CN204303857U - 一种使用二维衍生膜的氮化物led外延片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，包括初始衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述初始衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述初始衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片层组成。本实用新型在氮化物LED外延层与初始衬底之制作一层或两层以上的二维衍生薄膜，使其既能保证氮化物外延层生长的顺利进行，又可以在剥离过程有助于初始衬底与外延层的分离，极大地简化了剥离过程，提高了良率、降低了成本。

Description

一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构

技术领域

本实用新型涉及一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，属于光电子器件制造技术领域。

背景技术

使用氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1；纤锌矿晶体结构)半导体材料制作的发光二极管LED以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储、生物医药等领域展开广泛应用。上述化合物半导体可以覆盖从红外、可见到紫外光的全部光谱能量范围，而通过控制氮化物合金的阳离子组分可以准确地定制LED器件的发射波长。从应用领域范围、市场容量来看，又以氮化物LED的应用为大宗、主流，比如，以白光LED为应用代表的半导体照明行业。

制作氮化物LED时，首先在衬底上进行氮化物LED结构的外延膜层生长，然后进行芯片器件加工得到分离的器件单元，即芯片。在当前行业中，氮化物LED外延层生长的衬底主要有：三氧化二铝、SiC、氮化镓、氮化铝和硅衬底。

常见的外延生长方法包括：有机金属化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等。芯片器件加工主要是使用光刻、反应离子刻蚀(RIE)、电子束蒸镀(e-Beam)、磁控溅射(MS)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)等方法制作p、n型电极及介电保护层等。

氮化物LED器件有正装、倒装、垂直和薄膜芯片等类型。在大电流驱动、 高光能密度输出、电光转换效率、热量管理等指标上，薄膜芯片结构具有明显的优势，因而成为业界竞相开发的热点产品。然而，薄膜芯片的制作工艺却比较困难，特别是衬底剥离工艺，不仅工艺参数多，而且过程一致性也较差。以在蓝宝石衬底上制作薄膜结构LED芯片为例，目前大多采用激光剥离的方法实现氮化物LED外延层与衬底的分离，而采用激光剥离方法存在可操作性差、良率低、设备昂贵的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简化剥离过程，提高良率、降低成本的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，包括初始衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述初始衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述初始衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片层组成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在氮化物LED外延层与初始衬底之制作一层或两层以上的二维衍生薄膜，使其既能保证氮化物外延层生长的顺利进行，又可以在剥离工艺过程中有助于初始衬底与外延层的分离，极大地简化了剥离过程，提高了良率、降低了成本。

采用本实用新型所述的二维衍生膜进行氮化物LED外延层生长时，可以获得较高晶体质量的外延层；同时，在制作氮化物LED器件的工艺过程中可以有效地采用机械剥离方式实现初始衬底和氮化物外延层之间的剥离。并且，剥离后的初始衬底经处理后还可以反复使用。

二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片层组成。二维纳米片层由二 维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。

所述初始衬底的材质为硅、三氧化二铝、氮化镓、氮化铝、氮化硼、锗、二氧化硅、砷化镓、磷化铟、氧化锌、氧化镓、尖晶石、铝酸锂、铝镁酸钪、镓酸锂、铝镁酸钪、铌酸锂、硼化锆或硼化铪中的至少一种。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述氮化物外延层由从下到上依次叠加的缓冲层、n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，且所述缓冲层附着在所述二维衍生膜上。

进一步，所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。

采用上述进一步的有益效果是，二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布，可在其上进行具有纤锌矿晶体结构的氮化物LED外延层生长；二维衍生膜为氮化物外延层与初始衬底之间的机械剥离工艺提供了便利条件，且机械剥离下的初始衬底经过处理后还可以反复使用。

进一步，所述缓冲层包括至少一个缓冲层子层，所述缓冲层子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1，x+y≤1；每个所述缓冲层子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为S i、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

进一步，所述n型电子注入层包括一个以上的n型子层，所述n型子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述n型子层分别进行n型掺杂，且n型掺杂的掺杂浓度相同或不同，所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se和Te中的至少一种。

进一步，所述有源层包括一个以上的薄膜子层，所述薄膜子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述薄膜 子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为S i、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

进一步，所述p型空穴注入层包括一个以上的p型子层，所述p型子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述p型子层分别进行p型掺杂；每个所述p型子层的p型掺杂的掺杂浓度相同或不同；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

