CN102610715B - 纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法 - Google Patents

纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米无荧光粉白光氮化镓发光二极管的制作方法，包括以下步骤：步骤1：取一衬底；步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层1和n-GaN层；步骤3：在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模板；步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层；步骤5：在GaN过渡层上生长InGaN量子盘；步骤6：在InGaN量子盘上生长p-GaN层，形成基片；步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层内，形成台面；步骤8：在n-GaN层的台面上制作下电极；步骤9：在p-GaN层上制作上电极，完成发光二极管的制作。由于本方法采用的是纳米的模板的基底，能很好地释放应力，从而降低Droop效应，增加LED的发光效率。

Description

纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法
技术领域
本发明属于半导体照明技术领域，特别是指一种纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法。
背景技术
氮化镓材料是第三代半导体材料，禁带宽度为3.4ev，由于它的性质稳定，又是波长位于蓝紫光的直接带隙发光材料，因此是制造蓝紫光发光二极管(LED)，高迁移率晶体管的材料，国家半导体照明把氮化镓材料列为中心。但是目前发光二极管面临着很大的问题，蓝光激发黄光荧光粉方法得到白光发光二极管是目前产业界纷纷采用的。由于荧光粉本身的发光效率，荧光粉的专利问题，以及荧光粉显色性的范围和可靠性都制约了其的进一步发展。蓝宝石衬底生长n-GaN，InGaN量子阱，P-GaN结构的蓝光发光二极管，由于InN同GaN 11％的晶格失配产生的压电极化效应以及GaN材料本身的自发极化效应产生的量子限制斯塔克效应，导致蓝光发光二极管发光峰蓝移随电流增加，从而产生Droop效应，大电流下效率降低。另外蓝宝石与GaN，GaN同InN晶格失配产生的应力使材料出现位错，从而降低发光二极管的效率。
发明内容
本发明的目的在于，一种纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法。本方法的主要特点是能够实现材料级的氮化镓白光发光二极管，能取代现有的荧光粉涂敷技术实现白光的技术。同时本技术还能够解决现有的GaN材料和InGaN材料晶格失配产生的应力问题，由于本方法采用的是纳米的模板的基底，能很好地释放应力，从而降低Droop效应，增加LED的发光效率。由于此方法能解决常规氮化镓发光二极管所不能解决的问题，它将会是下一代发光二极管中扮演重要的角色。
本发明提供一种纳米无荧光粉白光氮化镓发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：取一衬底；
步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层1和n-GaN层；
步骤3：在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模板；
步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层；
步骤5：在GaN过渡层上生长InGaN量子盘；
步骤6：在InGaN量子盘上生长p-GaN层，形成基片；
步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层内，形成台面；
步骤8：在n-GaN层的台面上制作下电极；
步骤9：在p-GaN层上制作上电极，完成发光二极管的制作。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1-图5是本发明方法的制作流程图。
具体实施方式
请参阅图1至图5所示，本发明提供
步骤1：取一衬底10，其中衬底10(参阅图1)包括硅(Si)衬底，蓝宝石(sapphire)，氮化镓(GaN)衬底等，其表面是平面或微图形PSS，或者纳米图形。
步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12(参阅图1)，外延的设备是MOCVD(金属有机化合物气相沉积)。
步骤3：在n-GaN层12上通过纳米技术制作GaN纳米线模板。
步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层13(参阅图2)，过渡层13的作用是用来调节氮化镓纳米线的表面形貌，同时能够起到降低氮化镓和铟镓氮材料由于晶格不匹配所导致的应力，使得后续生长出来的InGaN量子盘14的材料质量更好。本发明的技术能够实现尺寸可从20-200nm的纳米图形的制作，可以很好地解决由于外延沉底和外延材料之间的较大的晶格失配而引起的应力。由于小尺寸纳米图形效应，它能更好释放应力同微米图形衬底相比，改善材料质量。
步骤5：在GaN过渡层13上生长InGaN量子盘14(参阅图3)，其中InGaN量子盘14的In组分可以从0.1-0.4之间变化，这是实现无荧光粉白光技术的关键所在。
步骤6：在InGaN量子盘14上生长p-GaN层15(参阅图4)，形成基片；P-GaN层15生长采用二维生长模式，及横向生长速率远大于纵向生长速率。这样才能保证p-GaN层15能够整体覆盖，满足电流扩展的需要。
步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层12内，形成台面121(参阅图5)。
步骤8：在n-GaN层12的台面121上制作下电极16(参阅图5)，其中下电极16为Cr/Pt/Au。
步骤9：在p-GaN层15上制作上电极17(参阅图5)，其中上电极17为透明导电薄膜ITO和cr/Pt/Au，完成发光二极管的制作。
实施例
请参阅图1-6所示，本发明提供本发明提供纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：取一衬底10，衬底为蓝宝石，厚度为400um。
步骤2：在衬底10上外延生长GaN缓冲层11和n-GaN层12，GaN缓冲层11和n-GaN层12的厚度分别为2um、3um。
步骤3：在n-GaN层12通过纳米技术制作GaN纳米线模板。纳米图形模板的尺寸为100nm，深度为500nm。
步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层13。GaN过渡层13的厚度为20nm。
步骤5：在GaN过渡层14上生长InGaN量子盘14。InGaN量子盘14为5组InGaN/GaN，In组分的变化为0.15-0.3。
步骤6：在InGaN量子盘14上生长p-GaN层15，p-GaN层15的厚度为150nm.
步骤7：分别在n-GaN层12和p-GaN层15上制作上、下电极，n-GaN层12上的下电极为Cr/Pt/Au，厚度分别为5/20/1000nm，p-GaN层15上的上电极16为ITO/Ni/Au，厚度分别为280/5/1000nm。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，包括以下步骤： 
步骤1：取一衬底； 
步骤2：在衬底上外延生长GaN缓冲层(1)和n-GaN层； 
步骤3：在n-GaN层上通过纳米技术制作GaN纳米线模板； 
步骤4：在GaN纳米线模板上生长GaN过渡层； 
步骤5：在GaN过渡层上生长InGaN量子盘，其中InGaN量子盘(14)的In组分可以从0.1-0.4之间变化； 
步骤6：在InGaN量子盘上生长p-GaN层，形成基片； 
步骤7：将基片一侧的部分刻蚀掉，刻蚀深度到达n-GaN层内，形成台面； 
步骤8：在n-GaN层的台面上制作下电极； 
步骤9：在p-GaN层上制作上电极，完成发光二极管的制作。 
2.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中衬底的材料为硅、蓝宝石或氮化镓，其表面是平面或微图形PSS。 
3.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中GaN纳米线模板的横向尺寸为10-600nm。 
4.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中GaN纳米线模板的形状是矩形、圆形或菱形。 
5.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中GaN纳米线模板的排列是周期排列或自组装排列。 
6.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中InGaN量子盘的发光波段为蓝光或绿光。 
7.如权利要求1所述纳米无荧光粉氮化镓白光发光二极管的制作方法，其中在InGaN量子盘上生长p-GaN层，是采用在InGaN量子盘上搭桥的方法实现，该p-GaN层为连续状一体结构。 
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