CN104716241A - 一种led结构及其制作方法 - Google Patents
一种led结构及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104716241A CN104716241A CN201510114615.1A CN201510114615A CN104716241A CN 104716241 A CN104716241 A CN 104716241A CN 201510114615 A CN201510114615 A CN 201510114615A CN 104716241 A CN104716241 A CN 104716241A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sapphire substrate
- thickness
- led structure
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明提供一种LED结构及其制作方法，所述LED结构自下而上依次包括蓝宝石衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，其中：所述蓝宝石衬底与所述缓冲层之间还形成有一AlN层，所述AlN层不连续。本发明的LED结构的制作方法在蓝宝石衬底上生长缓冲层之前，先用NH3在高温下处理蓝宝石衬底，使其表面生长一AlN薄层，之后再用H2高温处理，使所述AlN薄层部分残留，在蓝宝石衬底上形成含有AlN的低密度表层，从而实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高GaN生长晶体的质量，且该制作方法简单可靠。本发明得到的LED结构用于制作LED芯片，可以提高芯片亮度及电性品质。
Description
技术领域
本发明属于LED芯片领域，涉及一种LED结构及其制作方法。
背景技术
氮化镓基蓝光、绿光LED已经大量应用在路灯照明，户外显示屏、背光源上，具有绿色环保、体积小、效率高、长寿命、省电等优点，随着LED在价格上的不断下降，亮度性能不断提升，将会不断取代传统照明及背光，LED将有更广泛的市场和应用。
当前，氮化镓基蓝绿光LED的制作主要有外延，芯片，封装三个过程。其中外延是在衬底上生长一层发光的氮化镓外延层，此氮化镓外延层的质量直接决定了LED芯片的亮度，电性等品质。而不同的生长衬底对外延层的外延质量的影响非常大，最理想的衬底为氮化镓材料，但自然界中无天然氮化镓材料，单晶氮化镓制备成本昂贵，故无法用于大规模生产。目前常用的衬底一般有蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)等。碳化硅(SiC)因成本太高，从而市场占有率不大。硅衬底和GaN的热膨胀系数有很大差异，超过1微米后外延材料从生长时的高温降低到室温时会产生很多裂纹，最终导致材料不能使用；而通常制作蓝绿光LED时需要的厚度要在3微米以上，故会存在严重的裂纹。而蓝宝石衬底由于合适的价格、成熟的加工技术，在GaN基蓝绿光发光二极管中得到了广泛的应用，占据了市场中大量的份额。故如何在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN外延层是LED的关键技术之一。
优化GaN生长工艺，提高GaN生长质量已有很长时间的研究和众多技术报告。其中包括采用PSS衬底、生长缓冲层、增加低温P层等突破性的技术发明。长期的技术积累虽大大改善了GaN外延层与蓝宝石衬底因晶格失配而导致晶体质量差的短板，但并未从根本上解决失配问题，故晶体质量的提高还有很大空间。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED结构及其制作方法，用于解决现有技术中LED外延结构中，GaN生长晶体质量不佳的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED结构，自下而上依次包括蓝宝石衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，其中：所述蓝宝石衬底与所述缓冲层之间还形成有一AlN层，所述AlN层不连续。
可选地，所述AlN层的厚度范围是1～10nm。
可选地，所述蓝宝石衬底为PSS图形化衬底。
本发明还提供一种LED结构的制作方法，包括以下步骤：
S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上生长第一厚度的AlN层，并去除部分所述第一厚度的AlN层，得到第二厚度的AlN层；所述第二厚度的AlN层不连续；
S2：在表面形成有所述第二厚度的AlN层的所述蓝宝石衬底上依次外延生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，得到LED结构。
根据权利要求5所述的LED结构的制作方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：
S1-1：首先将所述蓝宝石衬底放入MOCVD炉内；
S1-2：在N2/H2气氛下升温至第一温度；
S1-3：进一步通入NH3，在N2/H2/NH3气氛下继续升温至第二温度并保持第一时间，在所述蓝宝石衬底上形成第一厚度的AlN层；
S1-4：停止通入NH3及N2，持续通入H2并升温至第三温度，并保持第二时间，使所述第一厚度的AlN层部分残留，得到第二厚度的AlN层；
S1-5：降温直至温度低于第四温度，恢复通入NH3及N2，在炉内形成N2/H2/NH3气氛。
可选地，所述第一温度的范围是400～700℃，所述第二温度的范围是850～1050℃，所述第三温度的范围是1060～1200℃，所述第四温度的范围是600～800℃；所述第一时间的范围是10～40s，所述第二时间的范围是3～8min。
可选地，所述第一厚度的范围是10～30nm；所述第二厚度的范围是1～10nm。
可选地，所述蓝宝石衬底为PSS图形化衬底。