进一步，所述缓冲层的厚度为0.001～10μm；所述n型电子注入层的厚度为0.1～20μm；所述有源层的厚度为1～2000nm；所述p型空穴注入层的厚度为0.05～5μm。

上述使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构的制备方法，具体步骤如下:

所述二维衍生膜的制备是通过高温退火方法、化学气相沉积方法或者物理气相沉积的方法在S iC衬底上制备出石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼膜层后再转移到初始衬底上；

所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化学气相沉积(MOCVD)、脉冲溅射沉积(PSD)、远程等离子化学气相沉积(RPCVD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)或氢化物气相外延(HVPE)中的至少一种；

其中，

所述在SiC衬底上进行石墨烯外延生长的方法包括两种方法，具体如下：

第一种方法，将SiC衬底进行石墨化退火处理制备石墨烯，具体步骤如下：将SiC衬底置入温度为1500～2000℃、真空度为≤10^-3Pa的环境中，或者温度为1300～1800℃、压强为≥10²Pa的氩气气氛的环境中，通过衬底表 面硅原子的升华而实现石墨化进而得到石墨烯；

第二种方法：在SiC衬底上进行碳氢化合物的化学气相沉积方法制备石墨烯，具体步骤如下：将SiC衬底置入化学气相沉积系统中，在温度为1300～1800℃条件下同时通入氩气和碳氢化合物，在SiC衬底上生成石墨烯；

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备硅烯的具体步骤如下：通过物理加热或溅射方法使硅单质中的原子升华、气化，使其沉积在SiC衬底表面，形成硅烯。

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备六方氮化硼的具体步骤如下：在温度为1200～1800℃条件下，同时通入氨气和硼氢化合物，或着单独通入硼氮氢化合物，在SiC衬底上生成所述六方氮化硼；

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备三碳化硼的具体步骤如下：在温度为1200～1800℃的条件下，同时通入碳氢化合物和硼氢化合物，在SiC衬底上生成所述三碳化硼；

所述石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼的二维衍生膜的转移方法，具体步骤如下：首先，在生长完二维衍生膜的SiC衬底上蒸镀至少一层金属镍薄膜；然后，使用粘胶膜紧贴在金属镍薄膜上，并将二维衍生膜和金属镍薄膜一起机械剥离下来；之后，将二维衍生膜压合在初始衬底上；最后，使用加热方法去掉粘胶膜，并使用FeCl3溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。

上述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构的另一制备方法如下：

所述二维衍生膜的制备是在金属衬底上使用化学气相沉积的方法或物理气相沉积的方法生长后再通过转移过程附着到初始衬底的表面；

所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化学气相沉积(MOCVD)、脉冲溅射沉积(PSD)、远程等离子化学气相沉积(RPCVD)、射频磁控溅射(RF-MS)、分子束外延(MBE)、脉冲激光沉积(PLD)或氢化物气相外延(HVPE) 中的至少一种；

其中，

所述石墨烯是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：将金属衬底置入化学气相沉积系统中，在温度为800～1200℃的条件下，同时通入氩气和碳氢化合物，在金属衬底上生成石墨烯；

所述六方氮化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：在温度为800～1200℃的条件下，同时通入氨气和硼氢化合物或着单独通入硼氮氢化合物，在金属衬底上生成所述六方氮化硼；

所述三碳化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：在温度为800～1200℃的条件下，同时通入碳氢化合物和硼氢化合物，在金属衬底上生成所述三碳化硼；

所述硅烯是通过物理气相沉积的方法制得，具体步骤如下：通过物理加热或溅射方法使硅单质中的原子升华、气化，使其沉积在金属衬底表面，形成硅烯。

所述转移过程具体步骤如下：先在制备好衍生膜的金属衬底上旋涂聚合物并固化，然后溶解掉金属衬底使衍生膜附着在聚合物形成的临时衬底上，最后将衍生膜转移到初始衬底上并去掉聚合物临时衬底。

