專(zhuān)利名稱(chēng)：白光led外延結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED發(fā)光二極管技術(shù)，特別是涉及一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，同時(shí)涉及外延結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
目前，白色發(fā)光二極管因其節(jié)能環(huán)保效果顯著，在照明領(lǐng)域的用途越來(lái)越廣泛。現(xiàn)有白光二極管的白光產(chǎn)生方式通常都是在發(fā)藍(lán)光芯片上涂上YAG熒光粉，其中部分藍(lán)光遇到熒光粉后發(fā)出黃光，黃光與剩余的藍(lán)光混合即發(fā)出白光。由于YAG熒光粉的光衰快，導(dǎo)致白色發(fā)光二極管的穩(wěn)定性差，可靠使用時(shí)間短，產(chǎn)生的白光質(zhì)量還不夠理想， 并且光提取效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種無(wú)需使用熒光粉，發(fā)光穩(wěn)定可靠的白光LED外延結(jié)構(gòu)。本發(fā)明同時(shí)提供一種白光LED外延結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的外延結(jié)構(gòu)包括從下至上依次設(shè)置的SiC襯底、N-GaN接觸層、GaN外延層、 InGaN/GaN發(fā)光層，在hGaN/GaN發(fā)光層之上還依次設(shè)有AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層和 P+GaN接觸層。進(jìn)一步的，在SiC襯底和N-GaN接觸層之間設(shè)有AIN過(guò)渡層，P+GaN接觸層之上設(shè)有ITO透明導(dǎo)電層，使外延結(jié)構(gòu)更加合理。從GaN外延層一直深入到SiC襯底刻蝕有交替的溝槽結(jié)構(gòu)，SiC襯底表面還加工密布有納米坑，InGaN/GaN發(fā)光層則部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)上方，SiC襯底和GaN外延層之間粗糙的界面可以大大提高光提取的效率。優(yōu)選的，所述SiC襯底的厚度為50 100um、N-GaN接觸層的厚度為200 800 nm、 GaN外延層的厚度為500 2000nm、InGaN/GaN發(fā)光層的厚度為4000 9000nm、AUnGaP 半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層的厚度為1000 5000nm、P+GaN接觸層的厚度為100 500 nm。優(yōu)選的，所述AIN過(guò)渡層的厚度為10 100 nm, ITO透明導(dǎo)電層的厚度為1 IOum0本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)由GaN外延層、InGaN/GaN發(fā)光層發(fā)出藍(lán)光，AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層則可以直接發(fā)出黃光，藍(lán)光和黃光合成直接生成白光，無(wú)需使用熒光粉，不會(huì)光衰，發(fā)光質(zhì)量好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝是準(zhǔn)備好清潔的SiC襯底，然后依次按照下列步驟進(jìn)行
(a)將SiC襯底放在托盤(pán)里送入外延爐，在1045 1055攝氏度下生長(zhǎng)N-GaN接觸層；
(b)接下來(lái)以氮?dú)鉃檩d體，在675 685攝氏度下生長(zhǎng)GaN外延層；
(c)繼續(xù)在外延爐里775 785攝氏度下生長(zhǎng)hGaN/GaN發(fā)光層，再在785 795攝氏度下生長(zhǎng)AlhGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層，之后在985 995攝氏度下生長(zhǎng)P+GaN接觸層。進(jìn)一步的，在步驟(a)中，生長(zhǎng)N-GaN接觸層前，可先在595 605攝氏度下生長(zhǎng) AIN過(guò)渡層；在步驟(c )中，生長(zhǎng)P+GaN接觸層后接下來(lái)可再生長(zhǎng)ITO透明導(dǎo)電層。完成步驟(b)后，可先將完成的半成品進(jìn)行選區(qū)刻蝕，從GaN外延層一直深入到 SiC襯底刻蝕成交替的溝槽結(jié)構(gòu)，并在SiC襯底表面原位加工出高密度的納米坑；接下來(lái)在進(jìn)行步驟(C)中，InGaN/GaN發(fā)光層部分在GaN外延層側(cè)壁橫向外延生長(zhǎng)，即部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)上方。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝效率高，無(wú)需特殊設(shè)備，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠，工業(yè)化大量生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。


圖1是實(shí)施例中的外延結(jié)構(gòu)的主示意圖。圖2是生長(zhǎng)出GaN外延層后的半成品結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2中的半成品刻蝕成交替溝槽結(jié)構(gòu)的示意圖。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例的外延結(jié)構(gòu)從下至上依次設(shè)置SiC襯底1、AIN過(guò)渡層2、N-GaN接觸層3、GaN外延層4、InGaN/GaN發(fā)光層5、AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層 6、P+GaN接觸層7和ITO透明導(dǎo)電層8。并且從GaN外延層4 一直深入到SiC襯底1刻蝕有交替的溝槽結(jié)構(gòu)9，SiC襯底1表面還加工密布有納米坑，InGaN/GaN發(fā)光層5則部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)9上方。本實(shí)施例中SiC襯底1的厚度為70um、AIN過(guò)渡層2的厚度為25 nm、N-GaN接觸層 3的厚度為500 nm、GaN外延層4的厚度為lOOOnm、InGaN/GaN發(fā)光層5的厚度為5000nm、 AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層6的厚度為2000nm、P+GaN接觸層7的厚度為250 nm.ITO透明導(dǎo)電層8的厚度為5um。