[發明專利]一種低成本氮化鎵基發光二極管制備方法

有效

• 申請號: 201410750310.5
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104465922A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李天保;賈偉;許并社;梁建;余春艷;章海霞
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L33/16
• 分類號: H01L33/16;H01L33/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及一種氮化鎵基發光二極管的制備方法，更具體地是涉及一種襯底材料可重復使用的低成本氮化鎵基發光二極管制備方法。

背景技術

發光二極管經過多年的發展，光效率得到了明顯提升。但制約其廣泛推廣應用的關鍵一個問題是在成本方面與普通節能燈和白熾燈相比還處于劣勢。傳統的氮化鎵基發光二極管的制備方法是采用昂貴的SiC或藍寶石晶圓片作為襯底材料、且襯底材料只能單次使用。IBM公司提出采用SiC表面石墨烯化再生長氮化鎵基發光外延結構的方法，生長完成后整片GaN薄膜被轉移到硅基板上，石墨烯則仍留在SiC晶圓片上重復使用，再繼續生長GaN薄膜、轉移薄膜的程序（參閱文獻，Jeehwan?Kim,?Can?Bayram,?Hongsik?Park，et?al.?“Principle?of?direct?van?der?Waals?epitaxy?ofsingle-crystalline?films?on?epitaxial?graphene”,?Nature?Communications,5,2014,4836）。但該方法所用的襯底仍然是價格高的SiC材料。日本NTT公司采用在藍寶石襯底上生長氮化硼外延層，然后在其上面生長LED發光外延結構的制備方法，該方法利用氮化硼的層狀結構也能實現襯底的剝離和外延結構的轉移（參閱文獻，Yasuyuki?Kobayashi,?Kazuhide?Kumakura,?Tetsuya?Akasaka，et?al?Layered?boron?nitride?as?a?release?layer?for?mechanical?transfer?of?GaN-based?devices”,?Nature,?484,?2012,?223）。但該方法的缺點是需要在氮化硼和LED外延結構之間插入一層AlN層來改善LED的表面形貌。插入層AlN為絕緣體，因此剝離后的外延結構只能采取同藍寶石襯底一樣的水平芯片結構，不適合用于大電流密度條件。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本襯底且其可重復使用的氮化物發光二極管的制作方法，以進一步降低發光二極管的制作成本。

本發明是采用以下技術方案實現的：一種低成本氮化鎵基發光二極管制備方法，利用表面石墨烯化的薄片狀TiC材料作為襯底材料，生長發光二極管外延結構，外延結構包括n型摻雜層、多量子阱發光層和p型摻雜層。

在生長外延結構后，可用機械剝離的方法，使外延結構與表面石墨烯化的TiC材料相分離。

分離后的表面石墨烯化的TiC材料可繼續用于新的外延結構生長。

本發明以表面石墨烯化的TiC材料作為襯底材料，利用石墨烯與外延層間弱的范德華力，依靠機械拉力實現襯底與外延結構的分離，實現襯底的重復使用，降低了器件的制造成本。

本發明提供的低成本氮化鎵基發光二極管制備方法，包括以下幾個步驟：

1)????晶體或無定型形態的薄片狀TiC材料在氯氣氣氛下表面脫鈦，脫鈦的溫度隨晶體或無定型形態不同而變化；晶體TiC材料的脫鈦溫度在800℃－1100℃，時間5min－20min；無定型形態TiC材料的脫鈦溫度在300℃－800℃，時間5min－20min。脫鈦后，關閉氯氣源，通入氬氣，晶體或無定型形態均在800℃－1100℃溫度范圍，保持10min－30min，進行表面的石墨烯化。根據脫鈦時間，石墨烯層數可以為單層或多層，若為多層時，層數為3層－10層；根據石墨烯化的時間，石墨烯可以呈平面或呈有波浪起伏的褶皺面，褶皺面的起伏高度差范圍在2nm－20nm；