[發(fā)明專利]一種GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)及制備方法

有效

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• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107681025B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李虞鋒;云峰;張維涵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/12;H01L33/48;H01L33/50
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明一種GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)及制備方法，該制備方法包括以下步驟：使用反應(yīng)磁控濺射在稀土元素摻雜YAG陶瓷或單晶襯底上制備單晶或多晶氮氧化鋁、氮化鋁雙層緩沖層；使用金屬有機化學氣相沉積在所述單晶或多晶氮化鋁緩沖層上生長GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其中，GaN基LED外延結(jié)構(gòu)自下而上依次為低溫GaN緩沖層、高溫GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)、P型GaN層和高摻雜P型電極接觸層。本發(fā)明制備的GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)可以非常精確地控制熒光材料的摻雜、厚度和質(zhì)量等光學特型和物理特性，實現(xiàn)重復(fù)率非常高、均勻度非常好的熒光材料集成，并解決傳統(tǒng)點膠(涂覆)型白光LED中熒光粉、膠體散射導(dǎo)致的光損失與熒光粉受熱退化造成的光效降低、色坐標偏移的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)

白光LED目前已經(jīng)取代傳統(tǒng)照明，成為室內(nèi)、室外通用照明的首選方式。白光LED通常采用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉的方式產(chǎn)生白光。目前最主流的熒光粉涂敷工藝是傳統(tǒng)的噴涂(點膠)工藝：即熒光粉與膠體混合后，直接涂覆在藍光LED芯片上。該工藝存在諸多難以克服的困難，例如，微米級的熒光粉顆粒對LED發(fā)出的藍光具有較強的散射作用，導(dǎo)致光效降低；熒光粉由于受到LED芯片的熱影響，產(chǎn)生熱退化效應(yīng)，最終導(dǎo)致白光LED光效降低，色坐標的偏移。

因此，需要一種新型白光LED，解決熒光粉光散射、熱退化等現(xiàn)象，同時簡化封裝工藝、提高良率、減少生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，在新型稀土元素摻雜的YAG陶瓷或單晶襯底上生長的一種GaN基白光LED外延片，通過傳統(tǒng)芯片加工工藝可獲得無需熒光粉涂覆工藝的白光LED芯片。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種GaN基白光LED外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

采用反應(yīng)磁控濺射法在稀土元素摻雜YAG陶瓷或單晶襯底上制備雙層外延緩沖層；

用金屬有機化學氣相沉積在所述雙層外延緩沖層上生長GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其中，GaN基LED外延結(jié)構(gòu)自下而上依次為低溫GaN緩沖層、高溫GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源區(qū)、P型GaN層和高摻雜P型電極接觸層。

本發(fā)明進一步的改進在于，所述稀土元素摻雜YAG陶瓷或單晶襯底中，稀土元素包括Ce、Eu、Nd和Yb中的一種或幾種，摻雜濃度為0.05at％到0.5at％，襯底厚度為100μm到1000μm，作為襯底的稀土元素YAG陶瓷或單晶表面經(jīng)過精細拋光，其表面粗糙度小于0.5nm。

本發(fā)明進一步的改進在于，采用反應(yīng)磁控濺射法在稀土元素摻雜YAG陶瓷或單晶襯底上制備雙層外延緩沖層，其具體操作為：

首先，將稀土元素摻雜YAG陶瓷或單晶襯底放入磁控濺射腔室內(nèi)樣品臺上，開啟抽真空及樣品加熱；

隨后，通入氬氣，開啟RF電源，對靶材進行等離子清洗；之后通入氬氣、氮氣或氧氣，開始預(yù)濺射；

最后，打開擋板，根據(jù)條件依次濺射緩沖層第一層和第二層。

本發(fā)明進一步的改進在于，所述采用反應(yīng)磁控濺射法制備的雙層外延緩沖層，自下而上依次為：第一層：單晶或多晶氮化鋁或氮氧化鋁緩沖層；第二層：單晶或多晶氮化鋁緩沖層。

本發(fā)明進一步的改進在于，所述采用反應(yīng)磁控濺射法制備的雙層外延緩沖層，其厚度為：第一層：0.1nm至2μm，第二層：0.1nm至2μm。

本發(fā)明進一步的改進在于，濺射靶材為鋁靶材或氮化鋁靶材；

樣品加熱溫度為200℃至1300℃。