CN108010995A - 一种基于石墨烯蓝宝石衬底的高光效led芯片 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
上述方法中，所述石墨烯蓝宝石衬底中，蓝宝石衬底为平面蓝宝石衬底或图形化蓝宝石衬底；所述图形化蓝宝石衬底可为按照各种常规方法将平面蓝宝石衬底进行图形化而得的衬底。
所述生长步骤中，生长方法选自金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延、氢化物气相外延和溅射法中的至少一种。
具体的，用金属有机化学气相沉积方法生长AlN薄膜的条件包括：
衬底温度为600℃-1400℃，具体可为1200℃；
沉积压强为30-100torr，具体可为50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h，具体可为1h；
TMAl的流量为50-120sccm；
H2的流量为0-20000sccm，具体可为15400sccm；
NH3的流量为200-20000sccm，具体可为500sccm；
用金属有机化学气相沉积方法生长u-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为1000-1200℃，具体可为1045℃；
沉积压强为20-200torr，具体可为80torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h，具体可为1h；
TMGa的流量为20-500sccm，具体可为80sccm；
H2的流量为0-20000sccm，具体可为15400sccm；
NH3的流量为500-8000sccm，具体可为6000sccm。
用金属有机化学气相沉积方法生长n-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为1000-1200℃，具体可为1045℃；
沉积压强为20-200torr，具体可为50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h，具体可为2h；
TMGa的流量为20-500sccm，具体可为80sccm；
硅烷的流量为1-20sccm，具体可为2.5sccm；
H2的流量为0-20000sccm，具体可为15400sccm；
NH3的流量为100-20000sccm，具体可为6000sccm。
用金属有机化学气相沉积方法生长多量子阱薄膜的条件包括：
在735℃条件下，生长通入流量为200-500sccm或260sccm的三甲基铟，流量为10-300sccm或30sccm的三甲基镓，流量为6000sccm的氨气和流量为15400sccm的氢气，进行InGaN的生长，生长完毕后再将温度变为835℃，气体切换为流量为60sccm的三甲基镓、流量为6000sccm的氨气和流量为15400sccm的氢气，进行GaN的生长,生长完毕完成一对量子阱薄膜的生长；重复若干次即得所述多量子阱薄膜；
用金属有机化学气相沉积方法生长p-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为950-1100℃；
沉积压强为20-200torr，具体可为50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为2min-10min，具体可为5min；
TMGa的流量为50sccm-120sccm；
二茂镁与TMGa的流量比为0.1-1.0：1；
H2的流量为0-20000sccm，具体可为15400sccm；
NH3的流量为500sccm-2000sccm。
所述石墨烯蓝宝石衬底的制备方法包括：在对蓝宝石衬底进行石墨烯化学气相沉积后，对体系进行等离子处理、氧等离子体处理、氮等离子体处理或氩等离子体处理。
具体的，所述氧等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氧气的流量为10-100sccm，具体可为15sccm；
功率为30-200W，具体可为90W；
时间为5-30s，具体可为20s；
所述氮等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氮气的流量为10-100sccm，具体可为15sccm；
功率为30-200W，具体可为90W；
时间5-60s，具体可为30s；
所述氩等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氩气的流量为10-100sccm，具体可为15sccm；
功率为30-200W，具体可为90W；
时间5-60s，具体可为10s。
所述石墨烯化学气相沉积中，化学气相沉积的方法具体可为常压化学气相沉积(APCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)。
具体的，所述常压化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；
沉积温度为1000℃-1100℃，具体为1050℃；
沉积压强为常压；
载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10：1，具体为5：1；氩气的流量具体为100-1000sccm，具体为500sccm；氢气的流量为50-500sccm，具体为100sccm；
碳源的流量为10-50sccm，具体可为20sccm；
沉积时间为0.5h-5h，具体为3h；
所述低压化学气相沉积中，碳源为乙醇蒸汽；
沉积温度为1000℃-1100℃，具体可为1080℃；
沉积压强为200-5000Pa，具体为250Pa；
