專利名稱：納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體照明技術領域，特別是指一種納米無熒光粉氮化鎵白光發光二 極管的制作方法。
背景技術：
氮化鎵材料是第三代半導體材料，禁帶寬度為3. 4ev,由于它的性質穩定，又是波 長位于藍紫光的直接帶隙發光材料，因此是制造藍紫光發光二極管(LED)，高遷移率晶體管 的材料，國家半導體照明把氮化鎵材料列為中心。但是目前發光二極管面臨著很大的問題， 藍光激發黃光熒光粉方法得到白光發光二極管是目前產業界紛紛采用的。由于熒光粉本 身的發光效率，熒光粉的專利問題，以及熒光粉顯色性的范圍和可靠性都制約了其的進一 步發展。藍寶石襯底生長n-GaN，InGaN量子阱，P_GaN結構的藍光發光二極管，由于InN同 GaN 11%的晶格失配產生的壓電極化效應以及GaN材料本身的自發極化效應產生的量子 限制斯塔克效應，導致藍光發光二極管發光峰藍移隨電流增加，從而產生Droop效應，大電 流下效率降低。另外藍寶石與GaN，GaN同InN晶格失配產生的應力使材料出現位錯，從而 降低發光二極管的效率。
發明內容
本發明的目的在于，一種納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法。本方 法的主要特點是能夠實現材料級的氮化鎵白光發光二極管，能取代現有的熒光粉涂敷技術 實現白光的技術。同時本技術還能夠解決現有的GaN材料和InGaN材料晶格失配產生的 應力問題，由于本方法采用的是納米的模板的基底，能很好地釋放應力，從而降低Droop效 應，增加LED的發光效率。由于此方法能解決常規氮化鎵發光二極管所不能解決的問題，它 將會是下一代發光二極管中扮演重要的角色。本發明提供一種納米無熒光粉白光氮化鎵發光二極管的制作方法，包括以下步 驟步驟1 :取一襯底；步驟2 :在襯底上外延生長GaN緩沖層1和n_GaN層；步驟3 :在n-GaN層上通過納米技術制作GaN納米線模板；步驟4 :在GaN納米線模板上生長GaN過渡層；步驟5 :在GaN過渡層上生長InGaN量子盤；步驟6 :在InGaN量子盤上生長p_GaN層，形成基片；步驟7 :將基片一側的部分刻蝕掉，刻蝕深度到達n-GaN層內，形成臺面；步驟8 :在n-GaN層的臺面上制作下電極；步驟9 :在p-GaN層上制作上電極，完成發光二極管的制作。
為使審查員能進一步了解本發明的結構、特征及其目的，以下結合附圖及較佳具體實施例的詳細說明如后，其中圖I-圖5是本發明方法的制作流程圖。
具體實施例方式請參閱圖I至圖5所示,本發明提供步驟I :取一襯底10，其中襯底10 (參閱圖I)包括硅(Si)襯底，藍寶石 (sapphire),氮化鎵(GaN)襯底等,其表面是平面或微圖形PSS,或者納米圖形。步驟2 :在襯底10上外延生長GaN緩沖層11和η-GaN層12 (參閱圖I)，外延的設備是MOCVD (金屬有機化合物氣相沉積)。步驟3 :在η-GaN層12上通過納米技術制作GaN納米線模板。步驟4 :在GaN納米線模板上生長GaN過渡層13 (參閱圖2)，過渡層13的作用是用來調節氮化鎵納米線的表面形貌，同時能夠起到降低氮化鎵和銦鎵氮材料由于晶格不匹配所導致的應力，使得后續生長出來的InGaN量子盤14的材料質量更好。本發明的技術能夠實現尺寸可從20-200nm的納米圖形的制作，可以很好地解決由于外延沉底和外延材料之間的較大的晶格失配而引起的應力。由于小尺寸納米圖形效應，它能更好釋放應力同微米圖形襯底相比，改善材料質量。步驟5 :在GaN過渡層13上生長InGaN量子盤14 (參閱圖3)，其中InGaN量子盤 14的In組分可以從O. 1-0. 4之間變化，這是實現無熒光粉白光技術的關鍵所在。步驟6 :在InGaN量子盤14上生長ρ-GaN層15 (參閱圖4)，形成基片；P_GaN層15 生長采用二維生長模式，及橫向生長速率遠大于縱向生長速率。這樣才能保證P-GaN層15 能夠整體覆蓋，滿足電流擴展的需要。步驟7 :將基片一側的部分刻蝕掉，刻蝕深度到達η-GaN層12內，形成臺面121 (參閱圖5)。步驟8 :在η-GaN層12的臺面121上制作下電極16 (參閱圖5)，其中下電極16為 Cr/Pt/Au。