專(zhuān)利名稱(chēng)：一種發(fā)光二極管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管的制備技術(shù)，屬于光電子器件的制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前商業(yè)化的LED主要采用藍(lán)寶石或者碳化硅襯底，由于襯底與GaN材料之間存在較大的晶格失配與熱膨脹系數(shù)失配造成發(fā)光二極管的發(fā)光效率下降。利用生長(zhǎng)手段降低位錯(cuò)密度、調(diào)控外延片應(yīng)力對(duì)于制備高性能LED具有重要意義。目前降低位錯(cuò)密度、調(diào)節(jié)應(yīng)力分布從而制備大功率、高亮度發(fā)光二極管主要有以下幾種方法(1)側(cè)向外延降低位錯(cuò)密度利用二氧化硅、氮化硅等掩膜，進(jìn)行選區(qū)生長(zhǎng)，通過(guò)選區(qū)生長(zhǎng)過(guò)程達(dá)到降低位錯(cuò)密度的效果，從而提高發(fā)光二極管亮度。(2)采用GaN襯底，進(jìn)行同質(zhì)外延，通過(guò)熱膨脹系數(shù)和晶格系數(shù)匹配的襯底達(dá)到降低應(yīng)力、提高晶體質(zhì)量等作用。以上所述二種方法，側(cè)向外延工藝復(fù)雜，且只能實(shí)現(xiàn)局部降低位錯(cuò)密度的作用；由于大面積GaN厚膜材料的制備困難，GaN襯底價(jià)格昂貴，同質(zhì)外延襯底目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備高亮度LED的新方法，該方法不僅可以改善晶體質(zhì)量，而且可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的調(diào)控。本發(fā)明提供的制備LED的方法，具體包括如下步驟1)在襯底上形成過(guò)渡層；所述襯底為可以實(shí)現(xiàn)GaN生長(zhǎng)的材料，如藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、GaN襯底、Si 襯底、LiAlOji底等。所述過(guò)渡層為碳納米管與InN或高h(yuǎn)組分的InGaN外延層材料組成。InN或高 In組分的InGaN外延層厚度為50納米至200納米，如圖1所示。具體制備工藝步驟是(a)在襯底上排列碳納米管，即依據(jù)鋪設(shè)碳納米管的襯底性質(zhì)，通過(guò)沉積一層催化劑層，通入碳源反應(yīng)氣體，利用加熱或者激光照射等辦法生長(zhǎng)，或者其他方法形成碳納米管。碳納米管排列的結(jié)構(gòu)和尺寸，可以根據(jù)之后的GaN外延生長(zhǎng)、外延層與襯底分離的需要、電極的設(shè)計(jì)以及應(yīng)力的調(diào)控來(lái)確定。例如對(duì)不同的襯底材料，根據(jù)晶向以及晶體生長(zhǎng)模式，確定不同的納米碳管的排列方式，碳納米管可以為單壁、多壁，也可以鋪設(shè)單層或多層碳納米管，碳納米管的直徑為1-100納米，碳納米管可以有序排列，也可以無(wú)規(guī)則排列，規(guī)則排列中，可形成矩形、六角形、正方形、平行四邊形等任意平面幾何形狀的分布，也可以是金字塔形、六角柱，四面體等立體三維分布，重復(fù)周期10納米-100微米，整體尺度可以根據(jù)需要，在從1微米到6英寸或者更大的尺寸。(b)在碳納米管陣列上再采用MBE、M0CVD技術(shù)，生長(zhǎng)hN或高h(yuǎn)組分的hGaN外延層，形成InN或^GaN和碳納米管的結(jié)合。該層作為生長(zhǎng)高溫GaN的緩沖層，具有降低位錯(cuò)密度、調(diào)控應(yīng)力的作用；同時(shí)在LED與襯底分離時(shí)作為犧牲層。其中所述MOCVD生長(zhǎng)^iN或者InGaN包括緩沖層和高溫層總厚度在10納米-600納米，具體厚度根據(jù)需要設(shè)計(jì)，其中， MBE生長(zhǎng)溫度為380-450°C。MOCVD生長(zhǎng)緩沖層溫度500_600°C，高溫層溫度為900-1100°C。2)運(yùn)用各種外延生長(zhǎng)組合技術(shù)在上述過(guò)渡層上生長(zhǎng)LED外延片，如圖2所示。所述各種外延技術(shù)包括金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)、分子束外延(MBE)、 氫化物氣相外延(HVPE)或者其他包括改變生長(zhǎng)參數(shù)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)等技術(shù)的組合，如先進(jìn)行MBE技術(shù)生長(zhǎng)薄膜GaN，再利用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)量子阱及ρ型GaN結(jié)構(gòu)。所述LED結(jié)構(gòu)包括高溫GaN薄膜、η型GaN層、量子阱結(jié)構(gòu)及ρ型GaN層。(a)高溫GaN薄膜的厚度在500納米-10微米。其中所述MOCVD生長(zhǎng)溫度范圍在 1000-1100°C，壓力范圍為50-70(yrorr。其中所述MBE生長(zhǎng)的GaN溫度為700-900°C。在上述的生長(zhǎng)過(guò)程中，也可結(jié)合各種不同生長(zhǎng)參數(shù)組合的生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)化的方法。