[发明专利]一种低成本氮化镓基发光二极管制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光二极管的制备方法，更具体地是涉及一种衬底材料可重复使用的低成本氮化镓基发光二极管制备方法。

背景技术

发光二极管经过多年的发展，光效率得到了明显提升。但制约其广泛推广应用的关键一个问题是在成本方面与普通节能灯和白炽灯相比还处于劣势。传统的氮化镓基发光二极管的制备方法是采用昂贵的SiC或蓝宝石晶圆片作为衬底材料、且衬底材料只能单次使用。IBM公司提出采用SiC表面石墨烯化再生长氮化镓基发光外延结构的方法，生长完成后整片GaN薄膜被转移到硅基板上，石墨烯则仍留在SiC晶圆片上重复使用，再继续生长GaN薄膜、转移薄膜的程序（参阅文献，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）。但该方法所用的衬底仍然是价格高的SiC材料。日本NTT公司采用在蓝宝石衬底上生长氮化硼外延层，然后在其上面生长LED发光外延结构的制备方法，该方法利用氮化硼的层状结构也能实现衬底的剥离和外延结构的转移（参阅文献，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）。但该方法的缺点是需要在氮化硼和LED外延结构之间插入一层AlN层来改善LED的表面形貌。插入层AlN为绝缘体，因此剥离后的外延结构只能采取同蓝宝石衬底一样的水平芯片结构，不适合用于大电流密度条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本衬底且其可重复使用的氮化物发光二极管的制作方法，以进一步降低发光二极管的制作成本。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种低成本氮化镓基发光二极管制备方法，利用表面石墨烯化的薄片状TiC材料作为衬底材料，生长发光二极管外延结构，外延结构包括n型掺杂层、多量子阱发光层和p型掺杂层。

在生长外延结构后，可用机械剥离的方法，使外延结构与表面石墨烯化的TiC材料相分离。

分离后的表面石墨烯化的TiC材料可继续用于新的外延结构生长。

本发明以表面石墨烯化的TiC材料作为衬底材料，利用石墨烯与外延层间弱的范德华力，依靠机械拉力实现衬底与外延结构的分离，实现衬底的重复使用，降低了器件的制造成本。

本发明提供的低成本氮化镓基发光二极管制备方法，包括以下几个步骤：

1)    晶体或无定型形态的薄片状TiC材料在氯气气氛下表面脱钛，脱钛的温度随晶体或无定型形态不同而变化；晶体TiC材料的脱钛温度在800℃－1100℃，时间5min－20min；无定型形态TiC材料的脱钛温度在300℃－800℃，时间5min－20min。脱钛后，关闭氯气源，通入氩气，晶体或无定型形态均在800℃－1100℃温度范围，保持10min－30min，进行表面的石墨烯化。根据脱钛时间，石墨烯层数可以为单层或多层，若为多层时，层数为3层－10层；根据石墨烯化的时间，石墨烯可以呈平面或呈有波浪起伏的褶皱面，褶皱面的起伏高度差范围在2nm－20nm；