如上所述，本发明的LED结构及其制作方法，具有以下有益效果：本发明的LED结构的制作方法在蓝宝石衬底上生长缓冲层之前，先用NH3在高温下处理蓝宝石衬底，使其表面生长一AlN薄层，之后再用H2高温处理，使所述AlN薄层部分残留，在蓝宝石衬底上形成含有AlN的低密度表层，从而实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高GaN生长晶体的质量，且该制作方法简单可靠。本发明得到的LED结构用于制作LED芯片，可以提高芯片亮度及电性品质。
附图说明
图1显示为本发明的LED结构的剖视示意图。
图2显示为本发明的LED结构的制作方法的工艺流程图。
图3显示为本发明的LED结构的制作方法中步骤S1的工艺流程图。
图4显示为本发明的LED结构的制作方法中在蓝宝石衬底上形成第一厚度的AlN层的示意图。
图5显示为本发明的LED结构的制作方法中使所述第一厚度的AlN层部分残留，得到第二厚度的AlN层的示意图。
元件标号说明
1 蓝宝石衬底
2 AlN层
201 第一厚度的AlN层
202 第二厚度的AlN层
3 缓冲层
4 非掺杂GaN层
5 N型GaN层
6 多量子阱层
7 P型GaN层
S1～S2，S1-1～S1-5 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种LED结构，请参阅图1，显示为该结构的剖视示意图，自下而上依次包括蓝宝石衬底1、缓冲层3、非掺杂GaN层4、N型GaN层5、多量子阱层6及P型GaN层7，其中：所述蓝宝石衬底1与所述缓冲层3之间还形成有一AlN层2，所述AlN层2不连续。
具体的，所述蓝宝石(Al2O3)衬底1可采用常规平面蓝宝石衬底，也可以采用PSS图形化衬底。所述缓冲层3的材料为GaN，其可为单层GaN层，也可由低温GaN层及高温GaN层叠加而成。所述多量子阱层6可由浅量子阱层及多量子阱发光层组成。
本实施例中，所述AlN层2的厚度范围优选为1～10nm，且所述AlN层2不连续，即所述蓝宝石衬底1表面部分区域形成有AlN层，部分区域没有。
本发明的LED结构中，所述AlN层2的存在使蓝宝石衬底表面形成含AlN的低密度表层，可以实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高GaN生长晶体的质量。该LED结构用于制作LED芯片，可以提高芯片亮度及电性品质。
实施例二
本发明还提供一种LED结构的制作方法，请参阅图2，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤：
S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上生长第一厚度的AlN层，并去除部分所述第一厚度的AlN层，得到第二厚度的AlN层；所述第二厚度的AlN层不连续；
S2：在表面形成有所述第二厚度的AlN层的所述蓝宝石衬底上依次外延生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，得到LED结构。
首先请参阅图4及图5，执行步骤S1：如图4所示，提供一蓝宝石衬底1，在所述蓝宝石衬底1上生长第一厚度的AlN层201；如图5所示，去除部分所述第一厚度的AlN层201，得到第二厚度的AlN层202。
具体的，请参阅图3，所述步骤S1包括以下步骤：
S1-1：首先将所述蓝宝石衬底放入MOCVD炉内。
MOCVD炉即金属有机物化学气相沉积炉，本实施例中，采用的MOCVD炉的型号为MOCVD_VeecoK465i。所述蓝宝石衬底可选用常规的平面蓝宝石衬底，也可选用PSS图形化衬底。在进行后续步骤之前，可预先对所述蓝宝石衬底进行清洁处理。
S1-2：在N2/H2气氛下升温至第一温度。
具体的，所述第一温度的范围是400～700℃，本实施例中，所述第一温度优选采用500℃。
S1-3：进一步通入NH3，在N2/H2/NH3气氛下继续升温至第二温度并保持第一时间，在所述蓝宝石衬底上形成第一厚度的AlN层。
具体的，所述第二温度的范围是850～1050℃，所述第一时间的范围是10～40s。本步骤中，NH3处理蓝宝石衬底不可温度过高或时间过长，其中，1000℃以内并选择30s以内可达到最佳效果。本实施例中，所述第二温度优选采用1000℃，所述第一时间优选采用30s。
本步骤中，通入NH3的目的是为了在所述蓝宝石衬底上形成第一厚度的AlN层，所述第一厚度的范围是优选为10～30nm。
S1-4：停止通入NH3及N2，持续通入H2并升温至第三温度，并保持第二时间，使所述第一厚度的AlN层部分残留，得到第二厚度的AlN层。
具体的，本步骤的目的是为了采用高温H2处理去除部分AlN层，使所述蓝宝石衬底表面形成含AlN的低密度表层。其中，所述第二厚度的范围是1～10nm，且所述第二厚度的AlN层不连续，即所述蓝宝石衬底表面部分区域形成有AlN层，部分区域没有。所述第二时间的范围是3～8min，本实施例中，所述第二时间优选采用5分钟。
在蓝宝石衬底上形成含有AlN的低密度表层，可以实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高后续GaN生长晶体的质量。
S1-5：降温直至温度低于第四温度，恢复通入NH3及N2，在炉内形成N2/H2/NH3气氛。
具体的，所述第四温度的范围是600～800℃，本实施例中，所述第四温度优选采用700℃。在温度低于700℃后才通NH3使得炉内气氛变为N2/H2/NH3混合气，为后续正常生长LED结构准备。
然后请参阅图1，执行步骤S2：在表面形成有所述第二厚度的AlN层的所述蓝宝石衬底1上依次外延生长缓冲层3、非掺杂GaN层4、N型GaN层5、多量子阱层6及P型GaN层7，得到LED结构。外延工艺为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。
至此，制作得到了本发明的LED结构，本发明的LED结构的制作方法在蓝宝石衬底上生长缓冲层之前，先用NH3在高温下处理蓝宝石衬底，使其表面生长一AlN薄层，之后再用H2高温处理，使所述AlN薄层部分残留，在蓝宝石衬底上形成含有AlN的低密度表层，从而实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高GaN生长晶体的质量，且该制作方法简单可靠。
