一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，更具體地是涉及一種襯底材料可用濕法去除的垂直LED結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管LED結(jié)構(gòu)主要分為水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)兩種。水平芯片結(jié)構(gòu)的正負(fù)電極在襯底材料(通常是藍(lán)寶石材料)的同一側(cè)，因此在大電流密度下使用時易于引發(fā)電流阻塞現(xiàn)象。垂直結(jié)構(gòu)是正負(fù)電極在外延結(jié)構(gòu)的兩端，呈上下分布，因此相較于水平結(jié)構(gòu)其更適合用于大電流密度及大功率尺寸芯片。由于藍(lán)寶石襯底材料的絕緣屬性，因此用其生成的外延結(jié)構(gòu)要做成垂直結(jié)構(gòu)，必須要用激光去除藍(lán)寶石襯底，此方法存在成本高和良率低的問題。美國Cree公司采用SiC襯底生成的外延結(jié)構(gòu)可直接做成垂直芯片結(jié)構(gòu)，但SiC襯底的價格是藍(lán)寶石襯底的十幾倍，缺點是成本高。
[0003]石墨烯為層狀結(jié)構(gòu)材料，層與層間為范德華力作用，在其上生長外延薄膜材料時受晶格常數(shù)匹配的限制較小。IBM公司提出采用SiC表面石墨烯化再生長氮化鎵基發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的方法，制作了垂直LED芯片結(jié)構(gòu)(參閱文獻，Jeehwan Kim, Can Bayram, HongsikPark, et al.“Principle of direct van der Waals epitaxy ofsingle-crystallinefilms on epitaxial graphene，，，Nature Communicat1ns, 5，2014，4836)。但該方法所用的襯底仍然是價格高昂的SiC材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，以進一步提高垂直結(jié)構(gòu)芯片制作良率和降低其制作成本。
[0005]本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，利用表面石墨烯化的Ti3AlC2M料作為襯底材料生長發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu),外延結(jié)構(gòu)從下至上分別是η型摻雜層、多量子講發(fā)光層、P型摻雜層；η電極位于η型摻雜層下方，ρ電極位于P型摻雜層上方。
[0006]在生長外延結(jié)構(gòu)后，可將ρ型摻雜層面朝向80°C高溫透明膠帶進行粘附，然后整體置于HF酸溶液中，浸潰Ih -1Oh,實現(xiàn)外延結(jié)構(gòu)與Ti3AlC2襯底材料的分離。
[0007]上述方法采用的工藝參數(shù)可以有效實現(xiàn)外延結(jié)構(gòu)與Ti3AlC2襯底材料，以便下一步工藝的進行。
[0008]分離后的η型摻雜層表面上依次保留有石墨烯層和單原子層厚度的Ti3C2FJf，可直接在Ti3C2F2層表面蒸鍍η電極金屬薄膜材料。
[0009]本發(fā)明以表面石墨烯化的Ti3AlC2材料作為襯底材料，一方面利用石墨烯層狀結(jié)構(gòu)特有的層間范德華力，生長了受晶格常數(shù)匹配約束較小的外延薄膜材料，另一方面利用Ti3AlC2材料在HF酸溶液中反應(yīng)分解的特點，制備了垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，降低了器件的制造成本，提聞了器件的成品率。
[0010]本發(fā)明提供一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，具體包括以下幾個步驟:
1)晶體或無定型形態(tài)的薄片狀Ti3Aic2材料在氯氣氣氛下表面脫鈦鋁，脫鈦鋁的溫度隨晶體或無定型形態(tài)不同而變化；晶體Ti3AlC2材料的脫鈦鋁溫度在800°C — 1100°C，時間5min - 20min ;無定型形態(tài)Ti3AlC2M料的脫鈦溫度在300°C — 800°C，時間5min — 20min ；脫鈦后，關(guān)閉氯氣源，通入氬氣，晶體或無定型形態(tài)均在800°C — 1800°C溫度范圍，保持1min 一 30min,進行表面的石墨烯化；依據(jù)表面脫鈦招的時間，形成的石墨烯可以是單層或多層，當(dāng)石墨烯為多層時，層數(shù)為3層一 10層；依據(jù)石墨烯化的時間，石墨烯可以呈平面或裙皺面；如石墨烯為呈有波浪起伏的裙皺面，裙皺面的起伏高度差范圍在2nm — 20nm ；
