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立体型同质外延结构及其制备方法和应用发明专利

更新时间:2024-11-01
立体型同质外延结构及其制备方法和应用发明专利 专利申请类型:发明专利;
地区:江苏-苏州;
源自:苏州高价值专利检索信息库;

专利名称:立体型同质外延结构及其制备方法和应用

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202211587749.1

专利申请(专利权)人:江苏第三代半导体研究院有限公司
权利人地址:江苏省苏州市工业园区金鸡湖大道99号苏州纳米城中北区23幢214室

专利发明(设计)人:王国斌,闫其昂

专利摘要:本发明公开了一种立体型同质外延结构及其制备方法和应用。所述制备方法包括:S1、在氮化物单晶衬底表面覆设二维材料层,并在所述二维材料层表面加工出至少一个微纳尺度的盲孔;S2、于第一生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以形成至少一根微纳尺度的柱体,所述柱体沿与二维材料层表面成0至180°的夹角的方向延伸,且每一所述柱体至少底端填充于相应一盲孔内,至少顶端突露于二维材料层表面;S3、于第二生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以在每一所述柱体上形成三维包裹层,从而形成立体型同质外延结构。本发明可以实现多个立体型同质外延结构的自分离,且氮化物单晶衬底可以是重复利用。

主权利要求:
1.一种立体型同质外延结构的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、在氮化物单晶衬底表面覆设二维材料层,将表面覆设有二维材料层的氮化物单晶衬底置于反应室内,并将所述反应室内的温度保持在900‑1100℃,先以包含氢气和氨气的第一混合气体对所述二维材料层进行第一次原位刻蚀,之后再以包含氢气和氨气的第二混合气体对所述二维材料层进行第二次原位刻蚀,从而在所述二维材料层表面刻蚀形成多个盲孔;其中,所述第一混合气体具有第一氢气含量,所述第二混合气体具有第二氢气含量,所述第一次原位刻蚀持续第一时间,所述第二次原位刻蚀持续第二时间,所述第一氢气含量大于第二氢气含量,所述第二时间大于第一时间,所述盲孔的孔径a、孔间距b、盲孔的底部与氮化物单晶衬底表面之间的距离c之比为(1‑10):(5‑100):(0.001‑0.05);
S2、于第一生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以形成至少一根微纳尺度的柱体,所述柱体沿与二维材料层表面成0至180°的夹角的方向延伸,且每一所述柱体至少底端填充于相应一盲孔内,至少顶端突露于二维材料层表面;
S3、于第二生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以在每一所述柱体上形成三维包裹层,从而形成立体型同质外延结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:多个所述盲孔均匀分布。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述第一氢气含量为70‑90%,所述第二氢气含量为10‑30%。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述第一时间为1‑5min,所述第二时间为5‑10min。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:所述二维材料层的材质包括石墨烯或氮化硼。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述二维材料层的厚度为20‑100nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述盲孔的孔径a为1‑10um,孔间距b为5‑100um,所述盲孔的底部与氮化物单晶衬底表面之间的距离c为1‑50nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述第一生长条件包括第一生长温度、第一生长压力、第一V/III比,所述第二生长条件包括第二生长温度、第二生长压力、第二V/III比,所述第一生长温度小于第二生长温度,所述第一生长压力大于第二生长压力,所述第一V/III比小于第二V/III比。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述第一生长温度为800‑900℃,第一生长压力为350‑700torr,第一V/III比为10‑100。
