一种LED氮化镓衬底及其制备方法与流程

本发明涉及一种衬底，具体是一种led氮化镓衬底及其制备方法。

背景技术：

在当今日美垄断led芯片核心技术的格局下，中国led企业如何打破格局，完成技术攻坚，促进led发展显得尤为重要。目前，led衬底类别包括蓝宝石、碳化硅、硅以及被称为第三代半导体材料的氮化镓。

与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等优越特性，是迄今理论上电光、光电转换效率最高的材料体系。蓝宝石衬底在对亮度等各方面要求不高时有它的优势。未来通用照明及对发光强度要求光效，光的稳定性等要求非常高的情况下，氮化镓的产品有它的优势。尤其是将led作为新的光源，在投影仪上，投射灯、汽车灯、闪光灯等方面，氮化镓衬底有它的绝对优势。

由于缺乏同质衬底，氮化镓、a1n等半导体长期以来是在蓝宝石、碳化硅、si、gaas等异质衬底上生长的，而氮化镓、a1n等半导体与异质衬底之间存在着较大的晶格失配和热膨胀系数的失配，使得外延晶体产生了大量的位错和微裂纹，这些严重影响了晶体的质量，进而影响了氮化镓、a1n等、半导体基器件的性能，所以氮化镓、a1n等半导体同质衬底的获得就成为解决晶体质号和提高器件性能有效涂径。

hype法(hydridevaporphaseepitaxy,氢化物气相外延法)以较高的生长速率和较低的设备成本成为量产氮化物衬底的优选方法，采用hype法在异质衬底上生长厚度超过200微米的氮化物，然后将异质衬底去掉，就得到自支撑氮化物衬底。但由于该氮化物层仍是在异质衬底上生长，降温时由于热失配造成很大的热应力，往往造成弯曲甚至开裂。为此人们采用在氮化物层与异质衬底之间加入缓冲层、金属层、以及作图形掩膜等方法，这在一定程度上能够释放应力，但程序往往过于复杂，需要的配套设备较为昂贵，成本较高，影响了量产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种led氮化镓衬底及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底，所述led氮化镓衬底由下至上包括下碳化硅层、金属层、上碳化硅层和氮化镓层。

作为本发明进一步的方案：所述氮化镓层的厚度为金属层的8-12倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层和上碳化硅层各溅射一层金属层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层和上碳化硅层中的上碳化硅层用机械抛磨的方法减薄至20-150微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层连同与其粘接在一起的下碳化硅层基底放入hvpe外延炉中，升温至1020-1500℃，生长氮化镓层；

步骤四、生长氮化镓层结束后，降温至200-450℃，保持30-45min，继续降温至100-150℃，保持15-20min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底。

作为本发明进一步的方案：所述氮化镓层厚度为上碳化硅层厚度的4-6倍。

作为本发明进一步的方案：所述金属层为a1、cu、in、sn或au层。

一种采用led氮化镓衬底用于制备led芯片。

作为本发明进一步的方案：所述led芯片包括led氮化镓衬底、第二电极、氮化硼层、石墨烯层和第一电极；第一电极设置在led氮化镓衬底上，第二电极设置在石墨烯层上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该led氮化镓衬底设计合理，结构简单，制备工艺简单，降低了制备成本，从而降低了产品价格，有利于实现量产led氮化镓衬底，经济价值较高，具有较好的市场推广价值。

附图说明

图1为led氮化镓衬底的结构示意图。

图2为led氮化镓衬底的制备的led芯片的结构示意图。

其中：1-led氮化镓衬底；2-第二电极；3-氮化硼层；4-石墨烯层；6-下碳化硅层；5-第一电极；7-氮化镓层；8-上碳化硅层；9-金属层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

为了获得无裂纹的氮化镓,厚膜，本发明方法需要将碳化硅异质衬底减薄到一定的厚度，但由于较薄的异质衬底自支撑能力弱，易发生弯曲和破裂，所以选用低熔点金属将该异质衬底粘附在碳化硅等高温下较稳定且不会对厚膜造成污染的基底上，选用的低熔点金属具体可以为au、a1、cu、in、sn等，然后再将异质衬底减薄抛光至合适的厚度，通常为20-150微米，再用hvpe法，在减薄的异质衬底上生长氮化镓厚膜。由于碳化硅异质衬底厚度已被减至很小，生长得到的氮化镓厚度是异质衬底厚度的数倍，而异质衬底与基底之间是通过柔性金属粘接的，所以在降温过程中，碳化硅异质衬底产生的热应力强度不足以破坏氮化镓层，破裂往往发生在异质衬底，而氮化物层保持完好。生长氮化镓厚膜后，继续将剩余的异质衬底抛磨掉或腐蚀掉，即获得自支撑的氮化镓衬底。