如不同時(shí)期采用不同的反應(yīng)室溫度、壓力、氣體流量等。(b)n型GaN層的厚度在500納米_3微米，η型載流子采用硅等元素?fù)诫s，電子濃度為IO17-IO2ciCnT3。其中所述MOCVD生長(zhǎng)的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50_700Torr。 其中所述MBE生長(zhǎng)溫度為700-900°C。在上述的生長(zhǎng)過(guò)程中，也可結(jié)合各種不同生長(zhǎng)參數(shù)的組合、改變生長(zhǎng)模式的方法。(c)量子阱結(jié)構(gòu)包括1-20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成。其中所述阱區(qū)為h組分在5% -30%的InGaN材料，厚度為1納米-10納米，其中 MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250-45(yTOrr ；其中所述壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米；壘區(qū)可以為本征半導(dǎo)體，也可為η 型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cnT3。其中所述MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)的溫度為700-1020°C， 壓力為 250-450 !*!^(d)p型GaN材料厚度為150納米-500納米，ρ型摻雜采用Mg等元素，空穴濃度為 IO17-IO1W30 其中所述 MOCVD 生長(zhǎng)溫度為 900-1050°C，壓力為 100_450Torr。3)對(duì)上述制備好的LED外延片，可進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝等工藝，即制備正裝結(jié)構(gòu)LED ；也可在轉(zhuǎn)移襯底后，對(duì)原有襯底進(jìn)行激光剝離等分離技術(shù)，再進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝等工藝，從而制備垂直結(jié)構(gòu)LED。所述制備正裝結(jié)構(gòu)LED，包括利用光刻、離子束刻蝕等手段刻蝕出η型GaN層，利用激光劃片等方法切割外延片，利用電子束蒸發(fā)等方法沉積η、ρ電極等。所述垂直結(jié)構(gòu)LED，包括采用分離技術(shù)和轉(zhuǎn)移襯底技術(shù)，將原有襯底與LED層剝離，并進(jìn)行切割、機(jī)械研磨和化學(xué)拋光。轉(zhuǎn)移襯底技術(shù)具體為在LED外延片中的ρ型GaN 上利用電鍍、鍵合或其他技術(shù)制備一層厚度超過(guò)300微米的Cu、Ni、Si，Cu-Mo-Cu金屬?gòu)?fù)合襯底或其他合金等作為具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱功能的支撐襯底；襯底分離技術(shù)具體為激光剝離技術(shù)、機(jī)械研磨、化學(xué)腐蝕、加熱處理或自分離技術(shù)。激光剝離技術(shù)可采用紅外激光器、紅光激光器或者準(zhǔn)分子激光器(如KrF激光器)、固體紫外激光器(如YAG激光器)對(duì)已鍵合轉(zhuǎn)移襯底的LED背面進(jìn)行照射實(shí)現(xiàn)分離；也可進(jìn)行機(jī)械研磨去除原有襯底，得到我們需要的以新襯底為支撐的LED ；加熱處理，可采用500-750°C局部加熱分解過(guò)渡層等。最后，采用光刻、激光劃片、電子束蒸發(fā)等手段沉積金屬電極、制備垂直結(jié)構(gòu)LED管芯。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和效果1)是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用并且低成本的改善晶體質(zhì)量的技術(shù)。研究表明選用^iN或高h(yuǎn)組分的InGaN和碳納米管的結(jié)合形成過(guò)渡層可以有效地通過(guò)碳納米管的掩膜作用降低位錯(cuò)密度，改善晶體質(zhì)量，從而提高LED的發(fā)光效率。區(qū)別于普通側(cè)向外延技術(shù)，碳納米管掩膜發(fā)生在氮化物材料外延生長(zhǎng)前，即實(shí)現(xiàn)了真正的一次生長(zhǎng)降低位錯(cuò)密度，并且碳納米管的掩膜技術(shù)價(jià)格低廉、方法成熟、已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。2)可以通過(guò)調(diào)節(jié)碳納米管的分布或者其他生長(zhǎng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)外延生長(zhǎng)層的應(yīng)力分布控制。在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于碳納米管的存在，在襯底于三組氮化物的界面處出現(xiàn)100-500納米的空洞分布，由于空洞的存在，不僅利于LED與原有襯底的分離，且納米碳管結(jié)構(gòu)具有控制應(yīng)力釋放的位置、程度以及外延層的厚度等特點(diǎn)。3)可以改善LED散熱性能，有利于提高LED器件的可靠性。碳納米管具有較好的導(dǎo)熱性能，可以幫助LED工作過(guò)程中的熱量傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高可靠性的LED工作，延長(zhǎng)LED
