度为770℃，多量子垒层的生长温度为880℃。
步骤S411，生长P型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、CP2Mg、NH3、H2、N2，P型GaN层的生长厚度为400nm，生长温度为950℃，其中，Mg的浓度为2E19/cm3。
需要说明的是，本实施例的外延生长方法与实施例二中的区别在于，图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长不同，可以理解的，处于图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长越长，则说明图形化石墨层上的纳米图形密度越稀疏，具体的，在石墨烯上蚀刻出六边形的纳米图形，一方面可以提高GaN和石墨烯的晶格匹配度，另一方面可以使GaN和石墨烯的接触面性能更加稳定，另外，石墨烯较低的表面能将导致 GaN 成核相对困难，并且直接在石墨烯上生长 GaN 容易形成团簇结构，而六边形的纳米图形的设计有利于获得连续的薄膜。
实施例五
本发明实施例五提出的一种LED外延片的外延生长方法，用于制备上述实施例一当中的LED外延片，所述方法具体包括步骤S501至步骤S511。
步骤S501，提供一生长所需的蓝宝石衬底。
其中，使用图形化蓝宝石作为衬底，石墨盘作为载盘，在MOCVD（MetalOrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积）设备中，以三甲基镓TMGa、三乙基镓TEGa为Ga源、氨气NH3为N源，H2、N2为载气，掺杂源分别是硅烷SiH4、三甲基铝TMAl和二茂镁CP2Mg进行衬底生长。
步骤S502，对蓝宝石衬底进行氢化处理。
在本实施例当中，氢化处理的时间为1min，目的在于去除蓝宝石衬底表面的杂质。
步骤S503，通入TMGa源和Al源，生长第一缓冲层。
在本实施例当中，第一缓冲层为AlGaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm。
步骤S504，通入TMGa源，生长三维GaN层。
在本实施例当中，三维GaN层的生长温度为1020℃，生长厚度为1.5μm。
步骤S505，通入TMGa源，生长二维GaN层。
在本实施例当中，二维GaN层的生长温度为1120℃，生长厚度为2μm。
步骤S506，关闭TMGa源，持续通入NH3，生长N极性转换层。
在本实施例当中，在二维GaN层生长平整之后，通入NH330s，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上，完成N极性面转化，可以理解的，N极性转换层为Ga层和N层依次层叠而成，而N极性转换层中远离二维GaN层的为N层。
步骤S507，在N极性转换层上制备图形化石墨层。
在本实施例当中，将步骤S506制备得到的外延片放入PECVD（PlasmaEnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法）设备中，通过等离子体使CH4变为石墨烯，以得到石墨烯层，其中，控制设备运行时间，使单层石墨烯沉积于外延片上，并利用掩膜，在石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到图形化石墨层，通孔用于使N极性转换层部分裸露，具体的，通孔的深度为5nm，通孔的直径为5nm，处于图形化石墨层最外圈的所有通孔的连线形成的六边形的边长为，即该图形化石墨层的圈数为20，a为石墨烯的晶格常数。
步骤S508，生长第二缓冲层。
在本实施例当中，将制备好图形化石墨层的外延片放入MOCVD设备中，通入TMGa源和Al源，第二缓冲层为AlGaN层，生长温度为800℃，生长厚度为10nm，需要说明的是，第二缓冲层的生长温度范围为500~1000℃，生长厚度范围为5~100nm。
步骤S509，生长N型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、SiH4、NH3、H2、N2，N型GaN层的生长厚度为2000nm，生长温度为1070℃，通入SiH4的浓度为8E18/cm3。
步骤S510，生长多量子阱层。
在本实施例当中，多量子阱层可以为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，其中，通入TEGa、TMIn、NH3、H2、N2，需要说明的是，在生长多量子阱层时，不通H2，生长多量子阱层的总厚度为140nm，其中，多量子阱层的生长温度为770℃，多量子垒层的生长温度为880℃。
步骤S511，生长P型GaN层。
在本实施例当中，通入TMGa、CP2Mg、NH3、H2、N2，P型GaN层的生长厚度为400nm，生长温度为950℃，其中，Mg的浓度为2E19/cm3。
需要说明的是，本实施例的外延生长方法与实施例二中的区别在于，第二缓冲层为AlGaN层。
实施例六
本发明实施例六提供一种LED芯片，包括上述实施例一当中的LED外延片，所述LED外延片可由上述实施例二当中的LED外延片的外延生长方法外延生长得到。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种LED外延片，其特征在于，包括衬底、以及在衬底上依次外延生长的第一缓冲层、三维GaN层、二维GaN层、N极性转换层、图形化石墨层、第二缓冲层、N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层，其中，在所述图形化石墨层处进行剥离处理，用于实现超薄的LED结构，以满足不同应用对不同厚度的需求，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近所述图形化石墨层的一侧为氮面，所述图形化石墨层的材料为石墨烯，所述图形化石墨层由若干六边形的子石墨烯块构成，且在部分所述子石墨烯块的中心位置开设有通孔，所述通孔用于将所述N极性转换层部分裸露，另外，处于所述图形化石墨层最外圈的所有所述通孔的连线为一六边形，其中，所述六边形的边长为，a表示为石墨烯的晶格常数，n表示为图形化石墨层的圈数，n∈[1，100]，所述图形化石墨层的层数为1~10层，所述图形化石墨层的厚度为1~50nm。
2.根据权利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述通孔的直径为1~50nm。
3.一种LED外延片的外延生长方法，其特征在于，用于制备权利要求1-2任一项所述的LED外延片，所述外延生长方法包括：
生长N极性转换层，其中，所述N极性转换层的材料为GaN，且靠近所述图形化石墨层的一侧为氮面；
在所述N极性转换层上制备图形化石墨层，其中，首先在所述N极性转换层上沉积石墨烯，以得到石墨烯层，并利用掩膜，在所述石墨烯层的预设位置上蚀刻出通孔，得到所述图形化石墨层，所述通孔用于使所述N极性转换层部分裸露。
4.根据权利要求3所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述外延生长方法还包括：
提供一生长所需的衬底；
在所述衬底上依次外延生长第一缓冲层、三维GaN层、二维GaN层、N极性转换层、图形化石墨层、第二缓冲层、N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层。
5.根据权利要求4所述的LED外延片的外延生长方法，其特征在于，所述生长N极性转换层的步骤中，在所述二维GaN层生长平整之后，通入NH3，同时将掺杂源关闭，以使氮面向上。
6.一种LED芯片，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的LED外延片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310120804.4A CN115832137B (zh) | 2023-02-16 | 2023-02-16 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310120804.4A CN115832137B (zh) | 2023-02-16 | 2023-02-16 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115832137A CN115832137A (zh) | 2023-03-21 |
