專利名稱：一種白光led外延結構、白光led芯片結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體照明技術領域，具體地說，涉及一種白光LED的外延結構以及包含有該外延結構的白光LED芯片結構。
背景技術：
白光LED具有節能、環保、壽命長、可以工作在高速狀態等諸多優點，其用途越來越廣，政府正大力推廣。目前，通常采用藍光LED激發非透明的黃色熒光粉通過波長轉換來制作白光LED，由于藍光LED持續點亮會造成溫度升高，波長轉換材料會發生退化，藍光芯片發出的光通過黃色熒光粉時會發生散射吸收等現象，使得出光效率不高，同時由于黃色熒光粉涂覆厚度的不均勻也會帶來黃色光圈、藍色光斑、白光色溫不一致等問題，由此使得用藍光LED激發黃色熒光粉生產的白光LED顯色性差、穩定性差。如何提高現有的白光LED的顯色性能和穩定性正成為當今大家最為關心的問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現狀提供一種顯色性好、穩定性好的白光LED外延結構以及包含有該外延結構的白光LED芯片結構。為解決上述關于白光LED外延結構的技術問題，本實用新型的技術方案是一種白光LED外延結構，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN級聯層、第二 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的Ina49GEia51NAkiN多量子阱發光層和第二 P-GaN接觸層。作為優選，所述ZnS襯底的厚度為50 200um。作為優選，所述GaN過渡層的厚度為10 100 nm。作為優選，所述第一 N-GaN接觸層、第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 1000 nm。作為優選，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層的厚度為1000 IOOOOnm0作為優選，所述第一 P-GaN接觸層、第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。作為優選，所述N-GaN級聯層的厚度為100 1000 nm。作為優選，所述摻雜Si和Si的La49Giia51NAiaN多量子阱發光層的厚度為1000 IOOOOnm0為解決上述關于白光LED芯片結構的技術問題，本實用新型的技術方案是一種白光LED芯片結構，包括以上所述的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設置有P 電極，在第一 N-GaN接觸層上設置有N電極。由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是由于本實用新型的白光 LED外延結構是在同一塊ZnS襯底上分別生長同時摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層和Ina49Giia51NAiaN多量子阱發光層來得到白光。在500 560nm之間，可以得到
3寬帶波長的施主-受主對，Si和Si會發生施主-受主對相關的寬帶輻射，而InGaN多量子阱LED發生帶邊輻射，二者結合就會產生白光。這種摻雜Si和Si的InrGahN-GaN多量子阱LED的場致發光光譜與熒光粉轉換得到的白光LED的光譜非常相似。經過測量，其色溫為 6300K，色坐標為(0. 316,0. 312)。由于本實用新型的白光LED外延結構以及包含有該外延結構的白光LED芯片結構不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發光質量好、顯色性好、穩定性好，提高了工作穩定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光 LED的外延、芯片、封裝、應用整個產業鏈的生產工藝簡化，生產效率高，適于大批量生產。ZnS為納米級材料，能帶隙寬，折射率高、透光率高，采用ZnS作襯底具有優良的熒光效應及電致發光功能。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明
圖1是本實用新型實施例中的外延結構示意圖；圖2是本實用新型實施例中的芯片結構示意圖；圖中I-ZnS襯底；2- GaN過渡層；3_第一 N-GaN接觸層；4_摻雜Si和Si的 Ina2GEia8NAkiN多量子阱發光層；5-第一 P-GaN接觸層；6- N-GaN級聯層；7-第二 N-GaN接觸層；8-摻雜Si和Si的Ina49GEia51NAkiN多量子阱發光層；9-第二 P-GaN接觸層；10-P電極；Il-N電極。