壽命ο


圖1為碳納米管與hN或高h(yuǎn)組分的InGaN外延層形成過(guò)渡層示意圖；圖2為本發(fā)明制備LED的流程示意圖。圖中1-襯底；2-碳納米管；3-InN或高h(yuǎn)組分的InGaN外延層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。實(shí)施例一正裝c面LED的制備，參考圖2 1、襯底可為藍(lán)寶石、碳化硅、Si等襯底。在襯底上平行排列納米碳管，排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，納米碳管可為單根納米碳管，也可為一簇納米碳管，為單層或多層等各種形式。本實(shí)施例選用c面的藍(lán)寶石襯底，選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的單層納米碳管；納米碳管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用5納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米。2、使用MBE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)hN材料，形成碳納米管與hN的過(guò)渡層，InN材料的總厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例中采用100納米。MBE生長(zhǎng)溫度為380-450度，本實(shí)施例中采用400°C。3、使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)LED結(jié)構(gòu)。生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在高溫條件下生長(zhǎng)500納米-10微米的高溫非摻GaN外延層。高溫非摻 GaN外延層的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-700Torr。在本實(shí)施例中，采用1040°C， 300Torr,厚度為4微米的高溫GaN層。再生長(zhǎng)一層厚度為500納米-3微米的η型GaN層， 本實(shí)施例中采用2微米厚度。η型載流子采用硅元素?fù)诫s，電子濃度為1017-102°cm_3，本實(shí)施例采用ΙΟ18。η型GaN生長(zhǎng)的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-70(yTorr。本實(shí)施例采用1020°C，300Torro在η型GaN層后，生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)，其中包括2_20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例采用5個(gè)周期的量子阱。每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成。其中所述阱區(qū)為h組分在5% -30%的InGaN材料，厚度為1納米-10納米，本實(shí)施例采用15%化組分的InGaN，厚度為5納米，MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250_450Torr，本實(shí)施例采用700°C，300Torr ；壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米，本實(shí)施例采用GaN壘層，厚度為100納米；壘區(qū)可以為本征半導(dǎo)體，也可為η 型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cm_3°，本實(shí)施例采用本征GaN材料。MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)的溫度為 700-1020°C，壓力為 250-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，30(ΧΓοη·。最后生長(zhǎng)ρ型GaN材料，厚度為150納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米，ρ型摻雜采用Mg元素，空穴濃度為1018-1019cnT3，本實(shí)施例采用1018cnT3。MOCVD生長(zhǎng)ρ型GaN溫度為 900-1050°C，壓力為 100-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，IOOiTorr。4、利用光刻、電子束蒸發(fā)和合金等LED常規(guī)制備技術(shù)，分別在ρ面GaN和η面GaN 上制備電極，電極金屬材料為Ni/Au或Ti/Al/Ni/Au，厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米。5、進(jìn)行激光劃片制備成300微米X300微米大小的芯片，再進(jìn)行封裝，制備LED。實(shí)施例二 c面垂直結(jié)構(gòu)LED的制備1、襯底可為藍(lán)寶石、碳化硅、Si等襯底。在襯底上平行排列納米碳管，排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，納米碳管可為單根納米碳管，也可為一簇納米碳管，為單層或多層等各種形式。