10.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述第二生长温度为1000‑1100℃,第二生长压力为0‑350torr,第二V/III比为1000‑10000。
11.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:S2中形成的所述柱体为多根,以及,S3中形成的立体型同质外延结构为多个,且多个所述立体型同质外延结构彼此间隔设置。
12.根据权利要求1或11所述的制备方法,其特征在于,还包括:将所述立体型同质外延结构及二维材料层与所述氮化物单晶衬底机械分离。
13.根据权利要求1或11所述的制备方法,其特征在于:所述氮化物单晶衬底的材质选自III族氮化物材料。
14.根据权利要求1或11所述的制备方法,其特征在于:所述氮化物单晶衬底的材质选自氮化镓或氮化铝。
15.根据权利要求1或11所述的制备方法,其特征在于,还包括:沿相邻立体型同质外延结构之间的间隙将多个立体型同质外延结构进行分离,从而形成多个带有二维材料层的立体型同质外延结构。
16.一种立体型同质外延结构,其特征在于包括:
至少一根微纳尺度的柱体,每一所述柱体设置在二维材料层上,并沿与所述二维材料层表面成0至180°的夹角的方向延伸,所述二维材料层表面分布有多个微纳尺度的盲孔,所述盲孔的孔径a、孔间距b、盲孔的底部与氮化物单晶衬底表面之间的距离c之比为(1‑10):(5‑100):(0.001‑0.05),每一所述柱体至少底端填充于相应一盲孔内,至少顶端突露于二维材料层表面;
多个三维包裹层,每一三维包裹层包裹在相应一根所述柱体上,且相邻两个所述三维包裹层相互间隔设置;
其中,所述柱体及三维包裹层均由III族氮化物材料形成。
17.如权利要求16所述的立体型同质外延结构在制备光电子器件或电子器件中的用途。 说明书 : 立体型同质外延结构及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明特别涉及一种立体型同质外延结构及其制备方法和应用,属于半导体技术领域。背景技术[0002] 以GaN为代表的第三代半导体,由于具有较大的禁带宽度和击穿电压,同时拥有化学稳定性高,耐高温,耐腐蚀等优点,在光电器件以及高频高功率电子器件应用上被寄予厚望,是下一代半导体产业发展的关键战略材料同时,同质外延以其高晶体质量,被认为是终极的技术方向。[0003] 然而,现今的GaN基器件的外延结构一般都为平面型结构,无论是光电子器件的发光二极管(LED)、激光器(LD)等,还是微电子器件的高电子迁移率晶体管(HEMT)等,他们的外延结构层都是二维平面的叠层生长方式,形成的平面外延结构如图1a、图1b所示。随着近年来的快速发展,如光电子领域的Micro‑LED,对于小尺寸芯片的刻蚀工艺造成的侧壁损伤非常敏感,激光器LD的解离质量的好坏同样也会对平面型器件性能造成影响。在微电子领域,由于HEMT在平面上的二维电子气(2DEG)性能取决于AlGaN/GaN异质结界面的质量,在分割时边缘损伤也会影响到其性能,而平面型外延结构都不可避免的引起上述问题。GaN同质外延需要用到GaN单晶衬底,由于制备方法的限制,目前的价格非常昂贵。如果不能重复利用,其成本的劣势比较明显,而无法被广泛使用和实现产业化。发明内容[0004] 本发明的主要目的在于提供一种立体型同质外延结构及其制备方法和应用,从而克服现有技术中的不足。[0005] 为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:[0006] 本发明一方面提供了一种立体型同质外延结构的制备方法,包括:[0007] S1、在氮化物单晶衬底表面覆设二维材料层,并在所述二维材料层表面加工出至少一个微纳尺度的盲孔;[0008] S2、于第一生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以形成至少一根微纳尺度的柱体,所述柱体沿与二维材料层表面成0至180°(不包含端值)的夹角的方向延伸,且每一所述柱体至少底端填充于相应一盲孔内,至少顶端突露于二维材料层表面;[0009] S3、于第二生长条件下,在所述二维材料层上生长III族氮化物材料,以在每一所述柱体上形成三维包裹层,从而形成立体型同质外延结构。