一种使用二维衍生膜的氮化物led外延片结构的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]使用氮化物AlxInyGa1TyN(O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;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。
[0003]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。
[0004]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ρ、η型电极及介电保护层等。
[0005]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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]本实用新型的有益效果是:
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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稀、娃稀、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。
[0012]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。
[0013]在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0014]进一步，所述氮化物外延层由从下到上依次叠加的缓冲层、η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。
[0015]进一步，所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。
[0016]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。
[0017]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AlxInyGa1^yN中的至少一种构成，其中，O彡x, y ^ l，x+y ( I ;每个所述缓冲层子层分别进行η型掺杂、ρ型掺杂或非掺杂；所述η型掺杂中掺杂的元素为S 1、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。
[0018]进一步，所述η型电子注入层包括一个以上的η型子层，所述η型子层由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一种构成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;每个所述η型子层分别进行η型掺杂，且η型掺杂的掺杂浓度相同或不同，所述η型掺杂中掺杂的元素为S1、Sn、S、Se和Te中的至少一种。
[0019]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AlxInyGa1^yN中的至少一种构成，其中，O彡x, y彡I ；x+y ( I ;每个所述薄膜子层分别进行η型掺杂、ρ型掺杂或非掺杂；所述η型掺杂中掺杂的元素为S 1、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。
[0020]进一步，所述ρ型空穴注入层包括一个以上的ρ型子层，所述P型子层由氮化物AlxInyGa1^yN中的至少一种构成，其中，O ^ x, y ^ I ；x+y ( I ;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。
[0021]进一步，所述缓冲层的厚度为0.001?10 μπι ;所述η型电子注入层的厚度为
0.1?20 μπι ;所述有源层的厚度为I?2000nm;所述P型空穴注入层的厚度为0.05?5 μ m0
[0022]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:
[0023]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；
[0024]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；
[0025]其中，
[0026]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:
[0027]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°C、真空度为彡KT3Pa的环境中，或者温度为1300?1800°C、压强为多12Pa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稀；
[0028]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°C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；
[0029]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。
[0030]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°C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；
[0031]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°C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；
[0032]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FeC13溶液等化学试剂溶解或腐蚀掉金属镍薄膜。
[0033]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:
[0034]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；
[0035]所述氮化物外延层的制备方法包括有机金属化