[發(fā)明專利]一種基于石墨烯的LED外延生長方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710787396.2
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107369748A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐平
• 申請（專利權(quán)）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/12
• 代理公司: 北京晟睿智杰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11603
• 代理人: 于淼

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于LED技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于石墨烯的LED外延生長方法。

背景技術(shù)

LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種固體照明，由于LED具有體積小、耗電量低使用壽命長高亮度、環(huán)保、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)受到廣大消費(fèi)者認(rèn)可，國內(nèi)生產(chǎn)LED的規(guī)模也在逐步擴(kuò)大。

藍(lán)寶石是現(xiàn)階段工業(yè)生長GaN基LED的最普遍的襯底材料。受制于藍(lán)寶石襯底與GaN之間的晶格失配，需要通過生長各類緩沖層的手段降低GaN基LED器件中的晶格缺陷密度。

傳統(tǒng)LED外延層的生長方法為：處理襯底，生長低溫緩沖層GaN、生長3D GaN層、生長2D GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、周期性生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長摻Mg的P型GaN層、降溫冷卻。

上述傳統(tǒng)的外延技術(shù)中在藍(lán)寶石(Al₂O₃)基板上生長GaN材料，因?yàn)锳l₂O₃材料和GaN材料存在著較大的晶格失配，帶來的影響是GaN材料位錯密度高達(dá)109根/cm²，影響了GaN LED芯片發(fā)光效率的提高；而且存在襯底導(dǎo)熱差、吸光嚴(yán)重、難剝離等缺點(diǎn)。目前控制位錯密度的主要方法是低溫生長一層薄GaN作緩沖層，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行GaN的3D生長和2D生長，最后形成比較平整GaN層。

以下提供一種傳統(tǒng)的LED外延生長方法：

1、在溫度為900℃-1100℃，反應(yīng)腔壓力為100-200mbar，通入50-100L/min的H₂的條件下，處理藍(lán)寶石襯底5min-10min；

2、生長低溫緩沖GaN層；

3、生長2μm-3μm的3D GaN層。

4、生長2μm-3μm的2D GaN層。

5、生長摻雜Si的N型GaN層；

6、周期性生長有源層MQW；

7、生長50nm-100nm的P型AlGaN層；

8、生長100nm-300nm的Mg摻雜的P型GaN層；

9、在溫度為700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的條件，保溫20min-30min，隨爐冷卻。

雖然傳統(tǒng)緩沖層技術(shù)已經(jīng)成能夠在一定程度上降低Al₂O₃材料和GaN材料存之間的晶格失配，在一定程度上提升了GaN基LED發(fā)光器件的發(fā)光效率，但采用傳統(tǒng)緩沖層，無論是緩沖層與藍(lán)寶石襯底之間還是緩沖層與N型GaN層之間，仍然存在大量的缺陷。

因此，提供一種基于石墨烯的LED外延生長方法，進(jìn)一步減少材料缺陷，是本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)，采用傳統(tǒng)緩沖層后，緩沖層與藍(lán)寶石襯底之間和緩沖層與N型GaN層之間，仍然存在大量的缺陷的問題，本發(fā)明公開了一種基于石墨烯的LED外延生長方法，能夠進(jìn)一步減少材料缺陷，從而提升LED的亮度。

為解決上述背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的LED外延生長方法，包括：

將藍(lán)寶石襯底放入抽真空的PECVD沉積腔中，在溫度為800～950℃，腔體壓力為850～1000mTorr，射頻功率為50～80W，通入600～900sccm甲烷、1000～1500sccm氫氣和1000～1200sccm氬氣的條件下，在所述藍(lán)寶石襯底上沉積40-60nm厚的石墨烯薄膜；

將沉積所述石墨烯薄膜的所述藍(lán)寶石襯底放入MOCVD反應(yīng)腔，依次生長摻雜Si的N型GaN層、有源層MQW、P型AlGaN層和P型GaN層；

在溫度為700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的條件下，保溫20-30min，隨爐冷卻。

進(jìn)一步地，在溫度為1000℃-1100℃，反應(yīng)腔壓力為150-300mbar，通入50-90L/min的H₂、40-60L/min的NH₃、200-300sccm的TMGa、20-50sccm的SiH₄的條件下，生長2μm-4μm厚的摻雜Si的N型GaN層，Si摻雜濃度為5×10¹⁸atoms/cm³-1×10¹⁹atoms/cm³。