CN107895753A - 一种Si衬底发光二极管及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Si衬底发光二极管及制作方法，该制作方法包括：提供一衬底；在衬底上形成SiN缓冲层；在SiN缓冲层背离衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层；在SiN与AlN混合渐变层背离SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层；在AlN缓冲层背离SiN与AlN混合渐变层的一侧依次形成GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；其中，SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。该制作方法通过在SiN缓冲层与AlN缓冲层之间设置多层SiN与AlN混合层，降低了Si衬底的发光二极管外延层中氮化物的应力，进而使有源区的晶体质量得以有效提高，最终有效的提高发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电子LED技术领域，更具体地说，尤其涉及一种Si衬底发光二极管及制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，发光二极管已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点，为一种重要的固态照明装置。
在本领域中，提高发光二极管的出光效率以及降低制作成本是发光二极管技术发展的两大方向，在降低制作成本方面，一般通过采用Si衬底代替蓝宝石衬底。
但是，现有的Si衬底发光二极管出光效率低，无法满足市场需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种Si衬底发光二极管及制作方法，该发光二极管出光效率高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种Si衬底发光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成SiN缓冲层；
在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层；
在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层；
在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧依次形成GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；
其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。
优选的，在上述制作方法中，所述衬底包含硅衬底。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述衬底上形成SiN缓冲层包括：
使用PVD工艺，采用Si靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材，在所述衬底上沉积SiN，形成预设厚度的SiN缓冲层。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层包括：
使用PVD工艺，采用Si靶材和Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材和Al靶材，在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧依次沉积多层SiN与AlN混合层；
其中，多层所述SiN与AlN混合层中SiN与AlN的混合比例依次由0.99：0.01渐变为0.01：0.99。
优选的，在上述制作方法中，所述在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层包括：
使用PVD工艺，采用Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Al靶材，在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧沉积AlN，形成预设厚度的AlN层。
优选的，在上述制作方法中，所述制作方法还包括：
当在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层后，使用MOCVD工艺，对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理，使所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行进一步融合。
优选的，在上述制作方法中，所述对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理包括：
对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层在第一温度下进行保温处理，之后在第二温度降低至第三温度的过程中进行退火处理。
本发明还提供了一种Si衬底发光二极管，基于上述任一项所述的制作方法制作，所述Si衬底发光二极管包括：
衬底；
设置在所述衬底上的SiN缓冲层；
设置在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧的SiN与AlN混合渐变层；
设置在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧的AlN缓冲层；
依次设置在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧的GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；
其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。
通过上述描述可知，本发明提供的一种制作方法包括：提供一衬底；在所述衬底上形成SiN缓冲层；在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层；在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧依次形成GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。
由此可知，通过在SiN缓冲层与AlN缓冲层之间设置多层SiN与AlN混合层，降低了Si衬底的发光二极管外延层中氮化物的应力，进而使有源区的晶体质量得以有效提高，最终有效的提高发光二极管的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种Si衬底发光二极管的制作方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种Si衬底发光二极管的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种Si衬底发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中，当采用Si衬底代替蓝宝石衬底制作发光二极管时，由于Si衬底与外延层中氮化物材料的晶格失配度大，无法很好的解决氮化物的应力，使有源区的晶体质量较差，最终使发光二极管的出光效率较低。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种Si衬底发光二极管的制作方法，有效提高了发光二极管的出光效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种Si衬底发光二极管的制作方法的流程示意图。
所述制作方法包括：
S101：提供一衬底。
具体的，在本发明实施例中，所述衬底包含Si衬底，代替了现有技术中使用的蓝宝石衬底，在一定程度上降低了发光二极管的制作成本。
S102：在所述衬底上形成SiN缓冲层。
具体的，在该步骤中，使用PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)工艺，采用Si靶材和Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材，在所述衬底上沉积SiN，形成预设厚度的SiN缓冲层。