本實(shí)施例中的外延結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝是準(zhǔn)備好清潔的SiC襯底1，然后依次按照下列步驟進(jìn)行。先將SiC襯底1放在托盤(pán)里送入K465i MOCVD外延爐，在600攝氏度下生長(zhǎng)AIN 過(guò)渡層2，再在1050攝氏度下生長(zhǎng)N-GaN接觸層3 ；接下來(lái)以氮?dú)鉃檩d體，在680攝氏度下生長(zhǎng)GaN外延層4，完成的半成品如圖2所示。然后將上述半成品進(jìn)行選區(qū)刻蝕，從GaN外延層4 一直深入到SiC襯底1刻蝕成交替的溝槽結(jié)構(gòu)9，并在SiC襯底1表面原位加工出高密度的納米坑，得到如圖3所示的半成品。接下來(lái)將完成刻蝕的半成品繼續(xù)在K465i MOCVD外延爐里780攝氏度下生長(zhǎng) InGaN/GaN發(fā)光層5，該hGaN/GaN發(fā)光層5部分在GaN外延層4側(cè)壁橫向外延生長(zhǎng)，即部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)9上方；然后再在790攝氏度下生長(zhǎng)AlhGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層6，之后在990攝氏度下生長(zhǎng)P+GaN接觸層7，再生長(zhǎng)ITO透明導(dǎo)電層8。
權(quán)利要求
1.一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，包括從下至上依次設(shè)置的SiC襯底、N-GaN接觸層、GaN外延層、InGaN/GaN發(fā)光層，其特征為在hGaN/GaN發(fā)光層(5)之上還依次設(shè)有AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層(6 )和P+GaN接觸層(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征為在SiC襯底(1)和N-GaN接觸層(3)之間設(shè)有AIN過(guò)渡層(2)，P+GaN接觸層(7)之上設(shè)有ITO透明導(dǎo)電層(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征為從GaN外延層(4)一直深入到SiC襯底(1)刻蝕有交替的溝槽結(jié)構(gòu)(9)，SiC襯底(1)表面還加工密布有納米坑， InGaN/GaN發(fā)光層(5)則部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)(9)上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征為所述SiC襯底(1)的厚度為50 100um、N-GaN接觸層(3)的厚度為200 800 nm、GaN外延層(4)的厚度為500 2000nm、InGaN/GaN發(fā)光層(5)的厚度為4000 9000nm、AUnGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層(6) 的厚度為1000 5000nm、P+GaN接觸層(7)的厚度為100 500 nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征為所述AIN過(guò)渡層(2)的厚度為 10 100 nm, ITO透明導(dǎo)電層(8)的厚度為1 10um。
6.一種制作權(quán)利要求1所述白光LED外延結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，準(zhǔn)備好清潔的SiC襯底，然后依次按照下列步驟進(jìn)行(a)將SiC襯底(1)放在托盤(pán)里送入外延爐，在1045 1055攝氏度下生長(zhǎng)N-GaN接觸層(3);(b)接下來(lái)以氮?dú)鉃檩d體，在675 685攝氏度下生長(zhǎng)GaN外延層(4)；(c)繼續(xù)在外延爐里775 785攝氏度下生長(zhǎng)hGaN/GaN發(fā)光層(5)，再在785 795 攝氏度下生長(zhǎng)AlhGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層(6)，之后在985 995攝氏度下生長(zhǎng)P+GaN接觸層(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)工藝，其特征為在步驟(a)中，生長(zhǎng)N-GaN接觸層(3) 前，先在595 605攝氏度下生長(zhǎng)AIN過(guò)渡層(2 )；在步驟(c )中，生長(zhǎng)P+GaN接觸層(7 )后接下來(lái)再生長(zhǎng)ITO透明導(dǎo)電層(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的生產(chǎn)工藝，其特征為完成步驟(b)后，先將完成的半成品進(jìn)行選區(qū)刻蝕，從GaN外延層(4) 一直深入到SiC襯底(1)刻蝕成交替的溝槽結(jié)構(gòu)(9)， 并在SiC襯底(1)表面原位加工出高密度的納米坑；接下來(lái)在進(jìn)行步驟(c)中，InGaN/GaN 發(fā)光層(5)部分在GaN外延層(4)側(cè)壁橫向外延生長(zhǎng)，即部分懸空在溝槽結(jié)構(gòu)(9)上方。
全文摘要
一種白光LED外延結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝，外延結(jié)構(gòu)包括從下至上依次設(shè)置的SiC襯底、N-GaN接觸層、GaN外延層、InGaN/GaN發(fā)光層、AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層和P+GaN接觸層。本發(fā)明的LED外延結(jié)構(gòu)由GaN外延層、InGaN/GaN發(fā)光層發(fā)出藍(lán)光，AlInGaP半導(dǎo)體復(fù)合物發(fā)光層則可以直接發(fā)出黃光，藍(lán)光和黃光合成直接生成白光，無(wú)需使用熒光粉，不會(huì)光衰，發(fā)光質(zhì)量好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序。本發(fā)明的生產(chǎn)工藝效率高，無(wú)需特殊設(shè)備，生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠，工業(yè)化大量生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)H01L33/32GK102270719SQ20111024762
公開(kāi)日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者吉愛(ài)華, 謝衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:環(huán)科電子有限公司