具體實施方式
如圖1所示，一種白光LED外延結構，包括外延片，所述外延片包括從下至上依次設置的ZnS襯底1、GaN過渡層2、第一 N-GaN接觸層3、摻雜Si和Si的InQ.2G￡ia8N/GaN多量子阱發光層4、第一 P-GaN接觸層5、N-GaN級聯層6、第二 N-GaN接觸層7、摻雜Si和Si 的Ina49Giia51NAiaN多量子阱發光層8和第二 P-GaN接觸層9。ZnS襯底為納米級材料，能帶隙寬，折射率高、透光率高，具有優良的熒光效應及電致發光功能。其中，所述ZnS襯底1的厚度為50 200um，最好為100 um。其中，所述GaN過渡層2的厚度為10 100 nm，最好為50 nm。其中，所述第一 N-GaN接觸層3、第二 N-GaN接觸層7的厚度均為200 1000 nm, 最好為500 nm。其中，所述摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層4的厚度為1000 lOOOOnm，最好為 2000 nm。其中，所述第一 P-GaN接觸層5、第二 Ρ-GaN接觸層9的厚度均為80 600nm，最好為250 nm。其中，所述N-GaN級聯層6的厚度為100 1000 nm，最好為200nm。其中，所述摻雜Si和的Ina49Giia51NAiaN多量子阱發光層8的厚度為1000 lOOOOnm，最好為 2000nm。本實用新型的白光LED外延結構的制作方法，包括生長外延片步驟，所述生長外延片步驟如下(a)選擇厚度為50 200um，最好為100 um的ZnS襯底1，清洗干凈，將ZnS襯底1放在托盤里送入K465i MOCVD外延爐，在605 615°C下生長GaN過渡層2，直至所述 GaN過渡層2的厚度生長到10 100 nm，厚度為50 nm時最好。(b)在所述外延爐內，在1055 1065°C生長第一 N-GaN接觸層3，直至所述第一 N-GaN接觸層3的厚度生長至200 1000 nm,厚度為500 nm時最好。(c)在所述外延爐內，沖入氮氣作保護，在685 695°C，最好680°C生長摻雜Si和 Zn的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層4，直至所述摻雜Si和Si的Ina2G^1.8N/GaN多量子阱發光層4的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000 nm時最好。按質量比，Si和Si的摻雜量占該發光層的0. 15% 0. 25%。(d)在所述外延爐內，在995 1005°C，最好1000°C生長第一 P-GaN接觸層5，直至所述第一 P-GaN接觸層5的厚度生長至80 600nm ；厚度為250 nm時最好。(e)在所述外延爐內，在905 1005°C，最好950°C生長N-GaN級聯層6，直至所述 N-GaN級聯層6的厚度生長至100 1000 nm,厚度為200nm時最好。(f)在所述外延爐內，以氮氣作保護，在685 695°C，最好690°C生長摻雜Si和 Zn的Ina49G￡ia51N/GaN多量子阱發光層8，直至所述摻雜Si和Si的Ina49Giici. 51N/GaN多量子阱發光層8的厚度生長至1000 lOOOOnm，厚度為2000 nm時最好。按質量比，Si和Si的摻雜量占該發光層的0. 15% 0. 25%。(g)在所述外延爐內，在995 1005°C，最好1000°C生長第二 P-GaN接觸層9，直至所述第二 P-GaN接觸層9生長至80 600nm，厚度為250 nm時最好。最終即制得圖1所示的外延片。如圖2所示，一種白光LED芯片結構，包括圖1所示的外延片；在所述外延片的第二 P-GaN接觸層9上設置有P電極10，在第一 N-GaN接觸層3上設置有N電極11。制作出圖1所示的外延片后，按照如下常規的制作芯片工藝流程，即可制作出圖2 所示的白光LED芯片結構外延片一清洗一鍍透明電極層一透明電極圖形光刻一腐蝕一去膠一平臺圖形光刻一干法刻蝕一去膠一退火一Si02沉積一窗口圖形光刻一Si02腐蝕一去膠一N極圖形光刻一預清洗一鍍膜一剝離一退火一P極圖形光刻一鍍膜一剝離一研磨 —切割一芯片一成品測試。其中，在制作電極時，P電極10先鍍鋁再鍍鈦，N電極11依次蒸鍍鈦、鋁、鈦、金，以便與外延結構的材料更好地結合。本實用新型的白光LED外延結構是在同一塊ZnS襯底上分別生長同時摻雜Si和 Zn的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層和Ina49G^l51NAiaN多量子阱發光層來得到白光，這種摻雜Si和Si的InrGanN-GaN多量子阱LED結構也可以采用MOVPE的方法進行生長。