本實(shí)施例選用c面的藍(lán)寶石襯底，選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的單層納米碳管；納米碳管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用5納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米；使用MBE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)高h(yuǎn)組分的InGaN材料，形成碳納米管與InGaN的過(guò)渡層，InGaN材料的總厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例中采用100納米。MBE生長(zhǎng)溫度為 380-450度，本實(shí)施例中采用400°C。2、使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)LED結(jié)構(gòu)。其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在高溫條件下生長(zhǎng)500納米-10微米的高溫非摻GaN外延層。高溫非摻 GaN外延層的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-700Torr。在本實(shí)施例中，采用1040°C， 300Torr,厚度為4微米的高溫GaN層。再生長(zhǎng)一層厚度為500納米-3微米的η型GaN層， 本實(shí)施例中采用2微米厚度。N型載流子采用硅元素?fù)诫s，電子濃度為1017-102°，本實(shí)施例采用1018。N型GaN生長(zhǎng)的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-70(yrOrr。本實(shí)施例采用 1020°C，300Torro在η型GaN層后，生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)，其中包括2_20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例采用5個(gè)周期的量子阱。每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成。其中所述阱區(qū)為h組分在5% -30%的InGaN材料，厚度為1納米-10納米，本實(shí)施例采用15% h組分的InGaN，厚度為5納米，MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250_450Torr，本實(shí)施例采用700°C，300Torr ；壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米，本實(shí)施例采用GaN壘層，厚度為100納米；壘區(qū)可以為本征半導(dǎo)體，也可為η 型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cm_3，本實(shí)施例采用本征GaN材料。MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)的溫度為 700-1020°C，壓力為 250-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，30(ΧΓοη·。
最后生長(zhǎng)ρ型GaN材料，厚度為150納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米，ρ型摻雜采用Mg元素，空穴濃度為1017-1019cnT3，本實(shí)施例采用1018cnT3。MOCVD生長(zhǎng)ρ型GaN溫度為 900-1050°C，壓力為 100-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，IOOiTorr。3、首先利用光刻、電子束蒸發(fā)和合金等LED常規(guī)制備技術(shù)，在ρ面GaN上制備電極，電極金屬材料為Ni/Au或Ti/Al/Ni/Au，厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米。再利用鍵合的方法，將P面GaN材料及ρ面電極與Cu、Ni、Si，Cu-Mo-Cu金屬?gòu)?fù)合襯底或其他合金等作為具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱功能的支撐襯底進(jìn)行鍵合，并未能實(shí)施例采用1毫米的 Si襯底作為支撐襯底，再利用激光剝離方法剝離藍(lán)寶石襯底，得到以Si襯底為支撐的垂直結(jié)構(gòu)LED。激光剝離技術(shù)可采用紅外激光器、紅光激光器或者準(zhǔn)分子激光器(如KrF激光器)、固體紫外激光器(如YAG激光器)對(duì)已轉(zhuǎn)移襯底的LED背面照射實(shí)現(xiàn)分離，本實(shí)施例采用650nm紅光激光器對(duì)藍(lán)寶石背面進(jìn)行照射。通過(guò)碳納米管對(duì)紅光的強(qiáng)烈吸收分離LED 與原有襯底。4、利用光刻、電子束蒸發(fā)和合金等LED常規(guī)制備技術(shù)在η面GaN上制備電極，電極金屬材料為Ni/Au或Ti/Al/Ni/Au，厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米。5、進(jìn)行激光劃片制備成1毫米Xl毫米大小的芯片，再進(jìn)行封裝，制備LED。
