CN102270719A

CN102270719A - 白光led外延结构及其生产工艺

Info

Publication number: CN102270719A
Application number: CN2011102476235A
Authority: CN
Inventors: 吉爱华; 谢卫国
Original assignee: HANKO ELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: HANKO ELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2011-12-07

Abstract

一种白光LED外延结构及其生产工艺，外延结构包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、InGaN/GaN发光层、AlInGaP半导体复合物发光层和P+GaN接触层。本发明的LED外延结构由GaN外延层、InGaN/GaN发光层发出蓝光，AlInGaP半导体复合物发光层则可以直接发出黄光，蓝光和黄光合成直接生成白光，无需使用荧光粉，不会光衰，发光质量好，提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序。本发明的生产工艺效率高，无需特殊设备，生产质量稳定可靠，工业化大量生产易于实现。

Description

白光LED外延结构及其生产工艺

技术领域：本发明涉及一种LED发光二极管技术，特别是涉及一种白光LED外延结构，同时涉及外延结构的生产工艺。

背景技术：目前，白色发光二极管因其节能环保效果显著，在照明领域的用途越来越广泛。现有白光二极管的白光产生方式通常都是在发蓝光芯片上涂上YAG荧光粉，其中部分蓝光遇到荧光粉后发出黄光，黄光与剩余的蓝光混合即发出白光。由于YAG荧光粉的光衰快，导致白色发光二极管的稳定性差，可靠使用时间短，产生的白光质量还不够理想，并且光提取效率不高。

发明内容：针对现有技术的不足，本发明提供一种无需使用荧光粉，发光稳定可靠的白光LED外延结构。本发明同时提供一种白光LED外延结构的生产工艺。

本发明的外延结构包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、InGaN/GaN 发光层，在InGaN/GaN 发光层之上还依次设有AlInGaP半导体复合物发光层和P+GaN接触层。

进一步的，在SiC衬底和N-GaN接触层之间设有AIN过渡层，P+GaN接触层之上设有ITO透明导电层，使外延结构更加合理。

从GaN外延层一直深入到SiC衬底刻蚀有交替的沟槽结构，SiC衬底表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN 发光层则部分悬空在沟槽结构上方，SiC衬底和GaN外延层之间粗糙的界面可以大大提高光提取的效率。

优选的，所述SiC衬底的厚度为50～100um、N-GaN接触层的厚度为200～800 nm、GaN 外延层的厚度为500～2000nm、InGaN/GaN 发光层的厚度为4000～9000nm、AlInGaP半导体复合物发光层的厚度为1000～5000nm、P+GaN接触层的厚度为100～500 nm。

优选的，所述AIN过渡层的厚度为10～100 nm，ITO透明导电层的厚度为1～10um。

本发明的LED外延结构由GaN外延层、InGaN/GaN 发光层发出蓝光，AlInGaP半导体复合物发光层则可以直接发出黄光，蓝光和黄光合成直接生成白光，无需使用荧光粉，不会光衰，发光质量好，提高了工作稳定性和使用寿命，减少了封装工序，可以使白光LED的外延、芯片、封装、应用整个产业链的生产工艺简化，生产效率高，适于大批量生产。

本发明的生产工艺是准备好清洁的SiC衬底，然后依次按照下列步骤进行：

（a）将SiC衬底放在托盘里送入外延炉，在1045～1055摄氏度下生长N-GaN接触层；

（b）接下来以氮气为载体，在675～685摄氏度下生长GaN 外延层；

（c）继续在外延炉里775～785摄氏度下生长InGaN/GaN 发光层，再在785~795摄氏度下生长AlInGaP半导体复合物发光层，之后在985~995摄氏度下生长P+GaN接触层。

进一步的，在步骤（a）中，生长N-GaN接触层前，可先在595～605摄氏度下生长AIN过渡层；在步骤（c）中，生长P+GaN接触层后接下来可再生长ITO透明导电层。

完成步骤（b）后，可先将完成的半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层一直深入到SiC衬底刻蚀成交替的沟槽结构，并在SiC衬底表面原位加工出高密度的纳米坑；接下来在进行步骤（c）中，InGaN/GaN 发光层部分在GaN外延层侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构上方。

本发明的生产工艺效率高，无需特殊设备，生产质量稳定可靠，工业化大量生产易于实现。

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

附图说明：图1是实施例中的外延结构的主示意图。

图2是生长出GaN 外延层后的半成品结构示意图。

图3是图2中的半成品刻蚀成交替沟槽结构的示意图。

实施例：如图1所示，本实施例的外延结构从下至上依次设置SiC衬底1、AIN过渡层2、N-GaN接触层3、GaN外延层4、InGaN/GaN 发光层5、AlInGaP半导体复合物发光层6、P+GaN接触层7和ITO透明导电层8。并且从GaN外延层4一直深入到SiC衬底1刻蚀有交替的沟槽结构9，SiC衬底1表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN 发光层5则部分悬空在沟槽结构9上方。

