[发明专利]基于石墨烯插入层结构的GaN基LED器件制备方法

权利要求书

1.一种基于石墨烯插入层结构的GaN基LED器件制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在蓝宝石衬底上磁控溅射厚度为20nm-80nm的氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝基板；

(2)生长、转移石墨烯：

(2a)采用化学气相淀积法，在金属衬底上生长石墨烯层；

(2b)将生长石墨烯的金属衬底置于64g/L的过硫酸铵溶液中12小时去除金属衬底，得到无金属衬底的石墨烯层；

(2c)将石墨烯层转移到溅射氮化铝基板上，得到覆盖石墨烯的溅射氮化铝基板；

(3)将覆盖石墨烯的溅射氮化铝基板置于金属有机物化学气相淀积MOCVD反应室中，向反应室通入氢气与氨气的混合气体5-7min；并将反应室加热到600-650℃，对覆盖石墨烯的溅射氮化铝基板进行热处理，得到热处理后的基板；

(4)将反应室温度升到1100℃，通入镓源、氮气和N型掺杂源，在热处理后的基板上生长厚度为3000-5000nm，电子浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁹cm^-3的N型GaN层，得到N型GaN基板；

(5)向反应室通入反应物并控制流量，将反应室温度调至800℃，生长厚度为10-30nm的GaN层，再将反应室温度调至700℃，生长厚度为5-7nm的AlGaN或InGaN层，在N型GaN基板上重复交替生长，得到周期数为5-30个的多量子阱层；

(6)将反应室温度升到1000℃，通入镓源、氮源和P型掺杂源，在多量子阱层上生长厚度为300-500nm，空穴浓度为1×10¹⁶-1×10¹⁹cm^-3的P型GaN层，得到基于石墨烯插入层结构的LED外延层；

(7)停止反应室加热和通气，将得到的基于石墨烯插入层结构的LED外延层冷却至室温，完成LED外延层的制备；

(8)在LED外延层上采用溶胶-凝胶法和旋转涂膜工艺用InCl₃·4H₂O、SnCl₄·5H₂0、无水乙醇、去离子水所形成的浅茶色透明溶胶在480℃的温度下，在LED外延层上旋涂形成3000nm掺锡氧化铟透明导电层；

(9)对透明导电层、P型GaN层和多量子阱层的一部分采用干法刻蚀进行台面刻蚀，直至露出N型GaN层的一部分； 在透明导电层和N型GaN层露出的部分上采用化学气相淀积法生长厚度为200nm的SiO₂保护层；

(10)在未进行台面刻蚀的位置采用干法刻蚀刻蚀二氧化硅保护层直至露出透明导电层的一部分，在进行了台面刻蚀的位置刻蚀二氧化硅保护层直至露出N型GaN层的一部分，并在所露出的透明导电层的表面上形成粗糙表面；

(11)分别在粗糙表面和所露出的N型GaN层的部分上进行金属蒸镀形成P型电极欧姆接触层和N型电极层； 生长金属后，进行高温退火合金化。

2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的在蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝，按如下步骤进行：

(1a)将蓝宝石衬底置于磁控溅射系统中，反应室压力为1Pa，通入氮气和氩气5min，得到预处理后的蓝宝石衬底；

(1b)以99.999％纯度的铝为靶材，采用射频磁控溅射方法，在预处理后的蓝宝石衬底上溅射厚度为20-80nm氮化铝薄膜，得到溅射氮化铝基板。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2a)得到的石墨烯层，其厚度为0.34nm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中向反应室通入氢气与氨气的混合气体，其氢气流量为700-1000sccm，氨气流量为2000-3000sccm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中对覆盖石墨烯的溅射氮化铝基板进行热处理，其热处理时间为20-40min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中生长N型GaN层所用的镓源为30sccm的三甲基镓，氮源为600sccm的氨气，N型掺杂源为硅烷。