實(shí)施例三厚膜GaN模板上c面LED的制備1、襯底可為藍(lán)寶石、碳化硅、Si等襯底。在襯底上平行排列納米碳管，排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，納米碳管可為單根納米碳管，也可為一簇納米碳管，為單層或多層等各種形式。本實(shí)施例選用c面的藍(lán)寶石襯底，選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的單層納米碳管；納米碳管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用5納米；周期為1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米。2、使用MBE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)hN材料，形成碳納米管與hN的過(guò)渡層，InN材料的總厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例中采用100納米。MBE生長(zhǎng)溫度為380-450°C，本實(shí)施例中采用400°C。3、使用HVPE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)厚膜GaN材料。厚膜GaN材料的總厚度在100微米_1 毫米，具體厚度依據(jù)碳納米管的分布調(diào)節(jié)應(yīng)力情況決定，本實(shí)施例采用300微米。HVPE生長(zhǎng)溫度為600-1100°C，本實(shí)施例采用800°C。4、使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)LED結(jié)構(gòu)。其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在高溫條件下生長(zhǎng)500納米-10微米的高溫非摻GaN外延層。高溫非摻 GaN外延層的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-700Torr。在本實(shí)施例中，采用1040°C， 300Torr,厚度為4微米的高溫GaN層。再生長(zhǎng)一層厚度為500納米-3微米的η型GaN層， 本實(shí)施例中采用2微米厚度。η型載流子采用硅元素?fù)诫s，電子濃度為1017-102°cm_3，本實(shí)施例采用ΙΟ18。η型GaN生長(zhǎng)的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-70(yTorr。本實(shí)施例采用1020°C，300Torro在η型GaN層后，生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)，其中包括2_20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例采用5個(gè)周期的量子阱。每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成。其中所述阱區(qū)為h組分在5% -30%的InGaN材料，厚度為1納米_10納米，本實(shí)施例采用15%化組分的InGaN，厚度為5納米，MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250_450Torr，本實(shí)施例采用700°C，300Torr ；壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米，本實(shí)施例采用GaN壘層，厚度為100納米；壘區(qū)可以為本征半導(dǎo)體，也可為η 型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cm_3°，本實(shí)施例采用本征GaN材料。MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)的溫度為 700-1020°C，壓力為 250-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，30(ΧΓοη·。最后生長(zhǎng)ρ型GaN材料，厚度為150納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米，ρ型摻雜采用Mg元素，空穴濃度為1017-1019cnT3，本實(shí)施例采用1018cnT3。MOCVD生長(zhǎng)ρ型GaN溫度為 900-1050°C，壓力為 100-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，IOOiTorr。5、利用光刻、電子束蒸發(fā)和合金等LED常規(guī)制備技術(shù)，分別在ρ面GaN和η面GaN 上制備電極，電極金屬材料為Ni/Au或Ti/Al/Ni/Au，厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米。6、進(jìn)行激光劃片制備成300微米X300微米大小的芯片，再進(jìn)行封裝，制備LED。