载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1，具体可为5：1；氩气的流量具体可为100-1000sccm，具体为500sccm；氢气的流量为50-500sccm，具体为100sccm；
碳源的流量为500sccm；碳源的分压为250Pa；
沉积时间为0.5h-5h，具体为1h；
所述等离子体增强化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；
沉积温度为500℃-800℃，具体为600℃；
沉积压强为100-2000Pa，具体为500Pa；
碳源的流量具体可为5-50sccm，具体为18sccm；
等离子体发生器功率为60-200W，具体为120W；
沉积时间为0.5h-2h，具体为1h。
所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之后，所述等离子体处理步骤之前，对体系降温；具体的，所述降温步骤中，降温速率为10℃-200℃/min。
降温气氛为氩气和氢气组成的气氛；降温的终温为常温；所述氩气与氢气的流量比为1-10：1，具体为5：1；氩气的流量为100-5000sccm，具体为500sccm；氢气的流量为50-500sccm，具体为100sccm；
所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之前，对所述蓝宝石衬底进行预处理；
具体的，所述预处理包括将所述蓝宝石衬底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，清洗完毕使用氮气吹干；
所述超声步骤中，超声的功率为90W。
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。
附图说明
图1为本发明实施例1所用石墨烯蓝宝石衬底的实物照片、拉曼光谱、C1s的XPS光谱和N1s的XPS光谱；其中，a为衬底的实物照片图；b为衬底的拉曼光谱；c为衬底的C1s的XPS光谱；d为衬底的N1s的XPS光谱。
图2为本发明实施例1中在石墨烯蓝宝石衬底生长得到的GaN的表征结果；其中，a为扫描电子显微镜图；b为原子力显微镜图；c为EBSD晶面图；d为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的拉曼光谱；e为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的(0002)XRD摇摆曲线；f为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的(10-12)XRD摇摆曲线。
图3为本发明实施例1所得LED基外延片的结构示意图及XRD谱图。
图4为芯片的发光分布比较和不同注入电流下的波长变化；其中，a为本发明实施例1所得蓝光LED芯片的发光分布；b为在蓝宝石衬底采用标准工艺得到的蓝光LED芯片的发光分布；c为本发明实施例1所得蓝光LED芯片与标准商业蓝光LED芯片在不同注入电流下的比较；d为本发明实施例1所得蓝光LED芯片在不同注入电流下的波长变化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1
一种高光效LED芯片的制备方法，步骤如下：
1)蓝宝石衬底清洗：将平面蓝宝石衬底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，清洗完毕使用氮气吹干，其中超声的功率为90W。
2)石墨烯薄膜生长：将步骤(1)得到的干净蓝宝石玻璃基板放入APCVD腔体中，将Ar和H2气体流量计分别设定为500sccm和300sccm，洗气结束后，将炉体升温至1060℃，在升温过程中保持Ar和H2流速不变。待炉温升至1060℃后，稳定15min后，将CH4流量计设定为30sccm，生长时间为5h，生长完毕，自然降温，得到有石墨烯覆盖的蓝宝石衬底。
3)在常温低压下，对表面覆盖有石墨烯的蓝宝石衬底进行氮等离子体后处理，其中氮气流量为100sccm，功率90w，时间30s，压强为500Pa，增加其化学活性，得到石墨烯蓝宝石衬底。
图1为本发明实施例1所用石墨烯蓝宝石衬底的实物照片、拉曼光谱、C1s的XPS光谱和N1s的XPS光谱；其中，a为衬底的实物照片图；b为衬底的拉曼光谱；由a图和b图可知，通过等离子体处理明显增强了石墨烯的化学活性；c为衬底的C1s的XPS光谱；可见衬底中形成了新的化学键N-C键，石墨烯化学活性增强；d为衬底的N1s的XPS光谱，可以看出N掺杂的含量大约为5％。
4)将步骤3)中得到的石墨烯蓝宝石衬底放入MOCVD生长室，加热衬底，衬底温度1200℃，TMAl流量为50sccm，NH3流量为500sccm，生长室压强为50torr，使用N2作为载气，氢气流量为15400sccm，在石墨烯蓝宝石衬底上得到质量较好的AlN薄膜，厚度为1.5μm。
5)u-GaN薄膜的生长：在步骤4)AlN薄膜生长完毕后，将体系温度降温1045℃，TMAl替换为TMGa，TMGa流量为80sccm，NH3流量为6000sccm，生长室压强为50torr，使用N2作为载气，氢气流量保持不变，仍为15400sccm，生长1-2h即可在AlN薄膜上得到质量优良的GaN薄膜，厚度为2.0μm。
图2为本发明实施例1在石墨烯蓝宝石衬底生长得到的GaN的表征结果；其中，a为扫描电子显微镜图，可以看出GaN薄膜表面非常平整；b为原子力显微镜图，进一步证明GaN薄膜表面平整；c为EBSD晶面图，可以看出GaN为单晶，表面暴露为(0001)面；d为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的拉曼光谱，可以看出本发明中得到的GaN薄膜相比于在蓝宝石上生长的GaN，具有更低的应力；e为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的(0002)XRD摇摆曲线，可以看出本发明中得到的GaN薄膜具有更低的螺位错密度；f为本发明实施例1所得GaN薄膜与在传统蓝宝石衬底上得到的GaN薄膜的(10-12)XRD摇摆曲线，可以看出本发明中得到的GaN薄膜具有更低的刃位错密度。