[0010] 进一步的,S1具体包括:在所述二维材料层表面刻蚀形成多个所述盲孔,且多个所述盲孔均匀分布。[0011] 进一步的,S1具体包括:于900‑1100℃条件下,以包含氢气和氨气的混合气体对所述二维材料层进行原位刻蚀,从而在所述二维材料层表面刻蚀形成多个所述盲孔。[0012] 进一步的,S1具体包括:将表面覆设有二维材料层的氮化物单晶衬底置于反应室内,并将所述反应室内的温度保持在900‑1100℃,先以包含氢气和氨气的第一混合气体对所述二维材料层进行第一次原位刻蚀,之后再以包含氢气和氨气的第二混合气体对所述二维材料层进行第二次原位刻蚀,从而在所述二维材料层表面刻蚀形成多个盲孔;[0013] 其中,所述第一混合气体具有第一氢气含量,所述第二混合气体具有第二氢气含量,所述第一次原位刻蚀持续第一时间,所述第二次原位刻蚀持续第二时间,所述第一氢气含量大于第二氢气含量,所述第二时间大于第一时间。[0014] 进一步的,所述第一氢气含量为70‑90%,所述第二氢气含量为10‑30%。[0015] 进一步的,所述第一时间为1‑5min,所述第二时间为5‑1Omin。[0016] 进一步的,所述二维材料层的材质包括石墨烯或氮化硼等。[0017] 进一步的,所述二维材料层的厚度为20‑100nm。[0018] 进一步的,所述盲孔的孔径a、孔间距b、盲孔的底部与氮化物单晶衬底表面之间的距离c之比为(1‑10):(5‑100):(0.001‑0.05)。[0019] 进一步的,所述盲孔的孔径a为1‑10um,孔间距b为5‑100um,所述盲孔的底部与氮化物单晶衬底表面之间的距离c为1‑50nm。[0020] 进一步的,所述第一生长条件包括第一生长温度、第一生长压力、第一V/III比,所述第二生长条件包括第二生长温度、第二生长压力、第二V/III比,所述第一生长温度小于第二生长温度,所述第一生长压力大于第二生长压力,所述第一V/III比小于第二V/III比。[0021] 进一步的,所述第一生长温度为800‑900℃,第一生长压力为350‑700torr,第一V/III比为10‑100。[0022] 进一步的,所述第二生长温度为1000‑1100℃,第二生长压力为0‑350torr,第二V/III比为1000‑10000。[0023] 进一步的,S2中形成的所述柱体为多根,以及,S3中形成的立体型同质外延结构为多个,且多个所述立体型同质外延结构彼此间隔设置。[0024] 进一步的,所述的制备方法还包括:将所述立体型同质外延结构及二维材料层与所述氮化物单晶衬底机械分离。[0025] 进一步的,所述氮化物单晶衬底的材质选自III族氮化物材料。[0026] 进一步的,所述氮化物单晶衬底的材质选自氮化镓或氮化铝。[0027] 进一步的,所述的制备方法还包括:沿相邻立体型同质外延结构之间的间隙将多个立体型同质外延结构进行分离,从而形成多个带有二维材料层的立体型同质外延结构。[0028] 本发明另一方面还提供了一种立体型同质外延结构,包括:[0029] 至少一根微纳尺度的柱体,每一所述柱体设置在二维材料层上,并沿与所述二维材料层表面成0至180°的夹角的方向延伸,所述二维材料层表面分布有至少一个微纳尺度的盲孔,每一所述柱体至少底端填充于相应一盲孔内,至少顶端突露于二维材料层表面;[0030] 至少一个三维包裹层,每一三维包裹层包裹在相应一根所述柱体上,且相邻两个所述三维包裹层相互间隔设置;[0031] 其中,所述柱体及三维包裹层均由III族氮化物材料形成。[0032] 本发明另一方面还提供了所述的立体型同质外延结构在制备光电子器件或电子器件中的用途。[0033] 与现有技术相比,本发明的优点包括:[0034] 1)本发明提供的一种立体型同质外延结构的制备方法,制备工艺简单,通过控制生长条件即可实现三维的立体型同质外延结构层;[0035] 2)基于氮化镓等氮化物单晶衬底,在其上控制原位刻蚀后,因其高晶体质量,可利用石墨烯等二维材料覆盖,形成远程外延生长模式,继承较高质量薄膜特性,继而进行纵向外延和包裹式的立体型同质外延结构层的生长,最终形成三维的可分离器件;[0036] 3)基于本发明提供的一种立体型同质外延结构的制备方法获得的三维的立体型同质外延结构或器件能够抑制斯塔克效应,提高光电器件的发光效率;[0037] 4)本发明提供的一种立体型同质外延结构的制备方法通过生长后形成外延结构层的生长应力和二维材料与衬底之间的范德华力相作用,可以将氮化镓等氮化物单晶衬底进行自然的机械分离,以备下次重复利用,从而降低了生产成本。