[发明专利]一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效LED芯片

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效LED芯片。该LED外延片的制备包括：在石墨烯蓝宝石衬底上依次生长AlN、u‑GaN、n‑GaN、多量子阱和p‑GaN薄膜。本发明提供了一种在石墨烯‑蓝宝石衬底上生长得到的LED芯片。基于石墨烯非常好的热导率和应力释放作用，以及表现为范德华外延生长的薄膜沉积过程，可大大降低GaN薄膜中的应力和位错密度，使得制成的LED芯片发光效率可以提高20‑50％，且可以避免使用过程中的过热问题，利于大功率LED芯片的制造，对于基于AlN/GaN的半导体器件的制造具有重大意义。

技术领域

本发明属于LED领域，具体涉及一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效LED芯片。

背景技术

石墨烯是碳原子以sp2杂化键连形成的六角蜂窝状二维原子晶体。它具有非常好的导热性、优异的导电性等独特性能。同时，在以石墨烯为衬底的范德华外延生长结构中，石墨烯还能起到应力弛豫的作用，可以获得缺陷更少品质更好的外延薄膜。以上优点使得石墨烯在微电子、信息技术等领域具有巨大应用潜能。

氮化镓(GaN)是一种具有宽直接带隙的Ⅲ-Ⅴ半导体，具有高热导率、高机械强度、高化学稳定性和强抗辐照能力等性质，在光电子、高温大功率器件和高频宽带通讯器件应用方面有着广阔的前景。另外，氮化镓还可以与氮化镓(AlN)氮化铟(InN)混合形成三元或四元化合物，并进一步制备得到蓝光LED器件。

就LED器件的生产而言，目前工业上采用的是用异质外延(以蓝宝石和碳化硅作为衬底)技术两步法生长GaN薄膜，即先低温生长多晶GaN作为缓冲层，再高温外延生长单晶u-GaN,n-GaN，之后进一步生长量子阱、p-GaN等结构来获得蓝光LED器件。然而传统方法中，由于碳化硅或蓝宝石衬底晶格结构以及热膨胀系数与氮化镓存在一定差异，由此产生的应力在生长外延过程中不能得到充分释放，从而导致制备得到的单晶氮化镓薄膜缺陷很多，并影响器件性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效LED芯片。

本发明要求保护一种LED基外延片，该LED基外延片由下至上依次包括：石墨烯蓝宝石衬底、AlN、u-GaN、n-GaN、多量子阱和p-GaN薄膜。

上述LED基外延片也可只由所述石墨烯蓝宝石衬底、AlN、u-GaN、n-GaN、多量子阱和p-GaN薄膜组成。

所述石墨烯蓝宝石衬底中，蓝宝石衬底为平板蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底；

AlN薄膜的厚度为0.5-2.0μm；

u-GaN薄膜的厚度为1-2.5μm；

n-GaN薄膜的厚度为1-5μm，具体可为2μm；

多量子阱薄膜为3-10对InGaN/GaN量子阱薄膜或4-10对InGaN/GaN量子阱薄膜或9对InGaN/GaN量子阱薄膜；每对InGaN/GaN量子阱薄膜中，InGaN层的厚度具体为3nm，GaN层的厚度具体为15nm；

p-GaN薄膜的厚度为50-200nm或100nm。

本发明还要求保护一种LED芯片，该LED芯片包括前述本发明提供的LED基外延片。

该LED芯片的制备方法可包括：将前述本发明提供的LED基外延片按照常规方法进行蒸镀电极，划片，封装，即得到LED芯片。

本发明还要求保护一种LED器件，该LED器件包括前述本发明提供的LED芯片。

本发明提供的利用石墨烯蓝宝石衬底制备LED基外延片的方法，包括：在石墨烯蓝宝石衬底上依次生长AlN、u-GaN、n-GaN、多量子阱和p-GaN薄膜。