實(shí)施例四非極性m面正裝LED的制備1、襯底可為Y-LiAlO2、碳化硅、Si等襯底，或是在碳化硅、Si、γ-LiAlO2等襯底上已生長(zhǎng)的GaN、AlN、InN或其他三族氮化物材料薄膜；碳納米管排列方式為沿生長(zhǎng)平面的平行排列，排列的方式可以是等周期，或周期無(wú)序的結(jié)構(gòu)，納米碳管可為單根納米碳管，也可為一簇納米碳管等各種形式本實(shí)施例選用m方向SiC襯底。選用等周期沿襯底參考邊垂直方向排列的單層納米碳管；納米碳管的直徑為1-100納米，本實(shí)施例采用5納米；周期為 1-100微米，優(yōu)選1-10微米，本實(shí)施例采用2微米；2、使用MBE生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)InN材料，組成碳納米管與InN的過(guò)渡層。InN材料的厚度總厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例中采用100納米。溫度為380-450度，本實(shí)施例中采用400度。3、使用MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)LED結(jié)構(gòu)。其生長(zhǎng)過(guò)程在以氮?dú)夂蜌錃鉃檩d氣的條件下進(jìn)行。首先是在高溫條件下生長(zhǎng)500納米-10微米的高溫非摻GaN外延層。高溫非摻 GaN外延層的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-700Torr。在本實(shí)施例中，采用1040°C， 300Torr,厚度為4微米的高溫GaN層。再生長(zhǎng)一層厚度為500納米-3微米的η型GaN層， 本實(shí)施例中采用2微米厚度。η型載流子采用硅元素?fù)诫s，電子濃度為1017-102°cm_3，本實(shí)施例采用ΙΟ18。η型GaN生長(zhǎng)的溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-70(yTorr。本實(shí)施例采用1020°C，300Torro在η型GaN層后，生長(zhǎng)多量子阱結(jié)構(gòu)，其中包括2_20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，本實(shí)施例采用5個(gè)周期的量子阱。每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成。其中所述阱區(qū)為h組分在5% -30%的InGaN材料，厚度為1納米-10納米，本實(shí)施例采用15%化組分的InGaN，厚度為5納米，MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250_450Torr，本實(shí)施例采用700°C，300Torr ；壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米，本實(shí)施例采用GaN壘層，厚度為100納米；壘區(qū)可以為本征半導(dǎo)體，也可為η 型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cm_3°，本實(shí)施例采用本征GaN材料。MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)的溫度為 700-1020°C，壓力為 250-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，30(ΧΓοη·。最后生長(zhǎng)ρ型GaN材料，厚度為150納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米，ρ型摻雜采用Mg元素，空穴濃度為1017-1019cnT3，本實(shí)施例采用1018cnT3。MOCVD生長(zhǎng)ρ型GaN溫度為 900-1050°C，壓力為 100-45(ΧΓογγ，本實(shí)施例采用 900°C，IOOiTorr。4、利用光刻、電子束蒸發(fā)和合金等LED常規(guī)制備技術(shù)，分別在ρ面GaN和η面GaN上制備電極，電極金屬材料為Ni/Au或Ti/Al/Ni/Au，厚度在10納米-500納米，本實(shí)施例采用200納米。5、進(jìn)行激光劃片制備成300微米X300微米大小的芯片，再進(jìn)行封裝，制備LED。上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可做各種的變換和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種LED的制備方法，具體包括如下步驟1)在襯底上形成過(guò)渡層，所述過(guò)渡層由碳納米管與hN或高h(yuǎn)組分的InGaN外延層材料組成；2)在上述過(guò)渡層上生長(zhǎng)LED外延片；3)對(duì)LED外延片進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝工藝，制備正裝結(jié)構(gòu)LED；或轉(zhuǎn)移襯底， 對(duì)襯底進(jìn)行分離，將原有襯底與LED層剝離，再進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝工藝，制備垂直結(jié)構(gòu)LED。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)具體制備工藝步驟是(a)在襯底上排列碳納米管，或通過(guò)沉積一層催化劑層，通入碳源反應(yīng)氣體，利用加熱或者激光照射等辦法生長(zhǎng)碳納米管；(b)在上述碳納米管陣列上再采用MBE、M0CVD技術(shù)，生長(zhǎng)hN或高h(yuǎn)組分的InGaN外延層，形成InN或hGaN和碳納米管的結(jié)合。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、 GaN襯底、Si襯底或LiAW2襯底。