本实施例中SiC衬底1的厚度为70um、AIN过渡层2的厚度为25 nm、N-GaN接触层3的厚度为500 nm、GaN 外延层4的厚度为1000nm、InGaN/GaN 发光层5的厚度为5000nm、AlInGaP半导体复合物发光层6的厚度为2000nm、P+GaN接触层7的厚度为250 nm、ITO透明导电层8的厚度为5um。

本实施例中的外延结构的生产工艺是准备好清洁的SiC衬底1，然后依次按照下列步骤进行。

先将SiC衬底1放在托盘里送入K465i MOCVD外延炉，在600摄氏度下生长AIN过渡层2，再在1050摄氏度下生长N-GaN接触层3；接下来以氮气为载体，在680摄氏度下生长GaN 外延层4，完成的半成品如图2所示。

然后将上述半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层4一直深入到SiC衬底1刻蚀成交替的沟槽结构9，并在SiC衬底1表面原位加工出高密度的纳米坑，得到如图3所示的半成品。

接下来将完成刻蚀的半成品继续在K465i MOCVD外延炉里780摄氏度下生长InGaN/GaN 发光层5，该InGaN/GaN 发光层5部分在GaN外延层4侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构9上方；然后再在790摄氏度下生长AlInGaP半导体复合物发光层6，之后在990摄氏度下生长P+GaN接触层7，再生长ITO透明导电层8。

Claims

1.一种白光LED外延结构，包括从下至上依次设置的SiC衬底、N-GaN接触层、GaN外延层、InGaN/GaN 发光层，其特征为：在InGaN/GaN 发光层（5）之上还依次设有AlInGaP半导体复合物发光层（6）和P+GaN接触层（7）。

2.根据权利要求1所述的白光LED外延结构，其特征为：在SiC衬底（1）和N-GaN接触层（3）之间设有AIN过渡层（2），P+GaN接触层（7）之上设有ITO透明导电层（8）。

3.根据权利要求1或2所述的白光LED外延结构，其特征为：从GaN外延层（4）一直深入到SiC衬底（1）刻蚀有交替的沟槽结构（9），SiC衬底（1）表面还加工密布有纳米坑，InGaN/GaN 发光层（5）则部分悬空在沟槽结构（9）上方。

4.根据权利要求1或2所述的白光LED外延结构，其特征为：所述SiC衬底（1）的厚度为50～100um、N-GaN接触层（3）的厚度为200～800 nm、GaN 外延层（4）的厚度为500～2000nm、InGaN/GaN 发光层（5）的厚度为4000～9000nm、AlInGaP半导体复合物发光层（6）的厚度为1000～5000nm、P+GaN接触层（7）的厚度为100～500 nm。

5.根据权利要求2所述的白光LED外延结构，其特征为：所述AIN过渡层（2）的厚度为10～100 nm，ITO透明导电层（8）的厚度为1～10um。

6.一种制作权利要求1所述白光LED外延结构的生产工艺，准备好清洁的SiC衬底，然后依次按照下列步骤进行：

（a）将SiC衬底（1）放在托盘里送入外延炉，在1045～1055摄氏度下生长N-GaN接触层（3）；

（b）接下来以氮气为载体，在675～685摄氏度下生长GaN 外延层（4）；

（c）继续在外延炉里775～785摄氏度下生长InGaN/GaN 发光层（5），再在785～795摄氏度下生长AlInGaP半导体复合物发光层（6），之后在985～995摄氏度下生长P+GaN接触层（7）。

7.根据权利要求6所述的生产工艺，其特征为：在步骤（a）中，生长N-GaN接触层（3）前，先在595～605摄氏度下生长AIN过渡层（2）；在步骤（c）中，生长P+GaN接触层（7）后接下来再生长ITO透明导电层（8）。

8.根据权利要求6或7所述的生产工艺，其特征为：完成步骤（b）后，先将完成的半成品进行选区刻蚀，从GaN外延层（4）一直深入到SiC衬底（1）刻蚀成交替的沟槽结构（9），并在SiC衬底（1）表面原位加工出高密度的纳米坑；接下来在进行步骤（c）中，InGaN/GaN 发光层（5）部分在GaN外延层（4）侧壁横向外延生长，即部分悬空在沟槽结构（9）上方。