所述金属衬底的材质为Cu、Ni、Pt、Fe、Co、Ag、Ir、Rh或Pd中的任意一种或两种以上的混合。

附图说明

图1为本实用新型使用二维衍生膜的氮化物LED外延片的结构示意图；

图2为本实用新型二维衍生膜的原子键结构的局部俯视示意图；

图3为本实用新型实施例1中所述氮化物LED外延片结构示意图；

图4为实施例2中所述氮化物LED外延片结构示意图；

图5为实施例3中所述氮化物LED外延片结构示意图；

图6为实施例4中所述氮化物LED外延片结构示意图；

图7为实施例5中所述氮化物LED外延片结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、初始衬底，200、二维衍生膜，301、缓冲层，302、n型电子注入层，303、有源层，304、p型空穴注入层。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，如图1、图2所示，包括初始衬底100、二维衍生膜200及氮化物外延层，所述二维衍生膜200位于所述初始衬底100及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜200附着在所述初始衬底100的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜200上；其中，所述二维衍生膜200由一层或两层以上的二维纳米片层组成。二维纳米片层由二维纳米片材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。

所述初始衬底100的材质为硅、三氧化二铝、氮化镓、氮化铝、氮化硼、锗、二氧化硅、砷化镓、磷化铟、氧化锌、氧化镓、尖晶石、铝酸锂、铝镁酸钪、镓酸锂、铝镁酸钪、铌酸锂、硼化锆或硼化铪中的至少一种。

所述二维衍生膜200的原子呈六角蜂窝状排布。

所述氮化物外延层由缓冲层301、n型电子注入层302、有源层303和p型空穴注入层304构成，所述缓冲层301附着在所述二维衍生膜200上，所述缓冲层301、n型电子注入层302、有源层303和p型空穴注入层304依次相连接。

所述缓冲层的厚度为0.001～10μm；所述n型电子注入层302的厚度为0.1～20μm；所述有源层303的厚度为1～2000nm；所述p型空穴注入层304的厚度为0.05～5μm。

所述缓冲层301包括至少一个缓冲层子层，所述缓冲层子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1，x+y≤1；每个所述缓冲层子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

所述n型电子注入层302包括一个以上的n型子层，所述n型子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述n型子层分别进行n型掺杂，且n型掺杂的掺杂浓度相同或不同，所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se和Te中的至少一种。

所述有源层303包括一个以上的薄膜子层，所述薄膜子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述薄膜子层分别进行n型掺杂、p型掺杂或非掺杂；所述n型掺杂中掺杂的元素为Si、Sn、S、Se或Te中的至少一种；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

所述p型空穴注入层304包括一个以上的p型子层，所述p型子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1；每个所述p型子层分别进行p型掺杂；每个所述p型子层的p型掺杂的掺杂浓度相同或不同；所述p型掺杂中掺杂的元素为Be、Mg、Zn、Cd或C中的至少一种。

上述使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构的制备方法如下:

所述二维衍生膜的制备是通过高温退火方法、化学气相沉积方法或者物理气相沉积的方法在SiC衬底上制备出石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼膜层后再转移到初始衬底上；所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属 化学气相沉积、脉冲溅射沉积、远程等离子化学气相沉积、射频磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或氢化物气相外延中的至少一种；其中，

所述在SiC衬底上进行石墨烯外延生长的方法包括两种方法，具体如下：

第一种方法，将SiC衬底进行石墨化退火处理制备石墨烯，具体步骤如下：将SiC衬底置入温度为1500～2000℃、真空度为≤10^-3Pa的环境中，或者温度为1300～1800℃、压强为≥10²Pa的氩气气氛的环境中，通过衬底表面硅原子的升华而实现石墨化进而得到石墨烯；

第二种方法：在SiC衬底上进行碳氢化合物的化学气相沉积方法制备石墨烯，具体步骤如下：将SiC衬底置入化学气相沉积系统中，在温度为1300～1800℃条件下同时通入氩气和碳氢化合物，在SiC衬底上生成石墨烯；

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备硅烯的具体步骤如下：通过物理加热或溅射方法使硅单质中的原子升华、气化，使其沉积在SiC衬底表面，形成硅烯。

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备六方氮化硼的具体步骤如下：在温度为1200～1800℃条件下，同时通入氨气和硼氢化合物，或着单独通入硼氮氢化合物，在SiC衬底上生成所述六方氮化硼；

所述在SiC衬底上通过化学气相沉积方法制备三碳化硼的具体步骤如下：在温度为1200～1800℃的条件下，同时通入碳氢化合物和硼氢化合物，在SiC衬底上生成所述三碳化硼；