附图说明[0038] 图1a是传统的平面外延结构的截面结构示意图;[0039] 图1b是传统的平面外延结构的俯视图;[0040] 图2是本发明一典型实施案例中提供的一种立体型同质外延结构的制备方法的流程示意图;[0041] 图3是本发明一典型实施案例中对二维材料层进行刻蚀后形成多个盲孔后的结构示意图;[0042] 图4a是本发明一典型实施案例中提供的一种立体型同质外延结构的纵向截面结构示意图;[0043] 图4b是本发明一典型实施案例中提供的一种立体型同质外延结构的横向截面结构示意图;[0044] 图4c是本发明一典型实施案例中提供的另一种立体型同质外延结构的横向截面结构示意图。具体实施方式[0045] 鉴于现有技术中的不足,本案发明人经长期研究和大量实践,得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。[0046] 针对现有技术中存在的问题,本发明提出一种立体型GaN同质外延结构及其制备方法,通过在GaN单晶衬底上沉积二维材料,然后进行原位刻蚀形成多个盲孔,利用二维材料远程外延的特性,在通过工艺条件的控制下,将生长面调为盲孔的三维侧壁,并在其上进行外延结构的生长,从而使获得的外延结构以及相应的器件具有立体效应,而有别于当前的平面器件结构。同时,本发明还通过调控二维材料层表面的盲孔的直径、形状和孔密度的分布,对外延结构层的晶体质量、器件内部载流子分布和器件性能进行调控,最后得到易于分割的、独立的且无损伤的器件外延结构。再通过二维材料与外延结构层之间的范德华力作用,对二维材料与GaN单晶衬底进行机械剥离,从而达到分离GaN单晶衬底并重复利用的目的,进而降低生产成本。[0047] 如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明,除非特别说明的之外,本发明实施例所采用的MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)等设备均是本领域技术人员已知的。[0048] 在一些较为具体的实施方案中,请参阅图2,一种立体型同质外延结构的制备方法,可以包括如下步骤:[0049] 1)在氮化物单晶衬底10表面沉积形成一层二维材料层20。[0050] 具体的,氮化物单晶衬底10可以是GaN单晶衬底或AlN衬底等,所述二维材料层20的材质可以是石墨烯或氮化硼等,所述二维材料层20的厚度可以为20‑100nm。[0051] 2)在所述二维材料层20表面刻蚀形成间隔分布的多个盲孔21,所述盲孔21的底部余留有二维材料,刻蚀后的二维材料层20如图3所示。[0052] 具体的,步骤2)具体可以包括:将表面形成有二维材料层20的GaN单晶衬底10放入MOCVD的反应室内,在由氢气和氨气形成的混合气氛下,通过对反应室内的温度控制,实现对二维材料层20的表面进行原位刻蚀,从而形成均匀分布的多个盲孔21,其中,所述盲孔21的孔径为a,孔间距为b和孔底端与GaN单晶衬底表面的距离为c。[0053] 具体的,步骤2)具体可以包括:将表面覆设有二维材料层20的GaN单晶衬底10放入MOCVD的反应室内,并在氢气和氨气混合气体下进行升温;当反应室内的温度达到约900‑1100℃时持温(即保温),并将混合气体中氢气的比例提升至70%‑90%,并保持1min‑5min,然后将反应室内混合气体中氢气比例降低至10%‑30%,并保持5‑10min;从而在二维材料层上形成孔径a为1‑10um,孔间距b为5‑100um,孔底端与GaN单晶衬底表面的距离c为1‑50nm的盲孔。[0054] 具体的,所述盲孔的形状可以是圆形、多边形等。[0055] 具体的,本发明可以通过控制刻蚀时反应室内混合气氛和温度条件,实现对孔径a、孔间距b、孔底端与GaN单晶衬底表面的距离c这三个参数的有效调节;当反应室内的温度升至1000℃左右时,开始刻蚀二维材料层,当混合气体中氢气含量高时,刻蚀形成的盲孔的孔径a变大、孔间距b变小,孔密度增加,从而形成的柱体的晶体质量提高;而增加混合气体中氨气含量时,孔底端与衬底表面的距离c将变小,以此为外延后的各个分立器件或分立外延结构的大小、疏密程度等进行调控。