專利名稱：一種白光led外延結(jié)構(gòu)及制作方法、白光led芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種白光LED的外延結(jié)構(gòu)及制作方法以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的白光LED芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
白光LED具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可以工作在高速狀態(tài)等諸多優(yōu)點，其用途越來越廣，政府正大力推廣。目前，通常采用藍(lán)光LED激發(fā)非透明的黃色熒光粉通過波長轉(zhuǎn)換來制作白光LED，由于藍(lán)光LED持續(xù)點亮?xí)斐蓽囟壬撸ㄩL轉(zhuǎn)換材料會發(fā)生退化，藍(lán)光芯片發(fā)出的光通過黃色熒光粉時會發(fā)生散射吸收等現(xiàn)象，使得出光效率不高，同時由于黃色熒光粉涂覆厚度的不均勻也會帶來黃色光圈、藍(lán)色光斑、白光色溫不一致等問題，由此使得用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉生產(chǎn)的白光LED顯色性差、穩(wěn)定性差。如何提高現(xiàn)有的白光LED的顯色性能和穩(wěn)定性正成為當(dāng)今大家最為關(guān)心的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)狀提供一種顯色性好、穩(wěn)定性好的白光LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的白光LED芯片結(jié)構(gòu)。為解決上述關(guān)于白光LED外延結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種白光 LED外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一N-GaN接觸層、摻雜Si和加的Intl.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN 級聯(lián)層、第二 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的Ina49GEia 51N/GaN多量子阱發(fā)光層和第二 P-GaN 接觸層。作為優(yōu)選，所述ZnS襯底的厚度為50 200um。作為優(yōu)選，所述GaN過渡層的厚度為10 100 nm。作為優(yōu)選，所述第一 N-GaN接觸層、第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 1000 nm。作為優(yōu)選，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 IOOOOnm0作為優(yōu)選，所述第一 P-GaN接觸層、第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。作為優(yōu)選，所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為100 1000 nm。作為優(yōu)選，所述摻雜Si和Si的La49Giia51NAiaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 IOOOOnm0為解決上述關(guān)于白光LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種白光LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括生長外延片步驟，所述生長外延片步驟包括
(a)將ZnS襯底送入外延爐，在605 615°C生長GaN過渡層，所述GaN過渡層的厚度為 10 100 nm;
(b)在所述外延爐內(nèi)，在1055 1065°C生長第一N-GaN接觸層，所述第一 N-GaN接觸層的厚度為200 1000 nm；(c)在所述外延爐內(nèi)，以氮氣作保護，在685 695°C生長摻雜Si和Si的Ina2Giia8N/ GaN多量子阱發(fā)光層，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NZGaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 IOOOOnm ；
(d)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C生長第一P-GaN接觸層，所述第一 P-GaN接觸層的厚度為80 600nm ；
(e)在所述外延爐內(nèi)，在905 1005°C生長N-GaN級聯(lián)層，所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為 100 1000 nm ；
(f)在所述外延爐內(nèi)，以氮氣作保護，在685 695°C生長摻雜Si和Si的Ina49G^l51N/ GaN多量子阱發(fā)光層，所述摻雜Si和Si的Ina49Giia51NZGaN多量子阱發(fā)光層的厚度為 1000 IOOOOnm ；
(g)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C生長第二P-GaN接觸層，所述第二 P-GaN接觸層的厚度為80 600nm，即制得外延片。為解決上述關(guān)于白光LED芯片結(jié)構(gòu)的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種白光 LED芯片結(jié)構(gòu)，包括以上所述的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設(shè)置有P電極，在第一 N-GaN接觸層上設(shè)置有N電極。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)是在同一塊ZnS襯底上分別生長同時摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發(fā)光層和 In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層來得到白光。在500 560nm之間，可以得到寬帶波長的施主-受主對，Si和Si會發(fā)生施主-受主對相關(guān)的寬帶輻射，而InGaN多量子阱LED發(fā)生帶邊輻射，二者結(jié)合就會產(chǎn)生白光。這種摻雜Si和Si的InrGanN-GaN多量子阱LED的場致發(fā)光光譜與熒光粉轉(zhuǎn)換得到的白光LED的光譜非常相似。經(jīng)過測量，其色溫為6300K， 色坐標(biāo)為(0.316,0. 312)。