[实用新型]一种使用 SiC 衬底的氮化物 LED 外延结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，属于光电子器件制造技术领域。

背景技术

使用氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x,y≤1；x+y≤1；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。

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：蓝宝石、SiC和硅衬底。就氮化物LED外延层的晶体质量和LED器件的性能而言，SiC衬底的效果是最优的。

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p、n型电极及介电保护层等。

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。此外，激光剥离方法还不适用于SiC基LED薄膜芯片的制作，因为激光剥离的激光波长会被SiC强烈吸收，而不会被蓝宝石吸收。而采用研磨衬底的办法来实现SiC基LED薄膜芯片的方法，会带来较大的成本消耗：一方面来自于对坚硬的SiC厚膜的研磨成本，另一方面，被磨掉的衬底随即被完全消耗，不可能被再次使用。

实用新型内容

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SiC衬底的氮化物LED外延结构。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种使用SiC衬底的氮化物LED外延结构，包括SiC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SiC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SiC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材料制成，所述二维纳米片材料包括石墨烯、硅烯、六方氮化硼和三碳化硼中的任意一种或两种以上的组合。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在氮化物LED外延层与SiC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，又可以在剥离过程有助于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。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述二维衍生膜的原子呈六角蜂窝状排布。

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SiC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SiC衬底经过处理后还可以反复使用。

进一步，所述氮化物外延层由n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层构成，所述n型电子注入层附着在所述二维衍生膜上，所述n型电子注入层、有源层和p型空穴注入层依次相连接。

进一步，所述n型电子注入层的厚度为0.1～20μm；所述有源层的厚度为1～2000nm；所述p型空穴注入层的厚度为0.05～5μm。

进一步，所述n型电子注入层包括一个以上的n型子层，所述n型子层由氮化物Al_xIn_yGa_1-x-yN中的至少一种构成，其中，0≤x,y≤1；x+y≤1。