综上所述，本发明的LED结构的制作方法在蓝宝石衬底上生长缓冲层之前，先用NH3在高温下处理蓝宝石衬底，使其表面生长一AlN薄层，之后再用H2高温处理，使所述AlN薄层部分残留，在蓝宝石衬底上形成含有AlN的低密度表层，从而实现更好的晶格过渡效果，进一步降低晶格失配对GaN外延层的影响，提高GaN生长晶体的质量，且该制作方法简单可靠。本发明得到的LED结构用于制作LED芯片，可以提高芯片亮度及电性品质。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种LED结构，自下而上依次包括蓝宝石衬底、缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，其特征在于：所述蓝宝石衬底与所述缓冲层之间还形成有一AlN层，所述AlN层不连续。
2.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于：所述AlN层的厚度范围是1～10nm。
3.根据权利要求1所述的LED结构，其特征在于：所述蓝宝石衬底为PSS图形化衬底。
4.一种LED结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上生长第一厚度的AlN层，并去除部分所述第一厚度的AlN层，得到第二厚度的AlN层；所述第二厚度的AlN层不连续；
S2：在表面形成有所述第二厚度的AlN层的所述蓝宝石衬底上依次外延生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层及P型GaN层，得到LED结构。
5.根据权利要求4所述的LED结构的制作方法，其特征在于：所述步骤S1包括以下步骤：
S1-1：首先将所述蓝宝石衬底放入MOCVD炉内；
S1-2：在N2/H2气氛下升温至第一温度；
S1-3：进一步通入NH3，在N2/H2/NH3气氛下继续升温至第二温度并保持第一时间，在所述蓝宝石衬底上形成第一厚度的AlN层；
S1-4：停止通入NH3及N2，持续通入H2并升温至第三温度，并保持第二时间，使所述第一厚度的AlN层部分残留，得到第二厚度的AlN层；
S1-5：降温直至温度低于第四温度，恢复通入NH3及N2，在炉内形成N2/H2/NH3气氛。
6.根据权利要求5所述的LED结构的制作方法，其特征在于：所述第一温度的范围是400～700℃，所述第二温度的范围是850～1050℃，所述第三温度的范围是1060～1200℃，所述第四温度的范围是600～800℃；所述第一时间的范围是10～40s，所述第二时间的范围是3～8min。
7.根据权利要求4所述的LED结构的制作方法，其特征在于：所述第一厚度的范围是10～30nm；所述第二厚度的范围是1～10nm。
8.根据权利要求4所述的LED结构的制作方法，其特征在于：所述蓝宝石衬底为PSS图形化衬底。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510114615.1A CN104716241B (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种led结构及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510114615.1A CN104716241B (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种led结构及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104716241A true CN104716241A (zh) | 2015-06-17 |
| CN104716241B CN104716241B (zh) | 2018-10-16 |
Family
ID=53415380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510114615.1A Expired - Fee Related CN104716241B (zh) | 2015-03-16 | 2015-03-16 | 一种led结构及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104716241B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108352324A (zh) * | 2015-12-28 | 2018-07-31 | 德州仪器公司 | 用于族iiia-n装置的非蚀刻性气体冷却外延堆叠 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020179005A1 (en) * | 1999-05-10 | 2002-12-05 | Masayoshi Koike | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| US20050236633A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Emerson David T | Substrate buffer structure for group III nitride devices |
| CN1697895A (zh) * | 2003-05-08 | 2005-11-16 | 住友电气工业株式会社 | Ⅲ－v族晶体及其生产方法 |
| CN102656711A (zh) * | 2009-09-07 | 2012-09-05 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体多层结构体及其制造方法、氮化物半导体发光元件 |
| CN103367555A (zh) * | 2012-03-28 | 2013-10-23 | 清华大学 | 发光二极管的制备方法 |
