Led外延結構和工藝的製作方法

2023-10-11 14:10:19

專利名稱：Led外延結構和工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED發光二極體技術，特別是涉及LED外延結構和工藝，同時涉及外延結構的生產工藝。
背景技術：
目前，白色發光二極體因其節能環保效果顯著，在照明領域的用途越來越廣泛。現有白光二極體的白光產生方式通常都是在發藍光晶片上塗上YAG螢光粉，其中部分藍光遇到螢光粉後發出黃光，黃光與剩餘的藍光混合即發出白光。由於YAG螢光粉的光衰快，導致白色發光二極體的穩定性差，可靠使用時間短，產生的白光質量還不夠理想， 並且光提取效率不高。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種無需使用螢光粉，發光穩定可靠的白光LED外延結構。本發明同時提供LED外延結構和工藝。本發明的外延結構包括從下至上依次設置的Si襯底、N-GaN接觸層、InGaN/GaN藍光發光層、InGaN/GaN綠光發光層，在hGaN/GaN綠光發光層之上還依次設有AlInGaP紅光發光層和P+GaN接觸層。進一步的，在Si襯底和N-GaN接觸層之間設有GaN過渡層，P+GaN接觸層之上設有透明導電層，使外延結構更加合理。從hGaN/GaN藍光發光層一直深入到Si襯底刻蝕有交替的溝槽結構，Si襯底表面還加工密布有納米坑，InGaN/GaN綠光發光層則部分懸空在溝槽結構上方，Si襯底和 InGaN/GaN藍光發光層之間粗糙的界面可以大大提高光提取的效率。優選的，所述Si襯底的厚度為60 150um、N-GaN接觸層的厚度為300 lOOOnm、 hGaN/GaN藍光發光層的厚度為1000 5000nm、InGaN/GaN綠光發光層的厚度為1000 5000nm、AlInGaP紅光發光層的厚度為1000 5000nm、P+GaN接觸層的厚度為90 600nm。優選的，所述GAN過渡層的厚度為10 lOOnm，透明導電層的厚度為1 10um。本發明的LED外延結構由hGaN/GaN藍光發光層發出藍光、InGaN/GaN綠光發光層發出綠光，AlInGaP紅光發光層則可以直接發出紅光，藍光、綠光和紅光合成直接生成白光， 無需使用螢光粉，不會光衰，發光質量好，提高了工作穩定性和使用壽命，減少了封裝工序， 可以使白光LED的外延、晶片、封裝、應用整個產業鏈的生產工藝簡化，生產效率高，適於大批量生產。本發明的生產工藝是準備好清洗的Si襯底，然後依次按照下列步驟進行(a)將Si襯底放在託盤裡送入外延爐，在1055 1065攝氏度下生長N-GaN接觸層；(b)接下來以氮氣為載體，在685 695攝氏度下生長hGaN/GaN藍光發光層；(c)繼續在外延爐裡785 795攝氏度下生長hGaN/GaN綠光發光層，再在795 805攝氏度下生長AlInGaP紅光發光層，之後在995 1005攝氏度下生長P+GaN接觸層。進一步的，在步驟(a)中，生長N-GaN接觸層前，可先在605 615攝氏度下生長 GaN過渡層；在步驟(c)中，生長P+GaN接觸層後接下來可再生長透明導電層。完成步驟(b)後，可先將完成的半成品進行選區刻蝕，WhGaN/GaN藍光發光層一直深入到Si襯底刻蝕成交替的溝槽結構，並在Si襯底表面原位加工出高密度的納米坑；接下來在進行步驟(c)中，InGaN/GaN綠光發光層部分在hGaN/GaN藍光發光層側壁橫向外延生長，即部分懸空在溝槽結構上方。本發明的生產工藝效率高，無需特殊設備，生產質量穩定可靠，工業化大量生產易於實現。下面結合附圖和實施例進一步說明本發明。