由于本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的白光 LED芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、穩(wěn)定性好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、 芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。ZnS為納米級材料，能帶隙寬，折射率高、透光率高，采用ZnS作襯底具有優(yōu)良的熒光效應(yīng)及電致發(fā)光功能。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明 圖1是本發(fā)明實施例中的外延結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實施例中的芯片結(jié)構(gòu)示意圖中=I-ZnS襯底；2- GaN過渡層；3-第一N-GaN接觸層；4-摻雜Si和Si的Ina2GEia8N/ GaN多量子阱發(fā)光層；5-第一 P-GaN接觸層；6- N-GaN級聯(lián)層；7-第二 N-GaN接觸層；8-摻雜Si和Zn的In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層；9-第二 P-GaN接觸層；IO-P電極；11-N電極。
具體實施例方式如圖1所示，一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnS襯底1、GaN過渡層2、第一 N-GaN接觸層3、摻雜Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層4、第一 P-GaN接觸層5、N-GaN級聯(lián)層6、第二 N-GaN接觸層7、摻雜Si和Si 的Ina49Giia51NAiaN多量子阱發(fā)光層8和第二 P-GaN接觸層9。ZnS襯底為納米級材料，能帶隙寬，折射率高、透光率高，具有優(yōu)良的熒光效應(yīng)及電致發(fā)光功能。其中，所述ZnS襯底1的厚度為50 200um，最好為100 um。其中，所述GaN過渡層2的厚度為10 100 nm，最好為50 nm。其中，所述第一 N-GaN接觸層3、第二 N-GaN接觸層7的厚度均為200 1000 nm, 最好為500 nm。其中，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發(fā)光層4的厚度為1000 lOOOOnm，最好為 2000 nm。其中，所述第一 P-GaN接觸層5、第二 P-GaN接觸層9的厚度均為80 600nm，最好為250 nm。其中，所述N-GaN級聯(lián)層6的厚度為100 1000 nm，最好為200nm。其中，所述摻雜Si和Si的Ina49Giia51NAiaN多量子阱發(fā)光層8的厚度為1000 lOOOOnm，最好為 2000nm。本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，包括生長外延片步驟，所述生長外延片步驟如下
(a)選擇厚度為50 200um，最好為100 um的ZnS襯底1，清洗干凈，將ZnS襯底1放在托盤里送入K465i MOCVD外延爐，在605 615°C下生長GaN過渡層2，直至所述GaN 過渡層2的厚度生長到10 100 nm,厚度為50 nm時最好。(b)在所述外延爐內(nèi)，在1055 1065°C生長第一 N-GaN接觸層3，直至所述第一 N-GaN接觸層3的厚度生長至200 1000 nm，厚度為500 nm時最好。(c)在所述外延爐內(nèi)，沖入氮氣作保護，在685 695°C，最好680°C生長摻雜Si和 Zn的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發(fā)光層4，直至所述摻雜Si和Si的Ina2G^1.8N/GaN多量子阱發(fā)光層4的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000 nm時最好。按質(zhì)量比，Si和Si的摻雜量占該發(fā)光層的0. 15% 0. 25%。(d)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C，最好1000°C生長第一 P-GaN接觸層5，直至所述第一 P-GaN接觸層5的厚度生長至80 600nm ；厚度為250 nm時最好。(e)在所述外延爐內(nèi)，在905 1005°C，最好950°C生長N-GaN級聯(lián)層6，直至所述 N-GaN級聯(lián)層6的厚度生長至100 1000 nm,厚度為200nm時最好。(f)在所述外延爐內(nèi)，以氮氣作保護，在685 695°C，最好690°C生長摻雜Si和 Zn的Ina49G￡ia51N/GaN多量子阱發(fā)光層8，直至所述摻雜Si和Si的Ina49Giici. 51N/GaN多量子阱發(fā)光層8的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000 nm時最好。按質(zhì)量比，Si和Si的摻雜量占該發(fā)光層的0. 15% 0. 25%。(g)在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C，最好1000°C生長第二 P-GaN接觸層9，直至所述第二 P-GaN接觸層9生長至80 600nm，厚度為250 nm時最好。最終即制得圖1所示的外延片。如圖2所示，一種白光LED芯片結(jié)構(gòu)，包括圖1所示的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層9上設(shè)置有P電極10，在第一 N-GaN接觸層3上設(shè)置有N電極11。
制作出圖1所示的外延片后，按照如下常規(guī)的制作芯片工藝流程，即可制作出圖2 所示的白光LED芯片結(jié)構(gòu)外延片一清洗一鍍透明電極層一透明電極圖形光刻一腐蝕一去膠一平臺圖形光刻一干法刻蝕一去膠一退火一Si02沉積一窗口圖形光刻一Si02腐蝕一去膠一N極圖形光刻一預(yù)清洗一鍍膜一剝離一退火一P極圖形光刻一鍍膜一剝離一研磨 —切割一芯片一成品測試。其中，在制作電極時，P電極10先鍍鋁再鍍鈦，N電極11依次蒸鍍鈦、鋁、鈦、金，以便與外延結(jié)構(gòu)的材料更好地結(jié)合。本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)是在同一塊ZnS襯底上分別生長同時摻雜Si和Si的 In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層和Ina49Giia51NAiaN多量子阱發(fā)光層來得到白光，這種摻雜 Si和Si的InrGahN-GaN多量子阱LED結(jié)構(gòu)也可以采用MOVPE的方法進行生長。在500 560nm之間，可以得到寬帶波長的施主-受主對，Si和Si會發(fā)生施主-受主對相關(guān)的寬帶輻射，而InGaN多量子阱LED發(fā)生帶邊輻射，二者結(jié)合就會產(chǎn)生白光。