6)在步骤5)u-GaN薄膜生长完毕后，保持步骤5)的生长条件不变，向其中通入硅烷，硅烷流量为2.5sccm，生长1-2h，即在u-GaN薄膜上生长得到厚度为2.0μm的n-GaN薄膜。
7)在步骤6)所得n-GaN薄膜上利用MOCVD制备9对3nm InGaN/15nm GaN量子阱薄膜，具体生长条件如下：
在MOCVD生长室中加热衬底，衬底735℃条件下，生长通入流量为260sccm的三甲基铟，流量为30sccm的三甲基镓，流量为6000sccm的氨气，流量为15400sccm的氢气，生长InGaN 3至厚度为nm；再将温度变为835℃，气体切换为流量为60sccm三甲基镓，流量为6000sccm氨气，流量为15400sccm氢气，生长GaN，厚度为15nm,完成一对量子阱薄膜的生长，如此重复生长9次，完成9对3nm InGaN/15nm GaN量子阱薄膜的生长。
8)在步骤7)所得9对3nm InGaN/15nm GaN量子阱薄膜上，利用MOCVD生长p-GaN薄膜，生长条件如下：在MOCVD生长室中加热衬底，衬底温度950℃，TMGa流量为50sccm，通入50sccm二茂镁，NH3流量为500sccm，生长室压强为50torr，使用N2作为载气，氢气流量为15400sccm，生长2-10min，即在3nm InGaN/15nm GaN量子阱薄膜上得到厚度为1.5μm的p-GaN薄膜，得到用于制备LED芯片器件的LED基外延片；
9)按照传统方法对步骤8)所得LED基外延片进行蒸镀电极，划片，封装，得到LED芯片器件。
图3为本发明实施例1所得LED基外延片的结构示意图及XRD谱图。由图可知，卫星峰明显，可以看出得到的InGaN/GaN量子阱薄膜的质量很高。
如图4所示，其中a为本发明实施例1采用石墨烯蓝宝石衬底所得蓝光LED芯片的发光分布；b为在蓝宝石衬底采用标准工艺得到的蓝光LED芯片的发光分布；可以看出本发明采用石墨烯蓝宝石衬底得到的蓝光LED芯片具有更高的发光效率。c为本发明实施例1所得蓝光LED芯片与标准商业蓝光LED芯片在不同注入电流下的比较，可以看出本发明采用石墨烯蓝宝石衬底得到的蓝光LED芯片相比于标准商业蓝光LED，光效提升20％-50％；d为本发明实施例1所得蓝光LED芯片在不同注入电流下的波长变化，可以看出本发明实施例1所得蓝光LED芯片发射光波长波动极小，性能稳定。
实施例2
按照实施例1的步骤，仅用氢化物气相外延代替MOCVD，同样得到高光效LED芯片。
实施例3
按照实施例1的步骤，仅用分子束外延***代替MOCVD，同样得到高光效LED芯片。
实施例4
按照实施例1的步骤，仅用脉冲激光沉积***代替MOCVD，同样得到高光效LED芯片。
实施例5
按照实施例1的步骤，仅用溅射法代替MOCVD，同样得到高光效LED芯片。
实施例6
按照实施例1的步骤，仅用图形化蓝宝石衬底代替平面蓝宝石衬底，同样得到高光效LED芯片。
实施例7
按照实施例1的步骤，仅用LPCVD代替APCVD，沉积环境为低压环境；沉积温度为1080℃；载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为5：1，具体地，氩气的流量为500sccm，氢气的流量为100sccm；碳源为乙醇蒸汽，流量设置为500sccm，分压为250Pa；沉积时间为1h，同样得到用于制备LED基外延片的石墨烯蓝宝石衬底。
实施例8
按照实施例1的步骤，仅用PECVD代替APCVD中，沉积环境为低压环境，压强为100Pa；沉积温度为600℃；碳源为甲烷，流量为18sccm，等离子体发生器功率为120W，沉积时间为1h，同样得到用于制备LED基外延片的石墨烯蓝宝石衬底。
实施例9
按照实施例1的步骤，仅用氧等离子体代替氮等离子体，同样得到用于制备LED基外延片的石墨烯蓝宝石衬底。
实施例10
按照实施例1的步骤，仅用氩等离子体代替氮等离子体，同样得到用于制备LED基外延片的石墨烯蓝宝石衬底。
Claims (10)
1.一种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。
2.根据权利要求1所述的LED基外延片，其特征在于：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或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。
3.一种LED芯片，包括权利要求1或2所述LED基外延片。
4.一种LED器件，包括权利要求3所述LED芯片。
5.一种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。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述生长步骤中，生长方法选自金属有机化学气相沉积、分子束外延、氢化物气相外延和溅射法中的至少一种。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：用金属有机化学气相沉积方法生长AlN薄膜的条件包括：
衬底温度为600℃-1400℃或1200℃；
沉积压强为30-100torr或50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h或1h；
TMAl的流量为50-120sccm；
H2的流量为0-20000sccm或15400sccm；
NH3的流量为200-20000sccm或500sccm；
用金属有机化学气相沉积方法生长u-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为1000-1200℃或1045℃；