实施例1

请参阅图1-2，一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底1，所述led氮化镓衬底1由下至上包括下碳化硅层6、金属层9、上碳化硅层8和氮化镓层7；所述led氮化镓衬底用于制备led芯片，所述led芯片包括led氮化镓衬底1、第二电极2、氮化硼层3、石墨烯层4和第一电极5；第一电极5设置在led氮化镓衬底1上，第二电极2设置在石墨烯层4上。所述氮化镓层7的厚度为金属层9的8倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层6和上碳化硅层8各溅射一层金属a1层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层6和上碳化硅层8中的上碳化硅层8用机械抛磨的方法减薄至20微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层8做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层8连同与其粘接在一起的下碳化硅层6基底放入hvpe外延炉中，升温至1020℃，生长厚度为上碳化硅层8厚度4倍的氮化镓层7；

步骤四、生长氮化镓层7结束后，降温至200℃，保持30min，继续降温至100℃，保持15min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底1。

实施例2

请参阅图1-2，一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底1，所述led氮化镓衬底1由下至上包括下碳化硅层6、金属层9、上碳化硅层8和氮化镓层7；所述led氮化镓衬底用于制备led芯片，所述led芯片包括led氮化镓衬底1、第二电极2、氮化硼层3、石墨烯层4和第一电极5；第一电极5设置在led氮化镓衬底1上，第二电极2设置在石墨烯层4上。所述氮化镓层7的厚度为金属层9的12倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层6和上碳化硅层8各溅射一层金属cu层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层6和上碳化硅层8中的上碳化硅层8用机械抛磨的方法减薄至150微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层8做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层8连同与其粘接在一起的下碳化硅层6基底放入hvpe外延炉中，升温至1500℃，生长厚度为上碳化硅层8厚度6倍的氮化镓层7；

步骤四、生长氮化镓层7结束后，降温至450℃，保持45min，继续降温至150℃，保持20min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底1。

实施例3

请参阅图1-2，一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底1，所述led氮化镓衬底1由下至上包括下碳化硅层6、金属层9、上碳化硅层8和氮化镓层7；所述led氮化镓衬底用于制备led芯片，所述led芯片包括led氮化镓衬底1、第二电极2、氮化硼层3、石墨烯层4和第一电极5；第一电极5设置在led氮化镓衬底1上，第二电极2设置在石墨烯层4上。所述氮化镓层7的厚度为金属层9的9倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层6和上碳化硅层8各溅射一层金属in层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层6和上碳化硅层8中的上碳化硅层8用机械抛磨的方法减薄至45微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层8做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层8连同与其粘接在一起的下碳化硅层6基底放入hvpe外延炉中，升温至1150℃，生长厚度为上碳化硅层8厚度5倍的氮化镓层7；

步骤四、生长氮化镓层7结束后，降温至300℃，保持35min，继续降温至115℃，保持18min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底1。

实施例4

请参阅图1-2，一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底1，所述led氮化镓衬底1由下至上包括下碳化硅层6、金属层9、上碳化硅层8和氮化镓层7；所述led氮化镓衬底用于制备led芯片，所述led芯片包括led氮化镓衬底1、第二电极2、氮化硼层3、石墨烯层4和第一电极5；第一电极5设置在led氮化镓衬底1上，第二电极2设置在石墨烯层4上。所述氮化镓层7的厚度为金属层9的10倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层6和上碳化硅层8各溅射一层金属sn层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层6和上碳化硅层8中的上碳化硅层8用机械抛磨的方法减薄至80微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层8做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层8连同与其粘接在一起的下碳化硅层6基底放入hvpe外延炉中，升温至1250℃，生长厚度为上碳化硅层8厚度4.5倍的氮化镓层7；

步骤四、生长氮化镓层7结束后，降温至375℃，保持38min，继续降温至135℃，保持19min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底1。

实施例5

请参阅图1-2，一种led氮化镓衬底，包括led氮化镓衬底1，所述led氮化镓衬底1由下至上包括下碳化硅层6、金属层9、上碳化硅层8和氮化镓层7；所述led氮化镓衬底用于制备led芯片，所述led芯片包括led氮化镓衬底1、第二电极2、氮化硼层3、石墨烯层4和第一电极5；第一电极5设置在led氮化镓衬底1上，第二电极2设置在石墨烯层4上。所述氮化镓层7的厚度为金属层9的11倍。

一种led氮化镓衬底的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将下碳化硅层6和上碳化硅层8各溅射一层金属au层,熔融键合在一起；

步骤二、将粘接在一起的下碳化硅层6和上碳化硅层8中的上碳化硅层8用机械抛磨的方法减薄至140微米后抛光，并进行清洗，以上碳化硅层8做异质衬底；

步骤三、将减薄后的上碳化硅层8连同与其粘接在一起的下碳化硅层6基底放入hvpe外延炉中，升温至1400℃，生长厚度为上碳化硅层8厚度5.5倍的氮化镓层7；

步骤四、生长氮化镓层7结束后，降温至420℃，保持40min，继续降温至145℃，保持17min，然后降低至室温，即获得led氮化镓衬底1。

该led氮化镓衬底设计合理，结构简单，制备工艺简单，降低了制备成本，从而降低了产品价格，有利于实现量产led氮化镓衬底，经济价值较高，具有较好的市场推广价值。

在本led氮化镓衬底的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。