4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，碳納米管為單壁、多壁，鋪設(shè)單層或多層碳納米管，碳納米管的直徑為1-100納米，碳納米管的排列形狀為矩形、六角形、正方形、 平行四邊形或金字塔形、六角柱，四面體，重復(fù)周期10納米-100微米，整體尺度從1微米到 6英寸。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)具體制備工藝步驟是采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法M0CVD、分子束外延MBE或氫化物氣相外延方法HVPE，依次生長(zhǎng)高溫 GaN薄膜、η型GaN層、量子阱結(jié)構(gòu)及ρ型GaN層。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述高溫GaN薄膜的厚度在500納米-10微米，若采用MOCVD生長(zhǎng)，溫度范圍在1000-1100°C，壓力范圍為50-70(yTOrr，若采用 MBE生長(zhǎng)，溫度為700-900°C。
7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述η型GaN層的厚度在500納米-3 微米，η型載流子采用硅等元素?fù)诫s，電子濃度為1017-102°cm_3，若采用MOCVD生長(zhǎng)，溫度范圍在1000-1100°C，壓力在50-700Torr，若采用MBE生長(zhǎng)，溫度為700-900°C。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述量子阱結(jié)構(gòu)包括1-20個(gè)周期的量子阱結(jié)構(gòu)，每個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)由阱區(qū)及壘區(qū)組成，所述阱區(qū)為h組分在5 %-30 %的hGaN材料，厚度為1納米-10納米，如采用MOCVD生長(zhǎng)阱區(qū)溫度為650-800°C，壓力在250_450Torr ； 所述壘區(qū)為GaN或其他禁帶寬度大于阱區(qū)的半導(dǎo)體材料，厚度為10納米-250納米；壘區(qū)為本征半導(dǎo)體或η型摻雜半導(dǎo)體，摻雜濃度為1015-1017cm_3，若采用MOCVD生長(zhǎng)壘區(qū)，溫度為 700-1020°C，壓力為 250-45(ΧΓοη·。
9.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述ρ型GaN材料厚度為150納米-500納米，ρ型摻雜采用Mg等元素，空穴濃度為1017-1019cm_3，采用MOCVD生長(zhǎng)，溫度為 9OO-IO5Ot:,壓力為 100-45(ΧΓοη·。
10.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述垂直結(jié)構(gòu)LED的制備包括轉(zhuǎn)移襯底和分離，將原有襯底與LED層剝離，其中，轉(zhuǎn)移襯底具體為在LED外延片中的ρ型GaN上利用電鍍、鍵合或其他技術(shù)制備一層厚度超過(guò)300微米的Cu、Ni、Si，Cu-Mo-Cu金屬?gòu)?fù)合襯底或其他合金等作為具有導(dǎo)電和導(dǎo)熱功能的支撐襯底；襯底分離為激光剝離技術(shù)、機(jī)械研磨、化學(xué)腐蝕、加熱處理或自分離技術(shù)，具體是采用紅外激光器、紅光激光器或者準(zhǔn)分子激光器、固體紫外激光器對(duì)已鍵合轉(zhuǎn)移襯底的LED背面進(jìn)行照射實(shí)現(xiàn)分離；或進(jìn)行機(jī)械研磨去除原有襯底；或采用500-750°C局部加熱分解過(guò)渡層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LED的制備方法，屬于光電子器件的制備領(lǐng)域。該方法包括如下步驟在襯底上形成由碳納米管與InN或高In組分的InGaN外延層材料組成的過(guò)渡層；在上述過(guò)渡層上生長(zhǎng)LED外延片；對(duì)LED外延片進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝工藝，制備正裝結(jié)構(gòu)LED；或轉(zhuǎn)移襯底，對(duì)襯底進(jìn)行激光剝離、分離，再進(jìn)行光刻、刻蝕、沉積電極、封裝工藝，制備垂直結(jié)構(gòu)LED。本發(fā)明不僅可以改善晶體質(zhì)量，而且可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的調(diào)控。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102244162SQ201110196359
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者于彤軍, 張國(guó)義, 楊志堅(jiān), 賈傳宇, 龍浩 申請(qǐng)人:北京燕園中鎵半導(dǎo)體工程研發(fā)中心有限公司