所述石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼的二维衍生膜的转移方法，具体步骤如下：首先，在生长完二维衍生膜的SiC衬底上蒸镀至少一层金属镍薄膜；然后，使用粘胶膜紧贴在金属镍薄膜上，并将二维衍生膜和金属镍薄膜一起机械剥离下来；之后，将二维衍生膜压合在初始衬底上；最后，使用加热方法去掉粘胶膜，并使用FeCl3溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。

上述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构的另一制备方法如下：

所述二维衍生膜的制备是在金属衬底上使用化学气相沉积的方法或物理气相沉积的方法生长后再通过转移过程附着到初始衬底的表面；所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化学气相沉积、脉冲溅射沉积、远程等离子化学气相沉积、射频磁控溅射、分子束外延、脉冲激光沉积或氢化物气相外延中的至少一种；其中，

所述石墨烯是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：将金属衬底置入化学气相沉积系统中，在温度为800～1200℃的条件下，同时通入氩气和碳氢化合物，在金属衬底上生成石墨烯；

所述六方氮化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：在温度为800～1200℃的条件下，同时通入氨气和硼氢化合物或着单独通入硼氮氢化合物，在金属衬底上生成所述六方氮化硼；

所述三碳化硼是通过化学气相沉积的方法制得，具体步骤如下：在温度为800～1200℃的条件下，同时通入碳氢化合物和硼氢化合物，在金属衬底上生成所述三碳化硼；

所述硅烯是通过物理气相沉积的方法制得，具体步骤如下：通过物理加热或溅射方法使硅单质中的原子升华、气化，使其沉积在金属衬底表面，形成硅烯。

所述转移过程具体步骤如下：先在制备好衍生膜的金属衬底上旋涂聚合物并固化，然后溶解掉金属衬底使衍生膜附着在聚合物形成的临时衬底上，最后将衍生膜转移到初始衬底上并去掉聚合物临时衬底。

所述金属衬底的材质为Cu、Ni、Pt、Fe、Co、Ag、Ir、Rh或Pd中的任意一种或两种以上的混合。

以下通过几个具体的实施例以对本实用新型进行具体的说明。

实施例1

如图3所示，在2英寸硅衬底100的表面上制作多层石墨烯201，作为二维衍生膜，然后在其上生长氮化物蓝光LED外延层。其中，缓冲层301由200nm的n型Al_0.1Ga_0.9N层构成；n型电子注入层302的结构参数如下：2μm厚的n型GaN层，掺杂元素为Si，且掺杂浓度为1.0×10¹⁹；有源层303的结构参数如下：In_0.15Ga_0.85N/GaN多量子阱发光层，In_0.15Ga_0.85N和GaN的单层厚度分别为3nm和10nm，多量子阱的周期数为5；p型空穴注入层304的结构参数如下：包括两个子层，一个是0.2μm厚的p型GaN层，p型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0×10²⁰；另一个是10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

其中，硅衬底多层石墨烯201的制作方法如下：先将清洗干净的2英寸晶圆大小的镍薄片放入压强为300mTorr的CVD系统中，并加热到1000℃，并同时2sccm的氢气和30sccm的甲烷；上述加热过程持续25min后开始降温，降温的速率约为100℃/min，并且保持氢气和甲烷的流量不变。当CVD系统的温度降低至室温时，即可在铜衬底上形成多层石墨烯201。之后，将生长完多层石墨烯201的镍薄片从CVD系统中取出后旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。紧接着，将旋涂完PMMA的镍薄片放入FeCl₃溶液中，金属镍薄片将发生溶解，而石墨烯层201附着在PMMA支撑层上。此后，再把多层石墨烯衍生膜201转移到2英寸硅衬底上，并用丙酮去除PMMA支撑层。这样，多层石墨烯201被转移到了硅衬底上。最后，将覆盖多层石墨烯201的硅衬底置入300℃的退火炉中，在氮气气氛中加热2min，并进行快速退火处理。

进一步地，使用MOCVD系统在此多层石墨烯衍生膜201上生长氮化物蓝光LED外延层：即先生长200nm的n型Al_0.1Ga_0.9N层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；然后，生长2μm厚的n型GaN层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；再生长In_0.15Ga_0.85N(3nm)/GaN(10nm)多量子阱发光层，多量子阱的周期数为5； 接着生长0.2μm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度为1.0×10²⁰；最后生长10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