步驟9 :在p-GaN層15上制作上電極17 (參閱圖5)，其中上電極17為透明導電薄膜ITO和cr/Pt/Au，完成發光二極管的制作。實施例請參閱圖1-6所示，本發明提供本發明提供納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，包括以下步驟步驟I :取一襯底10，襯底為藍寶石，厚度為400um。步驟2:在襯底10上外延生長GaN緩沖層11和η-GaN層12，GaN緩沖層11和 η-GaN層12的厚度分別為2um、3um。步驟3 :在η-GaN層12通過納米技術制作GaN納米線模板。納米圖形模板的尺寸為lOOnm，深度為500nm。步驟4 :在GaN納米線模板上生長GaN過渡層13。GaN過渡層13的厚度為20nm。步驟5 :在GaN過渡層14上生長InGaN量子盤14。InGaN量子盤14為5組InGaN/ GaN，In組分的變化為O. 15-0. 3。
步驟6 :在InGaN量子盤14上生長ρ-GaN層15，p-GaN層15的厚度為150nm.步驟7 :分別在η-GaN層12和ρ-GaN層15上制作上、下電極，η-GaN層12上的下電極為Cr/Pt/Au，厚度分別為5/20/1000nm，p-GaN層15上的上電極16為ITO/Ni/Au，厚度分別為 280/5/1000nm。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種納米無熒光粉白光氮化鎵發光二極管的制作方法，包括以下步驟步驟I:取一襯底；步驟2 :在襯底上外延生長GaN緩沖層I和n-GaN層；步驟3 :在n-GaN層上通過納米技術制作GaN納米線模板；步驟4 :在GaN納米線模板上生長GaN過渡層；步驟5 :在GaN過渡層上生長InGaN量子盤；步驟6 :在InGaN量子盤上生長p_GaN層，形成基片；步驟7 :將基片一側的部分刻蝕掉，刻蝕深度到達n-GaN層內，形成臺面；步驟8 :在n-GaN層的臺面上制作下電極；步驟9 :在p-GaN層上制作上電極，完成發光二極管的制作。
2.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中襯底的材料為硅、藍寶石或氮化鎵，其表面是平面或微圖形PSS，或者納米圖形。
3.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中GaN納米線模板的橫向尺寸為10-600nm。
4.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中GaN納米線模板的形狀是矩形、圓形、菱形或多邊形。
5.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中GaN納米線模板的排列是周期排列或自組裝排列。
6.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中InGaN量子盤的發光波段為藍光或綠光。
7.如權利要求I所述納米無熒光粉氮化鎵白光發光二極管的制作方法，其中在InGaN 量子盤上生長P-GaN層，是采用在InGaN量子盤上搭橋的方法實現，該p_GaN層為連續狀一體結構。
全文摘要
一種納米無熒光粉白光氮化鎵發光二極管的制作方法，包括以下步驟步驟1取一襯底；步驟2在襯底上外延生長GaN緩沖層1和n-GaN層；步驟3在n-GaN層上通過納米技術制作GaN納米線模板；步驟4在GaN納米線模板上生長GaN過渡層；步驟5在GaN過渡層上生長InGaN量子盤；步驟6在InGaN量子盤上生長p-GaN層，形成基片；步驟7將基片一側的部分刻蝕掉，刻蝕深度到達n-GaN層內，形成臺面；步驟8在n-GaN層的臺面上制作下電極；步驟9在p-GaN層上制作上電極，完成發光二極管的制作。由于本方法采用的是納米的模板的基底，能很好地釋放應力，從而降低Droop效應，增加LED的發光效率。
文檔編號H01L33/00GK102610715SQ20121009360
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者伊曉燕, 劉志強, 孫波, 王國宏, 趙麗霞, 魏學成 申請人:中國科學院半導體研究所