| CN115832137B true CN115832137B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=85521563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310120804.4A Active CN115832137B (zh) | 2023-02-16 | 2023-02-16 | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115832137B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105914272A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-31 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN107369748A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-11-21 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种基于石墨烯的led外延生长方法 |
| CN108807627A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-11-13 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种大功率垂直结构led外延结构及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103374751B (zh) * | 2012-04-25 | 2016-06-15 | 清华大学 | 具有微构造的外延结构体的制备方法 |
| CN103794469A (zh) * | 2012-10-30 | 2014-05-14 | 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 | 一种氮化镓薄膜层的制备方法及衬底 |
| CN106960781A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-07-18 | 刘志斌 | 一种氮化镓薄膜及其制备方法和石墨烯薄膜及其制备方法 |
| CN207116374U (zh) * | 2017-03-28 | 2018-03-16 | 刘志斌 | 一种氮化镓薄膜和石墨烯薄膜 |
| CN108010995A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-08 | 北京大学 | 一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效led芯片 |
| CN114023640A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 基于CMP制备N极性GaN的方法、N极性GaN及其应用 |
-
2023
- 2023-02-16 CN CN202310120804.4A patent/CN115832137B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105914272A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-08-31 | 芜湖德豪润达光电科技有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN107369748A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-11-21 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种基于石墨烯的led外延生长方法 |
| CN108807627A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-11-13 | 河源市众拓光电科技有限公司 | 一种大功率垂直结构led外延结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115832137A (zh) | 2023-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106098871B (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法 | |
| JP2008266064A (ja) | 半導体素子用基板、及びその製造方法 | |
| CN108336198B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN108336203A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| CN106711295B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN112366261B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN103337573A (zh) | 半导体发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN217641378U (zh) | 一种硅基发光二极管 | |
| CN116190511B (zh) | 一种高光效led外延片、制备方法及led芯片 | |
| CN106816499A (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN114883460A (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN109786518A (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制备方法 | |
| CN114574959B (zh) | 一种氮化物外延层制备方法及其半导体外延片 | |
| CN115986018A (zh) | 一种外延片、外延片制备方法及发光二极管 | |
| WO2019149095A1 (zh) | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| WO2019100064A1 (en) | Semipolar and nonpolar light-emitting devices | |
| CN109273571A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN115832137B (zh) | 一种led外延片、外延生长方法及led芯片 | |
| CN110061103B (zh) | GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN110061112B (zh) | GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN217507372U (zh) | 一种Si基外延片及Si基芯片 | |
| CN116230824B (zh) | 一种高光效发光二极管外延片及其制备方法、led芯片 | |
| CN112103305B (zh) | 基于微图案化石墨烯的Micro-LED阵列及其制备方法、显示装置 | |
| CN112993099B (zh) | 一种具有保护层led芯片的制作方法 | |
| CN112993097B (zh) | 发光二极管外延片制备方法 |
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 | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An LED epitaxial wafer, epitaxial growth method, and LED chip Granted publication date: 20230725 Pledgee: Jiujiang Bank Co.,Ltd. Nanchang Branch Pledgor: JIANGXI QIANZHAO PHOTOELECTRIC CO.,LTD. Registration number: Y2024980001944 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |