[发明专利]基于石墨烯插入层结构的GaN基LED器件制备方法

摘要

本发明公开了一种基于石墨烯插入层结构的GaN基LED器件制备方法。其方案是：在蓝宝石衬底上磁控溅射氮化铝薄膜得到基板；在金属衬底上生长石墨烯，将石墨烯转移到基板上，得到覆盖石墨烯的基板，并对其进行热处理；在热处理后的覆盖石墨烯基板上生长N型GaN，得到N型GaN基板；在N型GaN基板上生长多量子阱层；在多量子阱层上生长P型GaN层；在P型氮化镓上旋涂得到透明导电层；对P型GaN层、多量子阱层、N型GaN层进行干法刻蚀；生长SiO2保护层；干法刻蚀出电极区并生长电极，完成器件制备。本发明提高了石墨烯插入层和GaN外延层的质量，从而提升了LED的发光效率，可用于制作GaN基半导体器件。

主权项

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。