[0056] 3)在所述二维材料层20上进行III族氮化物材料的外延生长,使其在二维材料层势垒低的部分(即盲孔内)发生远程外延,控制外延生长过程中的生长条件并进行纵向生长,然后调整生长条件进行外延结构层的包裹式的三维生长,从而形成多个立体型同质外延结构。[0057] 具体的,各立体型同质外延结构之间相互独立,立体型同质外延结构之间的间隔可做分离,且不会损伤到外延结构层,同时还能带来电流扩展更好等效果,提升器件性能。[0058] 具体的,所述步骤3)具体包括:完成原位刻蚀盲孔后,可以通过控制反应室内的V/III比、温度和压力的方式,在二维材料层表面盲孔底势垒最低的地方,发生III族氮化物材料的远程外延;当反应室内的温度较低、V/III比较低、压力较高时,III族氮化物材料生长模式为纵向生长,从而形成直径为a的柱体,接着,升高反应室的温度、增加V/III比、降低生长压力,III族氮化物材料或柱体生长转为横向生长为主,从而进行各外延结构层的包裹式外延生长。[0059] 具体的,所述步骤3)具体包括:[0060] 3.1)在较低温度区间,一般为800‑900℃,较高的生长压力,一般为350‑700torr,较低的氨气和MO源的比例,一般V/III比为10~100,进行柱体的纵向生长,在这样的条件下,盲孔底部最接近氮化物单晶衬底的区域由于低势垒以及高晶体质量的作用,更容易发生III族氮化物材料的远程外延,生长的柱体逐渐充满盲孔,并沿盲孔向上纵向生长并突露于二维材料层的表面,所述柱体的高度约为1‑10um;其中,所述柱体作为第一外延结构层30;[0061] 3.2)通过调整工艺参数,此时的生长条件包括了在较高温度区间,一般为1000‑1100℃,较低的生长压力,一般为0‑350torr,较高的氨气和MO源的比例,一般V/III比为1000~10000,在这样的条件下生长,使柱体的侧壁发生横向生长或扩径生长,并且,此时原来向上的纵向生长速度会被抑制,而由于横向生长被加强,在柱体的顶部和侧壁可以找到平衡,达到外延结构层三维生长的厚度一致,从而实现所需外延结构层的生长,进而形成多个彼此独立的立体型同质外延结构,如图4a、图4b和图4c所示;具体的,所述外延结构层可以是包括依次设置的第一外延结构层30、第二外延结构层40和第三外延结构层50。[0062] 4)将氮化物单晶衬底10与二维材料层20进行剥离。[0063] 具体的,随着外延应力的增加,在外延结构层生长结束后,二维材料层与氮化物单晶衬底之间的范德华力变弱,可以自然通过机械剥离的方式剥离氮化物单晶衬底并重复利用,而上方的同质外延结构层形成无结构层损伤、可分离的器件或外延结构。[0064] 具体的,本发明的制备方法还可以包括步骤5):沿相邻立体型同质外延结构之间的间隙将进行分离形成多个带有二维材料层的立体型同质外延结构。[0065] 具体的,本发明提供的一种立体型同质外延结构的制备方法,通过调节盲孔的形状和分布,可以对最终形成的器件或外延结构内部载流子分布和器件性能进行调控,在传统平面结构中,由于生长模式为平面的叠层生长,结构层是依次向上堆叠的,载流子传输方向也是上下之间传送。示例性的,请参阅图1a和图1b,在GaN基Micro‑LED外延中,图中的30代表的N型GaN层,40代表有源区InGaN/GaN量子阱层,50代表P型GaN层,电子由下而上传送进入有源区,而空穴则由下而上传输进入有源区,并在水平面上进行复合发光。当采用芯片工艺制作Micro‑LED时,由于需要切割成小尺寸芯片,由于结构原因需要纵向切割P型GaN层、有源区和N型GaN层,从而会对各外延结构层会造成损伤。[0066] 而在本发明提供的一种立体型同质外延结构中,其中心外延结构层为在盲孔向上生长得到的柱体,柱体可以是圆柱、六角形棱柱等形状(取决于刻蚀条件和纵向生长条件);而后在其上进行包裹式的三维立体外延生长,一般来讲,由于在柱体(例如GaN)中从盲孔内生长上来的晶面为极性面C面,而此时进行三维生长将会引起其极性变化,纵向生长并露出的柱体的侧面为非半极性面,这对于受极性影响的GaN基光电器件,会抑制斯塔克效应,并提高发光效率,同时,由于GaN的P型材料比较弱、载流子浓度低,形成立体包裹式P型层后,大大增加了载流子浓度和注入效率,提升了P型材料的强度。