這種摻雜Si和Si 的InrGahN-GaN多量子阱LED的場致發(fā)光光譜與熒光粉轉(zhuǎn)換得到的白光LED的光譜非常相似。經(jīng)過測量，其色溫為6300K，色坐標(biāo)為(0.316，0.312)。由于本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)以及包含有該外延結(jié)構(gòu)的白光LED芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、穩(wěn)定性好，提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。以上所述為本發(fā)明最佳實施方式的舉例，其中未詳細(xì)述及的部分均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知常識。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)，任何基于本發(fā)明的技術(shù)啟示而進行的等效變換，也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，包括外延片，其特征在于所述外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發(fā)光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN級聯(lián)層、第二 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的La49Giia51N/ GaN多量子阱發(fā)光層和第二 P-GaN接觸層。
2.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述ZnS襯底的厚度為 50 200um。
3.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述GaN過渡層的厚度為 10 100 nm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一N-GaN接觸層、 第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 1000 nm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述摻雜Si和Si的 Ina2GEia8NAiaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。
6.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一P-GaN接觸層、 第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。
7.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為 100 1000 nm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于所述摻雜Si和Si的 In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 lOOOOnm。
9.如權(quán)利要求1所述的一種白光LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于包括生長外延片步驟，所述生長外延片步驟包括將ZnS襯底送入外延爐，在605 615°C生長GaN過渡層，所述GaN過渡層的厚度為 10 100 nm;在所述外延爐內(nèi)，在1055 1065°C生長第一 N-GaN接觸層，所述第一 N-GaN接觸層的厚度為200 1000 nm ；在所述外延爐內(nèi)，以氮氣作保護，在685 695°C生長摻雜Si和Si的Ina2GEia8NAkiN 多量子阱發(fā)光層，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NZGaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 IOOOOnm ；在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C生長第一 P-GaN接觸層，所述第一 P-GaN接觸層的厚度為80 600nm ；在所述外延爐內(nèi)，在905 1005°C生長N-GaN級聯(lián)層，所述N-GaN級聯(lián)層的厚度為 100 1000 nm ；在所述外延爐內(nèi)，以氮氣作保護，在685 695°C生長摻雜Si和Si的Ina49G￡ia51N/GaN 多量子阱發(fā)光層，所述摻雜Si和Si的La49G^1.51N/GaN多量子阱發(fā)光層的厚度為1000 IOOOOnm ；在所述外延爐內(nèi)，在995 1005°C生長第二 P-GaN接觸層，所述第二 P-GaN接觸層的厚度為80 600nm，即制得外延片。
10.一種白光LED芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于包括權(quán)利要求1至8中任一項所述的外延片； 所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設(shè)置有P電極，N-GaN接觸層上設(shè)置有N電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種白光LED外延結(jié)構(gòu)及制作方法，以及含有該外延結(jié)構(gòu)的白光LED芯片結(jié)構(gòu)。所述外延結(jié)構(gòu)的外延片包括從下至上依次設(shè)置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發(fā)光層、第一P-GaN接觸層、N-GaN級聯(lián)層、第二N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發(fā)光層和第二P-GaN接觸層。本發(fā)明的白光LED外延結(jié)構(gòu)及芯片結(jié)構(gòu)不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，發(fā)光質(zhì)量好、顯色性好、提高了工作穩(wěn)定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應(yīng)用整個產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)工藝簡化，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。
文檔編號H01L33/04GK102412354SQ20111033488
公開日2012年4月11日 申請日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者吉愛華, 李玉芝, 祝菡菡 申請人:濰坊廣生新能源有限公司