实施例2

如图4所示，在2英寸的三氧化二铝衬底100的表面上制作多层六方氮化硼(h-BN)衍生膜202，作为二维衍生膜，然后在其上生长氮化物绿光LED外延层。其中，缓冲层301由150nm的n型Al_0.3Ga_0.7N层构成；n型电子注入层302的结构参数如下：2μm厚的n型GaN层，掺杂元素为Si，且掺杂浓度为1.0×10¹⁹；有源层303的结构参数如下：In_0.3Ga_0.7N/GaN多量子阱发光层，In_0.3Ga_0.7N和GaN的单层厚度分别为2nm和10nm，多量子阱的周期数为4；p型空穴注入层304的结构参数如下：包括两个子层，一个是0.2μm厚的p型GaN层，p型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0×10²⁰；另一个是10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

其中，多层h-BN衍生膜202的制作方法如下：首先将清洗干净的2英寸晶圆大小的铜薄片放入压强为400mTorr的CVD系统中，并将反应室的温度加热到1000℃，同时通入300sccm的氨气和40sccm的硼烷，持续15min。最后，将反应室的压强升高至750Torr，而温度降低至700℃，并通入5sccm的氢气，让铜薄片退火5min。如此便实现了在铜衬底上制作了多层h-BN衍生膜202。之后，将生长完多层h-BN衍生膜202的铜薄片从CVD系统中取出后旋涂一层PMMA。紧接着，将旋涂完PMMA的铜薄片放入过硫酸钠溶液中，金属铜薄片将发生溶解，而多层h-BN衍生膜202附着在PMMA支撑层上。此后，再把多层h-BN衍生膜202转移到2英寸三氧化二铝衬底上，并用丙酮去除PMMA支撑层。这样，多层h-BN衍生膜202被转移到了三氧化二铝衬底上。最后，将覆盖多层h-BN衍生膜202的三氧化二铝衬底置入300℃的退火炉中，在氮气气氛中加热2min，并进行快速退火处理。

进一步地，使用MOCVD系统在此多层h-BN衍生膜202上生长氮化物绿 光LED外延层：即先生长150nm的n型Al_0.3Ga_0.7N缓冲层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；然后生长2μm厚的n型GaN层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；再生长In_0.3Ga_0.7N(2nm)/GaN(10nm)多量子阱发光层，多量子阱的周期数为4；接着生长0.2μm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度为1.0×10²⁰；最后生长10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰

实施例3

如图5所示，在4英寸砷化镓衬底100的表面上制作单层硅烯衍生膜203，作为二维衍生膜，然后在其上生长氮化物近紫外LED外延层。其中，缓冲层301由200nm的非掺杂Al_0.1Ga_0.9N层构成；n型电子注入层302的结构参数如下：2.5μm厚的n型GaN层，掺杂元素为Si，且掺杂浓度为1.0×10¹⁹；有源层303的结构参数如下：In_0.05Ga_0.95N/GaN多量子阱发光层，In_0.05Ga_0.95N和GaN的单层厚度分别为3nm和10nm，多量子阱的周期数为5；p型空穴注入层304的结构参数如下：包括两个子层，一个是0.2μm厚的p型GaN层，p型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0×10²⁰；另一个是10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

砷化镓衬底上的硅烯衍生膜203的制作方法可分为两步：

第一步，在SiC衬底上制备单层硅烯203。具体步骤如下：首先，选择晶面方向为(0001)且表面进行过机械化学抛光的4英寸6H-SiC衬底置入800℃高温炉中，通入5sccm的氢气，退火30min。然后，将上述6H-SiC衬底置入压强为2×10^-7mTorr的射频磁控溅射(RF-MS)系统中，使用高纯度(99.9999％)的多晶硅作为靶材，使6H-SiC衬底的表面在室温条件下沉积上一层硅烯衍生膜203。此后，将附着有硅烯203的6H-S i C衬底放入300mTorr的高温炉中，将加热温度升高到500℃，通入5sccm的氢气，并持续时间20min。如此便实现了在6H-SiC衬底的(0001)面上制作了单层硅烯203。