| JP2014045097A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Sharp Corp | 再生基板の製造方法 |
-
2015
- 2015-03-16 CN CN201510114615.1A patent/CN104716241B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020179005A1 (en) * | 1999-05-10 | 2002-12-05 | Masayoshi Koike | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
| CN1697895A (zh) * | 2003-05-08 | 2005-11-16 | 住友电气工业株式会社 | Ⅲ－v族晶体及其生产方法 |
| US20050236633A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-10-27 | Emerson David T | Substrate buffer structure for group III nitride devices |
| CN102656711A (zh) * | 2009-09-07 | 2012-09-05 | 松下电器产业株式会社 | 氮化物半导体多层结构体及其制造方法、氮化物半导体发光元件 |
| CN103367555A (zh) * | 2012-03-28 | 2013-10-23 | 清华大学 | 发光二极管的制备方法 |
| JP2014045097A (ja) * | 2012-08-27 | 2014-03-13 | Sharp Corp | 再生基板の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108352324A (zh) * | 2015-12-28 | 2018-07-31 | 德州仪器公司 | 用于族iiia-n装置的非蚀刻性气体冷却外延堆叠 |
| CN108352324B (zh) * | 2015-12-28 | 2022-08-09 | 德州仪器公司 | 用于族iiia-n装置的非蚀刻性气体冷却外延堆叠 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104716241B (zh) | 2018-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104037287A (zh) | 生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 | |
| CN102214739A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管的外延粗化方法 | |
| CN106711295B (zh) | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 | |
| CN102738328B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| US20180138367A1 (en) | Nitride Light Emitting Diode and Growth Method | |
| CN103730554A (zh) | 一种氮化镓基led外延片的生长方法 | |
| CN102214740A (zh) | 一种提高氮化镓基发光二极管抗静电能力的方法 | |
| CN104900773A (zh) | 一种氮化物发光二极管结构及其制备方法 | |
| CN105633235A (zh) | 一种n型GaN结构的GaN基LED外延结构及生长方法 | |
| CN105336821A (zh) | GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN103811601A (zh) | 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法 | |
| CN103515495A (zh) | 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法 | |
| CN105140366A (zh) | GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN103258926A (zh) | 一种led垂直芯片结构及制作方法 | |
| CN205092260U (zh) | GaN基LED外延结构 | |
| CN103346219A (zh) | 复式多量子阱发光层结构的生长方法及led 外延结构 | |
| CN105304778A (zh) | 提高GaN基LED抗静电性能的外延结构及其制备方法 | |
| CN104716241A (zh) | 一种led结构及其制作方法 | |
| CN108470803B (zh) | 一种发光二极管的外延片及制作方法 | |
| CN202996885U (zh) | 一种生长在Si衬底上的LED外延片 | |
| CN205790046U (zh) | 一种量子阱结构 | |
| CN204668346U (zh) | Led外延结构 | |
| CN105633232B (zh) | 一种具有GaN缓冲层衬底的GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN104241463B (zh) | 一种发光二极管外延片生长方法 | |
| CN103346224A (zh) | 一种GaN基LED的PGaN结构及其外延生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181016 |