沉积压强为20-200torr或80torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h或1h；
TMGa的流量为20-500sccm或80sccm；
H2的流量为0-20000sccm或15400sccm；
NH3的流量为500-8000sccm或6000sccm；
用金属有机化学气相沉积方法生长n-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为1000-1200℃或1045℃；
沉积压强为20-200torr或50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为0.5h-2h或2h；
TMGa的流量为20-500sccm或80sccm；
硅烷的流量为1-20sccm或2.5sccm；
H2的流量为0-20000sccm或15400sccm；
NH3的流量为100-20000sccm或6000sccm；
用金属有机化学气相沉积方法生长多量子阱薄膜的条件包括：
在735℃的条件下，生长通入流量为200-500sccm或260sccm的三甲基铟，流量为10-300sccm或30sccm的三甲基镓，流量为6000sccm的氨气和流量为15400sccm的氢气，进行InGaN的生长，生长完毕后再将温度变为835℃，气体切换为流量为60sccm的三甲基镓、流量为6000sccm的氨气和流量为15400sccm的氢气，进行GaN的生长,生长完毕完成一对量子阱薄膜的生长；重复若干次即得所述多量子阱薄膜；
用金属有机化学气相沉积方法生长p-GaN薄膜的条件包括：
衬底温度为950-1100℃；
沉积压强为20-200torr或50torr；
载气为惰性气体或氮气；
生长时间为2min-10min或5min；
TMGa的流量为50sccm-120sccm；
二茂镁与TMGa的流量比为0.1-1.0：1；
H2的流量为0-20000sccm或15400sccm；
NH3的流量为500sccm-2000sccm。
8.根据权利要求1或2任一所述的制备LED基外延片或权利要求5-7中任一所述所述利用石墨烯蓝宝石衬底制备LED基外延片的方法，其特征在于：所述石墨烯蓝宝石衬底为按照包括如下步骤的方法制得：在对蓝宝石衬底进行石墨烯化学气相沉积后，对体系进行等离子处理、氧等离子体处理、氮等离子体处理或氩等离子体处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述氧等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氧气的流量为10-100sccm或15sccm；
功率为30-200W或90W；
时间为5-30s或20s；
所述氮等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氮气的流量为10-100sccm或15sccm；
功率为30-200W或90W；
时间5-60s或30s；
所述氩等离子体处理中，温度为常温；
压强为10-2000Pa；
氩气的流量为10-100sccm或15sccm；
功率为30-200W或90W；
时间5-60s或10s。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述石墨烯化学气相沉积中，化学气相沉积的方法为常压化学气相沉积、低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积；
具体的，所述常压化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；
沉积温度为1000℃-1100℃或1050℃；
沉积压强为常压；
载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1或5：1；氩气的流量具体为100-1000sccm或500sccm；氢气的流量为50-500sccm或100sccm；
碳源的流量为10-50sccm或20sccm；
沉积时间为0.5h-5h或3h；
所述低压化学气相沉积中，碳源为乙醇蒸汽；
沉积温度为1000℃-1100℃或1080℃；
沉积压强为200-5000Pa；
载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1或5：1；氩气的流量具体为100-1000sccm或500sccm；氢气的流量为50-500sccm或100sccm；
碳源的流量为100-5000sccm；碳源的分压为100-500Pa；
沉积时间为0.5h-5h或1h；
所述等离子体增强化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；
沉积温度为500℃-700℃或600℃；
沉积压强为100-200Pa，具体为500Pa；
碳源流量为5-50sccm或18sccm；
等离子体发生器功率为60-200W或120W；
沉积时间为0.5h-2h或1h；
所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之后，所述等离子体处理步骤之前，对体系降温；
具体的，所述降温步骤中，降温速率为10℃-200℃/min；降温气氛为氩气和氢气组成的气氛；降温的终温为常温；
所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之前，对所述蓝宝石衬底进行预处理；
具体的，所述预处理包括将所述蓝宝石衬底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，清洗完毕使用氮气吹干；
所述超声步骤中，超声的功率为90W。
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