第二步，将单层硅烯203转移到砷化镓衬底100上。具体步骤如下：首 先，将清洗干净的6H-SiC衬底上放入压强为20mTorr的射频磁控溅射(RF-MS)系统中，蒸镀一层厚度为1.5μm金属镍薄膜；然后，使用粘胶膜紧贴在金属镍薄膜上，这样便可将硅烯和金属镍薄膜一起机械剥离下来；之后，将硅烯压合在砷化镓衬底上；最后，使用加热方法去掉粘胶膜，并使用FeCl₃溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。

进一步地，可以使用MBE系统在单层硅烯衍生膜203上生长氮化物近紫外LED外延层：即先生长200nm的非掺杂Al_0.1Ga_0.9N层缓冲层；然后生长2.5μm厚的n型GaN层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；再生长In_0.05Ga_0.95N(3nm)/GaN(10nm)多量子阱发光层，多量子阱的周期数为5；接着生长0.2μm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度为1.0×10²⁰；最后生长10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

实施例4

如图6所示，在2英寸氮化镓衬底100的表面上制作多层三碳化硼(BC₃)衍生膜204，作为二维衍生膜，然后在其上生长氮化物紫外LED外延层。其中，缓冲层301由200nm的n型Al_0.1Ga_0.9N层构成；n型电子注入层302的结构参数如下：2μm厚的n型Al_0.3Ga_0.7N层，掺杂元素为Si，且掺杂浓度为1.0×10¹⁹；有源层303的结构参数如下：Al_0.1In_0.02Ga_0.88N/Al_0.2Ga_0.8N多量子阱发光层，Al_0.1In_0.02Ga_0.88N和Al_0.2Ga_0.8N的单层厚度分别为2nm和8nm，多量子阱的周期数为4；p型空穴注入层304的结构参数如下：包括两个子层，一个是0.15μm厚的p型Al_0.3Ga_0.7N层，p型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0×10²⁰；另一个是10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

氮化镓衬底100上的多层BC₃衍生膜204的制作方法可分为两步：

第一步，在SiC衬底上制备多层BC₃衍生膜。具体步骤如下：首先，选择晶面方向为(0001)且表面进行过机械化学抛光的2英寸6H-SiC衬底备 用。然后，将上述6H-SiC衬底置入压强为200mTorr的CVD系统中，通入5sccm的氢气，并将反应室的温度加热到1100℃，持续时间为8min。之后，将反应腔的压强升高至300mTorr，温度保持不变，并通入50sccm的硼烷和60sccm的丙烷，持续20min。最后，将反应室的压强升高至750Torr，而温度降低至700℃，通入10sccm的氢气，让6H-SiC衬底退火10min。如此便实现了在6H-SiC衬底的(0001)面上制作了多层BC₃衍生膜204。

第二步，将多层BC₃衍生膜204转移到氮化镓衬底100上。具体步骤如下：首先，在生长完多层BC₃衍生膜204的6H-SiC衬底上放入压强为20mTorr的射频磁控溅射(RF-MS)系统中，蒸镀一层厚度为1.5μm金属镍薄膜；然后，使用粘胶膜紧贴在金属镍薄膜上，这样便可将硅烯和金属镍薄膜一起机械剥离下来；之后，将多层BC₃衍生膜压合在氮化镓衬底上；最后，使用加热方法去掉粘胶膜，并使用FeCl₃溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。

此后，进一步地，使用MOCVD系统在此多层BC₃衍生膜204上生长氮化物紫外LED外延层：即先生长200nm的n型Al_0.1Ga_0.9N缓冲层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；然后生长2μm厚的n型Al_0.3Ga_0.7N层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；再生长Al_0.1In_0.02Ga_0.88N(2nm)/Al_0.2Ga_0.8N(8nm)多量子阱发光层，多量子阱的周期数为4；接着生长0.2μm厚的p型Al_0.3Ga_0.7N层，Mg掺杂浓度为1.0×10²⁰；最后生长10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

实施例5

如图7所示，在2英寸氮化铝的初始衬底100的表面上制作两组衍生膜：第一组为多层石墨烯衍生膜201；第二组为多层h-BN衍生膜202。这两组衍生膜共同构成了此实施例情况下的二维衍生膜结构，然后在其上生长氮化物蓝光LED外延层。其中，缓冲层301由100nm的非掺杂AlN层构成；n型电子注入层302的结构参数如下：2μm厚的n型GaN层，掺杂元素为Si，且 掺杂浓度为1.0×10¹⁹；有源层303的结构参数如下：In_0.15Ga_0.85N/GaN多量子阱发光层，In_0.15Ga_0.85N和GaN的单层厚度分别为3nm和10nm，多量子阱的周期数为5；p型空穴注入层304的结构参数如下：包括两个子层，一个是0.2μm厚的p型GaN层，p型掺杂元素为Mg，且掺杂浓度为1.0×10²⁰；另一个是10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