2)將表面石墨烯化后的薄片狀Ti3AlC2襯底材料放入MOCVD反應(yīng)室依次進行η型摻雜層、多量子講發(fā)光層和P型摻雜層外延結(jié)構(gòu)的生長；η型摻雜層為摻娃的氮化鎵(GaN)層，P型摻雜層是指摻鎂的氮化鎵(GaN)層；各層生長條件如下:調(diào)節(jié)溫度將襯底層加熱到 1050°C -1100°C，壓力 100Torr-500Torr，生長厚度為 200nm-800nm 的 η 型 GaN 層，Si 摻雜濃度是8X1018cnT3-2X1019cnT3;然后調(diào)節(jié)MOCVD反應(yīng)室中的溫度到750°C -800°C，壓力100Torr-500Torr，生長多量子阱發(fā)光層:多量子阱發(fā)光層的周期為3-10個，每個周期由厚度分別為2nm-10nm厚度的InGaN阱和8nm_20nm厚度的GaN壘構(gòu)成；調(diào)節(jié)MOCVD反應(yīng)室中的溫度至 950°C -1050°C，壓力 100Torr-500Torr，生長 ρ 型 GaN 層，厚度為 100nm-500nm,Mg摻雜濃度為5 X 119CnT3-1 X 102°cnT3;最后將獲得的產(chǎn)物置于650°C _750°C的氮氣氣氛下退火 15min_30min ；
3)在生長外延結(jié)構(gòu)后，可將P型摻雜層面朝向處于60- 100°C高溫的透明膠帶進行粘附，待自然冷卻到室溫后，整體置于濃度10~30%的HF酸溶液中，浸潰Ih -1Oh,實現(xiàn)外延結(jié)構(gòu)與Ti3AlCjf底材料的分離；
4)待Ti3AlC2襯底材料脫落后取出，真空干燥lOmin，此時分離后的η型摻雜層表面上依次保留有石墨烯層和單原子層厚度的Ti3C2FJf ;
5)將高溫膠帶和外延結(jié)構(gòu)放入電子束蒸發(fā)臺，在單原子層厚度的Ti3C2FJf上蒸鍍η電極薄膜材料Ti/Al/Ti/Au ；
6)將鍍有η電極薄膜材料的高溫膠帶和外延結(jié)構(gòu)，放入丙酮或乙醇溶液，超聲5min—15min,去除高溫膠帶；
7)ρ電極圖形的光刻工藝，完成P電極蒸鍍，P電極材料是Ni/Au或Cr/Pt/Au。
[0011]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明以Ti3AlC2薄片狀襯底材料經(jīng)過表面脫鈦鋁后實現(xiàn)表面石墨烯化生長外延結(jié)構(gòu)，在制作垂直芯片結(jié)構(gòu)時，利用Ti3AlC2材料在HF酸溶液中反應(yīng)分解的特點，用濕法去除Ti3AlC2材料，與激光剝離技術(shù)相比，具有良率高達(dá)98%以上、操作簡便、成本低的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0012]通過參照附圖1 (制備工藝流程圖)更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加清楚，在附圖中:1、Ti3AlC2襯底；2、石墨烯層；3、η型摻雜GaN層；4、多量子阱發(fā)光層(InGaN阱和GaN壘)；5、ρ型摻雜GaN層；6、膠帶；7、HF酸溶液；8、單原子層厚度的Ti3C2FJf ;9、η電極材料；10、ρ電極材料。
【具體實施方式】
[0013]—種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法,在生長外延結(jié)構(gòu)后，可將P型摻雜層面朝向80°C高溫透明膠帶進行粘附，然后整體置于濃度為10~30% (可選擇10%、15%、20%、25%、30%)的 HF 酸溶液中，浸潰 Ih — 1h (可選擇比、211、311、411、511、611、711、811、911、1011)，實現(xiàn)外延結(jié)構(gòu)與Ti3AlC2襯底材料的分離。
[0014]晶體或無定型形態(tài)的薄片狀Ti3AlC2M料在氯氣氣氛下表面脫鈦鋁，表面脫鈦鋁的溫度隨晶體或無定型形態(tài)不同而變化；晶體Ti3AlC2材料的脫鈦鋁溫度在800°C — 1100°C(可選擇 800°C、850°C、900°C、950°C、1000°C、1050°C、1100°C)，時間 5min — 20min (可選擇5min、10min、15min、20min);無定型形態(tài) Ti3AlC2M料的脫鈦鋁溫度在 300°C — 800°C (可選擇 300°C、400°C、500°C、600°C、700°C、800°C)，時間 5min — 20min (可選擇 5min、lOmin、15min、20min);表面脫鈦鋁后，關(guān)閉氯氣源，通入氬氣，晶體或無定型形態(tài)均在800°C —1800 V (可選擇 800 V、1000 V、1200 V、1500 V、1600 V、1700 °C、1800°C )溫度范圍，保持1min — 30min (可選擇 lOmin、15min、20min、25min、30min),進行表面的石墨烯化。
[0015]依據(jù)表面脫鈦鋁的時間，形成的石墨烯可以是單層或多層；石墨烯為多層時，層數(shù)為3層一 10層(可選擇3層、4層、5層、6層、7層、8層、9層、10層)。
[0016]依據(jù)石墨烯化的時間，石墨烯可以呈平面或褶皺面；石墨烯呈有波浪起伏的褶皺面時，裙皺面的起伏高度差范圍在2nm — 20nm(可選擇2nm、4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm、20nm)o
[0017]外延結(jié)構(gòu)的n型摻雜層是指摻娃的氮化鎵，其厚度為200nm _800nm(可選擇200nm、400nm、600nm、800nm);外延結(jié)構(gòu)的多量子阱發(fā)光層由In