在 500 560nm之間，可以得到寬帶波長的施主-受主對，Si和Si會發生施主-受主對相關的寬帶輻射，而InGaN多量子阱LED發生帶邊輻射，二者結合就會產生白光。這種摻雜Si 和Si的InrGahN-GaN多量子阱LED的場致發光光譜與熒光粉轉換得到的白光LED的光譜非常相似。經過測量，其色溫為6300K，色坐標為(0.316,0. 312)。由于本實用新型的白光 LED外延結構以及包含有該外延結構的白光LED芯片結構不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，其發光質量好、顯色性好、穩定性好，提高了工作穩定性和使用壽命， 減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應用整個產業鏈的生產工藝簡化， 生產效率高，適于大批量生產。以上所述為本實用新型最佳實施方式的舉例，其中未詳細述及的部分均為本領域普通技術人員的公知常識。本實用新型的保護范圍以權利要求的內容為準，任何基于本實用新型的技術啟示而進行的等效變換，也在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種白光LED外延結構，包括外延片，其特征在于所述外延片包括從下至上依次設置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的Ina2Giia8NAiaN多量子阱發光層、第一 P-GaN接觸層、N-GaN級聯層、第二 N-GaN接觸層、摻雜Si和Si的La49Giia51N/ GaN多量子阱發光層和第二 P-GaN接觸層。
2.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述ZnS襯底的厚度為 50 200um。
3.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述GaN過渡層的厚度為 10 100 nm。
4.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述第一N-GaN接觸層、 第二 N-GaN接觸層的厚度均為200 1000 nm。
5.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述摻雜Si和Si的 Ina2GEia8NAiaN多量子阱發光層的厚度為1000 lOOOOnm。
6.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述第一P-GaN接觸層、 第二 P-GaN接觸層的厚度均為80 600nm。
7.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述N-GaN級聯層的厚度為 100 1000 nm。
8.如權利要求1所述的一種白光LED外延結構，其特征在于所述摻雜Si和Si的 In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發光層的厚度為1000 lOOOOnm。
9.一種白光LED芯片結構，其特征在于包括權利要求1至8中任一項所述的外延片； 所述外延片的第二 P-GaN接觸層上設置有P電極，N-GaN接觸層上設置有N電極。
專利摘要本實用新型公開了一種白光LED外延結構以及含有該外延結構的白光LED芯片結構。所述外延結構的外延片包括從下至上依次設置的ZnS襯底、GaN過渡層、第一N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.2Ga0.8N/GaN多量子阱發光層、第一P-GaN接觸層、N-GaN級聯層、第二N-GaN接觸層、摻雜Si和Zn的In0.49Ga0.51N/GaN多量子阱發光層和第二P-GaN接觸層。本實用新型的白光LED外延結構及芯片結構不用涂覆熒光粉，因此從根本上擺脫了熒光粉的束縛，發光質量好、顯色性好、提高了工作穩定性和使用壽命，減少了封裝工序，可以使從白光LED的外延、芯片、封裝、應用整個產業鏈的生產工藝簡化，生產效率高，適于大批量生產。
文檔編號H01L33/06GK202259400SQ20112042081
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月29日 優先權日2011年10月29日
發明者吉愛華, 李玉芝, 祝菡菡 申請人:濰坊廣生新能源有限公司