圖1是實施例中的外延結構的主示意圖。圖2是生長出InGaN/GaN藍光發光層後的半成品結構示意圖。圖3是圖2中的半成品刻蝕成交替溝槽結構的示意圖。實施例如圖1所示，本實施例的外延結構從下至上依次設置Si襯底1、GaN過渡層2、N-GaN接觸層3、InGaN/GaN藍光發光層4、InGaN/GaN綠光發光層5、AlInGaP紅光發光層6、P+GaN接觸層7和透明導電層8。並且從hGaN/GaN藍光發光層4 一直深入到Si襯底1刻蝕有交替的溝槽結構9，Si襯底1表面還加工密布有納米坑，InGaN/GaN綠光發光層 5則部分懸空在溝槽結構9上方。本實施例中Si襯底1的厚度為70um、GaN過渡層2的厚度為25nm、N-GaN接觸層 3的厚度為500nm、hGaN/GaN藍光發光層4的厚度為3000nm、InGaN/GaN綠光發光層5的厚度為3000nm、AlInGaP紅光發光層6的厚度為3000nm、P+GaN接觸層7的厚度為250nm、 透明導電層8的厚度為5um。本實施例中的外延結構的生產工藝是準備好清洗的Si襯底1，然後依次按照下列步驟進行先將Si襯底1放在託盤裡送入K465i MOCVD外延爐，在600攝氏度下生長GaN過渡層2，再在1050攝氏度下生長N-GaN接觸層3 ；接下來以氮氣為載體，在680攝氏度下生長hGaN/GaN藍光發光層4，完成的半成品如圖2所示。然後將上述半成品進行選區刻蝕，從hGaN/GaN藍光發光層4 一直深入到Si襯底 1刻蝕成交替的溝槽結構9，並在Si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。接下來將完成刻蝕的半成品繼續在K465i MOCVD外延爐裡780攝氏度下生長 InGaN/GaN綠光發光層5，該hGaN/GaN綠光發光層5部分在hGaN/GaN藍光發光層4側壁橫向外延生長，即部分懸空在溝槽結構9上方；然後再在790攝氏度下生長AlhGaP紅光發光層6，之後在990攝氏度下生長P+GaN接觸層7，再生長透明導電層8。
權利要求
1.LED外延結構和工藝，包括從下至上依次設置的Si襯底、N-GaN接觸層、hGaN/GaN 藍光發光層、hGaN/GaN綠光發光層，其特徵為在hGaN/GaN綠光發光層( 之上還依次設有AlInGaP紅光發光層(6)和P+GaN接觸層(7)。
2.根據權利要求1所述的白光LED外延結構，其特徵為在Si襯底(1)和N-GaN接觸層⑶之間設有GaN過渡層(2)，P+GaN接觸層(7)之上設有透明導電層(8)。
3.根據權利要求1或2所述的白光LED外延結構，其特徵為從hGaN/GaN藍光發光層(4) 一直深入到Si襯底(1)刻蝕有交替的溝槽結構(9)，Si襯底(1)表面還加工密布有納米坑，hGaN/GaN綠光發光層(5)則部分懸空在溝槽結構(9)上方。
4.根據權利要求1或2所述的白光LED外延結構，其特徵為所述Si襯底(1)的厚度為60 150um、N-GaN接觸層(3)的厚度為300 lOOOnm、InGaN/GaN藍光發光層(4)的厚度為1000 5000nm、hfeiN/feiN綠光發光層(5)的厚度為1000 5000nm、AlInGaP紅光發光層(6)的厚度為1000 5000nm、P+GaN接觸層(7)的厚度為90 600nm。
5.根據權利要求2所述的白光LED外延結構，其特徵為所述GAN過渡層O)的厚度為10 lOOnm，透明導電層(8)的厚度為1 10um。
6.一種製作權利要求1所述白光LED外延結構的生產工藝，準備好清洗過的Si襯底， 然後依次按照下列步驟進行(a)將Si襯底(1)放在託盤裡送入外延爐，在1055 1065攝氏度下生長N-GaN接觸層⑶；(b)接下來以氮氣為載體，在685 695攝氏度下生長hGaN/GaN藍光發光層(4)；(c)繼續在外延爐裡785 795攝氏度下生長hGaN/GaN綠光發光層(5)，再在795 805攝氏度下生長AlhGaP紅光發光層(6)，之後在995 1005攝氏度下生長P+GaN接觸層⑵。
7.根據權利要求6所述的生產工藝，其特徵為在步驟(a)中，生長N-GaN接觸層(3) 前，先在605 615攝氏度下生長GaN過渡層⑵；在步驟(c)中，生長P+GaN接觸層(7)後接下來再生長透明導電層(8)。
8.根據權利要求6或7所述的生產工藝，其特徵為完成步驟(b)後，先將完成的半成品進行選區刻蝕，從hGaN/GaN藍光發光層(4) 一直深入到Si襯底(1)刻蝕成交替的溝槽結構(9)，並在Si襯底(1)表面原位加工出高密度的納米坑；接下來在進行步驟(c)中， hGaN/GaN綠光發光層( 部分在InGaN/GaN藍光發光層(4)側壁橫向外延生長，即部分懸空在溝槽結構(9)上方。
全文摘要
LED外延結構和工藝，外延結構包括從下至上依次設置的Si襯底、N-GaN接觸層、InGaN/GaN藍光發光層、InGaN/GaN綠光發光層、AlInGaP紅光發光層和P+GaN接觸層。本發明的LED外延結構由InGaN/GaN藍光發光層發出藍光、InGaN/GaN綠光發光層發出綠光，AlInGaP紅光發光層直接發出紅光，藍光、綠光和紅光合成直接生成白光，無需使用螢光粉，不會光衰，發光質量好，提高了工作穩定性和使用壽命，減少了封裝工序。本發明的生產工藝效率高，無需特殊設備，生產質量穩定可靠，工業化大量生產易於實現。
文檔編號H01L33/08GK102339919SQ201110324179
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者何瑞科, 吉愛華, 李虹, 蘆增輝, 馬新尚 申請人:西安重裝渭南光電科技有限公司