具体方法可分为以下四步：

第一步，制作多层石墨烯201。具体步骤如下：首先选择晶面方向为(0001)且表面进行过机械化学抛光的2英寸4H-SiC衬底备用。然后，将上述4H-SiC衬底置入压强为750Torr的CVD系统中，通入5sccm的氢气，并将反应室的温度加热到1600℃，持续时间为15min。随后，将反应腔的压强降低至300Torr，将温度提高至1700℃，并通入20sccm的氩气，持续25min。最后，将反应室的压强升高至750Torr，而温度降低至700℃，并通入10sccm的氢气，让4H-SiC衬底退火15min。这样，便实现了4H-SiC衬底的(0001)面上制作了多层石墨烯衍生膜201。

第二步，在多层石墨烯201上生长多层h-BN。首先，将第一步所述已制备完多层石墨烯衍生膜201的4H-SiC衬底置入压强为400mTorr的CVD系统中，并将反应室的温度加热到1100℃，同时通入300sccm的氨气和40sccm的硼烷，持续15min。最后，将反应室的压强升高至750Torr，而温度降低至700℃，并通入5sccm的氢气，让4H-SiC衬底退火5min。如此便实现了在多层石墨烯衍生膜201上制作了多层h-BN衍生膜202。

第三步，将制作完多层石墨烯衍生膜201和多层h-BN衍生膜202转移到氮化铝衬底100上。具体步骤如下：首先，在生长完多层BC₃衍生膜204的6H-SiC衬底上放入压强为20mTorr的射频磁控溅射(RF-MS)系统中，蒸镀一层厚度为1.5μm金属镍薄膜；然后，使用粘胶膜紧贴在金属镍薄膜上，这样便可将硅烯和金属镍薄膜一起机械剥离下来；之后，将多层石墨烯和多 层h-BN衍生膜压合在氮化铝衬底100上；最后，使用加热方法去掉粘胶膜，并使用FeCl₃溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。

第四步，使用MOCVD系统在制作完多层石墨烯衍生膜201和多层h-BN衍生膜202的氮化铝衬底上继续生长氮化物蓝光LED外延层：即先生长100nm的非掺杂AlN缓冲层；然后生长2μm厚的n型GaN层，Si掺杂浓度为1.0×10¹⁹；再生长In_0.15Ga_0.85N(3nm)/GaN(10nm)多量子阱发光层，多量子阱的周期数为5；接着生长0.2μm厚的p型GaN层，Mg掺杂浓度为1.0×10²⁰；最后生长10nm厚的p型重掺杂p⁺⁺-GaN层，且Mg掺杂浓度为5.0×10²⁰。

为避免对众多结构参数、工艺条件作冗余描述，本实施例仅对其中个别变化因素进行了举例。通过对其它结构或工艺变化因素的调整亦能达到类似的效果，在此不作一一列举。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：包括初始衬底、二维衍生膜及氮化物外延层，所述二维衍生膜位于所述初始衬底及所述氮化物外延层之间，且所述二维衍生膜附着在所述初始衬底的表面上，所述氮化物外延层附着在所述二维衍生膜上；其中，所述二维衍生膜由一层或两层以上的二维纳米片层组成。

2.根据权利要求1所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述氮化物外延层由从下到上依次叠加的缓冲层、n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，且所述缓冲层附着在所述二维衍生膜上。

3.根据权利要求2所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。

4.根据权利要求2所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述缓冲层包括至少一个缓冲层子层。

5.根据权利要求2所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述n型电子注入层包括一个以上的n型子层。

6.根据权利要求2所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述有源层包括一个以上的薄膜子层。

7.根据权利要求2所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述p型空穴注入层包括一个以上的p型子层。

8.根据权利要求2至7任一项所述的使用二维衍生膜的氮化物LED外延片结构，其特征在于：所述缓冲层的厚度为0.001～10μm；所述n型电子注入层的厚度为0.1～20μm；所述有源层的厚度为1～2000nm；所述p型空穴注入层的厚度为0.05～5μm。