S103：在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层。
具体的，在该步骤中，使用PVD工艺，采用Si靶材和Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材和Al靶材，在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧依次沉积多层SiN与AlN混合层。
其中，多层所述SiN与AlN混合层中SiN与AlN的混合比例依次由0.99：0.01渐变为0.01：0.99。
也就是说，首先在SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN：AlN混合比例为0.99：0.01的SiN与AlN混合层，例如再形成SiN：AlN混合比例为0.9：0.1的SiN与AlN混合层，依次渐变SiN与AlN的混合比例直至，形成SiN：AlN混合比例为0.01：0.99的SiN与AlN混合层。
S104：在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层。
具体的，在该步骤中，使用PVD工艺，采用Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Al靶材，在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧沉积AlN，形成预设厚度的AlN层。
S105：在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧依次形成GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层。
其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层，需要说明的是，每一层SiN与AlN混合层中SiN与AlN的混合比例不同。
进一步的，在本发明实施例中，所述制作方法还包括：
当在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层后，使用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)工艺，对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理，使所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行进一步融合。
具体的，通过将所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火融合后，可消除氮化物层的应力。
进一步的，在本发明实施例中，所述对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理包括：
对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层在第一温度下进行保温处理，之后在第二温度降低至第三温度的过程中进行退火处理。
具体的，在本发明实施例中，对第一温度、第二温度以及第三温度均不作限定，可根据具体情况而定。
通过上述描述可知，本发明提供的一种Si衬底发光二极管的制作方法，通过在SiN缓冲层与AlN缓冲层之间设置多层SiN与AlN的混合比例不同的SiN与AlN混合层，降低了Si衬底的发光二极管外延层中氮化物的应力，进而使有源区的晶体质量得以有效提高，最终有效的提高发光二极管的发光效率，并且采用PVD工艺进行外延生长，使得外延生长时间有效缩短以及材料的耗费也明显降低，有效的降低了发光二极管的制作成本。
基于本发明上述实施例提供的一种Si衬底发光二极管的制作方法，在本发明另一实施例中，还提供了一种Si衬底发光二极管，如图2所示，所述Si衬底发光二极管包括：
衬底11；设置在所述衬底11上的SiN缓冲层12；设置在所述SiN缓冲层12背离所述衬底的一侧的SiN与AlN混合渐变层13；设置在所述SiN与AlN混合渐变层13背离所述SiN缓冲层12的一侧的AlN缓冲层14；依次设置在所述AlN缓冲层14背离所述SiN与AlN混合渐变层13的一侧的GaN缓冲层15、非故意掺杂层16、第一导电层17、有源区18以及第二导电层层19；其中，如图3所示，所述SiN与AlN混合渐变层13包括依次设置的多层SiN与AlN混合层，每一层SiN与AlN混合层中SiN与AlN的混合比例不同。
该发光二极管消除了外延层中氮化物的应力，使有源区的晶体质量得以有效提高，提高了发光效率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种Si衬底发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成SiN缓冲层；
在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层；
在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层；
在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧依次形成GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；
其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述衬底包含硅衬底。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述衬底上形成SiN缓冲层包括：
使用PVD工艺，采用Si靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材，在所述衬底上沉积SiN，形成预设厚度的SiN缓冲层。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧形成SiN与AlN混合渐变层包括：
使用PVD工艺，采用Si靶材和Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Si靶材和Al靶材，在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧依次沉积多层SiN与AlN混合层；
其中，多层所述SiN与AlN混合层中SiN与AlN的混合比例依次由0.99：0.01渐变为0.01：0.99。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层包括：
使用PVD工艺，采用Al靶材，在N2的氛围下磁控溅射Al靶材，在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧沉积AlN，形成预设厚度的AlN层。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：
当在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧形成AlN缓冲层后，使用MOCVD工艺，对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理，使所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行进一步融合。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层进行退火处理包括：
对所述SiN缓冲层、所述SiN与AlN混合渐变层、所述AlN缓冲层在第一温度下进行保温处理，之后在第二温度降低至第三温度的过程中进行退火处理。
8.一种Si衬底发光二极管，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的制作方法制作，所述Si衬底发光二极管包括：
衬底；
设置在所述衬底上的SiN缓冲层；
设置在所述SiN缓冲层背离所述衬底的一侧的SiN与AlN混合渐变层；
设置在所述SiN与AlN混合渐变层背离所述SiN缓冲层的一侧的AlN缓冲层；
依次设置在所述AlN缓冲层背离所述SiN与AlN混合渐变层的一侧的GaN缓冲层、非故意掺杂层、第一导电层、有源区以及第二导电层层；
其中，所述SiN与AlN混合渐变层包括依次设置的多层SiN与AlN混合层。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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