[0067] 在本发明中,请参阅图4a、图4b和图4c,同样30代表的N型GaN层,40代表有源区InGaN/GaN量子阱层,50代表P型GaN层(需要说明的是,本发明提供的结构同样适用于其他光电子器件,比如LD激光器,示例性的,在微电子器件中,比如在HEMT器件中,30可以代表隧道层,40可以代表隔离层,50可以代表势垒层),可见最外层P型GaN层50的包裹面积最大,从而增大了空穴载流子进入有源区的效率,弥补了P型结构层的弱势,并且,器件内载流子的复合是多平面多角度的,具体是呈包围的形式,从而可最大限度的发挥器件性能。具体的,在以此方法生长Micro‑LED前,可以预置同样尺寸的孔,在生长结束后,通过各个外延结构间的空隙进行分割,不会对外延的结构层造成影响和损伤。[0068] 同时,由于生长应力的增加,二维材料层与氮化物单晶衬底之间的作用力为相对较弱的范德华力,这样应用机械分离的方式就可以把氮化物单晶衬底和上面的外延结构层分开,衬底能够实现重复利用,而外延结构层上方的分立立体器件也可以独立分隔。[0069] 实施例[0070] 如下列举两组GaN基同质外延Micro‑LED的对比案例。[0071] A为传统的平面外延结构(请参阅图1a、图1b),即在GaN单晶衬底上依次生长厚度为2um的N型GaN层、5对InGaN/GaN量子阱(其中,InGaN层的厚度为3nm,GaN层的厚度为12nm),以及厚度为200nm的P型GaN层。[0072] B为本发明提供的立体外延结构(请参阅图4a、图4b和图4c),其制备方法包括:[0073] 1)在GaN衬底上沉积厚度为50nm的石墨烯,接着放入MOCVD反应腔内,在氢气和氨气混合气体下升温到1000℃后,提高混合气体中的氢气比例至80%,持续快速刻蚀1min,接着降低氢气比例至20%,持续缓慢刻蚀5min,从而在石墨烯上形成多个孔径为5um,孔间距为50um,孔底端与衬底表面的距离为10nm的多个均匀分布的圆柱形盲孔;[0074] 2)将MOCVD反应腔的温度调节至800℃,压力调节至500torr,氨气的通入流量为‑31slm,三甲基镓的通入流量为100sccm,即V/III比为10,在Si掺杂为1E19cm 的情况下,生长约1小时,此时由于单晶衬底的高晶体质量和盲孔底部的低势垒区,发生远程外延氮化镓柱体纵向生长,形成的氮化镓柱体高度为2um;接着,将MOCVD反应腔的温度升高至1000℃、压力降至200torr,氨气流量加大到50slm,通过控制TEGa和TMIn(生长InGaN时用)流量,保持V/III比为1000‑2000范围,从而在氮化镓柱体表面(顶部和侧面)生长InGaN和GaN的量子‑3阱,同样生长5对;最后,在此条件下,增加Mg掺杂为1E20cm ,在量子阱表面(顶部和侧面)生长厚度为200nm的P型GaN;[0075] 3)完成生长后,取出样品B进行物理机械分离GaN衬底继续下一次重复利用,取上方外延层部分和样品A制作形成5um大小的Micro‑LED芯片,其中,样品A采用刻蚀的方式获得,样品B则可采用自然分隔的方式获得,将制成的两种Micro‑LED芯片进行测试,测试结果如下:[0076] 表1为样品A和样品B的测试结果[0077][0078] 由表1可以看出,采用本发明提供的立体型同质外延结构的制备方法获得的具有立体型同质外延结构的Micro‑LED芯片,在发光波长没有变化的基础上半高宽变窄,显示了器件具有较高的晶体质量,同时较低的电压和较高的亮度得益于P型GaN的大面积包围和空穴注入的增强,最后得到的外量子效率是传统结构器件的两倍多,这归结于在分离时外延结构层的无损伤以及立体结构带来的极化效应的减弱。[0079] 本发明提供的一种立体型同质外延结构的制备方法,在氮化物单晶衬底上以其高晶体质量利用二维材料远程外延的特性,在其上控制原位刻蚀后,进行纵向外延和包裹式的立体型同质外延结构层的生长,最终形成三维的可分离器件,以及,通过生长后形成的生长应力和二维材料与衬底之间的范德华力相作用,可以进行自然的机械分离,同时将昂贵的GaN衬底等剥离以备下次重复利用。[0080] 应当理解,上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

专利地区:江苏

专利申请日期:2022-12-09

专利公开日期:2024-09-03

专利公告号:CN115821379B


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